Пары Френкеля в германии и кремнии (Обзор)
В. В. Емцев,
Т. В. Машовец,
В. В. Михнович
Аннотация:
Дан обзор современных представлений о свойствах первичных собственных
дефектов структуры — пар Френкеля (ПФ) — в кремнии и германии.
Рассматривается процесс образования ПФ в условиях облучения электронами или
$\gamma$-лучами с энергией
${\sim1}$ МэВ в интервале температур
4.2
$-$300 K.
Проведен оценочный расчет энергии взаимодействия компонентов ПФ — вакансий
(
$V$) и межузельных атомов (
$I$) в приближении анизотропного упругого
континуума с учетом электростатического и упругого взаимодействия. Показано,
что вклад флексоэлектрического эффекта может быть значительным и должен
учитываться при оценке энергии электростатического взаимодействия между
$V$ и
$I$ и в тех случаях, когда один или оба компонента ПФ электрически
нейтральны.
Обсуждается вопрос о подвижности
$V$ и
$I$, в том числе в условиях облучения,
а также об их энергетическом спектре. Энергетические состояния вакансии
(а, возможно, и межузельного атома), в кремнии образуют систему с отрицательной
корреляционной энергией.
На основании сделанных оценок следует ожидать, что
энергетический спектр
$V$ и
$I$, образующих метастабильную \glqq
близкую» ПФ, как в кремнии, так и в германии, существенно
возмущен по сравнению со спектром изолированных
$V$ и
$I$.
Обсуждается вопрос о зависимости вероятности аннигиляции гомогенных (происходящих
из одного узла решетки)
$V$ и
$I$ от целого ряда параметров — температуры
и интенсивности облучения, примесного состава облучаемого материала,
концентрации равновесных и неравновесных носителей в нем. Этот анализ
позволяет качественно интерпретировать сложную немонотонную зависимость
эффективности образования первичных и вторичных (включающих в себя примесные
атомы) дефектов от температуры и интенсивности облучения, от типа проводимости
германия. Построена номограмма, описывающая зависимость эффективности
дефектообразования в
$n$-германии при 300 K. от интенсивности облучения
и концентрации доноров V группы.
Показано, что метастабильные ПФ в кремнии не наблюдаются, германий же
предоставляет уникальную возможность наблюдать такие ПФ в элементарном
полупроводнике с ковалентным типом связи.