硅的位错核心结构无悬挂键.PDF

　第 19 卷第 6 期　　　　　　　　半　导　体　学　报　　　　　　　　 . 19, . 6　 V o l N o 　1998 年 6 月　　　　　　 　　　　　　 , 1998　 CH IN ESE JOU RNAL O F SEM ICONDU CTOR S June 硅的位错核心结构无悬挂键 昝育德 ( 中国科学院半导体研究所　北京　100083) 摘要　本文应用物理学平衡状态下能量最低的基本原理, 通过分析透射电镜晶格象, 制作了 90 °、30 °分位错及Co tterll 位错等一系列的模型, 说明硅中位错核心无悬挂键. PACC: 6170G 1　引言 蓝宝石上外延硅(SO S) 异质外延材料已很成熟, 用其制作的 集成电路优点 SO S CM O S 很多: 高集成度、快速度、抗辐照等. 但是, 它的漏电流大, 一般把它归结为铝的自掺杂和微 孪晶. 作者在区熔提纯单晶硅工艺中发现, 同来源的多晶硅材料经过多次提纯以后, 同样提 纯次数的多晶硅的电阻率比单晶的高. 以上两种现象如何解释? 促使作者着手探讨硅的缺 [ 1, 2 ] 陷核心结构 . 对于锗、硅金刚石结构的晶体缺陷实验研究方法很多, 腐蚀技术, X 射线形貌技术, 进入 70 年代电镜技术突飞猛进, 衍衬法、细束技术、晶格象技术、原子力象技术, 使位错的行为有 ( ) 了明确的认识. 特别是晶格象技术, 可以看到沿着 110 晶向的晶体结构投影图. 它为认识 位错结构提供了大量的信息. 电子显微镜也有局限性, 电镜只能看到二维结构, 对于第三 维, 即沿着电子束的方向的周期性是看不到的. 计算机技术的发展, 模拟电镜成象原理, 与 显微象进行比较, 理论与实验符合得非常好, 又对认识半导体材料中的位错结构提供了一个 很好的技术手段, 证明了晶格象就是晶体点阵排列沿入射电子光路方向的投影图. 原子力 象只能观测到材料表面结构. 理论方面早在五十年代末Ho rn stra [ 3, 4 ] 已经对金刚石结构晶 体缺陷核心组态作了探讨. 限于当时的条件, 没有实验事实依据. [ 5 ] ∑ [ 3 ] ’ 等人拍出了 = 3 的硅孪晶边界结构晶格象. 把它称作 70 ° D A n terroch s Ho rn stra 对称倾斜边界. 最近邻四个原子不发生相对位置变化, 只改变次近邻的原子分布, 该结构无 悬挂键. 显然对于硅的本征层错, 可以看成是单原子层的边界为∑= 3 的孪晶结构; 非本征 层错, 可以看成是双原子层的边界为∑= 3 的孪晶结构, 因之层错的结构没有悬挂键. ’ [ 5 ] 等人也观察到了硅中∑= 9 的孪晶边界结构晶格象, 同时作了模拟计 D A n terroch s 算, 证明了锯齿状倾斜边界确实在晶体中存在. 与 [