硅的位錯(cuò)核心結(jié)構(gòu)無(wú)懸掛鍵

1、第 19卷第 6期 半導(dǎo)體學(xué)報(bào) V o l . 19, N o . 6 1998年 6月 CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S June , 1998昝育德男 , 1939年出生 , 高級(jí)工程師 , 現(xiàn)從事 SO I 材料研究1997201228收到 , 1997212225定稿硅的位錯(cuò)核心結(jié)構(gòu)無(wú)懸掛鍵昝育德(中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所北京 100083摘要 本文應(yīng)用物理學(xué)平衡狀態(tài)下能量最低的基本原理 , 通過(guò)分析透射電鏡晶格象 , 制作了 90°、 30°分位錯(cuò)及 Co tterll 位錯(cuò)等一系列的模型 , 說(shuō)明硅中位錯(cuò)核心無(wú)

2、懸掛鍵 .PACC :6170G1引言藍(lán)寶石上外延硅 (SO S 異質(zhì)外延材料已很成熟 , 用其制作的 SO S 2C M O S 集成電路優(yōu)點(diǎn) 很多 :高集成度 、 快速度 、 抗輻照等 . 但是 , 它的漏電流大 , 一般把它歸結(jié)為鋁的自摻雜和微 孿晶 . 作者在區(qū)熔提純單晶硅工藝中發(fā)現(xiàn) , 同來(lái)源的多晶硅材料經(jīng)過(guò)多次提純以后 , 同樣提 純次數(shù)的多晶硅的電阻率比單晶的高 . 以上兩種現(xiàn)象如何解釋 ? 促使作者著手探討硅的缺 陷核心結(jié)構(gòu) 1, 2.對(duì)于鍺 、 硅金剛石結(jié)構(gòu)的晶體缺陷實(shí)驗(yàn)研究方法很多 , 腐蝕技術(shù) , X 射線形貌技術(shù) , 進(jìn)入 70年代電鏡技術(shù)突飛猛進(jìn) , 衍襯法 、 細(xì)束

3、技術(shù) 、 晶格象技術(shù) 、 原子力象技術(shù) , 使位錯(cuò)的行為有 了明確的認(rèn)識(shí) . 特別是晶格象技術(shù) , 可以看到沿著 (110 晶向的晶體結(jié)構(gòu)投影圖 . 它為認(rèn)識(shí) 位錯(cuò)結(jié)構(gòu)提供了大量的信息 . 電子顯微鏡也有局限性 , 電鏡只能看到二維結(jié)構(gòu) , 對(duì)于第三 維 , 即沿著電子束的方向的周期性是看不到的 . 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 , 模擬電鏡成象原理 , 與 顯微象進(jìn)行比較 , 理論與實(shí)驗(yàn)符合得非常好 , 又對(duì)認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體材料中的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)提供了一個(gè) 很好的技術(shù)手段 , 證明了晶格象就是晶體點(diǎn)陣排列沿入射電子光路方向的投影圖 . 原子力 象只能觀測(cè)到材料表面結(jié)構(gòu) . 理論方面早在五十年代末 Ho rn str

4、a 3, 4已經(jīng)對(duì)金剛石結(jié)構(gòu)晶 體缺陷核心組態(tài)作了探討 . 限于當(dāng)時(shí)的條件 , 沒有實(shí)驗(yàn)事實(shí)依據(jù) .D A n terroch s 5等人拍出了 =3的硅孿晶邊界結(jié)構(gòu)晶格象. Ho rn stra 3把它稱作 70°對(duì)稱傾斜邊界 . 最近鄰四個(gè)原子不發(fā)生相對(duì)位置變化 , 只改變次近鄰的原子分布 , 該結(jié)構(gòu)無(wú) 懸掛鍵 . 顯然對(duì)于硅的本征層錯(cuò) , 可以看成是單原子層的邊界為 =3的孿晶結(jié)構(gòu) ; 非本征 層錯(cuò) , 可以看成是雙原子層的邊界為 =3的孿晶結(jié)構(gòu) , 因之層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)沒有懸掛鍵 .D A n terroch s 5等人也觀察到了硅中 =9的孿晶邊界結(jié)構(gòu)晶格象 , 同時(shí)作了模擬計(jì)算

