Диссертация (Взаимодействие водорода с дислокационными сетками сращенных пластин кремния), страница 3

XVI Международная конференция по протяжённым дефектам в полупроводниках (EDS2012) (Салоники, Греция 2012)3. XV Международная Конференция: «Геттерирование и инженерия дефектов вполупроводниковой технологии» (GADEST-2013) (Оксфорд, Великобритания 2013)4. XVII Международная конференция по протяжённым дефектам в полупроводниках (EDS2014) (Гёттинген, Германия 2014)5. XXVIII Международная конференция по дефектам в полупроводникам (ICDS-2015)(Эспоо, Финляндия 2015)6. XVI Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и наноструктур,полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, Россия 2014)7.

XVII Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников инаноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, Россия 2015)8. V Международная научная конференция «Современные тенденции научных исследованийнанообъектов искусственного и природного происхождения» (STRANN-2016) (СанктПетербург, Россия 2016)9.

XV Международная конференция по межкристаллическим и межфазным границам ввеществе (iib-2016) (Москва, Россия 2016)11Основные работы, включённые в диссертацию1. A.S. Loshachenko, A. Bondarenko, O. Vyvenko, O. Kononchuk, Impact of hydrogen onelectrical levels and luminescence of dislocation network at the interface of hydrophilicallybonded silicon wafers // Physica status solidi (c) 2013, 10(1), p.

36-392. A. Loshachenko, O. Vyvenko, O. Kononchuk, Kinetics of Hydrogen Motion via DislocationNetwork in Hydrophilically // Solid State Phenomena, 2014, v. 205-206, p. 341-345.3. N. Vysotskii, A. Loshachenko, E. Borisov, O. Vyvenko, Raman spectroscopy ofmonoatomic Hydrogen at dislocations in Silicon // Journal of Physics: Conference Series,2016, 690 (1)4. Н.В.

Высотский, А.С. Лошаченко, О.Ф. Вывенко, Атомная конфигурация изарядовое состояние водорода на дислокациях в кремнии // ФТП 2017, т. 51, вып. 3,с. 305-310Vysotskii, N.V., A.S. Loshachenko, O.F. Vyvenko. Atomic configuration and charge stateof Hydrogen at dislocations in Silicon // Semiconductors, 2017, 51 (3), p.

293-298.121. Электронные дислокационные уровни1.1 Дефекты в кристаллеИдеальная кристаллическая решётка – это бесконечная периодическая структура,полученная многократным повторением элементарных кристаллических ячеек. Идеальнаярешётка является математической абстракцией, которая не встречается в природе. Реальныеже кристаллы имеют конечные размеры, кроме того, для них характерно большое количествовнутренних дефектов, вызывающих нарушение периодичности расположения атомовструктуры.Дефекты кристаллической структуры могут быть классифицированы различнымиспособами: по размерности, по количеству атомных позиций, по происхождению илиспособу введения, а также по термодинамическим свойствам.

Наиболее наглядной являетсяклассификации по размерности, согласно, которой различают нульмерные дефекты (0D):собственные точечные дефекты (СТД), межузельные примесные атомы, примесь замещения,антиструктурные дефекты и прочее; одномерные (1D) или протяжённые: дислокации и рядыатомов; двумерные (2D) или границы раздела: границы раздела зёрен (ГРЗ), поверхность,дефекты упаковки, двойники, гетерограницы и прочее; трёхмерные (3D): поры, включенияинородной фазы (преципитаты) и прочее.Наличие дефектов оказывает существенное влияние на физические и химическиесвойства исходного материала, что может иметь как положительный, так и отрицательныйэффект с точки зрения их практического применения.1.2 Дислокации.

Основные понятияДислокация – это устойчивый одномерный дефект кристаллической решётки.Трансляционнаясимметрияструктурыданногодефектасохраняетсявдольлиниидислокации (⃗), но нарушается в поперечном направлении. Дислокационная линия не можетнеожиданно оборваться в объёме кристалла, она либо пронизывает объём кристалланасквозь, выходя на поверхность; либо замыкается сама на себя, образуя дислокационнуюпетлю.Основным параметром, характеризующим дислокацию, является, так называемый,вектор Бюргерса ( b ). Несоответствие между решётками идеального кристалла и кристалла,13содержащего дислокацию, легко обнаружить, если провести в первом замкнутый контур иперенести это построение на второй, так чтобы ядро дислокации попало внутрь этогоконтура. Вектор, отображающий несоответствие начала и конца (разрыв) полученногоконтура, и будет вектором Бюргерса.

Таким образом, вектор Бюргерса – это мера искаженийрешётки, обусловленных присутствием дислокации.Дислокации различают по абсолютной величине вектора bи его взаимномурасположению относительно линии дислокации. Так, для простейшего случая кубическойрешётки различают два основных типа дислокаций: винтовую, где b l , и краевую, гдеb  l . Величинаbв обоих случаях равна постоянной решётки a (совершенныедислокации). В остальных случаях, когда угол (α*) между b и l не равен 0° или 90°, говорято смешанных дислокациях.Неполными/несовершенными дислокациями называют дислокации, вектор Бюргерсакоторыхнельзяпредставитькаксуперпозициюбазисныхвектороврешёткисцелочисленными коэффициентами. Дислокации данного типа возникают в результатедислокационных реакций или в процессе образования дефектов упаковки.Внутренняя энергия дислокации пропорциональна её длине и квадрату вектораБюргерса, поэтому с энергетической точки зрения более выгодны дислокации с наименьшимb .

