A SIMPLE TECHNIQUE FOR MEASURING DOPING EFFECTS ON DISLOCATION MOTION IN SILICON

Résumé
Une technique basée sur la microindentation a été développée pour étudier l'influence du dopage sur les mouvements de dislocations dans les semiconducteurs et les isolants. Celle-ci permet l'étude de l'effet du dopage à l'aide d'un équipement simple et de spécimens petits et facilement préparés. Cette technique requiert une indentation à haute température l'aide d'un testeur de microdureté étalon d'un étage chauffant, suivie d'un recuit contrôlé et d'une attaque acide pour révéler les rosettes de dislocations autour des indentations. La taille de la rosette indique la facilité de mouvement des dislocations dans ce matériau . Un modèle d'interaction de dislocations à l'intérieur du champ de contrainte de l'indentation résiduelle a été développé ; ce modèle permet une évaluation de la contrainte critique minimale pour le mouvement des dislocations. Des résultats préliminaires sur des spécimens de silicium à 400°C ont montré que la taille des rosettes était la plus petite pour le silicium intrinsèque, et qu'elle augmentait avec l'augmentation du dopage, les dopants de type 'n' étant plus efficaces que les dopants de type 'p'. Les valeurs observées pour la "contrainte critique" varient de ~ 100 MPa (silicium intrinsèque) à ~ 70 MPa (silicium fortement dopé de type 'n') . Ces résultats sont bien corrélés avec ceux d'autres études sur les effets du dopage sur la vitesse des dislocations (par exemple : George et Champier, Phys. Stat.Sol.53a (1979)529).

Abstract
A microindentation-based technique has been developed to investigate the influence of doping on dislocation motion in semiconductors and insulators. It allows investigation of the doping effect using simple equipment and small, easily-prepared, specimens. The technique involves high temperature indentation using a standard microhardness tester equipped with a hot-stage, followed by controlled annealing and etching to reveal the dislocation arrays ('rosettes') around indentations. The size of the rosette is indicative of the ease of dislocation motion in the material. A model of dislocation interactions within the residual indentation stress field has been developed; the model allows the evaluation of a critical minimum stress for dislocation motion. Preliminary results on silicon specimens at 400°C have shown that rosette sizes are smallest for intrinsic silicon, and increase with increasing doping, with n-dopants being more effective than p-dopants. Derived values of the 'critical stress' vary from ~ 100 MPa (intrinsic silicon) to ~ 70 MPa (heavily doped n-type silicon). These results correlate well with other workers' results for doping/dislocation velocity effects (e.g. George and Champier, Phys. Stat. Sol. -53a (1979) 529).