РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ И УСТАНОВЛЕНИЕ ДИФРАКЦИОННОЙ ПРИРОДЫ В КРИСТАЛЛАХ С НЕСКОЛЬКИМИ ТИПАМИ ДЕФЕКТОВ НОВОГО ЯВЛЕНИЯ - ИЗМЕНЕНИЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПИОС И ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ТИПА ДЕФЕКТОВ В РЕЗУЛЬТАТЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ДИФРАКЦИИ
2.1 ВВЕДЕНИЕ
Для плодотворного взаимодействия между экспериментом и дальнейшим развитием статистической динамической теории эксперименты должны были бы выполняться на образцах с однородно распределенными дефектами, характеристики которых хорошо известны.
Из-за своей технологической важности дефектная структура, создаваемая при отжигах в монокристаллах кремния, выращенных по методу Чохральского, содержащих около 20 атомов О в 106 при температурах между 873 и 1573 К широко изучался различными методами, такими как инфракрасная спектроскопия и химическое травление в сочетании с использованием оптической микроскопии [81] а также при использовании различных методов дифракции, таких, как электронная микроскопия [86], малоугловое рассеяние нейтронов [87], рентгеновская топография [88,89], аномальное прохождение рентгеновских лучей [90], дифрактометрия ?-излучения [91], обратное рассеяние нейтронов [92], диффузное рассеяние рентгеновских лучей [93-95] и дифракция высокоэнергетического синхротронного излучения [96].
В растворенном состоянии атомы О локализованы в местах внедрений в матрице кремния, занимая положения разорванных центральных связей. При термообработке при температурах выше 823 К атомы О диффундируют сквозь решетку, чтобы образовать мелкие агломераты, которые вырастают в частицы преципитата SiO2. Тенденция образования преципитатов SiO2 сильно зависит от концентрации кислорода, но также и от концентрации других примесей, таких, как углерод. Преципитация кислорода в бездислокационном кремнии при 1023К была систематически изучена методом малоуглового рассеяния нейтронов [97,98].
Для получения информации о дефектной структуре реальных кристаллов и проверки статистических динамических теорий было осуществлено много экспериментов. Впервые осцилляции интегральной отражательной способности (маятниковое решение - Pendellosung) изучались при использовании рентгеновских лучей Като и Лангом [99] на клинообразных бездефектных монокристаллах кремния. Используя тепловые нейтроны, авторы работы [100] измерили в геометрии Лауэ интегральную отражательную способность как функцию от толщины плоскопараллельных кристаллических пластинок. От начальной толщины 204мкм пластинка была последовательно стравлена до толщины 6мкм и наблюдались теоретически предсказанные осцилляции маятникового решения. Осцилляции интегральной отражательной способности легче измерять наклоняя образец вокруг вектора обратной решетки таким образом, что изменяется эффективная толщина образца. Этот метод был предложен авторами работы [101] и может быть назван методом наклона. Он был впервые применен при использовании дифракции нейтронов [102], когда таким способом наблюдались осцилляции маятникового решения на достаточно совершенных монокристаллах Ge. Подобные измерения были осуществлены на пластинках монокристаллического кремния с плотностью дислокаций до 100 мм-2 и на пластинках с плотностью дислокаций выше 5000 мм-2 [103]. Результаты, полученные Олехновичем с соавторами для пластин с малой плотностью дислокаций, удалось интерпретировать при использовании статистической динамической теории Като [104]. Однако между экспериментальными данными и наилучшей подгонкой, полученной при использовании теории Като, наблюдалось заметное расхождение. Результаты, полученные Олехновичем с соавторами для пластин с высокой плотностью дислокаций, не удалось интерпретировать даже качественно при использовании статистической динамической теории Като [40,41].
Осцилляции интегральной интенсивности при изменении толщины образца и аномальное прохождение плоско поляризованного MoK? -излучения изучены для бездислокационных содержащих кислород монокристаллов кремния Олехновичем и Карпеем [105]. Из измерений при использовании различных порядков отражений они оценили тип и размер дефектов. Теория Като применялась для определения концентрации и среднего размера микродефектов в монокристаллах кремния из осцилляций маятникового решения, измеренных при использовании ?-поляризованного MoK? -излучения (фактор поляризации С=1) и метода наклона для образцов после выращивания с концентрациями кислорода в интервале 1016-1018 О атомов см-3 [106]. Из анализа полученных ими данных Воронков с соавторами [107] установили наличие микродефектов со средним радиусом порядка 70? и концентрацией около 1013см-3 в монокристаллах кремния после выращивания, содержащих 1018 О атомов см-3. Наблюдаемое изменение длины корреляции ? с углом наклона авторы объяснили проявлением анизотропии поля смещений вокруг дефектов.
Как впервые было показано при изучении дифракции нейтронов на высоко совершенных монокристаллах кремния, осцилляции маятникового решения могут быть измерены с большой точностью путем изменения длины волны дифрагированного излучения [108,109]. Авторы работы [110] измерили биения интенсивности маятникового решения, используя белое рентгеновское излучение (0.15<0.8?) на плоскопараллельных пластинах кремния, выращенных по методу Чохральского и подвергнутых термической обработке, при использовании твердотельного детектора. Дефекты были образованы путем отжига пластин толщиной 0.5мм в атмосфере аргона в течение времени от 24 часов до 100 часов при температурах в интервале от 1123 до 1273К. Экспериментальные данные, измеренные для отражений разных порядков, не удалось количественно описать с помощью статистической динамической теории Като.
В работе [111] экспериментальная апробация статистических динамических теорий Като [40,41], а также Беккера и Аль Хаддада [112] проводилась на выращенных по методу Чохральского образцах Si, отожженных при 770?С (II.2- O2 - 7.7?1017) и 750?С (VII.1-VII.3 - O2 - 1.8?1018). Измерения интегральных отражательных способностей проводились с использов
- Київ+380960830922