5、 , 證明了鋸齒狀傾斜邊界確實(shí)在晶體中存在 . 與 Ho rn stra 3給出的孿晶邊界晶向夾角 = 38°57 的二級(jí)孿晶邊界結(jié)構(gòu)相符 . 他的其它照片也說(shuō)明一系列的五環(huán)和七環(huán)原子排列可以 組成晶體邊界 . 二級(jí)孿晶邊界每一個(gè)原子有四個(gè)最近鄰原子與其相鍵合 , 沒有斷鍵出現(xiàn) . 但 是 , 鍵長(zhǎng)和鍵合方向卻因原子位置分布的變化發(fā)生了變化 .對(duì)于小角晶粒邊界 , 往往是由位錯(cuò)排列而成 . 為此 , 小角晶粒邊界的問題 , 可以歸納為 研究位錯(cuò)的核心結(jié)構(gòu)問題 . 現(xiàn)在已經(jīng)知道 , 幾乎晶體中的所有滑移位錯(cuò)將擴(kuò)展成肖克萊位 錯(cuò) . 如 , 60°全位錯(cuò)分解成一個(gè) 30

6、6;分位錯(cuò)和一個(gè) 90°分位錯(cuò) ; 一個(gè)螺形全位錯(cuò)分解成兩個(gè) 30°分位錯(cuò) ; 分位錯(cuò)之間以一個(gè)本征層錯(cuò)連接起來(lái) . 這樣一來(lái)研究位錯(cuò)的問題變成研究 30°分 位錯(cuò) 、 90°分位錯(cuò)和 Co ttrell 6位錯(cuò)的核心結(jié)構(gòu)問題 .以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出一個(gè)啟示 , 可能在位錯(cuò)核心也是無(wú)懸掛鍵結(jié)構(gòu) . 因?yàn)?, 有懸掛鍵結(jié)構(gòu) 的位錯(cuò)核心中 , 懸掛鍵排成一列 , 形成一列強(qiáng)的電中心 . 相鄰兩個(gè)懸掛鍵的電子云相互排斥 而遠(yuǎn)離 , 電子和相鄰原子核相互吸引構(gòu)成原子共價(jià)鍵 , 消除了原有的懸掛鍵 . 為此本文作者 著手探討硅的位錯(cuò)核心結(jié)構(gòu) .2研究方法本工作以實(shí)驗(yàn)事

7、實(shí)為依據(jù) , 物理學(xué)的知識(shí)作判據(jù) , 制作硅晶體位錯(cuò)結(jié)構(gòu)模型 , 探討硅中 位錯(cuò)核心的組態(tài)結(jié)構(gòu) . 物理學(xué)工作者都知道 , 平衡狀態(tài)下能量最低 . 這給我們一個(gè)思路 , 本 征半導(dǎo)體硅位錯(cuò)核心原子鍵合以能量最低為原則 . 所以 , 研究硅中位錯(cuò)的核心結(jié)構(gòu)時(shí) , 首先 認(rèn)為硅的位錯(cuò)核心以外的原子不畸變 , 嚴(yán)格按照空間點(diǎn)陣排布起來(lái) ; 第二步 , 按照布氏回路 建立起一個(gè)指定類型的位錯(cuò)結(jié)構(gòu) , 只是把位錯(cuò)核心的原子挖出去 ; 第三步 , 在位錯(cuò)核心處放 置原子 , 這個(gè)原子的鍵長(zhǎng)和鍵角變化最小 , 但能夠和周邊原子以共價(jià)鍵的形式一一鍵合起 來(lái) , 每一個(gè)原子都不存在懸鍵 . 這樣一來(lái) , 因?yàn)樗?/p>