Как результат, имеет место условие расщепления полной дислокации на частичные,которое носит название «критерий Франка»:b  b1  b2 , если22b  b1  b22Причём частичные дислокации b1 и b2 всегда являются неполными [1].1.3 Основные типы дислокации в структуре алмаза. Дислокации в кремнииСтруктуру решётки алмаза, присущую полупроводникам IV группы (германию икремнию), по классификации Бравэ определяют как гранецентрированную кубическуюрешётку (ГЦК). При этом ГЦК решётка алмаза имеет сдвоенный базис, что можнопредставить в виде двух ГЦК подрешёток, смещённых на 1 4 постоянной решётки a вдоль14направления 111 друг относительно друга.

В случае ГЦК решётки линия совершеннойдислокации располагается вдоль одного из эквивалентных направлений110 ,минимальный вектор Бюргерса для неё 1 2 a  110  , величина которого соответствует aДаннымтребованиямудовлетворяютсовершенныевинтовыеии2.60°-дислокации(шестидесятиградусные дислокации, где α*=60°). Плоскостями скольжения для данныхдислокации является плоскости плотнейшей упаковки атомов111 .В зависимости отближайшего окружения различают 111 плоскости скользящего и перетасованного наборов.Скользящим набором называют пару близко расположенных111плоскостей, атомыкоторых характеризуются тремя ковалентными связями друг с другом.

Перетасованныйнабор, напротив, имеет дальнее расположение 111 плоскостей и только одну ковалентнуюсвязь между соответствующими атомами. Дислокации, относящиеся к различным наборам,имеют различную структуру ядра.Рис.1 Расщепление 60°-дислокации скользящего набора на 30°- и 90°- частичные дислокации собразованием дефекта упаковки.

а) схема расщепления в модельной кристаллической решётке, б)ПЭМ изображение расщепленной 30°-дислокации, полученное в режиме слабого пучка [2].Дислокации в реальных кристаллах, как правило, подвергаются расщеплению [2] и вдальнейшем существуют в некоторой расширенной конфигурации, включающей в себя паручастичных дислокаций и ограниченный ими дефект упаковки. Для 60°-(Рис.1) и винтовойдислокации скользящего набора, которые преобладают в кремнии, характерны следующиереакции [3]:15b60o  b30o  b90o , где b60o  1 a  100  , l  10 1 2b0o  b30o  b30o , где b0o  1 a  110  , l  1102или1 a  110   1 a  121  1 a   21 1 266 где b30o и b90o вектора Бюргерса соответственно частичных 30°- и 90°-дислокаций Шокли.Поскольку на образование дефекта упаковки, также необходимо затратить некоторуюэнергию, то в равновесном состоянии существует оптимальная величина расщепления,которая равна 65Å и 40Å для 60° и винтовой дислокации соответственно [4].«Расщеплённые дислокации», принадлежащие различным плоскостям из системы плоскостей111 , могут вступать в реакцию друг с другом и образовывать новый вид дислокационныхконфигураций (V-образные дислокации Ломер-Коттрелла), которые не способны кдальнейшему движению ни в одной из плоскостей.a)б)Рис.2 Примеры реконструкции ядра в проекциях на  101 и 11 1 в)плоскости [5] для а) 30°-частичной дислокации, б) 90°- частичной дислокации с сохранением периода трансляциикристаллической решётки (sp) и в) 90°- частичной дислокации с увеличением периода трансляциикристаллической решётки в два раза (dp).161.4 Структура ядра дислокации в кремнии.

Реконструкция ядра. СолитоныРанее мы не акцентировали внимание на структуре ядра дислокации, которую в самомпростом случае можно представить, как одномерную цепочку оборванных болтающихся Siсвязей. Однако с энергетической точки зрения наличие неспаренных связей в ядредислокации является невыгодным, как результат происходит реконструкция ядра, что былоподтверждено как экспериментально [6], так и многочисленными теоретическими расчётами[7; 8]. Расчёты предсказывают многообразие вариантов конфигураций для ядер частичных30°- и 90°-дислокаций в Si, некоторые характерные из их числа изображены на Рис.2.Отметим, что в отличие от 90°- дислокации, 30°- может существовать как вреконструированном, так и нереконструированном [9] виде.При перестройке ядра могут возникать дефекты реконструкции – солитоны [10].Солитоны представляют собой неспаренную связь Si изолированную на ядре дислокации.Данный дефект с лёгкостью передвигается вдоль ядра дислокации и при встрече другимподобнымдефектоманнигилирует.Предполагается,чтосолитоныспособствуютобразованию и распространению перегибов (kink) ядра дислокации, что приводит её кскольжению в плоскости 111 [10].1.5 Электронные состояния в кремнии связанные с дислокациямиДефекты кристаллической решётки, вне зависимости от их природы способныприводить к образованию энергетических уровней в запрещённой зоне (ЗЗ) полупроводникаи дислокации, в этом плане, не являются исключением.

Многообразие дислокационныхконфигураций, особенности взаимодействия дислокаций друг с другом и примесьюобеспечивает возможность появления большого количества различных энергетическихуровней и даже узких 1D зон. Отметим, что экспериментальное определение положениядислокационных энергетических уровней в ЗЗ сопряжено с проблемой их корректнойлокализации на энергетической шкале, поскольку, в отличие от точечных дефектов, в случаепротяжённых дефектов необходимо учитывать взаимодействие носителей, захваченныхдефектом, между собой.171.5.1 Мелкие дислокационные уровни. Одномерные (1D) дислокационные зоныРасчёты предсказывают [11; 12; 13], что наличие дефекта упаковки расширеннойдислокации, приводит к появлению дважды вырожденного мелкого уровня вблизи валентнойзоны.