WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 |

r/t = ±(/) [(DI **I СI) - DV**V СV)].

Здесь комбинация кинетически равновесных диффузионных потоков

R**V + R**I = ±-1(DI С**I - DV С**V)

определяется эмиссией частиц из кластера: R**V + R**I = G

G=ms exp[-( Eb/kT)].

Комбинация фактических потоков частиц из раствора определяется реальными концентрациями СI,V в растворе

RV + RI= ±-1(DVСV - DIСI).

В представленных выражениях: ms - плотность частиц кластера на границе раздела с матрицей, - частота их тепловых колебаний, Eb – энергия связи частиц в кластере, – элементарный объем частицы кластера, - безразмерный коэффициент, зависящий от геометрии кластера. Отмечается, что введение в рассмотрение второй компоненты раствора приводит к появлению множественности кинетически равновесных состояний в подсистеме ТД для каждого типа кластеров.

При развитии теории эволюции кластеров в неизотермических условиях отмечается, что равновесная комбинация R**V + R**I = ms exp[-( Eb/kT)], определяющая эмиссионную составляющую массового баланса с точностью до ()-1, безынерционно следует за изменением температуры Т. Комбинация же фактических потоков ТД RV + RI, выражаемых через реальные концентрации раствора СI и СV, инерционна по отношению к изменению температуры Т. Именно вследствие этого, например, при резком понижении Т, возникают пересыщенные растворы и связанные с ними закалочные эффекты. Отмечается, что в обратной ситуации, когда происходит быстрый нагрев кристалла, должны возникать разбавленные растворы и как следствие – эмиссионный распад кластеров. Представлено количественное описание этой концепции.

Введено новое понятие «критическая скорость нагрева». Показано, что каждому сильносвязанному кластеру (Eb больше Eb среднестатистического источника ТД в кристалле) можно сопоставить свое значение критической скорости нагрева (dT/dt)кр, при превышении которой реальные концентрации ТД ниже кинетически равновесных значений и кластеры распадаются, даже если они обычно термостабильны в области текущих температур нагрева. Полученное выражение для критической скорости нагрева имеет вид:

(dT/dt)кр=(kT2)(D/)[(S01/Eb)+(S02/Eb)exp(E/kT)],

где E=Eb-Eb, S01, S02 - коэффициенты с размерностью см-1. Факт существования критической скорости нагрева подтвержден экспериментально в опытах с распадом А-кластеров при быстром фотонном отжиге.

По результатам исследований указывается на существование семи принципиально различных с точки зрения поведения кластеров неравновесных ситуаций в двухкомпонентном растворе ТД. Обсуждается реализация каждой из этих неравновесных ситуаций, в том числе с использованием разрабатываемых в диссертации методов управления подсистемой ТД.

Результаты данной главы позволяют адекватно объяснять и прогнозировать изменение дефектного фона в бездислокационных кристаллах под влиянием различных внешних воздействий, оказывающих влияние на подсистему собственных ТД кристалла, в том числе классов воздействий, исследуемых в диссертации.

Девятая глава «Вторичные эффекты вакансионного легирования Si и GaAs» посвящена экспериментальным исследованиям вторичных эффектов от генерации неравновесных V за счет принудительного удаления матричных атомов с поверхности кристалла путем его химического и плазмо-химического травления. Несмотря на то, что теоретические основы введения неравновесных V за счет прямого химического травления были развиты для моноатомных кристаллов, в работе показано, что такой прием введения неравновесных V при некоторых условиях может быть распространен и на кристаллы GaAs. Основными объектами исследования в данной главе выступают исходные кристаллы и ионно-имплантированные слои.

Показано, что при условии введения неравновесных V в Si до процесса ионной имплантации примесей, при последующем его отжиге изменяется степень электрической активации амфотерной примеси (In), ее пространственное распределение и динамика отжига таких слоев в целом. При введение неравновесных V в кристалл непосредственно в процессе отжига ионно-имплантированного слоя Si изменение динамики отжига радиационных дефектов и степени активации внедренной примеси продемонстрировано на примере слоев, легированных In, В и P. Результаты интерпретируются с позиций модификации дефектного фона исходного кристалла или взаимодействия ТД радиационного происхождения с вводимыми in situ V. Отмечается, что когда V вводились в кристалл одновременно с отжигом имплантированного слоя, то они вводились с противоположной ионно-легированному слою стороны пластины, как и в аналогичном эксперименте с ТФР. В этот раз использовался другой метод их введения, связанный не с ТФР, а с плазмохимическим травлением. Однако, и в этом случае «эффект дальнодействия» получил подтверждение.

Методами рентгеновской дифракции, внешней фотоэмиссии и катодолюминесценции показано, что введение V по обеим подрешеткам GaAs приводит к улучшению показателей его структурного совершенства в слоях толщиной не менее 5 мкм. В этих слоях уменьшаются интегральная деформация решетки, понижается концентрация центров безызлучательной рекомбинации носителей заряда. Пропорциональное введение VAs и VGa при температурах (750оС), превышающих температуру конгруэнтного испарения GaAs, достигалось благодаря полирующему химическому травлению кристалла в условиях подпитки химически активной газовой среды парами As таким образом, чтобы стехиометрия поверхности во время травления не нарушалась.

При изучении ионно-легированных Si+ слоев в таким образом модифицированных кристаллах GaAs методами низкотемпературной (115К и 12К) катодолюминесценции, долговременной релаксации катодопроводимости, а также методами вольт-фарадных и холловских измерений был обнаружен ряд положительных изменений в их структурных и электрофизических свойствах. Увеличенные интегральная краевая катодолюминесценция (рис.14а), а также соотношение пиков центров SiGa, SiAs, SiAs-VAs и SiAs-VGa в низкотемпературных спектрах контрольных и экспериментальных образцов (рис. 14б) свидетельствуют об уменьшении центров безызлучательной рекомбинации и уменьшении атомов Si в нежелательных позициях As, где они проявляют акцепторные свойства.

Рис.14. Катодолюминесценция от ионно-легированных Si+ слоев GaAs в экспериментальных (1) и контрольных (2) образцах GaAs: а) краевая катодолюминесценция (=843нм, T=115К) как функция ускоряющего напряжения электронов U, и глубины их проникнове-ния; б) спектральная низкотемпературная (Т=12К) катодолюминесценция. Пики I1 - SiGa, I2 - SiAs, I3 - SiAs-VAs, I4 - SiAs-VGa.

С помощью измерения эффекта Холла показано, что подвижность электронов в экспериментальных образцах на 20-30% выше подвижности электронов в контрольных образцах, что чрезвычайно важно с прикладной точки зрения.

В выводах главы отмечается, что разработанные приемы введения в моноатомные кристаллы неравновесных V могут быть эффективно использованы на различных стадиях технологических процессов как в кремниевой технологии, так и в технологии, связанной с GaAs. Применительно к кристаллам GaAs следует отметить, что одновременное и пропорциональное введение в кристалл VAs и VGa приводит к существенному улучшению не только структурных и электрофизических свойств ионно-легированных Si+ слоев, но и к улучшению его люминесцентных характеристик.

Заключение

В диссертационной работе решена актуальная научная задача в области физики твердого тела, относящаяся к теоретическому и экспериментальному изучению управления параметрами подсистемы собственных точечных дефектов (ТД) в кристаллах. В рамках решения этой задачи впервые с единых позиций разработаны унифицированные модельные представления о генерации неравновесных ТД в кристаллах при двух достаточно широких классах физико-химических воздействий: твердофазных реакциях на поверхности кристалла и при воздействиях, приводящих к прямому удалению матричных атомов кристалла. Основные результаты разработанных теоретических положений подтверждены экспериментально с помощью аналитических методов исследования, а также при изучении процессов в объеме кристаллов, сопутствующих изучаемым внешним воздействиям.

По результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы:

  • Впервые разработана единая физическая модель образования неравновесных собственных точечных дефектов (ТД) в кристалле, генерация которых стимулирована твердофазными реакциями на его поверхности. Модель базируется на термодинамически выгодном размене энергии локальных упругих напряжений вокруг молекул новой фазы на границе раздела кристалла с растущим слоем новой фазы на энергию пересыщенного твердого раствора ТД. Предложенная модель способна с единых позиций на основе фундаментальных параметров фаз и без использования каких-либо подгоночных параметров описывать как параметры генерации ТД, так и важнейшие характеристики самой твердофазной системы.
  • В рамках единой физической модели получены оригинальные аналитические выражения для основных параметров генерации собственных ТД в условиях твердофазных реакций на поверхности моноатомных кристаллов: для энергии образования ТД, предельной степени пересыщения твердого раствора ТД, кинетического фактора достижения термодинамически оправданных пересыщений, среднестатистического выхода ТД на одну молекулу новой фазы, а также для критерия прогноза природы генерируемых ТД.
  • Теоретически показано, что рост силицидов металлов должен сопровождаться генерацией неравновесных вакансий не только в ранее экспериментально исследованных системах Ti-Si и Со-Si, но также в других системах М-Si (V-Si, Mo-Si, Ni-Si, Ti-Si, Cr-Si, Pt-Si), для которых были выполнены расчеты. Степень ожидаемого вакансионного пересыщения решетки кремния от системы к системе, а также в зависимости от образующейся фазы в конкретной системе варьируется в пределах 5-ти порядков величины. На примере систем V-Si, Ti-Si и Со-Si результаты расчетов подтверждены экспериментально.
  • С позиций единой теории генерации ТД при твердофазных реакциях теоретически подтверждено, что в системе SiO2-Si для большинства типов реакции окисления должны рождаться собственные атомы в междоузлиях. Однако, в двухстадийной реакции окисления кремния, на стадии перехода окисла кремния в двуокись кремния, в системе могут образовываться неравновесные вакансии.
  • Теоретически установлено, что процесс термического роста слоев нитрида кремния должен сопровождаться генерацией неравновесных вакансий. Показано, что среди всех исследованных структур - структура Si3N4-Si единственная, в которой кинетика лимитирует достижение термодинамически допускаемых пересыщений решетки неравновесными ТД.
  • Получены аналитические выражения для энергии активации твердофазных реакций на поверхности моноатомных кристаллов. Для некоторых реакций в структурах Ni-Si, Pt-Si, Ti-Si, Со-Si, а также SiO2-Si выполнены количественные расчеты энергии активации роста ряда фаз или энергии миграции реагентов в зону реакции. Для реакций, по которым известны из литературы экспериментальные данные, результаты теории сопоставлены с экспериментом. Максимальное отклонение расчета от эксперимента не превышает 15%.
  • Сформулировано новое правило определения первой и последующих фаз, образующихся в твердофазных системах с полифазной диаграммой состояния. С помощью полученного численного критерия расчетным путем выстроены последовательности фаз в структурах Со-Si, Ni-Si, V-Si, Pt-Si, Ti-Si, Mo-Si, Cr-Si, полностью совпадающие с экспериментальными данными различных авторов о чередовании фаз в структурах тонкая пленка металла – монокристалл кремния.
  • На основе классической модели Шоттки в качестве развития ее положений на случай неравновесных ситуаций разработаны унифицированные модельные представления об образовании неравновесных вакансий при достаточно широком классе физико-химических воздействий, приводящих к удалению матричных атомов с поверхности кристалла. Такой класс воздействий, в частности, включает прямое травление и стимулированную сублимацию матричных атомов кристалла.
  • Сформулированы общие требования к данному классу внешнего воздействия, накладывающие ограничения на механизм удаления матричных атомов, макро- и микроскорость удаления моноатомных слоев, а также на температуру процесса. Определены требования к объекту этого воздействия – кристаллу, в частности, требование по предельному углу кристаллографической разориентации его поверхности относительно направлений атомарно гладких плоскостей. Получена аналитическая зависимость вероятности перехода неравновесных поверхностных вакансий в объем кристалла и вакансионного потока от угла вицинальной грани.
    Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»