Исследование влияния давления на поведение гелия и водорода в кристаллическом кремнии

• Автор: Гниденко, Антон Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 98 с. : ил.

1 ВАКАНСИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ В КРЕМНИИ. ВЛИЯНИЕ ИМПЛАНТАЦИИ ВОДОРОДА И ГЕЛИЯ НА СТРУКТУРУ КРЕМНИЯ
1.1 Вакансионные комплексы в кремнии
1.2 Поведение водорода в кремнии
1.3 Гелий в кремнии, его влияние на формирование микрополостей.
1.4 Совместная имплантация водорода и гелия в кремнии. Поведение
образцов БпН, Не при высоких давлениях и температурах
Выводы
2. РАСЧЕТЫ СТРУКТУРЫ МНОГОАТОМНЫХ СИСТЕМ ПРИ ПОМОЩИ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛА ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ
2.1 Ведение
2.2 Теория функционала электронной плотности
2.2.1 Функционал полной энергии
2.2.2 Решение уравнения Кона - Шэма
2.2.3 Интегрирование уравнений движения ядер и структурная оптимизация
2.3 Пакет Дп96гш1
2.4 Псевдопотенциалы для расчетов электронной структуры многоатомных систем. Программа Ан98рр

2.4.1 Формальный подход к построению псевдопотенциалов
2.4.2 Экранированные нормо-сохраняющие и ионные псевдопотенциалы
2.4.3 Переносимость и сходимость псевдопотенциалов
Выводы
3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОДОРОДА И ГЕЛИЯ С ВАКАНСИОННЫМИ ДЕФЕКТАМИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
3.1 Параметры расчетов
3.2 Формирование вакансионных комплексов в кремнии
3.2.1 Вакансии и дивакансии в чистом кремнии при атмосферном давлении
3.2.2 Влияние давления на формирование вакансий и дивакансий.
3.3 Поведение водорода в решетке кремния
3.3.1 Молекула водорода в междоузлиях кремниевой решетки
3.3.2 Молекула водорода в вакансиях и дивакансиях
3.3.3 Влияние водорода и давления на формирование вакансий и дивакансий
3.4 Атом гелия в кристаллической решетке кремния
3.4.1 Растворимость гелия в междоузлиях и вакансиях
3.4.2 Влияние гелия на формирование дивакансий
3.5 Диффузия водорода и гелия
3.5.1 Зависимость от давления энергий активации диффузии для водорода и гелия
3.5.2 Влияния гелия и давления на выход водорода га вакансии.
3.6 Электронная плотность исследованных систем
Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА
Актуальность темы
Кристаллический кремний является одним из основных материалов для полупроводниковой электроники. Электрические и оптические свойства полупроводников в значительной степени зависят от типа и концентрации дефектов, которые содержатся в них. Многие дефекты образуются в кристаллах кремния непосредственно в процессе выращивания. Это внутренние дефекты, такие как вакансии и междоузельные атомы, и внешние дефекты или примеси, источником последних могут служить осаждающиеся материалы, окружающая среда, нагревательные элементы. Также дефекты могут формироваться при технологической обработке полупроводникового материала. Травление сопровождается образованием вакансий и междоузельных атомов водорода (при использовании водородосодержащего реактива), выращивание поверхностных слоев создает междоузельные атомы и вакансии в объеме материала, ионная имплантация приводит к повреждениям, которые формируют микрополости в кристалле кремния.
Все перечисленные дефекты изменяют электронную структуру кремния. Говоря в общих чертах, дефекты и примеси нарушают периодичность кристаллической решетки, вводят в кристалл локальные напряжения и создают новые энергетические уровни, которые часто находятся в запрещенной зоне. В дальнейшем дефекты могут диффундировать в кристалле кремния, этот процесс приводит к различным реакциям взаимодействия между ними, в результате чего формируются новые более сложные дефекты с отличающимися электрическими и оптическими свойствами [1,2].

У(г) = Гхс[п;г] + Ун[п; г]--,

(2.33)
обменно-корреляционный потенциал Vхс [«; г] = 8Ехс [и] / <5я(г) и потенциал Хартри:
Vй[п; г] = —-[-]=4я-1 Гп(г')г'2 с1г'+Ал: Гп{г')г'с1г' (2.34)
Зп(г) Г Л
благодаря сферической симметрии, состояния с одинаковыми квантовыми числами л,- = « и /,■ = /, но разными т-, энергетически вырождаются, е, =е„л = с,,,, и поэтому в равной степени занимаются 0 < / < /„/(2/ + 1)
электронами, где заселенность /„I устанавливается для полного числа электронов в «/-оболочке. Отсюда выводится электронная плотность:
иг)
4л- г
/„, =2(2/ + 1) для £п, <е„,
() /ы=° для £„,>£„,
(2.35)
с ПОЛНЫМ ЧИСЛОМ электронов равным Нерелятивистское
уравнение Кона-Шема получается путем замены в уравнении (3.34) константы тонкой структуры нулем. Приведенная выше схема определяет атомное основное состояние. Возбужденные атомные состояния вычисляются с приблизительно определенной заселенностью.
Что касается обмена и корреляции, программа позволяет применить используемые в большинстве случаев приближение локальной плотности и приближение обобщенного градиента. В ПЛП обменно-корреляционная энергия: