Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Коэффициент диффузии D при Т -> О также стремится к постоянному пределу, который определяется рассеянием частиц на дефектах и друг на друге. С повышением Т, как говорилось, поведение D зависит от соотношения нолироиного эффекта н эффекта приготовления барьера.
Интересно подчеркнуть, что описанный эффект может привести к элементарному акту, в основе которого лежит когерентное приготовление дырки в атомной конфигурации. При этом не предполагается реального рождения вакансии. В случае обычного вакансионного механизма экспоненциальный рост D и когерентной диффузии с Т обусловлен ростом числа вакансий. Дальнейший рост Т приводит к некогерентному (тепловому) механизму диф-
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ДИФФУЗИЯ
63
фузии, который затем переходит в квазиклассическую надбарьерную диффузию.
Следует отметить, что пути приготовления барьера могут быть не обязательно флуктуационного происхождения. Деформация барьера может быть связана с изменением характера межатомных взаимодействий в результате возбуждения химических связей. Такая ситуация в связи с кваптовой диффузией требует специального рассмотрения.
В [81] исследованы нестационарные кинетические эффекты для дефектов в кристаллах. Получены выражения для нестационарной проводимости и коэффициента диффузии свободных дефектонов и связанных с определенными локальными центрами.
§ 6. Понятие о низкотемпературной стимулпрокатшой диффузии (НСД)
В связи с развитием физики радиационных воздействий пачались исследования так называемой радпаци-опно-стимулированной диффузии (РСД). Сейчас накопилось много теоретических и экспериментальных работ, посвященных РСД. При этом часто не улавливается различие между двумя не связанными между собой направлениями. Одно из них представлено работами Дамаска, Динса, Гиббонса [83] и основано па известной связи между коэффициентом диффузии и дефектностью кристалла. Ускорение диффузии обусловлено введением в кристалл определенной концентрации радиационных дефектов. Таким образом, здесь не постулируется действие каких-либо принципиально новых механизмов диффузии. В основе такой РСД лежит элементарный акт, активируемый тепловой флуктуацией.
Истоки модельных представлений второго направления содержатся в [82]. Оно основано па идее существенного влияния на миграцию атомов различных элементарных возбуждений, возникающих в кристалле под действием ионизирующих излучений. В этом случае возможно проявление принципиально новых механизмов миграции. Например, локализация электронных возбуждений в окрестности диффундирующего атома может привести к различным вариантам деформации потенциального
64 ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИЯ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 2
рельефа, в частности к полному снятию или инверсии потенциального барьера. Это есть бестепловая диффузия (не требующая тепловой энергии активации). В отличие от РСД, такую диффузию, обусловленную не дополнительной генерацией структурных дефектов, а влиянием элементарных возбуждений на процесс миграции атомов, определим как низкотемпературную стимулированную диффузию (НСД).
Рассмотрим в самых общих чертах некоторые особенности РСД. Соображения Дамаска — Гиббонса сводятся к следующему [83].
Коэффициент диффузии примесей Dix) складывается из двух частей: DT и D*(x), одна из которых соответствует обычной тепловой диффузии, другая — усиленной радиационными дефектами:
D (х) = DT + D* (х). (2.6.1)
Если для собственных атомов кристалла обозначить все величины в (1) с индексом «с», то можно записать
Dc(x) = Dc-T + D*(x). (2.6.2)
Далее используется положение, согласно которому в каждой точке коэффициент диффузии пропорционален локальной плотности дефектов:
<2-6-з>
т с—т
Обозначив коэффициент диффузии радиационных дефектов Dd, запишем соотношение
D*(x) = nd(x)Dd. (2.6.4)
Подставляя (3) и (4) в (1), имеем
D(x) = D, + -/?- nd (х) Dd. (2.6.5)
С-—т
Здесь nd (х) — решение уравнения непрерывности для
плотности дефектов:
- * „2 * *
дпА о Wj пА
1? = ^(2-6-6>
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ДИФФУЗИЯ
65
где Га — время жизни дефектов, G(x) — скорость генерации дефектов,
G(x)~I(x)od, (2.6.7)
Нх) — плотность потока бомбардирующих частиц, са — сечение дефектообразования.
Приведенные выкладки показывают, что в случае РСД можно снизить температуру диффузионной обработки материала. Это снижение температуры компенсируется вторым членом в (5). Следовательно, эффект РСД в значительной степени зависит от плотности потока бомбардирующих частиц Их). Для выявления температурной зависимости D{x) положим в (5) DT * Z)C_T * Dd. Тогда, учитывая, что
Dd = Dd exp (— Ed!kT), (2.6.8)
Td = т2 exp (E0lkT), (2.6.8')