8、的畸變最小 , 根據(jù)力學(xué)原理 , 自然周邊的原 子畸變也最小 , 實(shí)現(xiàn)了平衡態(tài)下能量最低的條件 ; 第四步與我們實(shí)驗(yàn)中觀察到的 , 以及已發(fā) 表的透射電鏡晶格象作比較 , 一般說(shuō)來(lái)兩者符合了的就認(rèn)為是對(duì)的 . 如果不符合 , 說(shuō)明思路 還不對(duì) . 但是 , 我們的缺陷模型非常理想地與晶格象中的一些圖象符合 , 其中還有些圖象不 符合 , 我們?cè)囎髁艘恍┪诲e(cuò)存在著割階 , 也就是說(shuō)把同種位錯(cuò)模型的兩個(gè)重疊在一起 , 使位 錯(cuò)線平行 , 只是這兩個(gè)位錯(cuò)線彼此相互沿著層錯(cuò)面平移了一個(gè)原子排布周期 , 即 1 4 112 的距離 . 再回過(guò)頭來(lái)觀測(cè)雙原子柱的形態(tài) . 這時(shí)又可與晶格象的一些圖形符合的非

9、常好 . 還有一些更復(fù)雜的結(jié)構(gòu) , 試用位錯(cuò)核心處局部形成微孿晶 , 又能解釋一些 . 但限于篇幅不在 這里討論 .3硅位錯(cuò)結(jié)構(gòu)3. 1 90°分位錯(cuò)90°分位錯(cuò)的布氏矢量處于 111晶面內(nèi) , 沿著 112 方向 , 見圖 1(a . 這個(gè)結(jié)構(gòu)最早由 Ho rn stra 4給出 , 但是沒有實(shí)驗(yàn)事實(shí)依據(jù) , 也沒有作進(jìn)一步解釋 . 作者沿著 111 觀察 , 見圖 1(b . 這里有兩個(gè)可能結(jié)構(gòu) . 一種如虛線連接 , 存在懸掛鍵 . A 、 B 兩類原子的懸掛鍵形成的 電子云將排斥 , 而形成不穩(wěn)定的狀態(tài) . 它們之間 , 必須相對(duì)沿著 110 方向移動(dòng)一定距離 ,

10、彼此兩兩鍵合起來(lái) , 見圖 1(b 實(shí)線連接 . 該結(jié)果與 M ark lund 7給出的結(jié)果一致 . 同時(shí) , 位錯(cuò) 圖 1 90°分位錯(cuò)結(jié)構(gòu)圖(a 90°分位錯(cuò) 110 方向投影圖 ; (b 90°分位錯(cuò)層錯(cuò)面原子結(jié)構(gòu)圖 , 實(shí)線表示再組態(tài)后的結(jié)構(gòu) ,虛線表示未組態(tài)前的結(jié)構(gòu) ; (c 90°分位錯(cuò)立體透視結(jié)構(gòu)圖 .核心無(wú)懸掛鍵結(jié)構(gòu)在晶體中產(chǎn)生剪切應(yīng)力 . 90°位錯(cuò)的布氏矢量在層錯(cuò)面內(nèi) , 沿著 112 方 向 . 層錯(cuò)面一側(cè)受到的是張應(yīng)力 , 而另一側(cè)則受到的是壓應(yīng)力 . 看起來(lái) , 在晶格象中 , 張應(yīng)力 一側(cè)的斑點(diǎn)要小一些 , 稀一些

11、 ; 而壓應(yīng)力一側(cè)則看到雙原子柱的斑點(diǎn)要密一些 , 大一些 . 這是 區(qū)別 90°分位錯(cuò)和其它分位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的重要標(biāo)志 . 晶格相的 Ho rn stra 4結(jié)構(gòu)特征有的明顯 , 有的不明顯 . Ho rn stra 4結(jié)構(gòu)特征不明顯時(shí) , 層錯(cuò)與體硅之間的交界處雙原子柱的形狀有 一個(gè)漸變過(guò)程 . 仔細(xì)分析會(huì)發(fā)現(xiàn) , 這是割階存在的表象 . 割階所在 110面將晶體分成兩部 分 , 其效果象是它們彼此相對(duì)于這個(gè)平面平移了 1 4 112 . 兩條分位錯(cuò)線之間的雙原子柱 部分是體硅排列 , 部分是層錯(cuò)方式排列 , 其兩種排列方式的重心幾乎重疊 形成兩種雙原子 柱交叉重疊 , 形成象 X 字

