Исследование электронного энергетического спектра кремния, содержащего краевую дислокацию

Секция физики

УДК 539.219.2:546.28

А.Г. Захаров, А.Б. Колпачев, Г.В. Арзуманян, В.В. Виноградов

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА КРЕМНИЯ, СОДЕРЖАЩЕГО КРАЕВУЮ ДИСЛОКАЦИЮ

Успехи электроники, обусловленные микроминиатюризацией твердотельных приборов, не могли бы быть достигнуты без значительного прогресса в технологии выращивания кристаллов. Однако дальнейшее повышение плотности интеграции микросхем, их надежности, экономичности и массовости производства ограничиваются микронеоднородностью физических и физико-химических свойств используемых полупроводниковых материалов, что препятствует созданию адекватных физических моделей элементов интегральных микросхем. Одной из причин микронеоднородности, обуславливающих локальные изменения физических свойств исходных материалов и невоспроизводимость результатов многих технологических процессов, являются одномерные и двумерные нарушения кристаллической решетки, в частности дислокации. Поэтому настоящая работа посвящена исследованию локальных изменений в электронном энергетическом спектре (ЭЭС) кремния, содержащем краевую дислокацию.

Для расчета ЭЭС кремния был выбран кластерный метод в рамках теории многократного рассеяния электронной волны на системе МТ-потенциалов. При этом рассматривалась упрощенная модель краевой дислокации с направлением [110] и плоскостью скольжения (0 01), не учитывающая локальные искажения кристаллической решетки вблизи дислокационной экстраполуплоскости. Кроме того, атомы кремния, расположенные на продолжении экстраполуплоскости ниже плоскости скольжения, заменялись вакансиями. Для расчета локальных парциальных плотностей электронных состояний (ПЭС) выбирались кластеры из 489 атомов с центрами на узлах решетки, попавших в дислокационную трубку с поперечным радиусом, равным постоянной решетки. «Кристаллический» потенциал для атомов каждого типа строился по методу Корринга - Кона - Ростокера.

В результате расчетов ЭЭС кремния, содержащего краевую дислокацию, было установлено, что при приближении к полуплоскости вакансий запрещенная зона атомов соответствующего типа сужается вследствие изменения спектра электронов вблизи полуплоскости вакансий и в ней возникает энергетический уровень, лежащий на (0,4 ± 0,03) эВ ниже дна зоны проводимости. Кроме того, наблюдается «металлизация» вакансий, расположенных на поверхности цилиндра, окружающего поле напряжений кристалла. Как показали исследования, появившийся на них заряд обусловлен оттягиванием электронов от расположенных на ближайшей координационной сфере атомов кремния. Таким образом, рассматриваемая дислокационная трубка является положительно заряженной по отношению к объему кристалла, причем наблюдается явная антисимметричность в распределении заряда выше и ниже плоскости скольжения дислокации, что ведет к образованию диполя, момент которого пропорционален длине оси дислокации.