Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками

Детальное изучение перекристаллизации, проведенное в Калифорнийском технологическом институте, показало, что незначительная концентрация легирующей примеси
...
Тип и концентрация имплантируемой примеси оказывают большое влияние не только на скорость перекристаллизации, но и на качество структуры перекристаллизованного слоя
...
Выше было показано, что сегрегация и образование выделений имплантированных примесей в аморфном кремнии может создавать барьер для последующего эпитаксиального роста
...
Для этого необходимо, чтобы энергия активации диффузии имплантированной примеси в аморфном кремнии была меньше, чем энергия активации эпитаксиального роста, равная
...
Сегрегация на границе раздела и выталкивание примеси протекают лишь для медленнодиффундирующих примесей, которые не образуют выделений до начала эпитаксиального роста
...
Следовательно, это явление не может рассматриваться как частный случай обычной сегрегации, характеризуемой независящим от концентрации коэффициентом сегрегации
...
Сегрегация на границе раздела и выталкивание примеси протекают лишь для медленнодиффундирующих примесей, которые не образуют выделений до начала эпитаксиального роста
...
Следовательно, это явление не может рассматриваться как частный случай обычной сегрегации, характеризуемой независящим от концентрации коэффициентом сегрегации
...
Для таких элементов, как индий и свинец, наличие более одного монослоя примесных атомов достаточно для полного торможения эпитаксиального роста и развития поликристаллического процесса
...
Дальнейшее перераспределение скорее всего происходит посредством ускоренной зернограничной диффузии, развивающейся после поликристаллической перекристаллизации приповерхностной области при температуре
...
Пересыщенные твердые растворы Примеси могут быть имплантированы в твердые тела с концентрацией, значительно превосходяпдей предел равновесной растворимости
...
Однако последующий отжиг кремния в целях восстановления кристаллической структуры может приводить к образованию выделений примеси и понижению концентрации до значений, близких к равновесным
...
В самом деле, в предыдущих разделах предполагалось, что интенсивное замедление скорости роста, низкокачественный эпитаксиальный рост, концентрационная зависимость перераспределения и образования выделений связаны с предельной величиной твердофазной растворимости имплантированной примеси в кремний
...
Было показано, что с точки зрения процессов перекристаллизации и перераспределения, следует различать быстродиффундирующие и медленнодиффундирующие имплантированные примеси
...
Точно также при анализе диффузии в твердой фазе следует различать быстродиффундирующие примеси, которые могут образовывать выделения, прежде чем их достигнет фронт перекристаллизации, и медленнодиффундирующие, остающиеся случайно распределенными даже после завершения перекристаллизации
...
Чаще всего в процитированных работах для определения концентрационных профилей примесных атомов замещения третьей, четвертой, пятой и шестой групп в кремнии использовалась техника каналирования
...
Эти примеси относятся к тем, которые, обладая малой диффузионной подвижностью в кремнии, должны оставаться во время эпитаксиального роста случайно распределенными
...
Пересыщенные твердые растворы Примеси могут быть имплантированы в твердые тела с концентрацией, значительно превосходяпдей предел равновесной растворимости
...
Как и прежде, в той области концентрационного профиля, где происходит перекристаллизация, максимальная концентрация атомов сурьмы в положениях замещения составляет
...
Если же концентрация примеси оказывается выше предельной, происходят сильное замедление скорости перекристаллизации и заметное перераспределение примесных агомов
...
Как и прежде, в той области концентрационного профиля, где происходит перекристаллизация, максимальная концентрация атомов сурьмы в положениях замещения составляет
...
Однако максимальные примесные концентрации, достижимые при неравновесном отжиге с более высокой температурой, оказываются ниже, чем достижимые при низкотемпературном печном отжиге
...
Хотя процессы образования пересыщенных растворов при эпитаксиальном росте из жидкой и твердой фаз существенно различаются, можно отметить интересный факт близости максимальных значений растворимости, достижимых при росте из жидкой и твердой фаз
...
Получив пересыщенный твердый раствор в результате печного или неравновесного твердофазного отжига, интересно исследовать его стабильность при последующей термообработке
...
