Дефекты в полупроводниковых материалах

May 18, 2013 by admin Комментировать »

Все природные и синтезированные монокристаллы и в еще большей степени кристаллиты поликристаллов отличаются от идеальных тем, что содержат различные нарушения структуры кристалла. Нарушения идеальной трансляционной симметрии кристалла называются структурными дефектами. Дефекты оказывают существенное влияние на многие параметры твердых тел. К таким параметрам относятся электропроводность, фотопроводимость, теплопроводность, скорость диффузии, магнетизм, твердость, прочность и пластичность, плотность и т. д. Зависимость этих параметров твердого тела от дефектов может оказаться настолько велика, что в итоге они будут определяться не столько исходной структурой материала, сколько типом и числом дефектов в нем. Параметров, не чувствительных к структурным дефектам, строго говоря, нет, но практически такие параметры, как температура плавления, диэлектрическая проницаемость, парамагнитные и диамагнитные характеристики, упругие модули, можно отнести к параметрам, менее чувствительным к дефектам.

Дефекты могут быть разделены на две основные группы: собственные дефекты и примеси (рис. 3.1). Если за основу классификации принять размеры и протяженность областей решетки кристалла, на которые распространяется действие дефектов, то все дефекты могут быть разделены на:

1. Точечные: вакансии, междоузельные атомы основного вещества, примесные атомы в узлах и междоузлиях, антиструктурные дефекты, комплексы из простых точечных дефектов.

2. Линейные дефекты: дислокации.

Рис. 3.1. Дефекты в кристаллических полупроводниках.

3. Двумерные дефекты: малоугловые границы, границы зерен и блоков, двойниковые границы, дефекты упаковки.

4. Объемные нарушения: зональные напряжения, поры, включения второй фазы.

Основное отличие точечных дефектов от линейных, двумерных и объемных дефектов состоит в том, что они могут существовать в кристалле как в термодинамически равновесном, так и в метастабильном состояниях при конечной температуре. Линейные, двумерные и объемные дефекты являются метастабильными образованиями, возникающими при росте, механической деформации или при термической обработке кристалла. Таким образом, теоретически можно получить кристалл, содержащий только точечные дефекты.

Дефекты могут перемещаться по кристаллу, взаимодействовать друг с другом, с образованием новых, более сложных или, наоборот, более простых, чем исходные, дефектов под влиянием внешних воздействий. Эти явления приводят к изменению с течением времени свойств материала, из которого изготовляется прибор, что, естественно, ведет к изменению выходных параметров прибора в процессе его работы. Изменение параметров прибора со временем называется деградацией или «старением» прибора. При получении материалов для изготовления полупроводниковых приборов учет этого эффекта и сведение его к минимально возможному чрезвычайно важно.

Каждый тип дефектов по-своему влияет на структурно-чувствительные параметры материала. При наличии в кристалле большого числа различных дефектов невозможно получить материал с контролируемыми параметрами. В связи с этим перед материаловедением и технологией

стоит задача получения структурно совершенных и чистых материалов или материалов с определенным типом и концентрацией дефектов, то есть таких материалов, параметрами которых можно было бы управлять. Поэтому выяснение причин возникновения различных структурных дефектов, изучение их поведения в кристалле, их влияния на те или иные параметры материала, разработка методов управления концентрацией дефектов являются важнейшими задачами материаловедения и технологии.

Рассмотрим сначала собственные дефекты, а затем примеси.

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты