Изучение природы гигантских дефектов упаковки в монокристаллах кремния
Анисимов Василий Геннадьевич
Новгородский государственный университет

Научный руководитель: Данильчук Леонид Нестерович, д.ф.-м.н., проф.
Соавторы: Табулов Владимир Владимирович

В теоретической части работы рассмотрена структура простых дефектов упаковки* типа вычитания, ограниченных частичными или почти винтовыми 30-градусными дислокациями Шокли с векторами Бюргерса или краевыми дислокациями Шокли, у которых вектор Бюргерса также лежит в плоскости дефектов упаковки или отрицательными краевыми дислокациями Франка с векторами Бюргерса .Рассмотрена структура простых дефектов упаковки типа внедрения, ограниченных частичными положительными краевыми дислокациями Франка. Проанализированы образование и структура барьеров Ломер-Коттрелла и Хирта, когда реагирующие частичные дислокации не параллельны результирующей вершинной дислокации:

а) барьер Ломер-Коттрелла, образованный краевой вершинной дислокацией Томпсона и частичными 30-градусными дислокациями Шокли;

б) барьер Ломер-Коттрелла, образованный остроугольной краевой вершинной дислокацией и частичными краевыми дислокациями Шокли;

в) барьер Хирта, образованный краевой вершинной дислокацией с тупым углом и частичными 30-градусными дислокациями Шокли;

г) барьер Хирта, образованный вершинной дислокацией с тупым углом и вектором Бюргерса и частичными 30-градусными дислокациями Шокли.

На основе критерия Франка рассмотрен энергетический выигрыш в ходе дислокационных реакций:

а) , б) , в) .

Таким образом, зарождение и рост дефектов с вершинной дислокацией Томпсона с вектором Бюргерса будет наиболее вероятным. Также наиболее вероятно возникновение барьеров Хирта, образованных краевой вершинной дислокацией с тупым углом и 30-градусными дислокациями Шокли, так как энергетический выигрыш в случае г) очень мал.

В экспериментальной части работы исследовались бездислокационные монокристаллы кремния, выращенные по методу Чохральского в направлении [111], в которых на определенном этапе осуществлялся срыв бездислокационного роста и генерировались гигантские дефекты упаковки, проходящие по плоскостям {111} через весь монокристалл. Площадь некоторых дефектов упаковки составляла величину S =1-3 cм2.

Из слитка вырезались пластины толщиной 1,5-2 мм перпендикулярно осям [111] и [101], так чтобы оси частичных дислокаций и плоскости некоторых дефектов упаковки были наклонны и перпендикулярны поверхностям пластин. В последнем случае появлялась возможность применения “розеточной” методики идентификации частичных дислокаций и дефектов упаковки.

Основным методом исследования дефектов упаковки был метод аномального прохождения рентгеновских лучей. Использовалось характеристическое CuKa -излучение и отражения {220} от плоскостей решетки, перпендикулярных поверхности пластин.

Разрешение рентгеновских камер в эксперименте составляло 5? 7 мкм.

Определение природы дефектов упаковки проводилось путем идентификации частичных дислокаций, ограничивающих дефект упаковки.

Были получены рентгенотопографические изображения дефектов упаковки и частичных дислокаций, ограничивающих его. Исследована структура, кристаллография и природа гигантских дефектов упаковки в монокристаллах кремния.

  1. Металлографические исследования показали, что при выращивании монокристаллов кремния по методу Чохральского при срыве бездислокационного роста возникают гигантские плоскостные дефекты площадью в несколько квадратных сантиметров.

  2. Рентгенотопографический анализ пластин кремния на основе эффекта Бормана показал, что в монокристалле присутствуют гигантские дефекты упаковки, а также барьеры Ломер-Коттрелла и Хирта. Некоторые из идентифицированных дефектов упаковки оказались дефектами типа вычитания, ограниченными отрицательными дислокациями Франка.

  3. Структура идентифицированных дефектов упаковки в эксперименте хорошо согласуется с теоретическими моделями барьеров Ломер-Коттрелла и Хирта.

* Под простым дефектом упаковки понимается дефект упаковки с одной дефектной прослойкой, лежащей в одной из плоскостей {111}.
(c) АСФ России, 2001