образование точечных дефектов в полупроводниковых кристаллах
advertisement
ОБРАЗОВАНИЕ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛАХ Любые отклонения от периодической структуры кристалла называются дефектами. дефекты точечные протяженные искажения решетки кристалла сосредоточены в окрестностях одного узла могут быть линейными(дислокации), плоскостными (межфазные границы) и объемными (поры, трещины) локализованы на расстояниях порядка межатомного размеры существенно превышают величину межатомного расстояния При Т > 0 K кристаллы всегда содержат небольшое число дефектов, соответствующее минимуму потенциальной энергии. Дополнительные дефекты вносятся при различных воздействиях: •нагреве •деформации •облучении частицами и др. Собственные дефекты в кристаллической решетке одноатомного кристалла. V-вакансия, I-междоузельный атом, V-I-пара Френкеля. Кристалл, состоящий из атомов двух типов: А и В. Вакансии в двух подрешетках VA и VB , междоузельные атомы IA , IB . Энергетический спектр электронов в идеальном (а) и дефектном (б) кристаллах: I-валентная зона, II-зона проводимости, Ес, Еv-края разрешенных зон. МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ В КРИСТАЛЛАХ •Введение дефектов в процессе роста кристаллов •Термофлуктуационные дефекты •Радиационные дефекты •Дефектообразование в полупроводниках при импульсном лазерном облучении Введение дефектов в процессе роста кристаллов Дефекты в кристалл вводятся целенаправленно. Этот процесс называется легированием. Две цели: управление электропроводностью кристалла или рекомбинационными процессами в нем. • В первом случае необходимо ввести дефекты, обладающие мелкими уровнями. (для Ge и Si донорами служат атомы P, As, Sb, Bi ) • Во втором случае вносятся атомы примеси, имеющие глубокие энергетические уровни. (используют примеси тяжелых и благородных металлов: Fe, Ni, Cr, Cu, Ag, Au ) Термофлуктуационные дефекты Конфигурационная диаграмма, поясняющая термофлуктуационный механизм образования дефектов Q0 и Q1 соответствуют регулярному и дефектному состояниям атомной конфигурации Радиационные дефекты Две возможности образования дефекта: •прямое столкновение быстрой частицы с атомом решетки (реализуется для частиц, несущих заметный импульс, то есть для электронов, ионов и нейтронов) •более сложный процесс, связанный с возбуждением электронной подсистемы кристалла (кванты электромагнитного излучения непосредственно не смещают атомы из узлов решетки, но передавая свою энергию электронам, они могут инициировать образование дефекта) Образование дефекта в ионном кристалле при многократной ионизации аниона Образование дефекта в ковалентом кристалле при многократной ионизации атома решетки, расположенного вблизи заряженного донора Конфигурационная диаграмма, поясняющая электростатический механизм образования дефектов состояния атомной конфигурации: I-основное, II-однократно и III-двукратно ионизованные Конфигурационная диаграмма, поясняющая электронно-колебательный механизм образования дефектов состояния атомной конфигурации: I-основное, II-электронно-возбужденное Дефектообразование в полупроводниках при импульсном лазерном облучении Электронное возбуждение и нагрев (плавление) – вызывают деформацию поверхностного слоя. электронно-деформационно-тепловая (ЭДТ) модель возникновения точечных дефектов При определенных условиях дефекты образуют пространственно-периодические структуры.
