Вакансионный  механизм – основы материаловедения

May 25, 2013 by admin Комментировать »

При наличии вакансии  в объеме или в  поверхностном слое решетки какой-либо из соседних с ней атомов может скачком занять ее место. Это равносильно тому, что вакансия скачком переместится на место атома. Многократное повторение такого акта и будет представлять собой миграцию вакансий и соответственно диффузию атомов в обратном направлении. Однако даже при переходе атома из своего узла в соседнюю вакансию он должен преодолеть определенный энергетический барьер. Переход связан с необходимостью частичного разрыва связей с атомами, соседними в исходном состоянии, и с необходимостью упругого смещения атомов, соседних со стороны вакансии.

На рис. 8.2 показано, как будет изменяться потенциальная энергия атома в решетке в зависимости от положения диффундирующего атома. Энергетический барьер Qa, который необходимо преодолеть атому для его перехода в соседнюю вакансию, представляет собой энергию активации миграции. Для большинства твердых тел Qa составляет величину порядка 1 эВ. Относительная доля времени, в течение которого атом обладает энергией, достаточной для преодоления барьера, пропорциональна

exp(−Qa/kT ).

Однако изначально предполагалось, что вакансия уже имеется в решетке. В общем же случае для диффузии по вакансионному механизму необходимо еще затратить энергию Qv на образование вакансии. Значение Qv, как правило, немного больше Qa.

Таким образом, суммарная энергия активации диффузии по ваканси

онному механизму Q = Qa + Qv, а частота перескоков

f = Zν exp(−Qa/kT ) exp(−Qv/kT ).                      (8.9) Вакансионный механизм является основным механизмом самодиффузии и диффузии примесей замещения. По такому механизму, например,

происходит диффузия In в Ge и Si.

Следует различать скорость самодиффузии по вакансиям и скорость диффузии самих вакансий. Действительно, по соседству с каждой диффундирующей вакансией всегда имеется атом, с которым она может поменяться местами, тогда как далеко не у каждого диффундирующего атома рядом имеется вакансия. Вероятность того, что вакансия окажется рядом с диффундирующим атомом, пропорциональна концентрации вакансий. Отсюда следует, что коэффициент самодиффузии Dсд  и коэффициент диффузии вакансий Dv различны, но связаны между собой следующим  соотношением:

Dсд = DvCv/Ca,                                     (8.10)

где Cv — концентрация вакансий; Ca — концентрация узлов, занятых атомами.

Важнейшим следствием, вытекающим из приведенной зависимости, является высокая чувствительность скорости диффузии по вакансионному механизму к наличию собственных дефектов. Наличие дефектов облегчает установление равновесной концентрации вакансий, способствует ускорению диффузии и уменьшению ее энергии активации. По этой причине в поликристаллических образцах диффузия примесей происходит в основном по межкристаллитным границам.

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