12、母形狀的晶格象特征 . 由于割階所在觀測(cè)膜的深度不同 , 顯影效 果的不同 , 其晶格象的斑點(diǎn)有的象圓點(diǎn) , 有的象方點(diǎn) . 據(jù)此認(rèn)為圖一的結(jié)構(gòu)是正確的 , 90°分 位錯(cuò)核心不應(yīng)有懸掛鍵 .3. 2 30°分位錯(cuò)對(duì)于 30°分位錯(cuò) , Ho rn stra 4給出的分位錯(cuò)的核心是有懸掛鍵的 , 一個(gè)懸掛鍵要占有大 約 015電子伏特的能量 , 從物理學(xué)的角度看行不通 , 是不可能的 ; 另外 Ho rn stra 給出的無(wú) 懸掛鍵結(jié)構(gòu) , 在位錯(cuò)核心處 , 空間小 , 原子密度大 , 在核心處產(chǎn)生的應(yīng)力較大 . H irth 8將 30°位錯(cuò)核心分為兩

13、種 , 一種是有懸掛鍵的 , 稱為 Suffle 結(jié)構(gòu) , 另一種帶有五個(gè)共價(jià)鍵結(jié)合鍵 , 稱 作滑移型 (Slide 結(jié)構(gòu) . 這兩種結(jié)構(gòu)能分別解釋早期晶格象的結(jié)果 . 但是 Suffle 結(jié)構(gòu)有三個(gè) 懸掛鍵 , 并有一個(gè)原子大小的空位存在 . 懸鍵必定吸引原子集聚 . Slide 結(jié)構(gòu)中核心原子要 有五個(gè)鍵與周圍原子鍵合 , 同樣它不符合四族元素的鍵合關(guān)系 , 要帶強(qiáng)的電性 . 為此 , 本文 作者分析了 A n stis 9等人的文章以后 , 提出一個(gè)新的結(jié)構(gòu) 2, 分位錯(cuò)的核心由一個(gè)單原子柱 構(gòu)成 . 它的三個(gè)鍵與 H irth 給出的 Suffle 結(jié)構(gòu)的三個(gè)鍵結(jié)合 , 而另一個(gè)鍵則

14、轉(zhuǎn)向本身兩兩相 互靠近而鍵合或兩兩排斥而遠(yuǎn)離 . 沿著位錯(cuò)線看 , 象是一個(gè)單原子柱孿晶 . 它的存在與周 圍原子的失配只有 2%左右 . 因此 , 無(wú)懸掛鍵結(jié)構(gòu)對(duì)周圍產(chǎn)生的應(yīng)力也非常小 , 見圖 2.這個(gè) 圖 2 30°分位錯(cuò)結(jié)構(gòu)圖(a 30°分位錯(cuò)立體透視結(jié)構(gòu)圖 , (b 30°分位錯(cuò)在 (110 面投影圖 ,圖中說(shuō)明了割階形成豆芽瓣型晶格象特征的結(jié)構(gòu) .模型還可以將電鏡觀察到的 “ Suffle ” 結(jié)構(gòu)和 Slide 結(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來(lái) . 這是因?yàn)殡婄R分辨率在 012nm 左右 , 雙原子柱是不能分辨開來(lái)的 , 它們的信息將相互加強(qiáng) . 而單原子柱處于可分辨

15、的邊緣 . 它與相鄰體硅原子的鍵長(zhǎng)在 110面的投影大約是 0122nm . 體硅中 , 111 鍵長(zhǎng)在 (110 面內(nèi)約為 01235nm . 后者是能分辨開來(lái)的 . 單原子柱的信息彌散 , 自身信息得不到周 圍原子信息加強(qiáng) . 在顯影過(guò)程中 , 一般采用高反差技術(shù) , 使弱信息更弱 , 強(qiáng)信息更強(qiáng) , 單原 子柱的信息很容易被抹掉 , 不在照相底版中顯現(xiàn) . 因而在直的分位錯(cuò)結(jié)構(gòu)中 , 早期的晶格象 往往看到的是 Suffle 結(jié)構(gòu)相 . 當(dāng)晶體中位錯(cuò)某處存在一個(gè)割階 , 割階將位錯(cuò)分成兩段 . 割階所在 (110 面將晶體分成兩部分 , 它們彼此相對(duì)于這個(gè)平面平移了 1 4 112, 體

16、硅和層錯(cuò)中 的雙原子柱絕大部分重疊在了一起 , 如同未移動(dòng)一樣 . 兩個(gè)單原子柱之間的雙原子柱卻發(fā) 生了變化 , 割階所在平面 (110 面一側(cè)的屬于體硅排布 , 而另一側(cè)則一定是層錯(cuò)狀態(tài)分布 , 反之亦然 . 兩種結(jié)構(gòu)重疊在一起以后 , 其投影就形成如同 H irth 給出滑移形結(jié)構(gòu) , 見圖 2(b . 圖中大寫字母與帶撇大寫字母分別代表割階所在平面兩側(cè)的對(duì)應(yīng)原子位置 . 圖中 DB C 與 EFD 給出豆芽瓣形結(jié)構(gòu) . 顯然 , 它的形狀與 90°分位錯(cuò)的影像結(jié)構(gòu)不同 , 割階使 90°分 位錯(cuò)形成 X 字形晶格象特征 . 同時(shí) 30°分位錯(cuò)單原子柱與同側(cè)的

17、雙原子柱投影距離小于 012nm , 它對(duì)影像的貢獻(xiàn)已不可忽視 . 因此 30°分位錯(cuò)的核心處 , 豆芽瓣形的圖象將變的較 大 . 由于割階所處位置不同 . 兩個(gè)豆芽瓣總是強(qiáng)度有所差異 . 通過(guò)觀察豆芽斑的個(gè)數(shù) , 就可 知道被觀測(cè)樣品中割階存在的個(gè)數(shù) . 由于 30°分位錯(cuò)應(yīng)力小 , 30°分位錯(cuò)附近的層錯(cuò)的雙原 子柱與相鄰體硅雙原子柱的連線垂直層錯(cuò)面 , 這是區(qū)分 30°分位錯(cuò)與 90°分位錯(cuò)的另一重要 標(biāo)志 . 作者從觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出的模型與 M ark lund 7提出的模型一致 . 以上理由說(shuō) 明 , 30°位錯(cuò)核心結(jié)構(gòu)

18、不會(huì)有懸掛鍵存在 .3. 3 Cottrell 6位錯(cuò)的核心結(jié)構(gòu)Co ttrell 位錯(cuò)的核心結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是兩個(gè)擴(kuò)展位錯(cuò)所夾的層錯(cuò)處于不同的 111晶面內(nèi) , 它們彼此靠近時(shí)將相互作用 . 反應(yīng)的結(jié)果使兩個(gè)層錯(cuò)相交 . 雙方的一個(gè)分位錯(cuò)共同合成層 錯(cuò) 的交線 . 實(shí)驗(yàn)中已拍下了它們的晶格象 . 見圖 3(a 10、 3(b 11. 圖中的晶格象與 Ho rn 2 圖 3硅的 Co ttrell 位錯(cuò)晶格象及其結(jié)構(gòu)圖解說(shuō)明圖 3(a 、 (b 為 Co ttrell 位錯(cuò)晶格象 , 圖 3(c 是圖 3(a 的投影結(jié)構(gòu)圖 , 圖 3(d 是圖 3(b 的投影結(jié)構(gòu)圖 ,圖 3(e 是圖 3(a 的立

