Электронная структура кремния с различными кристаллографическими дефектами

УДК: 621.315; 539.2

А.Г. Захаров, А.Б. Колпачев, Г.В. Арзуманян ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА КРЕМНИЯ С РАЗЛИЧНЫМИ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИМИ ДЕФЕКТАМИ

В настоящей работе приведена методика расчета локальных изменений электронной энергетической структуры (ЭЭС) полупроводниковых кристаллов, возникающих вблизи дефектов кристаллической решетки. Методика расчета была апробирована при моделировании ЭЭС Si. Сравнение с результатами, полученными другими методами расчета, а также с экспериментальными данными рентгеновской и рентгенофотоэлектронной спектроскопии показало адекватность предлагаемой методики. Исследование ЭЭС структурных вакансий в Si показало, что в его запрещенной зоне возникает глубокий энергетический уровень с энергией Е=Ес-0.71 эВ. Показано, что атом замещения W и Ti не создают дополнительных энергетических уровней в запрещенной зоне Si. В то же время, комплекс атом замещения-структурная вакансия обусловливает появление пика в распределении плотности электронных состояний, соответствующего значению энергии 0.24 и 0.27 эВ ниже дна зоны проводимости Si, соответственно для W и ^, что хорошо согласуется с экспериментальными данными, полученными методом DLTS.

Исследована ЭЭС гетероструктуры Si-Ti-Si представляющая собой кристаллический Si, в котором, несколько (две, четыре и шесть) атомных плоскостей (111) Si замещены атомами ^ и гетероструктура Si-Ti-Si в которой одна из атомных плоскостей (110) Si замещена атомами ^. Установлено, что во всех случаях ЭЭС атомов Si, расположенных на расстоянии >2 постоянных решетки от границы раздела, не отличается от ЭЭС кристаллического Si. Атомы двух-трех близлежащих к границе раздела плоскостей Si “металлизированы”. Эти данные могут быть использованы при создании физических основ функционирования приборов на основе наноструктур, содержащих металлические слои.