Способ определения концентрации радиационных дефектов в полупроводниках и изоляторах

 

Использование: исследование материалов . Сущность изобретения: образец облучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов, помещают в магнитное поле, снимают временной спектр позитронов от распада мюонов и в качестве параметров прецессии выбирают коэффициент асимметрии и скорость релаксации спина мюона и мюония. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социдлистических

РЕСПУБЛИК (19) (! I) (sa)s 6 01 N 24/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1>08) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 аВВВЬ3в1

/ (21) 4636265/25 (22) 12.01.89 (46) 07.07.92. Бюл, М 25 (71) Ленинградский институт ядерной физики им, В,П.Константинова (72) В,А.Гордеев, В.А.Евсеев, P.Ô,Êîíîïëåва, Л.А.Гордиенко и В.Е.Хаджи (53) 539.143.43(088.8) (56) Кучис Е,В. Методы исследования эффекта Холла. — M.: Сов. радио, 1974, с,240. Данилевич А.Д, и др, Метод радиационных дефектов. Методические рекоменда. ции. — М.: М-во геологии, 1982, с.43.

Изобретение относится к исследованию материалов, в частности определению в них радиационных дефектов, и может найти применение в материаловедении для контроля чистоты кристаллов.и в прикладной радиогеологии.

Известен способ определения концентрации радиационных дефектов. в полупроводниках по измерению концентрации основных носителей заряда методом эффек. та Холла.

Однако этот способ ограничен классом исследуемых веществ, так как применим только для материалов, обладающих остаточной проводимостью.

Наиболее близким является способ оп. ределения концентрации радиационных дефектов в полупроводниках и изоляторах на основе электронного парамагнитного резонанса, заключающийся в том, что образец материала помещают в магнитное поле, что вызывает в нем прецессию парамагнитных центров. Измеряют параметры, характеризующие прецессию парамагнитных (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В

ПОЛУПРОВОДНИКАХ И ИЗОЛЯТОРАХ (57) Использование: исследование материалов. Сущность изобретения; образец облучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов, помещают в магнитное поле, снимают временной спектр позитронов от распада-мюонов и в качестве параметров прецессии выбирают коэффициент асимметрии и скорость релаксации спина мюона и мюония. 1 ил., 1 табл.

1 центров и определяют по их значениям концентрацию радиационных дефектов, Измеряемым параметром, характеризующим прецессию парамагнитных центров является доза поглощенной энергии электромагнитного поля, пропорциональная концентрации парамагнитной примеси в исследуемом образце.

Недостатком метода является невозможность определения в исследуемых образцах дефектов. не обладаю.цих парамагнетизмом. Кроме того, способ работает при концентрации дефектов не менее 10 деф/см .

Цель изобретения — повышение чувствительности и расширение класса исследуемых веществ.

Укаэанная цель достигается тем, что образец помещают в постоянное магнитное поле, измеряют параметры, характеризующие прецессию парамагнитных центров, и по величине этих параметров определяют концентрацию дефектов, сравнивая с эталонным образцом, при этом образец облу1746270 чают пучком поляризованных положитель- а»„примерно в 103 раза больше, чем е»< но .заряженных мюонов, снимают времен- что дает воэможность экспериментального ной спектр позитронов от распада мюонов разграничения этих двух состояний. Как по. и в качестве параметров прецессии выбира- . казыввет эксперимент, параметры С„», С,„, юткоэффициентасимметрииискоростьре- 5 Л,», Л.„зависят от материала образца и лаксации спина поглотившихся в образце . наличия в нем радиационных дефектов. моюнов на частоте прецессии свободного Пример. Мишень из исследуемого мюона и мюония, образовавшегося в про- материаларазмером80х80х15мм помещацессе поглощения мюонов в образце. ют в постоянное магнитное поле величиной

На чертеже представлена блок-схема 10 160 Э, вектор напряженности которого перустановки для осуществления способа, пендикулярен направлению пучка мезонов.

+ установка содержит мишень 1, изготов- Интенсивность р мезонного пучка синхроленную из исследуемого вещества и распо- циклотрона составляет 2 .10,й/с. Интегложенную в центре установки. Регистрация ральная величина числа /й мезонов, событий осуществляется с помощью сцин- 15 остановившихся в образце для каждого изД тилляционных счетчиков 2 — 6, коллиматоры мерения равна 5 10, Факт остановки в ми7 и 8 служат для формирования.пу ка на шени р мезона и вылета позитрона мишень, фильтр 9 выбирается из условия распада регистировался телескопом создания максимальной плотности остано- сцинтиляционных счетчиков размерами вокмюонов в исследуемой мишени. Кольца 20 100х100х5 мм 150x150x10 мм, 60х3 м, з з з

Гельмгольца 10 создают в области располо- 180х180х10 мм, Информация о зарегистрижения,мишени однородное магнитное поле, рованных событиях заносилась в память направление. которого перпендикуляр о ЭВМ. Обработка полученного спектра пронаправлению спина мюона, изводилась по формулам (1) и (2) методом

Измерения на установке производятся 25 максимального правдоподобия. Полученследующим образом, ные после Обработки параметры С» Ср„

