Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 25, Numéro 11, novembre 1990
Page(s) 1121 - 1128
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0199000250110112100
Rev. Phys. Appl. (Paris) 25, 1121-1128 (1990)
DOI: 10.1051/rphysap:0199000250110112100

Origine des centres recombinants aux joints de grains de bicristaux de silicium Σ = 13

H. Amanrich, M. Pasquinelli et S. Martinuzzi

Laboratoire de Photoélectricité des Semi-conducteurs, Université d'Aix-Marseille , Centre de St. Jérôme, F - 13397 Marseille Cedex 13, France


Abstract
In order to verify that the recombination strength of minority carriers within grain boundaries (GBs) in p type silicon « CZ » bicrystals (Σ = 13) results of the segregation of dissolved oxygen we have investigated, as grown, annealed, gold diffused and also annealed then gold diffused samples. The investigations are made by means of LBIC scan maps, EBIC contrast and DLTS through the space charge region of the grain boundary. Annealing are carried out in argon. The results show that the recombination strength becomes noticeable after annealing at 880 °C for several tens of hours only, but is insensitive to gold in-diffusion at 700 °C. In a bicrystal annealed at 880 °C for 30 hours, gold diffusion at 800 °C for 3 hours reduces the recombination strength at GBs and in the grains. It is clear that the activation of Σ = 13 GBs results of a slow process. As the density of dissolved oxygen is very high in « CZ » crystals and as oxygen is able to precipitate at the annealing temperatures used in the present work, it is concluded that the segregation of oxygen is the most likely mechanism to explain the activation of GBs.


Résumé
Pour vérifier que la ségrégation d'oxygène est bien à l'origine de l'activité recombinante des joints de grains de bicristaux « CZ », de configuration Σ = 13 et de type P, des échantillons ont été étudiés bruts de fabrication, après recuit, après diffusion d'or ainsi qu'après recuit et diffusion d'or. Les techniques expérimentales regroupent les balayages LBIC, le contraste EBIC, ainsi que la DLTS utilisant la région de charge d'espace du joint de grains comme structure de collecte. Les résultats montrent que l'activité recombinante des joints ne devient notable qu'après un recuit à 880 °C pendant plusieurs dizaines d'heures. Une diffusion d'or à 700 °C ne produit pas d'autre effet que celui dû au seul recuit. Une diffusion d'or à 800 °C pendant 3 heures dans un bicristal préalablement recuit à 880 °C pendant 30 heures réduit les recombinaisons aux joints et dans les grains. L'activation des joints de grains de type Σ = 13 est donc un phénomène lent, tandis que la présence d'impuretés métalliques diffusant rapidement dans le silicium est soit sans effet, soit passivante. L'activation des joints doit donc résulter de la capture de diffuseurs relativement lents. Par suite de son abondance dans les cristaux « CZ » et des précipités qu'il peut former aux joints, l'oxygène dissous dans les grains apparaît bien après ségrégation comme le principal responsable de l'activation de ces défauts.

PACS
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.
6170N - Grain and twin boundaries.
6848 - Solid solid interfaces.
7280C - Electrical conductivity of elemental semiconductors.
6475 - Solubility, segregation, and mixing.

Key words
deep level transient spectroscopy -- EBIC -- electron hole recombination -- elemental semiconductors -- OBIC -- silicon -- semiconductor -- Czochralski crystals -- recombination centres -- grain boundaries -- bicrystals -- minority carriers -- p type -- segregation -- LBIC -- DLTS -- space charge -- annealing -- in diffusion -- activation -- 700 to 800 degC -- Si -- Si:O -- Si:Au -- Ar