Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Гипотеза Варли [34], явившаяся развитием идеи Платцмана [24], состоит в следующем:
1) ионизация внутренней электронной оболочки аниона приводит в результате перезарядки к приобретению анионом положительного заряда;
2) положительно заряженный галоид оказывается в электростатически неустойчивом положении и в результате тепловых колебаний выталкивается в междоузлие.
Основной вопрос, возникший при обсуждении этого механизма, сводится к выяснению соотношения времени жизни многократно ионизованного состояния и эффективного периода атомных колебаний. В работе [10] основное внимание было уделено:
1) обоснованию принципиальной возможности реализации допорогового механизма (ДМ) дефектообразования в разных типах твердых тел;
2) общему рассмотрению ДМ, выявлению их возможных модификаций.
Исследования ДМ выходят за рамки радиационной физики твердого тела. Относящиеся сюда эффекты могут вызываться и нерадиационными воздействиями.
§ 1] ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ (ОБЩИЕ ВОПРОСЫ)
37
Рассмотрим общую схему ДМ в предположении, что атомные смещения вызываются изменением состояния ЭП.
Барьер AU определяется как разность потенциальных энергий ядер в седловой точке Q и в исходном равновесном положении Р0:
AU=U(Q)-U(P0). (2.1.15)
В оба члена (15) входят слагаемые, описывающие как отталкивание Z/0T, так и притяжение Uup. U0T и Uap могут быть обусловлены межатомными взаимодействиями различной природы. Например, в модели Вайзера [26] барьер в кремнии определяется поляризационной энергией притяжения и энергией отталкивания по Борну — Майеру. Можно проанализировать изменения AU, обусловленные влиянием локализованных электронных возбуждений:
u(Q) = 2,uim(Q)-'2iuiuAQ), (2.1.16)
U(P0) = 2<7от(Р0)-1Жр№ (2.1.16')
Естественно ожидать существенной деформации потенциального барьера с учетом изменений (16) и (16') при локализации электронных возбуждений. В общем случае изменения состояния ЭП могут привести к уменьшению A U, к A U — 0 и к A U < 0.
Обсудим принципы классификации механизмов ЭВ GA. После изменения состояния ЭП (4fi —^г) возникают локальные силы, стремящиеся привести систему в равновесное положение. Введем время действия ЭВ (т{), необходимое для того, чтобы произошел элементарный акт дефектообразования. Очевидно, должно быть Т{>Т| (т4 — время жизни электронного возбуждения). Если Tj <СТ* (где Т* = 1/v*; v* — эффективная частота колебаний), то происходит быстрое накопление импульса
•Ч
АР — j" Fdt, как в процессе упругого рассеяния на ато-о
ме быстрой частицы.
Далее возможны два варианта: тi<T* и тл> Т* (td — время смещения атома). Первый соответствует чисто ударному механизму [29], второй — локальному ква-зитепловому [27]. При т^Т1* за время действия ЭВ
38
ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИЯ ДЕФЕКТОВ
[ГЛ. 2
атом имеет возможность сместиться в междоузлие. В этом случае Td > Т*, что приводит к механизму потенциального смещения [28], a xd<T* — к адиабатно-ударному [29]. Итак, можно предложить следующую классификацию
ДМ:
I г,, т(г<СГ*(ДМ ударного тппа),
II тTd<2’* (ДМ адиабатно-ударного тппа),
III т i > Г*, rd > Г*(потенциальное смещение),
IV Ti<2’*, тd>T* (ДМ ударно-адиабатного типа).
Необходимо уточнить условие Ti>T{. Для реализации ПМ существенно не полное время жизни ЭВ, а время жизни на данном узле т/. Именно время тг определяет вероятность возникновения дефекта при релаксации неравновесной конфигурации, возникающей в результате электронного перехода. Таким образом, должно быть
Ti>Tj>Ti. (2.1.17)
Условие (17) может в принципе выполняться для всех типов твердых тел — в случае возбуждения внутренних (рентгеновских) оболочек, для полупроводников — в случае оптических возбуждений, локализованных на примесях п дефектах, для ЩГК — в случае возникновения оптических дырок и экситонов в идеальной решетке. Схема реализации ДМ изображена на рнс. 2.4.
Скорость введения дефектов характеризуют сечением дефектообразования о(Е) = NJNO, где — концентрация дефектов, рожденных дефектообразующими частицами энергии Е; Ф — доза (число частиц, попавших на см2 облучаемой поверхности); N — концентрация узлов решетки кристалла. (Предполагается, что образец достаточно тонкий и потерями энергии дефектообразующих частиц можно пренебречь.)
Величина а(Е), очевидно, определяется интегралом
Етах
о(Е)= J f^|i!)^(e)de, (2.1.18)
О
где daiE, e)/de—дифференциальное сечение передачи частицей атому энергии в интервале от е до e + de;
§ 1] ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ (ОБЩИЕ ВОПРОСЫ)
39
ДМ
I II III
г/<Г <>7'* <>Т*
Ъ<т* ь<т* ^d>7*
IV
ч I ^ I ^11 -11
" I
§ N ^|||| ^1*1
111
СП
(?)
Рис. 2.4. Схема реализации ДМ; ех — оптические возбуждения, х — рентгеновские возбуждения.
