vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-2-145-153vestift-661Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYФормирование стабильной дефектной структуры в кремениевых диодах генераторов шумаFormation of a stable defects structure in silicon noise diodesЕмельяновВ. В.EmelyanovV. V.

Емельянов Виктор Викторович – магистрант

ул. Бровки, 6, 220013, Минск, Республика Беларусь

Viktor V. Emelyanov – Magister

6, Brovka Str., 220013, Minsk, Republic of Belarus

emeljnov@bk.ruЕмельяновВ. А.EmelyanovV. A.

Емельянов Виктор Андреевич – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор

ул. Бровки, 6, 220013, Минск, Республика Беларусь

Viktor A. Emelyanov – Correspondent Member of the National Academy of Science of Belarus, Dr. Sc. (Engineering), Professor

6, Brovka Str., 220013, Minsk, Republic of Belarus

emeljnov@bk.ruБарановВ. В.BaranovV. V.

Баранов Валентин Владимирович – доктор технических наук, профессор

ул. Бровки, 6, 220013, Минск, Республика Беларусь

Valentin V. Baranov – Dr. Sc. (Engineering), Professor

6, Brovka Str., 220013, Minsk, Republic of Belarus

vvb@bsuir.byБуслюкВ. В.BusliukV. V.

Буслюк Виктор Вячеславович – магистр технических наук, доцент, заведующий лабораторией кафедры «ЭВМ и системы»

ул. Московская, 267, 224017, Брест, Республика Беларусь

Viktar V. Busliuk – Master of Engineering, Associate Professor, Laboratory Head of the Department of Computers and Systems

267, Moskovskaja Str., 224017, Brest, Republic of Belarus

b_viktor@tut.byБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsБрестский государственный технический университетBrest State Technical University202115072021662145153Copyright © Емельянов В.В., Емельянов В.А., Баранов В.В., Буслюк В.В., 20212021Емельянов В.В., Емельянов В.А., Баранов В.В., Буслюк В.В.Emelyanov V.V., Emelyanov V.A., Baranov V.V., Busliuk V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/661

Исследованы возможности и методы создания стабильной дефектной, в том числе дислокационной, структуры вблизи зон p–n-переходов кремниевых диодов генераторов шума на пластинах с кристаллографической ориентацией (111) и (001). Эффективное управление распределением неконтролируемых примесей в монокристаллическом кремнии достигается путем формирования в его объеме стабильной дислокационной структуры. При этом для получения воспроизводимых характеристик диодов генераторов шума необходимо, чтобы плотность дислокаций была однородной по всей площади пластины. Поскольку на краю дислокационного следа плотность дислокаций несколько ниже, чем в его середине, то это означает, что дислокационные следы, образованные соседними зонами оплавления с помощью лазерного пучка, должны перекрываться. На основании экспериментальных исследований установлено, что необходимая степень равномерности плотности генерируемых дефектов достигается при соблюдении условия a = (1,5–5,0)d, где а – шаг, d – ширина лазерного пятна на пластине. Процесс оплавления проводили в среде азота с применением лазерной установки геттерирования. Реальная ширина зоны оплавления оказалась не- много больше диаметра лазерного пятна за счет теплопроводности кремния и составила ∼10 мкм. Усиление генерации дислокаций на образующихся включениях Si3N4 в отличие от дислокаций на границе Si–SiО2 приводит к дополнительному расширению дислокационного следа на рабочей поверхности пластины. Стабильность дислокационной структуры, а также наличие в местах дислокаций примесных и вторичных атомов металлов в исследуемой структуре ND 103L подтверждены методом вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS). Результаты исследования прошли апробацию в ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» и могут быть использованы при изготовлении кремниевых диодов генераторов шума.

v

The possibilities and methods of creating a stable defective structure, including dislocation structure near the zones of p–n-transitions of silicon diodes of noise generators on plates with crystallographic orientations (111) and (001) have been investigated. The effective distribution control of uncontrolled impurities in monocrystalline silicon is achieved by forming a stable dislocation structure in its volume. In order to obtain the reproducible characteristics of noise generator diodes, it is necessary that the dislocation density be homogeneous throughout the plate area. Since the density of dislocations is slightly lower at the edge of the dislocation trail than in the middle, this means that the dislocation traces formed by the adjacent melting zones with the help of a laser beam should overlap. On the basis of experimental studies, it has been established that the necessary degree of uniformity of the density of defects generated is achieved by compliance with the condition of a = (1.5–5.0)d, where a is a step, d is a width of the laser spot on the wafer. The melting process was carried out in a nitrogen environment using a laser hettering unit. The real width of the melting zone turns out to be slightly larger than the diameter of the laser spot due to the thermal conductivity of the silicon and is about 10 μm. Increased dislocation generation on the Si3N4 inclusions, as opposed to dislocations on the Si–SiO2 border, leads to an additional expansion of the dislocation track at the work surface of the plate of noise diodes. The presence of the stable dislocation structure, as well as the presence of impurities and secondary metal atoms in the noise diodes ND 103L structure are confirmed by the secondary ion mass spectroscopy (SIMS) method. The results of the study have been tested at Corporation “INTEGRAL” (Belarus) and can be used in the manufacture of silicon noise diodes.