Пучок продольно поляризованных по- Л, Л „определялись для исходных слаболожительноэаряженныхмюоновтормозится легированных образцов кремния и кварца, и останавливается в мишени 1. Производит- и образцов, подверженных облучению фик+ + л ся регистрация актов распада,и- е ЧЧ для 10 сированными.потоками быстрых нейтронов каждогоэарегистрированногоакта распада реактора, Концентрация введенных радиаизмеряется интервал времени между оста- - ционных дефектов определялась методом новкой,й-мезонаивылетомпозитронарас- эффекта Холла на контрольных образцах пара в данном телесном угле и строится . кремния,облучаемыхвместесисследуемы+ спектр или гистограмма событий Ne (t). Вре- 35 ми образцами. Результаты экспериментов менная функция Ие (t) зависит от типа со- представлены в таблице. Как видно из таб+ стояния, в котором находится /4 -меэoн, а лицы для кремния наиболее чувствительтакже величины и направления внешнего ным параметром, зависящим от магнитного поля. В перпендикулярном от- концентрации в образце радиационных деносительно направления спина мюона маг- 40 фектов, является параметр Л, для кварца—

+ » нитном поле для состояний р и/ » Фу ц С,, что связано с различными механизмаNe+(t) имеет вид ми взаимодействия мюония с радиационными дефектами в кремнии и кварце. Как (Ие+(г)3, += видно из приведенных данных, параметры Л „

-tAt1+ с„е cos су) 45 для кремния и С» для кварца обладают вы-йое ) (1) сокой чувствительностью к концентрации в ии образце радиационных дефектов и могут

+ (йе (т)) =

l служить индикаторами их содержания в ис, +, " ", „.. . аЩс следуемых образцах.

®О (2) 50 Способ имеет следующие преимущества, обладает высокой чувствительностью где — множитель, определя м

Й вЂ” ел, определяемый суммар- (Работает при концентрации дефектов тт. з

5 10 деф/см, т,е. при относительном со— вр

=2,2 10 с — время жизни мюона держании дефектов к структурным элеменС„,С„„, Л, Л„,„- коэффициенты асиммет- там образца 5 10 О), не имеет ограничений

55 ъ рии и скорость релаксации спина соотс ь релаксации спина и соот- на наличие парамагнетизма в искомых деветственно в cîñòoÿíèÿõ,é и /, фектах, не зависит от наличия остаточной р о ая частота прецессии проводимости образца, не требуется специа в состояниях,и+ и р». . альной подготовки образцов, спина мюона в состояниях и ф».

1746270

° 10,с Состояние образца ! в»

g ° 1O,ñ

Материал Концентра" ция> ь дефекта,см з

8 ° 1О

2.10%8

<8 10 о,021т.о,оо8

0,031т.0,006

0,038to)009

0>047!-0,01! 9+12

Исходный

Облученный сигнал

0 05

»l I»

«11»

0,057+0 010 11+3

Отсутствует полный от-. жиг

1б

Кремний 1 О

6 ° 10

3 10 с 8 "10.

121+40

0,042 0,006

0,045+0,007

0,033+0>006

- 0,О34+О,ОО8

» «l l»»

О, 051+0, 015

0,0461.0,008

0>050+0>009

0,053+0,010

Облученный

Отжиг при 400»С

Отжиг при 450 С

lI»

521 11

4328

10+3

l I»

Полный отжиг.

«Il»

3+1 Исходный

0,05

o,0217è,оо14

0, 059810>0030

0,2239+0,0024

0,1637+0,0027 о, 101 Ho,О0г8. Кварц.. <10 и

2.15

210 в

0,0447+0,0022

0,03$>0,0025

0,0057+0,0057

0,0214+0>0066

1+0,6 Облученный

«> I»

Облученный

Отжиг 1 ч при 600 С

«>l

О 5+2>0

4+2

«»»

Повторный отжиг 1 ч при 600 С

«II»

Оценка концентрации дефектов в предположении, что равные потоки нейтронов в кварце и кремнии создают одинаковое число радиационных дефектов; .%%

Концентрация дефектов в образце после отжига не оценивалась из-за отсутствия адекватных методов их определения;

>Н Параметры !Ч„-сигнала для данного ЗК-спектра не определялись из-эа ограниченной статистики,.

Формула изобретения

Способ определения концентрации радиационных дефектов в полупроводниках и изоляторах, заключающийся в том, что образец помещают в постоянное магнитное 5 поле, измеряют параметры, характеризующие прецессию парамагнитных центров, и по вейичине этих параметров определяют концентрацию дефектов, сравнивая с эталоннымобразцом,отличающийся тем, 10 что, с целью повышения чувствительности и расширения класса исследуемых веществ, образец облучают пучком поляризованных положительно заряженных мюонов и помещают в магнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярен к направлению спина моюна, снимают временной спектр позитронов от распада мюонов и в качестве параметров прецессии выбирают коэффициент асимметрии и скорость релаксации спина поглотившихся в образце мюонов на.частоте прецессии сво- . бодного мюона и мюония, образовавшегося в процессе поглощения мюонов в образце.

1 46270

Составитель О. Исаева

Техред M.Mîðãåíòýë . Корректор H. Король

Редактор Н. Яцола

Заказ 2390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101