Investigation of silicon defects parameters in electron irradiated diodes

Abstract

The electron irradiation defect’s parameters, produced in n-type float zone silicon by 10 MeV electron irradiation, have been investigated on p-n junction of diode. It was manufactured suitable for measurement p-n junction and irradiating it by the different dose of electrons, from 100 kRad to 2,2 MRad defects energy spectrum was obtained. Silicon defects parameters and their dependences were determined by deep level transient spectroscopy (DLTS). It were experimentally found specific for silicon electron levels peaks and their activation energies. Obtained traps’ peaks were attached to typical radiation defects: A-center, di-vacancy and E-center. Also it has been got and analyzed capacitance versus dose dependences and has been rated their meaning. Arrhenius plot was set, that allows obtaining main trap parameters: activation energy, carriers capture cross selection and trap density. Defects formation rate coefficient β was calculated that follows the forecast of lifetime of carriers and variation of current leakage of diodes. Additional „170“ defect centre for largest irradiation dose was observed and attached to di-vacancy duplex with another electric state – V20/-.

Ištirtos diodų p-n sandūros, suformuotos zoninio lydymosi n tipo silicyje, radiacinių defektų parametrai, apšvitinant prietaisus 10 MeV greitintuvo elektronais. Suformuota radiaciniams defektams tirti tinkama p-n sandūra ir diodai apšvitinti įvairiomis dozėmis: nuo 100 kRad iki 2,2 MRad. Silicio defektų parametrai ir jų priklausomybių charakteristikos ištirtos gilių lygmenų talpinės spektroskopijos (DLTS) metodu. Eksperimentiškai nustatytos siliciui būdingos elektronų lygmenų smailės bei jų aktyvacijos energijos. Rastų gaudyklių smailėms priskirti tipiniai radiaciniai defektai: A-centras, divakansijos ir E-centras. Taip pat nustatytos ir išanalizuotos gaudyklių koncentracijų ir dozių priklausomybės, įvertintos jų reikšmės. Gauta defektų Arenijaus diagrama, iš kurios surandami pagrindiniai gaudyklių parametrai: aktyvacijos energija, pagrindinių krūvininkų pagavimo skerspjūvis ir gaudyklių tankis. Apskaičiuotas defektų atsiradimo spartos koeficientas β, turintis praktinę reikšmę, prognozuojant krūvininkų gyvavimo trukmės bei nuotėkio srovių dioduose pokyčius. Esant didžiausiai apšvitinimo dozei, nustatytas papildomas „170“ centras priskiriamas divakansijos dupletui.