19、體透視結(jié)構(gòu)圖 , 圖 3(f 是圖 3(b 的立體透視結(jié)構(gòu)圖 .stra 4給出的結(jié)構(gòu)不一致 . 在圖 3(a 中 , 明顯看到一個(gè)三角形斑點(diǎn) . 作者分析了該圖形以后 認(rèn)為 , 最可能的結(jié)構(gòu)如圖 3(c . 圖 3(c 中 B 、 C 、 D 1、 D 2四個(gè)原子構(gòu)成位錯(cuò)核心結(jié)構(gòu) , 其中 BC 是正常的雙原子柱 , D 1、 D 2分別組成了兩個(gè)單原子柱 . 它們之中的任意一個(gè)原子 D x (x =1, 2 與周圍的三個(gè)原子 C 、 E x 、 F x 相鍵合 , 第四個(gè)鍵則沿著位錯(cuò)線的方向 110 排列 , 或 者相鄰兩個(gè)原子相互吸引鍵合 , 或者相鄰兩個(gè)原子相互排斥而遠(yuǎn)離 , 與 30

20、°分位錯(cuò)的效果一 致 . D 1、 D 2兩個(gè)原子 , 雖然同與一個(gè) C 原子鍵合 , 它們不處于同一個(gè)原子面 , 它們對(duì) C 原子 6 期昝育德: 硅的位錯(cuò)核心結(jié)構(gòu)無(wú)懸掛鍵 411 的作用, 使 C 原子與它們的鍵合方向沿著 001 軸線方向轉(zhuǎn)動(dòng), 發(fā)生了 D 1、 2 沿著位錯(cuò)線 D 方向的相反方向位移, 但不發(fā)生沿著位錯(cuò)線方向的同相位移. 因?yàn)? 原子鍵角關(guān)系處于正四 面體的鍵角位置能量最低. 其中一個(gè) D 原子使 C 原子鍵方向轉(zhuǎn)動(dòng), C 原子的另一個(gè)鍵一定 發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng), 偏向 C 原子所在110 面的另一側(cè) 這樣一來(lái), , D 1 和 D 2 在 110 . 方向的合作用 力

21、為零. 只能使 C 原子沿著 BC 自身的連線軸 001 轉(zhuǎn)動(dòng)鍵角. 而 1 2 110 5 12 111 與 長(zhǎng) 度的偏差只有 2%. 所以, 畸變很小. E1、 1、 、 2 四個(gè)原子受到 D 1 或 D 2 原子的作用, 要 F E2 F 在 110 方向發(fā)生一定位移. 這種位移又將 D x 推向 C 原子柱. 因此 CD x 投影將小于 D x E x 或 D x F x 在110 面的投影. 前者的距離接近不可分辯. 所以, 在晶格象中看到如圖 3 (a 10 的情況, 形成三角形圖案. 此 外, Co t t rell 位錯(cuò)核心, 還有另一種結(jié)構(gòu)組態(tài), 可能是形成環(huán)境不同, 見圖

22、3 ( b 、 3 (d . 將它們與圖 3 (a 、 ( c 、 ( e 比較, C 原子不與 D 1 原子鍵合, 在應(yīng)力的作用下, C - D 1、 3 3 D 1- E1 鍵被拉斷, C 原子自動(dòng)與 E1 原子鍵合起來(lái), 而 D 1 的斷鍵轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度后, 破壞 了 C - D 2 的鍵合關(guān)系, 再次與 C 原子鍵合, 余下的兩個(gè)原子 D 1、 2 彼此直接鍵合起來(lái), 組 D 成 D 1- D 2 新鍵, 但不是體硅中的雙原子柱鍵合關(guān)系, 彼此以一個(gè)鍵相連; 另一個(gè)鍵沿著位 錯(cuò)線排列, 形成 D 1- D 1- D 2- D 2 鍵 如圖 3 ( d 、 ( f 所示. 新鍵 C -

