О ПРОБЛЕМЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ ТИПА ДИСЛОКАЦИЙ В Si
И СПОСОБАХ ЕЕ РЕШЕНИЯ
Л.И. Федина, А.К. Гутаковский
Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова, г. Новосибирск
Дислокации в полупроводниковых кристаллах с алмазоподобной структурой, в частности в Si, оказывают существенное влияние на свойства материала (механические, электронные, оптические и др.). Из-за многообразия дислокаций, связанного с трансформацией их ядра в процессе генерации, взаимодействия друг с другом и технологических воздействий, идентификация типа дислокаций зачастую затруднена, несмотря на возможности современной высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии (ВРЭМ). До сих пор считается, что атомистическое понимание дислокационных явлений, например, при пластической деформации, - полно противоречий [1]. Одним из них является, так называемое, “shuffle-glide” противоречие [2]. Оно вытекает из ab initio расчетов структуры ядра 60о дислокации в Si, согласно которым ее скольжение в перетасованных плоскостях {111} (shuffle set - между бислоями {111}) возможно лишь в метастабильном состоянии (S1-тип ядра) во всем интервале температур; тогда как скольжение в бислоях {111} (glide set) в стабильном состоянии (G-тип ядра) невозможно [3]. Такая 60о дислокация, известная как краевая, является сидячей и для ее скольжения необходима диссоциация. Оба этих типа 60о дислокации, включая трансформацию ее ядра S1-типа в G-тип, были предсказаны еще в 1958 году [4], однако экспериментально подтверждены лишь недавно [5,6]. Факт генерации S1 дислокаций нанопорами при срыве роста слитка Fz-Si при высокой температуре подтверждает теоретические предсказания возможности их скольжении во всем интервале температур и поднимает вопрос их источников при деформации объ-емных материалов. Большое напряжение (~2 GPa), необходимое для генерации S1 дислокаций при низких температурах в этом случае [1], указывает на то, что “shuffle-glide” противоречие скорее связано с проблемой источников S1 дислокаций. В отличие от объемных материалов, пластическая релаксация напряженных гетеросистем, как известно, всегда обеспечивается введением S1 дислокаций, взаимодействие которых друг с другом приводит к появлению сидячих 90о дислокаций Ломера.
В докладе будут рассмотрены проблемы, связанные с идентификацией ядра (типа) различных дислокаций в Si, введенных пластической деформацией (S1- и G-тип) и имплантацией ионов (дислокации Франка и их трансформация в дислокации Ломера) [5-7]. Будут продемонстрированы возможности применения in situ ВРЭМ облучения электронами и анализа геометрической фазы ВРЭМ изображений для детальной визуализации структуры ядра и полей деформации, соответственно.
Работа выполнена при поддержке проекта РНФ № 23-72-30003.
Литература
1. I. Yonenaga Atomic structures and dynamic properties of dislocations in semiconductors: cur-rent progress and stagnation // Semicond. Sci. Technol. 35, 2020 043001
2. J. Rabier, L. Pizzagalli and J.L. Demenet Dislocations in Silicon at High Stress // In: Disloca-tions in Solids ed JP Hirth and L Kubin, ch. 93, North-Holland, Elsevier 2010 p 49-98
3. L. Pizzagalli, J. Godet and S. Brochard Glissile Dislocations with Transient Cores in Silicon // Phys. Rev. Lett. 103, 2009 065505
4. J. Hornstra Dislocations in the diamond lattice // J. Phys. Chem. Solids, 5, 1958 129 -141.
5. L. I. Fedina, A. K. Gutakovskii, and T. S. Shamirzaev On the structure and photoluminescence of dislocations in silicon // JAP 124, 2018 053106
6. L. I. Fedina et al Structural Transformations of the Dislocation Cores in Si and Their Relation-ship with Photoluminescence // Crystallography Reports, 66, 2021 636–643
7. L. Fedina et al On the mechanism of {111}-defect formation in Si studied by in situ electron ir-radiation in a high-resolution electron microscope // Phil. Mag. A 77, 1998 423- 435