Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
? = + (2.2.1')
где Uц — потенциальная функция типа Морзе, описывающая взаимодействие атомов периферийной части кластера (вне квантового ядра).
В [31] проводилось квантовохимическое моделирование динамики атомов в кластере кремния для разных исходных распределений заряда (см. рис. 2.7). Благоприятными для дефектообразования оказались варианты (а) и (б). Этому же случаю соответствует кривая 1 па рис. 3.2, б. Небольшие минимумы в позиции показывают, что при движении атомов А и А' (см. рис. 2.8) к междоузлиям в области достаточно низких температур может возникнуть дивакансия с одной разорванной связью (либо аналогичная моновакансия). Был рассчитан также потенциальный рельеф в окрестности этой позиции с учетом релаксации системы. При адиабатическом смещении атома из узла характер потенциального рельефа передается кривой 2 (см. рис. 3.2, б). Таким образом, в окрестности выявляются метастабильные состояния системы.
Приведенные результаты показывают, что в области пороговых энергий элементарный акт дефектообразова-пия всегда определяется изменением состояния ЭП, характером перестройки химических связей. Это п приводит, в частности, к эффекту «демпфирования».
Приблизительная оценка сечения дефектообразования проводится по формуле
О = OiP0,
где о,- — сечение ионизации ^Г-оболочки, Р0 — вероятность оже-каскада (ad~10-24 см2).
Это значение соответствует энергии электронов, с максимальной вероятностью ионизующих .йГ-оболочку (для Si — 6 кэВ). В области порога упругих смещений ad на
1-2 порядка меньше. С приближением к порогу упругих смещений со стороны больших энергий сечение упругого дефектообразования (10 - 24 — 10— 25 см2) превосходит допо-
44 ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИЯ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 2
роговое. Для подтверждения описанного допорогового механизма (ДМ) принципиальное значение имеет энергетическая зависимость сечения (см. гл. 4).
Экспериментальные исследования авторов [23] показали, что ионизация подвалентных оболочек в ЩГК не приводит с заметной эффективностью к образованию точечных дефектов.
Динамическое моделирование таких процессов на ЭВМ было проведено Чаддертоном [33]. Полученные им результаты показывают, что в кристаллах КС1 дефектообразование было бы возможно при трех- и четырехкратной ионизации галоида с временем жизни таких ионизованных состояний т,- ~ 7 • 10-13 с. Поскольку эти условия неосуществимы, можно утверждать, что вопрос о реальности механизма Варли [34] в машинном эксперименте Чаддертона получил отрицательный ответ. Рассмотрение Чаддертона включает все варианты механизма дефектообразования, связанные с ионизацией внутренних атомных оболочек: допороговый удар и потенциальное смещение, соответствующее собственно механизму Варли [34].
В работе [35] подтверждены результаты Чаддертона, но времена, необходимые для образования дефектов, оказались еще более длительными (при трехкратной ионизации галоида т( « 5 • 10-12 с). Последнее обусловлено, возможно, несоответствием использованных потенциалов и некорректной процедурой суммирования в [33] (учет недостаточного количества координационных сфер при вычислении сил, действующих на каждый атом). Результаты показали, что электрическая неустойчивость, вызванная ионизацией подвалентных оболочек галоида, не приводит к дефектообразованию. Очевидно, при ионизации внутренних электронных оболочек, в силу малых времен жизни таких состояний, в принципе не могут реализоваться и механизмы, связанные с колебательной релаксацией электронных возбуждений и изменением типа симметрии локальных колебаний.
Эти механизмы относятся к механизмам потенциального смещения или адиабатно-ударным и, как показано в работе [23], осуществляются с участием оптических возбуждений.
Итак, ионизация подвалентных атомных оболочек создает условия для образования дефектов в полупроводни-
§ 3] ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННОЕ СМЕЩЕНИЕ АТОМОВ 45
новых кристаллах и не создает таких условий в ЩГК. Одна из причин', мешающих реализации допорогового удара в ЩГК, заключается в плотной упаковке кристаллической решетки. Вторая причина неосуществимости кулоновского удара в ЩГК — решетка из разноименно заряженных атомов не обеспечивает накопления за короткие времена достаточно больших импульсов под действием кулоновских сил. Вариант ударного дефектообразования, когда выполняется условие т, > Т*, но Trf < Т*, реализуется, как показывают оценки, при высоких плотностях электронных возбуждений в кристалле.
Имеются расчеты потенциального рельефа при смещении атома Si в седловую точку в решетке без примеси и с примесным атомом фосфора в узле [31, 36]. Присутствие примеси снижает барьер для перехода атома в седловую точку от ~ 1,5 эВ до — 0,6 эВ. Таким образом, в окрестности фосфора существенно облегчено образование вакансии.
На рис. 2.9 представлен вид потенциального рельефа, рассмотрение которого приводит к интересным выводам о свойствах дефектной конфигурации (Ps + V).
Благодаря асимметрии потенциальной ямы, в которой находится вакансия, частота обмена местами вакансии с фосфором намного превосходит частоту прыжков, уводящих вакансию от фосфора. Практически это затрудняет возможность переориентации ^-центра.