23、E1、 - D 1、 1- D 2 . 3 C D 的形成, 產(chǎn)生一種張應(yīng)力, 迫使層錯(cuò)面明顯拉寬 制作的模型產(chǎn)生的這種效果與圖 3 ( b 中 . 看到實(shí)線標(biāo)出的層錯(cuò)面拉寬現(xiàn)象一致. 3 再仔細(xì)分析 T h ibau lt 11 的實(shí)驗(yàn)照片, 發(fā)現(xiàn) B 2 lock 的結(jié)構(gòu)可以從圖 3 ( c 、 ( e 衍變過(guò) 來(lái) 見圖 4. 只要將從 C 原子起的 C - B - A 1 ( 或 C- B - A 2 半原子面抽掉以后即可 . 圖 4 (a Co ttrell 位錯(cuò)晶格象, ( b 為圖 a 的立體透視結(jié)構(gòu)圖. 形成. 該結(jié)構(gòu)將引進(jìn)剪切分量, 它的 A 1 ( 或 A 2 - B - C

24、 半原子面不存在了, 形成鍵合關(guān)系 H 1- A 2 ( 或 H 2- A 1 , 余下的兩個(gè)原子 D 1、 2 彼此也直接鍵合起來(lái), 但不是雙鍵鍵合, 另 D 一個(gè)鍵沿著位錯(cuò)線排列, 組成 D 1- D 2 新鍵 , 彼此以一個(gè)鍵相連, 另一個(gè)鍵沿著位錯(cuò)線排 列, 形成如圖 3 ( d 、 (f 的鍵合關(guān)系. 3 412 半導(dǎo)體學(xué)報(bào) 19 卷 4結(jié)論 本征硅中位錯(cuò)核心無(wú)懸掛鍵. 90° 分位錯(cuò)核心處也會(huì)引起剪應(yīng)力 30° . 分位錯(cuò)核心處存 在著一個(gè)類似于單原子孿晶柱的結(jié)構(gòu). Co t t rell 位錯(cuò)的核心結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)雙原子微孿晶 柱, 孿晶柱的伸長(zhǎng)方向的晶向是 1

25、11 顯然這個(gè)方向與體硅的位錯(cuò)方向 110 . 所以 . 平行 本征位錯(cuò)核心的電學(xué)性質(zhì)可能不活躍. 但是, 由于位錯(cuò)刃型分量對(duì)雜質(zhì)有吸引力, 它所處的 位置將是雜質(zhì)集中的區(qū)域, 電活性雜質(zhì)對(duì)電性質(zhì)是有貢獻(xiàn)的 此外位錯(cuò)產(chǎn)生的割階也可能 . 是電學(xué)性質(zhì)活躍的結(jié)構(gòu). 致謝作者感謝王永良先生參與本文討論. 參 考 文 獻(xiàn) 1 褚一鳴, 昝育德, 楊大俞, 劉維, 電子顯微學(xué)報(bào), 1984, (4 : 20. 2 昝育德, 第六屆全國(guó)半導(dǎo)體集成電路、 硅材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集, 1989, 91. 3 J. Ho rn stra, Physica, 1959, 25: 409. 4 J. Ho rn str

26、a, J. Phys. So lids. , 1958, 5: 129. 5 C. D n terroches and A. Bou rret, Ph il M ag. , A , 1984, 49: 783. . A 6 A. H. Co ttrell, Ph il M ag. , 1952, 43: 645. . 7 S. M ark lund, Phys. Stat. So l , B , 1987, 92: 83. . 9 G. R. A n stis, P. B. H irsch, C. J. H um ph reys et a l. , at M icro sc. Sem icond. M ater. O xfo rd, 6 10, A p ril 1981. 10 J. D ietl, D. H elm reich, E. Sirl, in“ rystals” M anaging Edtto r H. C. E reyho rdt, N ew Yo rk: Sp ringer V erlag , C Berlin H eidelberg, 1981, 5: 98. 11 J. T h ibau lt 2 esseaux, J. L. Pu taux, In st. Phys. Conf. Ser. N o 104: C