Пары Френкеля в германии и кремнии (Обзор)

В. В. Емцев, Т. В. Машовец, В. В. Михнович

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, г. Санкт-Петербург

Аннотация: Дан обзор современных представлений о свойствах первичных собственных дефектов структуры — пар Френкеля (ПФ) — в кремнии и германии. Рассматривается процесс образования ПФ в условиях облучения электронами или $\gamma$-лучами с энергией ${\sim1}$ МэВ в интервале температур 4.2$-$300 K.
Проведен оценочный расчет энергии взаимодействия компонентов ПФ — вакансий ($V$) и межузельных атомов ($I$) в приближении анизотропного упругого континуума с учетом электростатического и упругого взаимодействия. Показано, что вклад флексоэлектрического эффекта может быть значительным и должен учитываться при оценке энергии электростатического взаимодействия между $V$ и $I$ и в тех случаях, когда один или оба компонента ПФ электрически нейтральны.
Обсуждается вопрос о подвижности $V$ и $I$, в том числе в условиях облучения, а также об их энергетическом спектре. Энергетические состояния вакансии (а, возможно, и межузельного атома), в кремнии образуют систему с отрицательной корреляционной энергией.
На основании сделанных оценок следует ожидать, что энергетический спектр $V$ и $I$, образующих метастабильную “близкую” ПФ, как в кремнии, так и в германии, существенно возмущен по сравнению со спектром изолированных $V$ и $I$.
Обсуждается вопрос о зависимости вероятности аннигиляции гомогенных (происходящих из одного узла решетки) $V$ и $I$ от целого ряда параметров — температуры и интенсивности облучения, примесного состава облучаемого материала, концентрации равновесных и неравновесных носителей в нем. Этот анализ позволяет качественно интерпретировать сложную немонотонную зависимость эффективности образования первичных и вторичных (включающих в себя примесные атомы) дефектов от температуры и интенсивности облучения, от типа проводимости германия. Построена номограмма, описывающая зависимость эффективности дефектообразования в $n$-германии при 300 K. от интенсивности облучения и концентрации доноров V группы.
Показано, что метастабильные ПФ в кремнии не наблюдаются, германий же предоставляет уникальную возможность наблюдать такие ПФ в элементарном полупроводнике с ковалентным типом связи.

Поступила в редакцию: 10.06.1991
Принята в печать: 17.06.1991