Диссертация (1149385), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Однако в отличии от перетасованного ядра, дислокации скользящего набора имеют три наклонные оборванные связи на каждый атом и большуювероятность реконструкции оборванных связей. Накопление экспериментальных результатов[20,21] привело исследователей к выводу, что доминирующими всё-таки являются дислокации15скользящего набора.
Основным подтверждением этих результатов являются результаты исследований просвечивающей электронной микроскопии, которые позволили выявить расщеплениедислокаций скользящего набора, и, следовательно, необходимости вовлечения плоскостейскользящего набора, что было бы затруднительно в случае расщепления в плоскостях перетасованного набора.
Недавние теоретические работы для дислокаций в GaN также демонстрируют,что и совершенные и расщеплённые дислокации в конфигурации скользящего набора имеютменьшую энергию [22,23], и что более того свойства дислокаций в полупроводниках, такие какподвижность и электронные состояния в запрещённой зоне, должны зависеть от вышеописанных конфигураций [22].Лишняя полуплоскость, определяющая краевую дислокацию, указанная на рис.
1.5 черными стрелками, может быть направленна вверх – α дислокации, и вниз – β дислокации. Отличительной особенностью дислокаций в полупроводниках со структурой вюрцит/сфалерит является то, что экстраплоскости могут заканчиваются на различных атомных позициях, т.е. иметьразличные электронные свойства. Итого в структуре сфалерит/вюрцит дислокация имеет 4 возможных вариант α, β – перетасованного и αg, βg – скользящего наборов.Рис. 1.5 Дислокации скользящего и перетасованного наборов в структуре сфалерит/вюрцит1.2.1.
Cистемы скольжения и полные дислокации в вюрцитеВ подавляющем большинстве случаев кристаллы GaN имеют гексагональную плотнуюупаковку со структурой вюрцита. Детальный анализ всевозможных типов полных дислокаций ввюрците приведён в работе Осипьяна и Смирновой [24].Наименьшими векторами трансляции в структуре вюрцита являются а = 1/3<-12-10> ис = <0001>. Соответственно, направлениями полных дислокаций являются <-12-10> и <0001>.Произвольные направления в кристаллах вюрцитной структуры можно рассматривать как комбинацию промежуточных шагов этих двух направлений.
Так, например, дислокацию в направ-16лении [-1-101] можно представить, как шаги в направлениях [-12-10], [-2110] и [0001], что может быть записано как:[-1-101] = 1/3[1-2-10] + 1/3[-2110] + [0001].Дислокация в направление [-12-13] состоит из шагов в направлении [1-2-10] и [0001]:1/3[-12-13] = 1/3[-12-10] + [0001].При таком выборе направление дислокаций и векторов Бюргерса возможны следующиетипы полных дислокаций:1) Винтовая дислокация с вектором Бюргерса а;2) Винтовая дислокация с вектором Бюргерса с;3) Краевая дислокация с вектором Бюргерса а;4) Краевая дислокация с вектором Бюргерса с;5) 60° градусная дислокация.Существуют ещё несколько возможных вариантов векторов Бюргерса и направленийдислокаций в гексагональной структуре.
Полный набор возможных дислокаций представлен втаблице 1.1 Для данных дислокаций вектора Бюргерса и направления осей лежат в базисных{0001} или призматических плоскостях {10-10} и {11-20}, которые являются плоскостямискольжения дислокаций.Табл. 1.1 Полные дислокации, имеющие ось в одном из направлений <0001> или <-12-10>, илиих комбинации.Плоскость№Ось lВектор Бюргерса bУгол между l и bскольжения1<-12-10>1/3<-12-10>0°2<0001><0001>0°3<-2110>1/3<-12-10>60°{0001}4<0001>1/3<-12-10>90°{10-10}5<-12-10><0001>90°{10-10}6<-1100>1/3<-12-10>30°{0001}7<-1010>1/3<-12-10>90°{0001}8<-1100><0001>90°{11-20}9<-12-1-3>1/3<-12-10>58° 24’{10-10}10<-12-1-3><0001>31° 36’{10-10}11<-110-1><0001>43°{11-20}12<0001><-1100>90°{11-20}13<-1101><-1100>47°{11-20}Из табл.
1.1 плоскости скольжения и соответствующие возможные направления скольжения могут быть скомбинированы следующим образом:1) {0001} <-12-10>2) {11-20} <-1100>, <0001>3) {10-10} <-12-10>, <0001>17Из приведённых в табл. 1.1 систем скольжения наименьшей энергий обладают перечисленные в табл. 1.2 и изображённые на рис.
1.6.Табл. 1.2 Ожидаемый порядок активации системскольжения№Система скольжения1{0001} <11-20>2{10-10} <11-20>3{10-10} <0001>4{10-11} <11-20>5{10-11} <11-23>6{11-20} <0001>7{11-22} <11-23>Рис. 1.6 Плоскости скольжения в гексагональном кристалле [25].Описанные выше системы скольжения могут быть вовлечены в процессах пластическойдеформации при дислокационном скольжении.
