Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Сопоставление многочисленных расчетов показывает, что наиболее адекватное описание химической связи достигается методом молекулярных орбиталей. В этом плане интересна работа Сэмба и Фелтона [10], применивших описание МО ЛКАО в ССП — Ха модели.
Исследованная в [11] кластерная модель представляла собой фрагмент алмазной решетки, включавший 91 атом (четыре координационные сферы). Две внутренние координационные сферы (17 атомов) описывались квантовомеханически в двухцентровом приближении.
Квантовомеханическое описание внутренней области (квантового ядра) кластера проводилось с уточненными слэтеровскими волновыми функциями [11]. Процедура уточнения волновых функций заложена в общую схему расчета потенциального рельефа. Волновая функция связи представляла собой зр3-гибридную орбиталь, построенную как МО ЛКАО. Радиальная часть гибридных орбиталей бралась в слэтеровской форме, а угловая часть — в виде. (2.2.2).
При описании дефектных конфигураций область существенных искажений не распространялась за пределы двух координационных сфер, что согласуется с расчетами других авторов [12]. Внешняя область кластера (третья и четвертая координационные сферы) описывалась классическими потенциалами Морзе, параметры которых несколько варьировались с целью нахождения оптимальных граничных условий для квантового ядра кластера. До рассмотрения дефектных конфигураций была отработана идеальная решетка Si. В этом случае можно было
72
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ДЕФЕКТАХ
[ГЛ. 3
ограничиться 5-атомным ядром кластера. Эта кластерная модель дает лучшие результаты по сравнению с полученными другими методами. При помощи этой кластерной модели был исследован ряд основных активационных процессов в кристаллической решетке Si типа ЭВ СА:
— влияние ЭВ на миграцию вакансии и вакансион-ных примесей;
— возникновение новых дефектных конфигураций;
— изменение равновесных конфигураций аморфных слоев под влиянием ЭВ и других физических факторов;
— релаксационные механизмы НСД;
— ДМ дефектообразование.
При моделировании искаженных атомных конфигураций в алмазной решетке кластер разбивался на неэквивалентные группы i эквивалентных связей /. Энергия кластера вычисляется в виде (2.2.1).
Схема кластерного расчета модифицировалась в соответствии с характером перечисленных задач.
При исследовании влияния ЭВ на миграцию вакансии в Si рассматривались все возможные случаи локализации ЭВ на различных группах эквивалентных связей, расположенных в дефектной области. Так отбирались исходные возбужденные конфигурации с минимальной энергией кластера. Далее строился ПР для вакансионного перескока в зависимости от тппа локализованных в окрестности вакансии ЭВ. Аналогично исследовалась релаксация неэквивалентных междоузлий, определяющая релаксационные механизмы НСД [19].
Анализ ПР при моделировании атомных смещений в кластере позволил выявить новые метастабилыше состояния системы.
Традиционно ТД рассматривают как смещенные атомы (и соответственно пустые узлы — вакансии) с коренной перестройкой химических связей, соответствующих идеальной решетке. (Происходит, образно говоря, «перс-связывание» атомов вокруг ТД.)
Расчеты указывают, однако, на существование нарушений с сохранением большинства связей, которые были в ненарушенном кристалле,— изменяются углы между связями и длины связей, но не происходит «пере-связывания» атомов. Возникают конфигурации повернутых связей (КПС). Это так называемые ориентационные
§ 1] КОНФИГУРАЦИИ ДЕФЕКТОВ В АЛМАЗНОЙ РЕШЕТКЕ 73
Е,эВ
Рис. 3.2. а). Ориентационные дефекты, б). Потенциальный рельеф для смещения атома Si в междоузлие: 1) без релаксации, 2) релаксация после неадиабатического выхода атома в позицию Ти 3) адиабатическое смещение атома. Кластерный расчет заканчивается после прохождения Ть Продолжение кривой 3 основано на данных эксперимента и качественных соображениях. R— точка регибридизации связей при образовании вакансии, Т — междоузлие. Пунктирная линия — рельеф для рекомбинации [31].
74
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ДЕФЕКТАХ
[ГЛ. '3
дефекты (ОД), которые хорошо известны в квантовой химии молекул, но не рассматриваются в квантовой химии кристаллов (рис. 3.2). Метастабильные КПС играют важную роль при объяснении допороговых радиационных эффектов, что отмечено в [15]. Они обусловливают своеобразную кинетику ТД, их температурную эволюцию, эффект демпфирования атомных смещений химическими связями в алмазных структурах [16] и другие особенности активационных процессов в алмазоподобных кристаллах.
Детальное изучение ПР при перемещении узлового атома Si в Г-междоузлие показало, что возможны КПС, соответствующие метастабильным состояниям двух типов: для нерелаксированнон системы и для системы, претерпевшей определенную релаксацию после прихода атома А в область Tt. При адиабатическом перемещении система релаксирует непрерывно и в У^междоузлии имеет относительно глубокий минимум на ПР (рис. 3.2, б).
