Сделай Сам Свою Работу на 5

Линейные дефекты (дислокации)





МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

учебно-методическое пособие

 

составители:

Битюцкая Л.А.,

Богатиков Е.В.,

Шебанов А.Н.,

Меньшикова Т.Г.

 

 


Утверждено научно-методическим советом физического факультета , протокол №

 

 

Рецензент канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры экспериментальной физики ФГБОУ ВПО «ВГУ» А.П. Лазарев

 

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского государственного университета

 

Рекомендуется при выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Основы технологии интегральных схем», «Основы технологии электронной компонентной базы» и для самостоятельной работы студентов 3-4 курса дневного отделения физического факультета ФГБОУ ВПО «ВГУ», обучающихся по программе высшего профессионального образования .

 

Для специальности 210100 - Электроника и наноэлектроника

 


Основные типы дефектов

Любое отклонение от периодической структуры кристалла называют дефектом.

Дефекты классифицируют по числу измерений, в которых нарушения кристалла простираются на расстояния, превышающие характерный параметр решетки. Выделяют точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты.



 

Точечные ( нульмерные ) дефекты

Размеры точечных дефектов во всех трех измерениях не превышают одного или нескольких межатомных расстояний. К ним относят вакансии, атомы в междоузлиях, атомы примесей в узлах или междоузлиях, а также сочетания примесь – вакансия, примесь – примесь, двойные и тройные вакансии и др.

Рис.1. Точечные дефекты: а) Френкеля; б) Шоттки.  

Различают дефекты по Френкелю (рис.1а) и дефекты по Шоттки (рис.1б). Дефекты по Френкелю являются парными (вакансия – атом в междоузлии) и легче возникают в кристаллах, имеющих относительно рыхлые структуры (полупроводники со структурой алмаза - Ge,Si; вюрцита - CdS, CdSe, CdTe; сфалерита - GaAs,GaP,InSb).

Дефекты по Шоттки преобладают в кристаллах с плотной упаковкой атомов (Mg, Be, Zn, Cd, Cu), где образование междоузельных атомов энергетически не выгодно. Они образуются, когда атомы из приповерхностного слоя выходят из кристалла на поверхность, а образовавшаяся вакансия мигрирует объем кристалла.



Вакансии являются равновесными дефектами, т.е. они всегда присутствуют в кристалле и их концентрация определяется термодинамическими условиями.

Равновесная концентрация пар Френкеля равна

, (1.1)

где N, - число атомов и междоузлий в единице объема, Еф – энергия образования пары.

Равновесная концентрация дефектов по Шоттки равна

, (1.2)

где Ev – энергия образования вакансий.

В общем случае кристалл содержит и дефекты по Френкелю и дефекты по Шоттки. Однако преобладают те нарушения, для образования которых требуется меньшая энергия.

 

Линейные дефекты (дислокации)

Различают два основных типа дислокаций – краевую и винтовую. Промежуточные случаи можно считать комбинацией двух основных типов.

На рис.2 приведен пример краевой (линейной) дислокации. Дислокация образуется в результате сдвига верхней части кристалла относительно нижней части вдоль плоскости скольжения xz. В результате сдвига на один период решетки атомная плоскость верхней части кристалла не находит себе продолжения в нижней. Линия ЕЕ, являющаяся краем этой прерванной атомной плоскости внутри кристалла, называется краевой дислокацией.

Рис.2. Линейная дислокация: а) образование; б) структура.

Винтовые дислокации (дислокации Бюргерса) образуются, когда скольжение происходит параллельно линии дислокации (рис.3). Линией дислокации, или осью винтовой дислокации, является линия ЕЕ (рис.3в).

Одной из важнейших характеристик дислокации является вектор смещения – вектор Бюргерса , определяемый следующим образом. Рассмотрим две кристаллические решетки: одну реальную, содержащую дефекты различного типа, и другую – идеальную, не содержащую никаких дефектов. Любую область реального кристалла, где можно установить взаимно однозначное соответствие с идеальным кристаллом, называют областью хорошего кристалла. Участки, где такое соответствие установить нельзя, называют областью плохого кристалла.



Контуром Бюргерса называют замкнутый контур произвольной формы, построенный в реальном кристалле так, что от атома к атому переходят последовательно, не выходя из области хорошего кристалла. Если в реальном кристалле контур проведен вокруг дислокации (рис.4а, рис.5а), то соответствующий контур в идеальном кристалле оказывается разомкнутым (рис.4б, рис.5б). Вектор, замыкающий контур в идеальном кристалле, называют вектором Бюргерса. Вектор Бюргерса всегда является одним из векторов трансляций решетки. Поэтому его модуль и направление ограничены рядом дискретных значений, определяемых структурой кристалла.

Между дислокациями существует сильное упругое взаимодействие. Дислокации, находящиеся на расстоянии ~ (103÷104)b, могут начать скольжение, вызванное полем упругих напряжений, которое создается вокруг дислокаций.

 

Рис.3. Винтовая дислокация: а) образование; б) структура вдоль оси дислокации; в) структура в плоскости сдвига: “○” , “+” – атомы нижележащей и вышележащей плоскостей, соответственно; “− − −” – атомный ряд, изогнутый при образовании дислокации

 

Рис.4 Контур Бюргерса в кристалле с краевой дислокацией (а) и в исходном идеальном кристалле (б).

 

Рис.5 Контур Бюргерса в кристалле с винтовой дислокацией (а) и в исходном идеальном кристалле (б).

 

Энергия дислокации зависит от вектора Бюргерса по квадратичному закону:

, (1.3)

где G – модуль сдвига, R – внешний радиус дислокационной трубки (~104b), ro – радиус ядра дислокации (~b), ν – коэффициент Пуассона.

Количество дислокаций не зависит от температуры так как энергия образования дислокаций очень велика. Плотность дислокаций в кристаллt зависит в основном от его предшествующей истории, т.е. метода выращивания, способа и степени легирования, термической и механической обработок.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.