Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Что касается элементов V группы (Р), то, начиная с самых низких температур, облучение связывает их с вакансией в if-центр, электрическая активность которого сохраняется до температур «200°С. Отжиг if-центра не обязательно означает развал комплекса. Для выяснения микроскопических механизмов перелокализа-ции примесей был построен потенциальный рельеф в кремнии для смещения из узла примесных атомов III и V групп. Расчеты соответствующих эффективных адиабатических потенциалов (ЭАП) проводились по методике [65].
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ МИГРАЦИЯ
83
Вычислялась добавка к ЭАП невозмущенной связи в первом приближении стационарной теории возмущений
д?7= <4r*lF,№>,
где
V' =
ДZ г„
дг
(3.2.2)
(3.2.3)
Z* — эффективный заряд атома, Т — волновые функции электронов связи в основном состоянии, R — межатомное
Е.зВ
Рис. 3.4. Потенциальный рельеф для смещения алюминия (Д — центр ближайшего треугольника при движении в направлении <111>), Г|, Т — междоузлия (см. рис. 3.2).
расстояние, г , r0j—абсолютные величины радиусов-векторов электронов относительно атомов aj и аг. Приближение (2) было использовано для получения ЭАП связей P-Si и Al-Si (Д2 = ±1): UP{R) и UAi(R). Зависимости UP(R) и UAi(R) носят противоположный характер, что приводит к различному характеру релаксации окружения. В случае системы B-Si и Al-Si ход ЭАП имеет аналогичный характер. Анализ полученных данных привел к новым предположениям о миграции атомов III и V групп в Si.
На рис. 3.4 представлен потенциальный рельеф для смещения находящегося в узле алюминия Als в направлении <111), который близок к ПР бора Bs.
6*
84 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ДЕФЕКТАХ [ГЛ. 3
Такое поведение Bs при низких температурах имеет важные последствия. Тот факт, что при низких температурах велика вероятность смещения атомов III группы в точку Ti (см. рис. 3.4), объясняет легкость их вытеснения атомами Si (данные о вытеснении атомов V группы не получены). Приход междоузельного Si в состоянии sp3 к узлу с Вв, смещенным в позицию 7\, завершается вытеснением Bs атомов кремния.
Возможен и другой вариант вытеснения. На рис. 3.4 барьер R соответствует разрыву связей Bs — Si и регибридизации связей по Уоткинсу. Возникает комплекс (B/+F). Приход атома Si в вакансию изменяет потенциальный рельеф, высвобождая В/. При низкотемпературном вытеснении барьер R может быть снят в результате предиссоциации связей [66]. Тогда с небольшой энергией активации (~0,06 эВ) возникает комплекс (B/+F) и с приходом междоузельного Si, как уже сказано, высвобождается Bj.
Освободившийся В/ мигрирует по междоузлиям в соответствии с одним из низкотемпературных механизмов [51—53]. Быстрая миграция В/ затормаживается образованием комплексов (B/+F) и (Bs + F). Обеспечение междоузельной стартовой позиции и малой концентрации центров захвата F привело бы к существенному ускорению миграции бора [18].
Изобразим схематически возможный механизм диффузии бора в Si, аналогично А1 (рис. 3.5).
Описанная модель согласуется с экспериментальными результатами, полученными в широком интервале температур.
В соответствии с результатами [32] электронное облучение вплоть до температур 300 К приводит к появлению В/. Выход в междоузлия происходит по рассмотренному механизму вытеснения.
В интервале 300—600 К по [32] уменьшается концентрация В/ и F, одновременно появляются комплексы (Bs + F). При этих температурах возможен переход
(Bi + F)-*(BS + F). (3.2.4)
Механизм этого перехода показан на рис. 3.6. Наконец, в интервале 600—1000 К снова возрастает концент-
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ МИГРАЦИЯ
85
рация Bj, что естественно объясняется развалом комплексов (Be + F):
(BS + F)-^BI + (F + F), (3.2.5)
(BS + V)-^BS + V^(BI + V) + V. (3.2.6)
В [67] рассмотрены условия смещения узельного Si в окрестности Р (образование Е'-центра). При темпера-
? * (Si) 3
--------В
Рис. 3.5. Схема диффузии атомов III группы: 1) узловой А1, 2) вакансия. 3) междоузельный Si, 4) легкосмещающийся узловой А1 в отсутствие вакансии, 5) комплекс «А1+вакансия», б) миграция А1 по междоузлиям.
турах выше комнатных легко активируется обмен местами между Р и V. Барьер для перескоков Р V значительно ниже барьера переориентации ^-центра и барьера для развала ^-центра. Поэтому оказывается затрудненной обычная вакансионная диффузия Р в Si. В соответствии с приведенными данными имеются два канала, по которым идет диффузия Р в Si:
— приход междоузельного Si в вакансию, связанную с фосфором, создает условия для перескока фосфора в новую позицию (рис. 3.7, а);