Как видно на рисунке, существует хорошо выраженная зависимость, следствием которой является уменьшение концентрации замещающих атомов при увеличений дозы легирования и низкотемпературном отжиге
...
Исходя из приведенных данных, следует ожидать, что метастабильная фаза висмута будет выделяться в виде включений, если средняя диффузионная длина примеси при температуре отжига превосходит среднее расстояние между примесными атомами
...
Однако взаимосвязь между количеством атомов замещения и электрической активностью в системе мышьяк —кремний характеризуется рядом особенностей в сравнении с системой сурьма — кремний
...
Наконец, недавние исследования устойчивости метастабильной системы индий — кремний с применением просвечивающей электронной микроскопии и каналирования
...
Однако взаимосвязь между количеством атомов замещения и электрической активностью в системе мышьяк —кремний характеризуется рядом особенностей в сравнении с системой сурьма — кремний
...
Наконец, недавние исследования устойчивости метастабильной системы индий — кремний с применением просвечивающей электронной микроскопии и каналирования
...
В этом отношении следует провести сравнительные исследования пересыщенных растворов, образовавшихся при эпитаксиальном росте из жидкой фазы, когда перекристаллизованный слой свободен от дефектов
...
На сегодня подобная совершенная модель отсутствует, а задачей этого раздела является краткий анализ существующих представлений о строении границы раздела аморфной и кристаллической областей в кремнии
...
Случай перекристаллизации в отсутствие примесей Рассмотрим кинетику перекристаллизации при твердофазном эпитаксиальном росте свободного от примесей кристалла кремния с ориентацией
...
В этом случае процесс характеризуется вполне определенной энергией активации, а все участки границы раздела между аморфной и кристаллической областями движутся в направлении к поверхности с постоянной скоростью
...
В этом отношении следует провести сравнительные исследования пересыщенных растворов, образовавшихся при эпитаксиальном росте из жидкой фазы, когда перекристаллизованный слой свободен от дефектов
...
Согласно этой модели свободная энергия границы раздела является минимальной, если на границе нет висящих связей, расстояние между ближайшими соседями постоянно, а искажение углов между атомными связями, дающее основной вклад в свободную энергию границы раздела, минимально
...
Как видно на рисунке, описанный процесс приводит к кристаллизации нескольких атомов и обеспечивает перекристаллизацию со скоростью, значительно превышающей рассчитанную на основе одиночных
...
Согласно этой модели свободная энергия границы раздела является минимальной, если на границе нет висящих связей, расстояние между ближайшими соседями постоянно, а искажение углов между атомными связями, дающее основной вклад в свободную энергию границы раздела, минимально
...
Как видно на рисунке, описанный процесс приводит к кристаллизации нескольких атомов и обеспечивает перекристаллизацию со скоростью, значительно превышающей рассчитанную на основе одиночных
...
Согласно этой модели свободная энергия границы раздела является минимальной, если на границе нет висящих связей, расстояние между ближайшими соседями постоянно, а искажение углов между атомными связями, дающее основной вклад в свободную энергию границы раздела, минимально
...
Используя представления о существовании предпочтительных направлений роста, зависимость между скоростью роста и ориентацией подложки, по существу, можно сформулировать, опираясь на чисто геометриче
...
Предполагается также, что при нагреве вблизи границы между аморфной и кристаллической областями происходит скопление точечных дефектов в кристаллической области
...
Ни в одной из рассмотренных выше моделей не исследуется образование зародышей необходимых для перекристаллизации на границе раздела аморфной и кристаллической областей
...
Чтобы объяснить кинетику перекристаллизации, ее ориентационную зависимость и получить необходимые количественные соотношения, необходимо глубже изучить механизмы, определяющие зарождение центров кристаллизации
...
Особенно важно рассмотреть вопрос о центрах кристаллизации применительно к случаям имплантации малых доз ионов, поскольку рассмотренные в данном параграфе модели не могут объяснить сильного влияния малого количества примесных атомов на скорость перекристаллизации
...
