Влияние постоянного магнитного поля на структуру и свойства легированного полупроводникового кремния

Abstract

RU: Постановка проблемы. В условиях постоянного роста требований к чистоте, структурному совершенству монокристаллов кремния и их однородности, необходимо расширять и углублять знания о свойствах кремния, а также изучать методы его обработки для получения совершенной структуры. Нагрев, обработка постоянным магнитным полем или электрическими полями выращенных кристаллов кремния в перспективе могут создать условия для управления структурой и свойствами на любом этапе производства. Также применение новых методов обработки кремния может открыть перспективы использования на практике других его привлекательных свойств, таких как высокая твердость, модуль упругости, прочность на сжатие, химическая стойкость. Цель работы − исследование влияния магнитной обработки легированного полупроводникового кремния для целенаправленного управления структурой и свойствами и расширения области применения исследуемого материала. Выводы. Проведена магнитная обработка образцов нелегированного и легированного кремния. Отмечено влияние слабого магнитного поля на структуру и свойства кремния: повышение плотности дефектов внутреннего строения, формирование поликристаллической структуры в образцах нелегированного кремния, деградацию времени жизни неосновных носителей заряда. Предложены качественные объяснения магнитостимулированных явлений, наблюдающихся в исследованных образцах, с точки зрения спиновой конверсии, изменения плотности электронных состояний в пространстве − времени и влияния легирующих элементов на критические точки фазовых превращений (первого рода) в кремнии. Использование магнитного поля позволяет управлять свойствами полупроводникового кремния за счет ускорения или торможения сдвиговых и сдвигово-диффузионных превращений.

UK: Постановка проблеми. В умовах постійного зростання вимог до чистоти, структурної досконалості монокристалів кремнію і їх однорідності необхідно розширювати і поглиблювати знання про властивості кремнію, а також вивчати методи його обробки для отримання досконалої структури. Нагрів, обробка постійним магнітним полем або електричними полями вирощених кристалів кремнію в перспективі можуть створити умови для управління структурою і властивостями на будь-якому етапі виробництва. Також застосування нових методів обробки кремнію може відкрити перспективи використання на практиці інших його привабливих властивостей, таких як висока твердість, модуль пружності, міцність на стискання, хімічна стійкість. Мета статті − дослідження впливу магнітної обробки легованогонапівпровідникового кремнію для цілеспрямованого управління структурою і властивостями і розширення сфери застосування досліджуваного матеріалу. Висновки. Проведено магнітну обробку зразків нелегованого та легованого кремнію. Відмічено вплив слабкого постійного магнітного поля на структуру та властивості кремнію: підвищення щільності дефектів внутрішньої будови, формування полікристалічної структури в зразках нелегованого кремнію, деградацію часу життя неосновних носіїв струму. Запропоновано якісні пояснення магнітостимульованих явищ, що спостерігалися у досліджуваних зразках, з точки зору спінової конверсії, зміни щільності електронних станів у просторі − часі та впливу легуючих елементів на критичні точки фазових перетворень (першого роду) в кремнії. Використання магнітного поля дозволяє керувати властивостями напівпровідникового кремнію за рахунок прискорення або гальмування зсувних та зсувно-фазових дифузійних перетворень.

EN: Issues statement. In the conditions of continuous increasing the requirements to pureness, structural perfectness of the silicon crystals and their homogeneity, is necessary to expand and deepen the knowledge about properties of silicon as well improve the methods of silicon processing for obtaining a necessary structure and properties. Annealing, processing of grown silicon crystals in magnetic or electric fields in perspective may create conditions for the management of the structure and properties at any stage of production. In contemporary technical literature the data about research the influence of physical processing methods at the properties of silicon are found very rare. The investigations of physical processing methods of the silicon monocrystals (thermal processing in the subcritical temperature ranges, magnetic processing) in the perspective can give a possibility of management their structure and properties at the various stages of production. As well applying new methods of silicon processing may disclose perspectives of using the different properties of silicon as high hardness, Young modulus, compressive strength, and chemical resistivity. Subject. The subject of work was investigation of influence of magnetic processing for targeted management structure and properties of material with aim to expand the using of silicon in various applications. Conclusions. The magnetic processing of monocrystalline Cz − Si (alloyed and unalloyed) has been carried out. Has been noted the influence of weak constant magnetic field on the structure, mechanical and electrophysical properties of semiconductor silicon, namely: increasing of density the internal defects, forming of polycrystalline structure in silicon, significant increment of microhardness and considerable degradation of minority carriers time of life. Have been suggested the qualitative explanations of magneto-stimulated phenomena in studied specimens. It has been found that using a weak constant magnetic field is possible to manage the properties of silicon by means of acceleration, or slowing the shear and shear-diffusion phase transformations.