Скользящие дислокации должны образовыватьдислокационные петли, распространяющиеся в этих плоскостях скольжения. Основываясь наданных таблицы 1.1, для вышеприведённых плоскостей скольжения можно представить следующие возможные модели дислокационных петель (рис. 1.7)18(А)(Б)(В)Рис. 1.7 Возможные петлевые дислокации для главных систем скольжения в вюрцитной кристаллической решётки. (А) – базисная плоскость скольжения, (Б, В) – призматические плоскости скольженияЗамкнутая дислокационная петля, образованная 90°, 60°, 30° и винтовой дислокациями, вбазисной плоскости {0001} представлена на рис. 1.7 (А).
Такие же петли могут появляться длявсех направлений <11-20> в плоскости {0001}. Некоторые возможные конфигурации дислокационных петель в призматических плоскостях скольжения {11-20} и {10-10} представлены нарис. 1.7 (Б, В). Существование некоторых из приведённых типов дислокаций в GaN было продемонстрировано экспериментально в работах [11,12].Распространёнными способами введения дислокаций в приповерхностную область кристаллов являются микро-индентирование и царапанье поверхности образцов.
Моделированиедислокационной структуры, получаемой такими методами, в терминах скольжения призм быловпервые предложено в работе [26], которое использовалось впоследствии многочисленнымиавторами. Наиболее удачные, на наш взгляд, графические представления этой модели для кубических бинарных кристаллов можно найти в [27], а для гексагональных кристаллов – в работе[28].На рис. 1.8 представлены конфигурации дислокационных петель и полупетель дислокационной розетки, возникающей при индентировании поверхностей {0001} и {10-10} гексагональ-Рис. 1.8 Модели конфигураций дислокационных петель [28]19ного кристалла, взятые из работы [28]. Призмы скольжения, показанные в виде трёх плоскостейскольжения, позволяют материалу быть вытесненным напряжением вдоль направления их осей.При этом происходит скоррелированное распространение дислокационных петель в плоскостяхскольжения как параллельно, так и перпендикулярно поверхности.1.2.2.
Расщеплённые дислокации.Рассмотрим частичные дислокации в гранецентрированном кубическом кристалле.Предположим, что плотноупакованный слой на рис. 1.9 соответствует нижнему краю плоскостискольжения дислокации и что атомы верхнего слоя первоначально занимают положения а. Врезультате прохождения полной дислокации с вектором Бюргерса ̅ = 1/2[−101] атом, первоначально занимавший положение а, сместится в положение с. В модели твёрдых сфер энергетически выгоднее будет сначала переместить сферу в положение b, а затем уже в положение с[14]. Однако, переход из положение b в положение с может не произойти и тогда образуетсячастичная дислокация с вектором Бюргерса не равным периоду кристаллической решётки.Таким образом, дефект упаковки типа вычитания (I2) и связанный с ним сдвиг могутбыть результатом образования частичной дислокации 1/6[−211].
Частичные дислокации типа1/6[112], которые скользят в плоскостях {111}, называются дислокациями Шокли. Нарис. 1.9 (Б) схематически показано расщепление полной дислокации на две частичные дислокации Шокли с образованием дефекта упаковки, расположенного между ними [14].(А)(Б)Рис. 1.9 (А) Атомы в плоскости (111). Показаны полная дислокация с вектором Бюргерса1/2[−101] и ее расщепление на частичные дислокации Шокли. (Б) Диссоциация полной дислокации на частичные дислокации Шокли [14].Расщепление дислокаций в базисной плоскости будет являться энергетически выгодным,если согласно энергетическому критерию Франка квадрат вектора Бюргерса совершенной дислокации будет больше суммы квадратов частичных дислокаций:12 > 22 + 32(1)20Например, совершенная дислокация с вектором Бюргерса а в базисной плоскости (0001)расщепляется на 2 частичные дислокации с векторами Бюргерса 1/3[-1100] и 1/3[01-10] и величиной /√3:111[1̅21̅0] = [1̅100] + [011̅0],333(2)2 > 2/32Применение критерия Франка (1) показывает, что упругая энергия полной дислокацииуменьшается при её диссоциации на две частичные.
Частичные дислокации в указанной пареотталкиваются друг от друга с силой, которая изменяется как 1/r, где r – расстояние между частичными дислокациями. С другой стороны, упругая энергия дефекта упаковки возрастает сувеличением его ширины, что соответствует притяжению между частичными дислокациями. Врезультате устанавливается равновесное расщепление: = 2 2 − (1 + 2 cos(2))[],81−(3)где – модуль сдвига, – удельная энергия дефекта упаковки, – коэффициент Пуассона, –угол между вектором Бюргерса полной дислокации и её линией.Расщепление полных скользящих дислокаций на две частичные дислокации Шокли с образованием дефекта наблюдалось и для элементарных полупроводников Si и Ge, и для бинарных полупроводников А2В6 и А3В5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