монокристаллический кремнийдиод генератор шуматвердотельная структурапримесидислокациипроцесс формированиясвойстваmono-crystal siliconnoise diodessolid-state structureimpuritiesdislocationformation processpropertiesReferencesБаранов, В. В. Приборы твердотельной электроники, тестирование, измерения. Биомедицинские диагностические технологии / В. В. Баранов // Докл. БГУИР. – 2014. – № 2 (80). – С. 23–31.Baranov V. V. Solid state devices, testing, measuring. Biomedical diagnostic technologies. Doklady BGUIR, 2014, no. 2 (80), pp. 23–31 (in Russian).A comprehensive studyof the impact of dislocation loops on leakage currents in Si shallow junction devices / C. Nyamhere [et al.] // J. Appl. Phys. – 2015. – Vol. 118. – P. 184501. http://doi.org/10.1063/1.4935293Nyamhere C., Scheinemann A., Schenk A., Scheit A., Olivie F., Cristiano F. A comprehensive studyof the impact of dislocation loops on leakage currents in Si shallow junction devices. Journal of Applied Physics, 2015, vol. 118, pp. 184501. http://doi.org/10.1063/1.4935293Особенности дефектообразования в процессе термообработки бездислокационных монокристаллических пластин кремния большого диаметра с заданным распределением в объеме кислородсодержащих геттерирующих центров / Ю. Б. Васильев [и др.] // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. – 2012. – № 2. – С. 43–50. http://doi.org/10.17073/1609-3577-2012-2-43-50Vasil’еv Yu. B., Verezub N. A., Mezhennyi M. V., Prosolovich V. S., Prostomolotov A. I., Reznik V. Ya. Features of defect formation under the thermal treatment of dislocation-free single-crystal large-diameter silicon wafers with the specified distribu-tion of oxygen-containing gettering centers in the bulk. Russian Microelectronics, 2013, vol. 42, no. 8, pp. 467–476. http://doi.org/10.1134/S1063739713080155Emelyanov, V. A. Evolution of VLSIs Materials and Packaging Technology Correlated with Progress of Thin Films Deposition and Outlets Bonding Methods / V. A. Emelyanov, V. V. Baranov, А. V. Emelyanov // Proceedings of the 2nd Electronics System-Integration Technology Conference – ESTC-2008. – London, 2008. – P. 779–783. https://doi.org/10.1109/estc.2008.4684450Emel’yanov V. A., Baranov V. V., Emel’yanov F. V. Evolution of VLSIs Materials and Packaging Technology Correlated with Progress of Thin Films Deposition and Outlets Bonding Methods. Proceedings of the 2nd Electronics System-Integration Technology Conference – ESTC-2008. London, 2008, pp. 779–783. https://doi.org/10.1109/estc.2008.4684450Емельянов, В. А. Технология микромонтажа интегральных схем / В. А. Емельянов; под ред. В. В. Баранова. – Минск: Беларус. навука, 2002. – 335 с.Emel’yanov V. A., Baranov V. V. (ed.). Technology of Micromontage of Integrated Circuits. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2002. 335 p. (in Russian).Достанко, А. П. Распределение остаточных механических напряжений в тонких пленках / А. П. Достанко, В. В. Баранов, Я. А. Соловьев // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2002. – Т. 46, № 4. – С. 119–122.Dostanko A. P., Baranov V. V., Solov’ev Ya. A. Residual stress distribution in thin films. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2002, vol. 46, no. 4, pp. 119–122 (in Russian).Баранов, В. В. Изделия силовой электроники, датчики, биомедицинские технологии / В. В. Баранов // Докл. БГУИР. – 2019. – № 3 (121). – С. 70–75.Baranov V. V. Power Electronics Products, Sensors, Biomedical Technologies. Doklady BGUIR, 2019, no. 3 (121), pp. 70–75 (in Russian).Достанко, А. П. Пленочные токопроводящие системы СБИС / А. П. Достанко, В. В. Баранов, В. В. Шаталов. − Минск: Высш. шк., 1989. − 238 с.Dostanko A. P., Baranov V. V., Shatalov V. V. VLSI Film Conductive Systems. Minsk, Vysshaya shkola Publ., 1989. 238 p. (in Russian).Кислый, П. С. Кремния нитрид / П. С. Кислый // Химическая энциклопедия. – М.: Совет. энцикл., 1990. – Т. 2. – С. 519.Kisly P. S. Silicon Nitride. Chemical Encyclopaedia. Vol. 2. Moscow, Soviet encyclopaedia Publ., 1990, pp. 519 (in Russian).Мильвидский, М. Г. Кремний. / М. Г. Мильвидский // Химическая энциклопедия. – М.: Совет. энцикл., 1990. – Т. 2. – С. 508–509.Milvidski M. G. Silicon. Chemical Encyclopaedia. Vol. 2. Moscow, Soviet encyclopaedia Publ., 1990, pp. 508–509 (in Russian).Электрофизические параметры диодов генераторов широкополосного шума / В. В. Буслюк [и др.] // Микроэлектроника. – 2020. – Т.49, № 4. – С. 314–320. http://doi.org/10.31857/S0544126920040031Buslyuk V. V., Odzhaev V. B., Panfilenko A. K., Petlitskii A. N., Prosolovich V. S., Filipenya V. A., Yankovskii Yu. N. Physical Parameters of the Broadband Noise-Generator Diodes. Russian Microelectronics, 2020, vol. 49, no. 4, pp. 295–301 (in Russian). http://doi.org/10.1134/S1063739720040034

The authors declare that there are no conflicts of interest present.