Далее, поскольку легирование вызывает сдвиг уровня Ферми, электронные эффекты могут вызывать усиление образования и диффузионной подвижности дефектов, являющихся центрами кристаллизации при твердофазном эпитаксиальном росте
...
В этом отношении обсуждавшееся выше явление кооперативного разрыва Связей может оказаться существенным в обеспечении множественной престройки атомных связей в окрестности примесного атома или образованного примесью дефекта
...
Ряд авторов предполагают, что ускорение скорости перекристаллизации обусловлено несовпадением размеров атомов легирующей примеси и решетки, приводящим к деформации кристаллической решетки
...
Например, в новой работе Суни отмечается, что накопление локальных деформаций вокруг примесного атома может привести к макроскопической деформации кристаллической решетки и возникновению движущей силы для миграции атомов
...
Можно ожидать, что деформации, обусловленные размерным несоответствием примесных атомов, будут оказывать аналогичное влияние на процесс перекристаллизации
...
На основании этих результатов делается предположение, что зависимость скорости перекристаллизации от содержания примесных атомов в области концентраций, меньших предела твердофазной растворимости, обусловлена деформационными эффектами
...
Предложенная модель влияния деформации решетки на скорость перекристаллизации хорошо описывает экспериментальные результаты при ионной имплантации одного элемента
...
Основываясь на деформационной модели, компенсационный эффект можно объяснить лишь в тех случаях, когда суммарная деформация сжатия, обусловленная примесями с атомным размером меньшим, чем у кремния, уравновешивается суммарной деформацией растяжения, обусловленной атомами большого радиуса, С этим условием не согласуются упоминавшиеся неопубликованные данные Суни по совместной имплантации кремния ионами бора и мышьяка
...
При рассмотрении модели кристаллического роста Спаепена отмечалось, что кристаллизация на границе раздела аморфной и кристаллической областей контролируется процессами образования дефектов, которые инициируют разрыв хмежатомных связей и делают возможной кристаллизацию вдоль ребер
...
В этом отношении интересно исследовать возможные конфигурации дефектов, образующих центры роста на межфазной границе, и далее установить зависимость концентрации таких дефектов от концентрации легирующей примеси
...
Хотя детальное исследование модели не проведено, введение в рассмотрение представлений об образовании при легировании заряженных вакансий позволяет, по крайней мере,
...
В этом случае предложенный механизм перекристаллизации основан на аналогии между влиянием легирования на подвижность дислокаций в кристаллическом кремнии и стимулированном примесными атомами эпитаксиальном росте
...
Для обеспечения взаимосвязи между скоростью движения дислокаций и легированием использовался хорошо изученный механизм перемещения дислокаций посредством возникновения и миграции перегибов
...
Хотя полное понимание механизма на сегодня отсутствует, существуют несколько теорий для объяснения взаимосвязи расположения уровня Ферми и подвижности дислокаций
...
На самом деле атомы в узлах, расположенных на изломе, обладают либо координационными связями, либо висящими валентностями, аналогично соответствующим дислокационным моделям
...
Тем не менее для изучения деталей и правомерности предложенного механизма требуется проведение большого объема экспериментальных и теоретических работ
...
С их проявлением обычно приходится сталкиваться в тех случаях, когда концентрация легирующей примеси существенно превосходит предел растворимости в твердой фазе для
...
Суть концепции заключается в том, что примеси с малым коэффициентом диффузии в твердом кремнии, могут быть захвачены узлами замегцения, находящимися на движущейся межфазной границе
...
Если время нахождения примесного атома на границе раздела превышает время кристаллизации одного монослоя, то их концентрация может значительно превысить максимальную растворимость в твердой фазе
...
Авторы предполагают, что сегрегация индия к поверхности и диффузия к межфазной границе в аморфном кремнии являются результатом усиленной жидкофазной диффузии
...
Вильяме и Эллиман предположили, что образование пересыщенных твердых растворов в процессе твердофазного эпитаксиального роста может начинаться с захвата
...
Предполагается, что различие в диаметрах примесного атома и атома кремния вызывает деформацию связей и локальную деформацию на границе раздела аморфной и кристаллической областей
...
