Rev. Phys. Appl. (Paris) 15, 25-31 (1980)
DOI: 10.1051/rphysap:0198000150102500

Caractérisation des niveaux pièges dans les jonctions graduelles P+ N Si très dopées Au ou Pt

J. Oualid, J. Gervais, R. Jerisian, A. Lauer et S. Martinuzzi

Laboratoire de Photoélectricité, Faculté des Sciences et Techniques de Marseille St-Jérôme, 13397 Marseille Cedex 4, France

Abstract
Many works have been devoted to the characterisation of trap levels introduced by gold and platinum impurities in silicon. However the parameters of these levels are not well defined specially those assigned to platinum. The present results were obtained with gradual P+ N junctions in which the densities of Au or Pt and donors are of the same order of magnitude. Several methods of characterisation of trap levels (transient capacitance, D.L.T.S., T.C.T.S., Admittance spectroscopy) were used to determine the thermal emission rate of each trap in a greater range (10-2 s-1 to 107 s-1) in order to obtain accurate values of the activation energies and capture cross sections. Our results confirm that Au introduces in Si an acceptor and a donor level for which the thermal emission coeffi cients are : e n(T0/T)2 = 2.5 x 1012 exp(- 0.546/kT) ; ep(T0/T) 2 = 5.1 x 1013 exp(- 0.360/kT). We have observed that Pt introduces in Si two main levels ; the thermal emission for the acceptor and donor level are respectively : en(T0/T)2 = 1013 exp(- 0.230/kT) and ep(T0/T )2 = 6 x 1012 exp(- 0.32 kT). The last donor level, always obtained with a small accuracy, may be composed of two very close levels, which could be located between 0.30 and 0.36 eV, above the top of valence band. In the case of over compensation and when platinum is diffused in a base of phosphor doped silicon, we confirm the existence of a level at Ev + 0.42 eV in small concentration.

Résumé
De nombreux travaux ont été consacrés à la caractérisation des niveaux pièges introduits par l'or ou le platine dans le silicium. Pourtant les paramètres caractéristiques de ces niveaux ne sont connus qu'avec une assez grande dispersion surtout en ce qui concerne le platine dans le silicium. Les résultats présentés ici ont été obtenus sur des jonctions P+ N graduelles dont la densité d'impuretés Au ou Pt est du même ordre de grandeur que celle des donneurs. Plusieurs méthodes de caractérisation des niveaux pièges - capacité en régime transitoire, D.L.T.S., T.C.T.S., spectroscopie d'admittance - ont été mises en oeuvre afin de déterminer les taux d'émission thermique de chaque niveau sur le plus grand intervalle de variations possible (10-2 s-1 à 107 s -1), condition pour laquelle les niveaux d'énergie et surtout les sections efficaces de capture peuvent être donnés avec le maximum de précision. Les résultats confirment que l'or introduit dans le silicium un niveau accepteur de signature en( T0/T)2 = 2,5 x 1012 exp(- 0,546/kT) et un niveau donneur de signature ep(T0/T)2 = 5,1 x 1013 exp(- 0,360/kT). D'autre part le platine introduit aussi dans le silicium deux niveaux principaux, un niveau accepteur de signature en( T0/T)2 = 1013 exp(- 0,230/ kT), et un niveau donneur de signature ep(T 0/T)2 = 6 x 1012 exp(- 0,32/kT). Ce dernier niveau, qui est toujours donné avec une très grande imprécision, pourraît être constitué de deux niveaux très rapprochés compris entre 0,30 eV et 0,36 eV. Dans le cas de surcompensation et lorsque le platine est diffusé dans une base de silicium dopé au phosphore, il apparait un niveau de très faible densité situé à Ev + 0,42 eV.

PACS
7155F - Impurity and defect levels in tetrahedrally bonded nonmetals.
7340L - Electrical properties of semiconductor to semiconductor contacts, p n junctions, and heterojunctions.
2530B - Semiconductor junctions.

Key words
deep levels -- electron traps -- gold -- heavily doped semiconductors -- p n homojunctions -- platinum -- silicon -- trap levels -- Si -- doped -- transient capacitance -- admittance spectroscopy -- thermal emission rate -- activation energies -- capture cross sections -- donor level -- valence band -- over compensation -- p n junction -- Si:Au -- Si:Pt -- DLTS -- TCTS -- acceptor level