ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ВЫРАЩИВАНИЕ И ОБРАБОТКА КРИСТАЛЛОВ Зарождение и рост кристаллов из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" В противопо-ложность точечным дефектам, появление которых в решетке кристалла повышает его энтропию и тем самым снижает его свободную энергию, дислокации и межзеренные границы мало влияют на энтропию кристалла энергия образования этих протяженных дефектов велика, и поэтому они не могут существовать в измеримых концентрациях как термодинамически устойчивые дефекты. Линейные и поверхностные дефекты легка образуются при выращивании монокристаллов и при приложении к ним неоднородных термических и механических воздействий. Поскольку эти дефекты при небольших концентрациях распределены по объему кристалла неравномерно, нарушение свойств кристалла, обусловленное их присутствием, локализовано в небольших объемах, окружающих дислокации или границы. Вблизи дислокаций или межзеренных границ свободная энергия кристалла имеет по сравнению с энергией частей кристалла, удаленных от него, повышенное значение. Следовательно, при взаимодействии кристалла с внешней средой кинетика процессов, протекающих вблизи дефектов на поверхности или в объеме кристалла, будет иной, и однородность свойств кристалла будет нарушена. [c.222] Дислокации и межзеренные границы не являются термодинамически устойчивыми дефектами, поэтому вопрос о причинах и условиях их возникновения представляет особый интерес (об условиях возникновения дислокаций при выращивании монокристаллов из расплавов см. гл. VI). [c.222] Понятие монокристалл исключает существование межзеренных границ сами границы между зернами рассматриваются как состоящие из сетки дислокаций. [c.222] Природа дислокаций. Дислокации представляют собой геометрические нарушения типа обрыва или сдвига атомных плоскостей в кристалле в результате появления дислокации две по сути идеальные части кристалла становятся несовместимыми. [c.222] Рассмотрим кристалл, в котором в результате приложения внешних сил одна половина относительно другой начинает смещаться по определенной плоскости вдоль некоторого выбранного направления, т. е. кристалл подвергается деформации сдвига путем скольжения. [c.222] В деформированном кристалле можно выделить три области область, где сдвиг вообще отсутствует область, где сдвиг имеет место, но атомы на плоскости скольжения расположены периодически правильно и область, переходная между двумя первыми областями, которая характеризуется непериодическим расположением атомов. Ширина этой переходной области обычно мала и зависит от атомной структуры кристалла (несколько межатомных расстояний). [c.223] Микроскопическая граница между деформированной и неде-формированной областями является линией. Макроскопическая граница является областью, в которой отсутствует идентичное окружение атомов, и является поэтому несовершенством. [c.223] Под влиянием внешних воздействий сдвиг одной тасти кристалла по отношению к другой мол-сет деформировать кристалл таким образом, что его можно представить состоящим из атомных плоскостей, закрученных в виде винтовой лестницы (рис. 4.17). Границу зоны сдвига называют винтовой дислокацией она характеризуется тем, что параллельна вектору сдвига (рис. 4.18). На рис. 4.19 схематически показано расположение атомов в двух атомных плоскостях, расположенных выше и ниже плоскости скольжения. В отличие от краевой дислокации, винтовая дислокация может образовываться при сдвиге по любой атомной плоскости, т. е. она не определяет однозначно плоскость скольжения. [c.224] Краевая и винтовая дислокации являются прямолинейными. При данном векторе сдвига область сдвига внутри кристалла может быть ограничена произвольной плоской кривой (криволинейная дислокация, рис. 4.20), а также являться не плоскостью, а поверхностью, каждая точка которой параллельна вектору сдвига. [c.224] В материаловедении полупроводников обычно рассматривают лишь простейшие типы дислокаций краевую и винтовую. [c.224] Структура дислокаций. Рассмотрим два монокристалла идеальный и реальный, содержащий разные дефекты. Различные дефекты в реальном кристалле приводят к нарушению строгой периодичности расположения атомов по узлам кристаллической решетки. Наличие и природу структурных нарушений можно установить путем выявления соответствия между атомами реальной и идеальной решеток. Если искажения реальной решетки вызваны упругими деформациями, вакансиями или атомами в междоузлиях, всегда можно определить, к каким узлам идеальной решетки относятся смещенные или отсутствующие атомы в решетке реального кристалла. [c.224] Каждый участок реального кристалла, в котором расположение атомов соответствует идеальному кристаллу, называют хорошим участком, в котором не соответствует — плохим участком. [c.224] Замкнутый контур произвольной формы, построенный в реальном кристалле путем последовательного обхода от атома к атому на хорошем участке, называют контуром Бюргер-с а. Учитывая соответствие между атомами в решетках реального и идеального кристаллов, можно построить аналогичный контур и в идеальном кристалле. Контур в идеальном кристалле, насчитывающий такое же число шагов , как и в реальном, может оказаться разомкнутым если контур в идеальном кристалле не замыкается сам на себя, это означает, что внутри контура в реальном кристалле находится дислокация (рис. 4.21, а и б). Участок кристалла, где имеется дислокация, является участком плохого кристалла. [c.224] Любой участок плохого кристалла должен иметь весьма малые размеры хотя бы в одном направлении, иначе его нужно рассматривать как вторую фазу. [c.227] Для того чтобы охарактеризовать разомкнутый контур Бюр-герса в идеальном кристалле, соответствующий контуру в хоро-щем участке реального кристалла, окружающем дислокацию, конечную точку контура соединяют с исходной, а полученный вектор называют вектором Бюргерса. Если в данной области кристалла присутствует только одна дислокация, контур Бюргерса можно переместить вдоль дислокации, а также растягивать или сжимать в направлении, перпендикулярном оси дислокации при этом вектор Бюргерса останется неизменным. Величина вектора может измениться только в том случае, если при передвижении контура он пересечет участок плохого кристалла, т. е. встретит на своем пути другую дислокацию. [c.227] Отсюда следует, что каждая данная дислокация имеет постоянный вектор Бюргерса и, следовательно, не может оборваться нигде внутри кристалла дислокация может оборваться на внешней поверхности кристалла, на границе между кристаллами или на другой дислокации. Дислокации в кристалле обычно образуют замкнутые петли или взаимосвязанные сетки. Сумма векторов Бюргерса всех дислокаций, встречающихся в узле такой сетки, равна нулю. Понятия контура и вектора Бюргерса позволяют дать более точные определения. [c.227] Дислокацией называют линию, разделяющую две совершенные части кристалла, сдвинутые одна относительно другой на величину вектора Бюргерса. [c.227] Краевой дислокацией называют дислокацию, ось которой перпендикулярна вектору смещения (рис. 4.15). [c.227] Винтовой дислокацией называют дислокацию, ось которой параллельна вектору смещения. [c.227] Вектор Бюргерса является вектором решетки, т. е. его величина и направление фиксируются в соответствии со структурным типом кристалла. [c.228] Вернуться к основной статье