WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

У кремнії спостерігаються дислокаційні максимуми внутрішнього тертя типу Бордоні з параметрами релаксації: U 1,85 еВ, 0 = 5·1011 с–1 [32]. У пластично деформованих ниткоподібних кристалах кремнію спостерігали шість максимумів внутрішнього тертя, зумовлених колективним та індивідуальним відкріпленням геометричних перегинів 60градусних та гвинтових дислокацій. Їх температури знаходяться в області 150 – 300 К (для частоти 1 – 3 Гц), енергії активації становлять 0,24 – 0,6 еВ, а частотні фактори – 109 – 1012 с–1. Ще чотири максимуми знаходяться в області 600 – 1100 К. Вони зумовлені утворенням та рухом поодиноких і подвійних термічних перегинів на 60-градусних та гвинтових дислокаціях. Енергії активації цих максимумів знаходяться у межах 1,5 – 2,55 еВ, а частотні фактори – 1012 – 1013 с–1 [33]. Більш докладно досліджено максимум з енергією активації 1,85 еВ у кристалах, деформованих при 0,8 Тпл й частотним фактором 2·10- 10c [34]. Він зумовлений термоактивованим утворенням подвійних перегинів на прямолінійних ділянках дислокаційних сегментів, довжина яких контролюється полем внутрішніх напружень. Висота цього максимуму зростає зі збільшенням ступеня попередньої пластичної деформації до 1 %. Зростання амплітуди деформації в межах 6·10–6 – 8·10–5 призводить до збільшення висоти та півширини піка, а подальше її зростання – до суттєвого зміщення максимуму в область низьких температур.

Високі значення бар’єра Пайєрлса, властиві елементарним напівпровідникам (кремній, германій), а також деяким іншим матеріалам, призводять до реалізації певних специфічних механізмів дислокаційного згасання. Одним із них є дифузійно-дислокаційний (конденсаційний) механізм [35], який може реалізовуватися при як завгодно малих значеннях напружень. При стискуванні кристала внаслідок збільшення вільної енергії утворення вакансій виникає пересичення, яке зумовлює рух надлишкових вакансій до стоків, що супроводжується утворенням кластерів та дислокаційних петель у бездислокаційних та малодислокаційних кристалах, або переповзання наявних ростових та деформаційних дислокацій. При знятті навантаження концентрація вакансій стає меншою за рівноважну, що викликає утворення і рух вакансій з поверхні кристала до його об’єму. Багаторазове повторення таких циклів призводить до різкого зростання розмірів та густини дислокаційних петель вакансійного типу. При певних умовах (температура, рівень напружень) за анало Складні системи і процеси № 1- 2, гічним механізмом можуть утворюватися та зростати також міжвузловинні дислокаційні петлі.

У напівпровідникових та діелектричних кристалах дислокації можуть бути зарядженими [36], через що їх взаємодія із зарядженими домішками та точковими дефектами істотно залежить як від заряду дислокації, так і від зарядів дефектів. Це може призводити до впливу освітлення на механічне згасання внаслідок генерування нерівноважних носіїв заряду і відповідного змінювання зарядів дефектів [37].

Понад 90% дислокацій, що спостерігаються методом сканувальної електронної мікроскопії, є електрично активними [38]. Найбільш істотний вплив дислокації виявляють на електричну провідність кремнію, час життя нерівноважних носіїв заряду та дифузію домішкових атомів [26; 39; 40]. З крайовими дислокаціями пов’язана також лінія люмінесценції з максимумом при 1,525 мкм [24]. Вплив дислокацій на електрофізичні властивості зумовлений наявністю на них обірваних зв’язків, що призводить до формування додаткових станів у забороненій зоні, а також утворенням на дислокаціях домішкових атмосфер, вплив яких істотно залежить від складу. У зв’язку з цим поведінка ростових дислокацій та дислокацій, які уведено пластичною деформацією, є різною. Вплив дислокацій на питому електропровідність слабколегованих кристалів виявляється [2] при їх щільності понад – 108 см–2. При цьому більш помітним є вплив крайових, 60-градусних та розщеплених гвинтових дислокацій, які характеризуються найбільшими щільностями обірваних зв’язків. Суттєвим є також напрямок руху носіїв заряду відносно ліній дислокацій. Найбільший вплив вони виявляють, якщо їх переважна орієнтація збігається з напрямом току [26]. Крайові дислокації у кремнії виявляють акцепторні властивості [41] і у сильнодеформованих кристалах n-типу можуть виявляти інверсію типу провідності [42]. У слабколегованих напівпровідниках радіус області позитивного просторового заряду поблизу дислокацій може сягати 10 – 100 мкм [43]. Тому у кристалах з електронною провідністю вона може розглядатися як включення матеріалу р-типу у n-типному напівпровіднику.

При зворотному зміщенні p-n переходу поблизу критичного для даного матеріалу поля спостерігають лавиноподібне зростання току, пов’язане з ударною іонізацією або тунельним пробоєм [44]. Утворення лавини починається в області так званих мікроплазм, однією з основних причин появи яких є помітне (на 0,2 – 0,4 еВ) пониження ширини забороненої зони в області дислокацій.

Вплив дислокацій на час життя нерівноважних носіїв заряду є неоднозначним. З одного боку, наявність на дислокації обірваних зв’язків призводить до утворення у забороненій зоні додаткових рівнів, за якими може відбуватися рекомбінація нерівноважних носіїв заряду [26]. У достатньо чистих кристалах час їх життя є зворотно пропорційним щільності дислокацій [1]. Проте вплив дислокацій істотно залежить від типу та концентрації фонових домішок, а також від складу утворюваної атмосфери. Атмосфера може пасіювати глибокорівневі домішки та дефекти і призводити до підвищення часу життя у дислокаційних кристалах порівняно з бездислокаційними [39]. Переважно на дислокаціях скупчуються швидкодифундуючі домішки, зокрема мідь та золото, якщо їх концентрація є достатньо великою, що також призводить до підвищення часу життя нерівноважних носіїв заряду [1].

У спектрах фотолюмінесценції кремнію присутні чотири лінії D1 – D4 з енергіями 807, 873, 935 та 997 меВ, які зазвичай пов’язують із дислокаціями [45]. Дислокаційні центри виявляють стійкість до термічних обробок і практично не піддаються деградації. Для пояснення механізмів виникнення люмінесценції для ліній D1, D2 пропонувалися процеси, пов’язані із перегинами та східцями на дислокаціях, дислокаційним потенціалом, домішково-дефектними комплексами й точками перетину дислокацій. Але жодна з запропонованих моделей не описує увесь комплекс експериментальних даних. У сильнодеформованих кристалах замість лінії D1 існує досить широка смуга в області 750 – 850 мкм. При цьому у CZ-Si її максимум зміщується до короткохвильового боку, а у FZ-Si – до довго Складні системи і процеси № 1- 2, хвильового. Наявні данні дають підставу вважати, що ця смуга пов’язана із рекомбінацією донорно-акцепторного типу, в якій беруть участь кисневі термодонори та акцепторні рівні дислокацій, що відповідають за лінію D1.

Енергія активації дифузії елементів III та V груп уздовж дислокацій у напівпровідниках становить 0,75 – 0,80 від енергії активації об’ємної дифузії, а коефіцієнт дифузії є на – 5 порядків вищим ніж для об’ємної дифузії [46]. Енергія активації дифузії вздовж крайової дислокації є меншою ніж вздовж гвинтової [40]. Є дані, що для нікелю енергія активації дифузії уздовж поодинокої крайової дислокації дорівнює енергії активації дифузії вздовж малокутової міжзеренної межі. У таблиці 2 наведено дані про параметри дифузії основних донорних та акцепторних домішок вздовж дислокацій у кремнії.

Таблиця Параметри дифузії домішок уздовж дислокацій у кремнії [40; 46] Домі- In Sb P As B Al шка D0, 10000 450 11000 75000 190 см2/с 290 Е, еВ 3,31 3,0 3,38 3,6 3,24 3, 3,1 3,Згідно з [47] статичний чотирьохточковий згин з віссю [112] при температурах 1070 – 1320 К, зовнішніх напруженнях 0,3 – 2,7 кГ/мм2 та легуванні кристалу бором з концентрацією менш ніж 4·1018 см–3, або фосфором (< 1·1019 см–3) призводить до прискорення дифузії домішок у стиснутих областях та її уповільнення у розтягнутих. Така деформація дає можливість забезпечити максимальні напруження за однією з площин ковзання та увести дві системи 60-градусних дислокацій. За більш високих концентрацій домішок спостерігається уповільнення їх дифузії незалежно від знаку деформації та величини зовнішніх напружень. Припускають, що рух дислокацій при такому навантаженні відбувається шляхом ковзання 60-градусних сегментів дислокаційних петель одночасно з неконсервативним переміщенням східців з однієї площини ковзання до іншої. Залежності коефіцієнтів дифузії від знаку та величини прикладених напружень при цьому можуть бути пояснені тим, що при перековзанні східців 60-градусних дислокацій на вищележачі площини ковзання у дифузійній області народжуються міжвузловинні атоми кремнію, які можуть анігілювати з вакансіями, зменшуючи їх концентрацію у дифузійної області і, відповідно, коефіцієнт дифузії, або витісняти до міжвузловин атоми фосфору та бору, підвищуючи ефективні коефіцієнти їх дифузії.

