Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
7,35(Zn) 10
ZnS 9,9(Zn) или 20,2(S); 9,9(Zn); 10
15(S)
CdS 8,7(S) 300
7,3(Cd) 77
CdSe 8,6(Se) 77
8,l(Cd); 8,6(Se) 5
CdTe 7,8(Te) 77
5,6(Cd); 7,8(Te) 5
§ и ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ (ОБЩИЕ ВОПРОСЫ) 31
Продолжение табл, 2,1
Материал Е эВ Т, к
а
MgO 60(0) 300
ZuO 30(Zn); 57(Zn); 57(0) 300
ВсО 76(0) 300
*) П-Т1Ш.
**) р-тшт.
в) Значения пороговых энергии ударного смещения ij полупроводниках, определенные экспериментально, находятся в области 5—80 эВ в зависимости от массы смещенного атома п характера связи в кристалле п, в первом прпблпжепип, описываются существующими теоретическими моделями.
Пороговые характеристики упругого дефектообразова-лпя для разных полупроводников приведены в табл. 2.1.
Как будет видно далее, ударные механизмы могут иметь место и в неупругнх процессах дефектообразования.
Проанализируем некоторые стороны ударного дефек-тообразованпя, независимые от природы удара. При машинном моделировании ударного дефектообразования в алмазных решетках [14] предполагается, что в момент удара происходит «разрыв» четырех химических связей. Далее, для выхода атома в междоузлие необходима дополнительная энергия упругой деформации решетки, для того чтобы преодолеть блокирующее действие окружения. Расчеты предсказывали сильную ориентационную зависимость величины Ed и отсутствие температурной зависимости Еа, если не принимать во внимание вторичные диффузионно-контролируемые реакции.
Предположение о мгновенном разрыве химических связей в момент удара не соответствует физической картине процесса. Такая ситуация имела бы место, если бы скорость движения атома после удара уа превышала скорость орбитального движения валентных электронов ve. На предположении va > ve основан механизм ионно-электронной эмиссии Френкеля. Однако в случае обычного
32
ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИЯ ДЕФЕКТОВ
[ГЛ. 2
ударного смещения иа ~ 106 см/с (для Е ~ 10 эВ), а ~ ~ 108 см/с, поэтому va<vc и разрыва связей в момент удара не происходит.
Атом, получивший импульс, проходит в направлении импульса некоторое расстояние с неразорвапными связями: связи только деформируются, и степень их деформации зависит от направления смещения атома. Возппкаот ситуация, когда движение атома «демпфируется» пера-зорвапвыми связями и резкая ориентационная зависимость Ed смазывается. На основе этих качественных соображений было проведено моделирование на ЭВМ «Минск-22» ударного смещения атома в кремнии [15]. Строился потенциальный рельеф для иеадиабатического выхода атома из узла в междоузлие в направлениях
<111>, <110>, <100>Г
Деформация связей, обусловленная сдвигом атома, означает нх возбуждение. Возбуждение это различно в зависимости от направления сдвига. Из геометрии алмазного кристалла следует, что при одних и тех же смещениях наибольшие деформации связей возникают, когда атом движется в паправлепии <100>, наименьшие — в направлении < 111 >.
Предполагается, что разрыв связей происходит в результате нх предиссоциации [16]. В процессе расчета потенциального рельефа после разрыва связей производится их регибридизацня вокруг вакансии по модели Уоткинса [17]. Результаты расчета дали значение ?<m>. ?<ioo>. д<ио> = 1Д). 1Д . 1)2 (рис_ 2 2) а)_
Для сравнения был построен потенциальный рельеф и в случае ударного выбивания с мгновенным «разрывом» связей. На рис. 2.2, б видна резкая анизотропия барьеров: в этом случае E(Jn>: Еа°0>' Е(а10) = 1: 0,7 : 5,4 (при тех же смещениях).
Таким образом, учет соотношения va<ve приводит it значительному ослаблению ориентационной зависимости Ed, что согласуется с данными эксперимента. Упомянутое «демпфирование» движения атомов иеразорванными связями характерно для валентных кристаллов. В металле с момента приобретения импульса атом взаимодействует с окружением по закону потенциала Борна — Майера или близкому к нему. Эффект «демпфирования» отсутствует. Это дает резкую анизотропию Ed (табл. 2.2) в соответ-
g i] ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ (ОБЩИЕ ВОПРОСЫ) 33
ствии с расчетами Сосина и экспериментами (см. [13]). Анизотропия величины Ed проявляется в размытости энергетического порога упругих смещений, которую характеризует функция вероятности смещения Р(е). Эту
потн.еВ г, отн.ед
а) ff)
Рис. 2.2. Потенциальный рельеф для выхода атома из узла в направлениях <111) ,< 100) и < 110) после разрыва связей в результате их пре-диссоциация (а) и при разрыве связей в момент удара (б).
функцию для меди запишем, воспользовавшись результатами работы [13]. Атом, выходящий в междоузлие в
