Монография посвящена анализу механизмов взаимодействий точечных дефектов (примесей, вакансий, антиструктурных дефектов и др.) в элементарных полупроводниках и многокомпонентных полупроводниковых соединениях. Рассмотрены движущие силы взаимодействий, их термодинамическое описание, кинетика— миграция точечных дефектов с учетом их взаимодействий, ряд примеров проявления взаимодействий в полупроводниковых кристаллах и приборах.
Для научных и инженерно-технических работников в области получения, обработки и применения полупроводников, профессорско-преподавательского состава вузов, аспирантов, студентов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................. 5
Глава 1 Взаимодействия, сопровождающие процессы дефектообразования
.1. Полупроводниковый кристалл как термодинамическая система .... 7 .2. Химический потенциал. Условия равновесия термодинамической системы .................................... 13
.3. Статистическое взаимодействие дефектов................ 19
.4. Зарядовое взаимодействие ........................ 25
.5. Потенциальное взаимодействие...................... 25
.6. Взаимодействие дефектов в регулярном приближении......... 31
.7. Взаимодействие, приводящее к комплексообразованию......... 33
.8. Закон действующих масс. Основные реакции, описывающие равновесную концентрацию точечных дефектов в твердых телах ..... 35
1.9. Ионизация дефектов в твердом теле................... 44
Глава 2
Термодинамика дефектообразования взаимодействующих неассоциированных дефектов
2.1. Модели расчета равновесных концентраций дефектов в полупроводниках .................................... 52
2.2. Законы сохранения числа позиций, частиц и зарядов......... 55
2.3. Расчет концентрации дефектов в регулярном приближении...... 59
2.4. Учет отклонения от стехиометрического состава кристалла и концентрация свободных носителей при высоких температурах........ 67
2.5. Определение растворимости примесей и концентрации собственных дефектов на основании анализа реакции обмена атомами между двумя фазами................................. 68
2.6. Термодинамика многозарядных дефектов в регулярном приближении 71
2.7. Термодинамика дефектообразования в потенциальном приближении . 75
2.8. Выводы из анализа термодинамики неассоциированных дефектов . . 76
Глава 3
Микроскопический анализ растворимости примесей в полупроводниках
3.1. Определение энтальпии растворения примесей по Вайзеру...... 77
3.2. Модификация теории растворимости Вайзера.............. 86
3.3. Растворимость /-атомов в межузлиях кремния ............. 102
3.4. О теории растворимости примесей в многоатомных полупроводниках 107
3.5. Сопоставление с опытом ......................... 111
3.6. Квантовохимический метод определения энтальпии растворения примесей в полупроводниках ........................ 113
3.7. Сопоставление квантовохимической теории с опытом ......... 128
з Я Перспективы развития квантовохимическош метода .......... 129
Глава 4
Растворимость примесей в элементарных полупроводниках и полупроводниковых соединениях
4.1. Ретроградный характер растворимости примесей в полупроводниках . 131
4.2. Растворимость акцепторных и донорных атомов III и V групп в кремнии.................................. 136
4.3. Парциальная свободная энергия растворимости многозарядных
примесей ................................. 139
4.4. Растворимость доноров VI группы в арсениде галлия......... 140
4.5. Определение термодинамических параметров собственных точечных дефектов.................................. 142
III V
4.6. Амфотерное поведение примесей в соединениях А В ........ 146
Глава 5 Ассоциация дефектов в полупроводниках
5.1. Взаимодействие вакансий......................... 150
5.2. Ионные пары ............................... 154
5.3. Политропия примесей........................... 163
5.4. Термодинамика комплексообразования в многокомпонентном полупроводнике .................................. 169
5.5. Донорно-акцепторные комплексы, содержащие вакансию, в соединениях АШВУ................................ 178
5.6. Примеснбй синергизм........................... 180
5.7. Смешанное комплексообразование в полупроводниках......... 187
5.8. Косвенное межионное взаимодействие.................. 189
5.9. Прикладные аспекты примесного комплексообразования........ 190
Глава 6 Кинетика образования и распада комплексов
6.1. Кинетические коэффициенты дефектообразования ........... 203
6.2. Кинетика образования и распада двухатомных комплексов...... 211
6.3. Микроскопическая теория примесной кинетики в полупроводниках . 216
6.4. Диссоциативная диффузия примесей в полупроводниках ....... 228
6.5. Примесные кинетические эффекты в поверхностных слоях...... 234
6.6. Теория диффузионных профилей взаимодействующих примесей . . . 243
6.7. Теория диффузии при образовании неподвижных комплексов .... 254
Глава 7
Диффузионная примесная кинетика при образовании подвижных комплексов
7.1. Модели процесса ............................. 258
7.2. Решение уравнений для различных видов граничных условий .... 267
7.3. Анализ диффузионных примесных профилей с помощью графов . . . 293
7.4. Физика кинетических процессов примесных взаимодействий..... 299
7.5. Сравнение теории диффузии, учитывающей взаимодействия с экспериментом ................................. 301
Глава 8 Примеры эффектов комплексообразования
8.1. Особенности дефектообразования в области пространственного заряда 313
8.2. Распад комплексов (Zn, О) в СаР при работе светодиодов...... 322
8.3. Распад комплексов в приповерхностной области эпитаксиальных слоев р-InP при окисляющем отжиге ................... 324
8.4. Генерация дефектов при термообработке р - п-перехода ....... 331
Список литературы............ ................ 342
Авторы благодарны Российской академии естественных наук и Российскому фонду фундаментальных исследований (грант РФФИ Ne 94-02-03687) за поддержку в работе над книгой
ПРЕДИСЛОВИЕ
Практически все замечательные свойства полупроводников, определившие стремительное развитие современной твердотельной электроники, обязаны с одной стороны глубокой очистке полупроводниковых кристаллов, а с другой—легированию их регулируемой дозировкой примесных атомов. При этом правильнее говорить об очистке и о легировании кристаллов точечными дефектами, а не только примесями. Поэтому изучение различных аспектов состояния и поведения точечных дефектов—примесей, вакансий, межузлий и антиструктурных дефектов—является чрезвычайно актуальной научной и технической проблемой, которая с течением времени только расширяется и углубляется. Так, в наши дни микроминиатюризация приборов электронной техники, а тем более переход к низкоразмерным структурам заставляет обратить особое внимание на малое и даже на единичное количество дефектов, способное привести к выходу из строя полупроводникового прибора.
С термодинамической точки зрения появление дефектов в кристаллической решетке неизбежно. Поэтому наряду с попытками получения совершенных кристаллов необходимо выявить дефекты, которые в наибольшей степени влияют на качество приборных структур, и принимать меры для нейтрализации их вредного влияния. Для этого в первую очередь необходимо ясно представлять процессы дефектообразования, а также сопутствующие электронные процессы. Этим вопросам посвящено огромное число работ, выполненных во многих лабораториях мира и обобщенных в ряде замечательных монографий, например: Ф. Крегера ([17], гл. 1) и М. Ланно, Ж. Бургуэн ([14], гл. 1). За последние годы значительно расширилась номенклатура примесей, используемых для легирования. Это—изовалентные примеси, примесные атомы с частично заполненными электронными /-оболочками, газообразующие примеси (углерод, азот, водород, кислород), и поведение всех этих примесей еще не обсуждалось в монографической литературе.
Важным итогом многолетнего изучения примесных и структурных точечных дефектов явилось понимание большей роли не отдельных, изолированных дефектов, а продуктов их взаимодействий—ассоциированных дефектов, чаще называемых комплексами.
Цена: 300руб.