На поверхні епітаксійних шарів кремнію товщиною близько 30 мкм із змінним рівнем легування, питомий електричний опір яких змінювався за товщиною від 1 до 100 Ом·см, осаджених на підкладках КЭС-0,01 (111) діаметром 76 мм і товщиною 380 мкм щільності дислокацій та дефектів пакування не перевищують 10 см–2 [48]. Поблизу межі розділу підкладки та шару ці композиції містять сітку дислокацій невідповідності, що складається з похилих дислокацій та петель, які проникають до епітаксійного шару на відстань 5 – 10 мкм. У 5 мкм від підкладки щільність дислокацій дорівнює 102 – 103 см–2. Крім того, у таких композиціях спостерігаються лінії ковзання, які переважно виходять із джерел Франка-Ріда на боках пластини. У підкладці вони складаються з одного або двох паралельних рядів дислокацій, а у епітаксійному шарі – із сполучення дислокаційних петель та дефектів пакування різного розміру.

2. Взаємодія дислокацій з домішками Взаємодія домішкових атомів з дислокаціями виявляє істотний вплив на деякі фізичні Складні системи і процеси № 1- 2, властивості кристалів. По-перше, це зумовлено тим, що утворювані на дислокаціях атмосфери суттєво змінюють швидкості руху та розмноження дислокацій. Характер цього впливу залежить від типу кристала [2]. У металах взаємодія домішок з дислокаціями є переважно пружною. Тому домішкові атмосфери є ефективними стопорами руху дислокацій, а також підвищують критичні напруження їх утворення. Це призводить до підвищення межі плинності і помітної зміни інших механічних характеристик кристала, що визначаються рухом дислокацій. У напівпровідникових кристалах істотною є електрична поведінка домішок. Вони можуть суттєво змінювати енергію дефектів пакування, яка визначає можливість розщеплення гвинтових дислокацій. Домішки, що призводять до підвищення енергії дефекту пакування, і, відповідно, до зменшення імовірності розщеплення дислокацій, полегшують їх поперечне ковзання. Домішки ж, які знижують енергію дефекту пакування, полегшують розщеплення дислокацій та ускладнюють їх рух. При температурах приблизно понад 0,7 Тпл у напівпровідникових кристалах, як і у металах, визначальним стає пружна взаємодія домішок з дислокаціями, і домішкові атоми будь-якого типу ускладнюють рух та розмноження дислокацій.

Другим фактором, що визначає характер впливу взаємодії домішок з дислокаціями та дефектами структури на властивості кристалу, є зміна характеристик домішкових атомів (тип та енергії рівнів, створюваних домішкою в забороненій зоні, перерізи захоплення нерівноважних носіїв заряду, локальні спотворення кристалічної решітки тощо) при їх переході з об’єму кристалу до атмосфери дефекту. Якщо домішка істотно впливає на ті чи інші властивості кристала і частка її атомів, що перейшли до атмосфери, є достатньо великою, то утворення домішкових атмосфер може істотно впливати на відповідні властивості кристала. Відомим прикладом такого впливу є підвищення часу життя нерівноважних носіїв заряду у кремнії при переведенні атомів міді з об’єму до дислокаційних атмосфер [39].

Дислокації та інші дефекти є ефективними центрами преципітації міді й ряду інших перехідних металів. У цьому разі атмосфера складається з виділень силіцидів та преципітатів, що мають підвищену електропровідність [49]. Згідно з [50] преципітати, що декорують ядра дислокацій у кристалах кремнію та германію, вирощених за методом Чохральського, мають кристалічну структуру і локалізовані в області, де домінують напруження розтягнення. Преципітати не є металевими фазами й містять велику кількість кисню. Їх розмір зростає із збільшенням вектора Бюргерса дислокації.

Третім фактором є зміна характеристик дефектів при утворенні атмосфери. Зокрема формування домішкової атмосфери може призводити до помітного підвищення полів пружних напружень поблизу дислокації, що використовується для візуалізації дислокацій при їх дослідженні методами рентгенівської топографії [39]. Прикладом комбінованого впливу другого та третього факторів є істотне підвищення низькотемпературної рухливості дірок внаслідок зменшення їх розсіювання на домішкових атомах і дислокаціях при утворенні атмосфери з атомів індію на дислокаціях, що утворюються під час електропластичної деформації монокристалів кремнію [51].

Дислокації та ростові мікродефекти є ефективними стоками для домішок у кремнії [52]. Після відпалу при 1470 К протягом 2 год концентрація фосфору у кристалах зменшується від 8,3·1012 до 4,6·1012 см–3 і від 5,55·1012 до 2,76·1012 см–3, а бора – від 8,3·1012 до 3,95·1012 см–3 та від 7,53·1012 до 2,76·1012 см–3. Концентрація оптично активного кисню при цьому практично не змінюється. Згідно з [51; 53; 54], атмосфери ростових дислокацій у монокристалах кремнію можуть бути заповнені киснем, вуглецем, азотом, атомами легувальних елементів та іншими домішками. У [55] відзначають можливість декорування мікродефектів А-, В- і D-типів у кремнії атомами водню у процесі лужного селективного травлення при 370 К.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.