Следует полагать, что введение в решетку атомов с большим радиусом, чем радиус атомов кремния, приводит к появлению на границе раздела деформаций растяжения
...
Интегральное воздействие этих деформаций может оказаться направленным противоположно перекристаллизации, поскольку перекристаллизация вызывает уплотнение решетки на
...
Можно сделать вывод, что уменьшение скорости эпитаксиального роста при больших концентрациях примеси должно коррелировать как с увеличением концентрации примеси, так и с размером примесных атомов
...
Что касается деформационной модели, Вилльямсу и Шорту удалось установить несомненную корреляцию между пределом метастабильной растворимости в твердой фазе, реализуемой при твер
...
Предполагается, что различие в диаметрах примесного атома и атома кремния вызывает деформацию связей и локальную деформацию на границе раздела аморфной и кристаллической областей
...
Хотя указанная зависимость согласуется с моделью деформации межфазной границы раздела, сходные зависимости наблюдались между размером примесных атомов и пределом растворимости в твердой фазе для равновесных твердых растворов
...
Обобщение и выводы Ионная имплантация кремния дает уникальную возможность изучения твердофазного эпитаксиального роста и особенностей его протекания в различных практически важных условиях
...
Подобные исследования углубили наши знания о процессах кристаллизации на атомарном уровне, а также позволили проверить существующие модели описания границы между аморфной и кристаллической областями
...
Особо следует отметить юбразование пересыщенных растворов примесных атомов, обладающих низкой диффузионной подвижностью в кремнии при твердофазном эпитаксиальном росте
...
Отметим, что значения максимальной растворимости примесных атомов в кристаллах, полученных при твердофазном или жидкофазном эпитаксиальном росте, ютличаются незначительно, хотя механизмы указанных процессов различны
...
Например, атомы мышьяка уходят из узлов решетки в вакансионные комплексы, тогда как атомы сурьмы сегрегируют в правильные образования, ориентированные относительно окружающей решетки атомов кремния
...
Различие между процессами стабилизации и образования выделений в описанных системах приводит к более значительным различиям в уровнях электрической активности, чем следовало бы ожидать, исходя из известных максимальных значений равновесной растворимости
...
В отличие от рассмотренного случая захвата примесных атомов с низкой диффузионной подвижностью при перекристаллизации, быстродиффундирующие атомы, например, меди или серебра, образуют выделения в аморфной фазе прежде, чем их достигнет фронт кристаллизации
...
Наконец, помимо углубления знаний о явлениях роста кристаллов, образования и стабильности метастабильных твердых растворов, изучение твердофазного эпитаксиального роста в ионно
...
Например, атомы мышьяка уходят из узлов решетки в вакансионные комплексы, тогда как атомы сурьмы сегрегируют в правильные образования, ориентированные относительно окружающей решетки атомов кремния
...
Различие между процессами стабилизации и образования выделений в описанных системах приводит к более значительным различиям в уровнях электрической активности, чем следовало бы ожидать, исходя из известных максимальных значений равновесной растворимости
...
В отличие от рассмотренного случая захвата примесных атомов с низкой диффузионной подвижностью при перекристаллизации, быстродиффундирующие атомы, например, меди или серебра, образуют выделения в аморфной фазе прежде, чем их достигнет фронт кристаллизации
...
Кроме того, во многих практических приложениях используется только приповерхностный слой материала, в то время как его объемные свойства основы не должны изменяться
...
Поэтому многие ученые изучали метастабильные материалы, используя различные методы их получения и исследований, что привело к значительному накоплению информации по этому вопросу
...
Следует добавить, что метастабильные металлические стекла обладают очень интересными магнитными свойствами в сочетании с механической твердостью, а это часто является весьма желательным
...
Долгое время существует устойчивая тенденция поиска новых материалов с повышенными температурой сверхпроводящего перехода, критическими магнитными полями и критическими токами
...

Расчеты тепловых процессов при сварке
Сборка и сварка корпусов судов
Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство: Практикум: Навч.посібник
Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками
Металловедение пайки
Теорія зварювальних процесів. Дослідження фізико-хімічних і металургійних процесів та здатності металів до зварювання
Справочник по сварке цветных металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками