Электронный транспорт в GaAs структурах при радиационном воздействии

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.............................................................5
К ГЛАВА I. ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ (СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ)...............................................................П
1.1. Источники радиационною излучения................................11
1.2. Передача энергии ядерного излучения
атомам облучаемой среды..............................................12
1.2.1. Теория радиационного повреждения
полупроводниковых материалов........................................12
1.2.1.1. Основные представления об образовании
первичных радиационных дефектов в полупроводниках.................12
1.2.1.2. Возбуждение неравновесных электронов и дырок.............17
1.2.2. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом............18
1.2.2.1. Нейтроны............................................. 18
□ Образование дефектов смещения под действием
быстрых нейтронов............................................. 18
□ Ионизация материала при облучении быстрыми нейтронами..........20
1.2.2.2. Ионы................................................... 20
□ Ионизация материала при облучении ионами.......................21
□ Образование дефектов смещения под действием ионов..............22
1.2.2.3. Электроны................................................23
□ Ионизация материала при облучении электронами..................23
□ Образование дефектов смещения под действием электронов 24
1.2.2.4. Гамма-квант ы............................................25
□ Основные механизмы ионизации материала
при поглощении гамма-квантов................................... 25
□ Особенности формирования поглощенной дозы
при воздействии фотонного излучения..............................27
□ Образование дефектов смещения при облучении гамма-квантами.... 29
1.3. Долговременные изменения параметров полупроводников (вторичные радиационные дефекты)................................31
1.3.1. Классификация вторичных радиационных дефектов................31
1.3.2. Простейшие дефекты...........................................32
1.3.2.1. Типы дефектов в СгаАв и их энергетические уровни.........33
1.3.2.2. Влияние простейших дефектов на электрофизические характеристики ОаАз...................................... 36
□ Изменение концентрации основных носителей заряда...........36
□ Изменение подвижности основных носителей заряда............37
□ Изменение времени жизни неравновесных носителей............38
1.3.3. Разу поря доменные области (кластеры радиационных дефектов). 39
1.3.3.1. Порог образования разупорядоченной области...............40
1
1.3.3.2. Структураразупорядоченной области. Результаты экспериментальных исследований параметров
разупорядоченных областей в СаЛв...............................42
1.3.3.3. Энергетические уровни дефектов в ОаЛз.................44
1.3.3.4. Влияние разупорядоченных областей
на электрофизические характеристики йаЛя.......................46
□ Изменение концентрации основных носителей заряда............46
□ Изменение подвижности основных носителей заряда.............48
□ Изменение времени жизни неравновесных носителей заряда......49
1.4. Особенности проявления переходных процессов при воздействии излучения. Влияние ионизационных эффектов
на электрофизические свойства полупроводников.....................50
1.4.1. Изменение концентрации носителей заряда...................50
1.4.2. Изменение подвижности носителей заряда....................51
1.4.3. Изменение времени жизни неравновесных носителей заряда....52
1.5. Прикладные аспекты
радиационной физики полупроводников...............................53
1.5.1. Радиационная стойкость полупроводников....................54
1.5.2. Методы радиационной технологии............................55
1.5.3. Теоретические модели радиационного воздействия
на полупроводниковые структуры...................................57
1.6. Выводы к главе 1.............................................59
2. ГЛАВА II. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ КИНЕ ГИЧГХКОГО УРАВНЕНИЯ БОЛЬЦМАНА.................................................62
2.1.1. Кинетическое уравнение Больцмана..........................62
2.2. Малые отклонения от равновесия...............................63
2.2.1. Общие сведения............................................63
2.2.2. Определение исходных электрофизических характеристик материала 65
2.2.3. Учет радиационного воздействия............................66
2.2.3.1. Точечные дефекты......................................66
2.2.3.2. Разупорядоченные области..............................67
2.3. Мегод решения кинетического уравнения, основанный на процедуре статистических испытаний (метод Монте-Карло) ..72
2.3.1. Алгоритм метода Монте-Карло ..............................72
2.3.2. Расчет' электрофизических характеристик...................74
2.3.3. Зонная структура СаАБ.....................................76
2.3.4. Частоты рассеяния в ОаАь..................................78
2.3.4.1. Рассеяние на акустических фопонах.....................78
2.3.4.2. Рассеяние на атомах ионизированной примеси............79
2.3.4.3. Полярное оптическое рассеяние....................... 80
2
2.3.4.4. Междолинное рассеяние................................81
□ между неэквивалентными долинами............................81
□ между эквивалентными долинами..............................82
2.3.5. Генерация случайных чисел из заданных распределений......83
2.3.5.1. Методы розыгрышей из заданных распределений..........83
2.3.6.. У чет радиационного воздействия в модели................85
2.3.6.1. Дефектообразующее воздействие........................85
□ Точечные дефекты................... :.................... 85
□ Разупорядоченные области...................................87
2.3.6.2. Ионизирующее воздействие.............................90
□ Модель разогрева электронного газа в коротких
полупроводниковых структурах при воздействии гамма-излучения 90
□ Модель расчета мощности дозы для случая нарушения электронного равновесия на границе раздел сред...............92
2.4. Выводы к главе II...........................................98
3. ГЛАВА 111. МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА В п-ваЛз
ПРИ РАДИАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ......................................100
3.1. Моделирование электронного транспорта в необлученном материале.....................................................100
3.1.1. Расчет электрофизических характеристик..................100
3.1.2. Особенности баллистического переноса....................104
3.2. Влияние вторичных радиационных дефектов
на электрофизические характеристики п-СаАз......................107
3.2.1. Точечные дефекты........................................108
3.2.1.1. Аналитические оценки................................108
3.2.1.2. Численный расчет с помощью метода Монте-Карло.......109
□ Результаты расчета электрофизических характеристик........109
□ Экспериментальная проверка................................112
□ Влияние точечных дефектов на особенности
баллистического переноса электронов в нанометровых структурах 113
3.2.2. Разупорядоченные области................................114
3.2.2.1. Аналитические оценки................................114
3.2.2.2. Численный расчет с помощью метода Монте-Карло.......116
□ Определение характеристик радиационных дефектов в случае нейтронного облучения.......................................116
□ Сопоставление результатов расчетов методом Монте-Карло в приближении постоянного и переменного сечений
разупорядоченных областей...................................118
□ Анализ влияния радиационных дефектов на электрофизические характеристики п-СаАэ с различной концентрацией
легирующей примеси..........................................121
□ Экспериментальная апробация модели........................127
3.2.2.3. Расчет влияния разуп вряд о ченн ых областей на особенности баллистического транспорта электронов
в манометровых структурах...............................133
3.3. Моделирование переходных процессов при облучении 135
3.3.1. Моделирование процессов взаимодействия
мягкого гамма-излучения с веществом .....................135
3.3.2. Влияние ионизирующего излучения на перенос электронов
в нанометровых структурах................................138
3.3.2.1. Структуры без радиационных дефектов............138
3.3.2.2. Структуры с радиационными дефектами,
создаваемыми нейтронным излучением......................142
3.3.2.3. Экспериментальное исследование воздействия ионизирующего излучения на ОаЛх полупроводниковые структуры... 143
3.4. Выводы к главе III.................................. 146
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.............................................149
СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ............................151
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................153
4
ВВЕДЕНИЕ
Задачи, решаемые в настоящее время в радиационной физике полупроводников, связаны с двумя противоположными тенденциями:
■ избирательным усилением эффективности воздействия излучения для направленного изменения свойств облучаемого материала в технологических целях;
■ ослаблением эффективности воздействия излучения на материал для предотвращения или замедления изменения его параметров, нарушающего условия эксплуатации (проблема радиационной стойкости).
В технологических процессах микроэлектроники наиболее часто применяются электронные, ионные и лазерные пучки. С помощью электронных пучков проводятся активация поверхности, сплавление, отжиг с программируемым изменением температуры, микросборка. Создание резкого профиля распределения легирующей примеси оказывается возможным благ одаря широкому распространению метода ионной имплантации. Задача получения однородного распределения примеси по объему полупроводника решается путем использования метода нейтронного трансмутационного легирования. Наряду с традиционными развиваются новые радиационные методы: аморфизация материала ионами, различные варианты гетгерирования, радиационная отбраковка приборов. Воздействие на материал отдельных видов излучений сопровождается формированием в объеме полупроводника кластеров радиационных дефектов. С этим процессом в последние годы связывается возможность создания материалов, обладающих большим удельным сопротивлением, сочетающимся с рекордно малым временем жизни неравновесных носителей заряда, что делает такой материал чрезвычайно перспективным для создании фотоприемников и буферных слоев полевых транзисторов и интегральных схем.
Наряду с проблемами использования излучений в технологических процессах остается актуальной задача повышения устойчивости к воздействию радиации характеристик полупроводниковых приборов, функционирующих в условиях открытого космоса и на АЭС.
Воздействие излучения на полупроводник сопровождается, во-первых, созданием различного рода структурных нарушений в кристаллической решетке, во-вторых, генерацией неравновесных носителей заряда за счет энергии возбуждающего излучения. И если следствием первого процесса являются необратимые изменения параметров материала, то во втором случае первоначальные свойства полупроводника восстанавливаются после прекращения действия излучения.
Трудности, связанные с прогнозированием изменения характеристик материала вследствие радиационного воздействия могли бы быть преодолены
5
при наличии достоверных моделей, описывающих транспорт носителей заряда в полупроводниковых структурах в указанных случаях.
Таким образом, необходимость разработки теоретических моделей транспорта носителей заряда в материале, как во время, так и после радиационного воздействия диктуется следующими причинами. Во-первых, в настоящее время не существует надежных методов экспериментального измерения характеристик электронного потока в полупроводнике. Теоретическая модель позволяет изучать физические процессы в структуре, не вмешиваясь в ее работу, понять, каким образом осуществляется движение носителей заряда в облученных структурах, какие механизмы ответственны за характеристики материала. Во-вторых, достоверная математическая модель предоставляет возможность прогнозирования электрических свойств структуры при разработке технологической цепочки создания нового материала без проведения дорогостоящих пробных экспериментов, с целыо подборов технологических режимов.
В связи с тенденцией к миниатюризации активных элементов интегральных схем размеры твердотельных структур уменьшаются до нанометровых и становятся сравнимыми с характерными длинами релаксации в электронно-дырочной плазме. Для описания таких структур необходимо эффективно учитывать неравновесный и нелокальный характер электронно-дырочной плазмы. Как следствие, появилась необходимость в определении влияния радиационных дефектов на дрейфовую скорость, среднюю энергию, времена релаксации энергии и импульса электронов, функцию распределения электронов по энергиям. Актуальным становится рассмотрение транспорта носителей заряда в нанометровых структурах с неоднородностями, возникающими при радиационном воздействии и имеющими размеры порядка размеров структур.
К настоящему моменту накоплен обширный экспериментальный материал по исследованию электрофизических характеристик основных полупроводников (81, Се, СаЛБ) для случая облучения ионами, нейтронами, электронами. При этом теоретические модели процессов переноса носителей заряда находятся на уровне аналитических оценок, позволяющих лишь приблизительно предсказать изменение подвижности носителей заряда в слабых полях.
Исследование процессов ионизации полупроводников при радиационном воздействии ограничивалось оценкой величин фотогоков и времени жизни неравновесных носителей заряда. Недостаточно изученными до настоящего времени остаются вопросы разогрева электронного газа при воздействии ионизирующих излучений, и влияние этого разогрева на характеристики приборных структур, в частности, для случая присутствия в материале радиационных дефектов.
Анализ явлений переноса носителей заряда традиционно основывается на методе кинетического уравнения Больцмана. Аналитическое решение урав-
6
нения Больцмана удается лишь для некоторых специальных случаев, в частности, когда неравновесная функция распределения в электрическом поле отличается от равновесной малым приращением. Ввиду ограниченности области применения аналитического решения неизбежным представляется использование численных методов. Практически для решения уравнения используются в основном два подхода: прямой метод итерации и непрямой метод Монте-Карло.
Преимущество второго подхода, использующего моделирование движения электрона в (г, ку і) - пространстве, состоит в возможности точного вычисления электрофизических характеристик для случая реальной зонной структуры полупроводника (многодолинность, непараболичность и анизотропия долин), реальных механизмов рассеяния. Этот метод может быть использован для описания переходных процессов, связанных с нестационарными и неоднородными полями. Выбор такого подхода для изучения транспорта носителей при радиационном подходе оправдан, так как он позволяет свободно вводить в модель дополнительные механизмы рассеяния, изменять зонную структуру полупроводника, при этом является очень наглядным, предоставляя возможность детально исследовать влияние различных механизмов на характеристики материала.
Цель работы:
Изучение процессов, протекающих в ОаАБ структурах при дсфсктообразую-щем и ионизирующем радиационных воздействиях, путем математического моделирования с использованием мегода Монте-Карло.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
■ определение характеристик точечных радиационных дефектов и разупоря-доченных областей;
■ разработка и реализация алгоритма расчета электрофизических характеристик п-ОаАБ с радиационными повреждениями (точечными дефектами и ра-зупорядоченными областями) с использованием метода Монте-Карло;
■ построение модели поглощения ионизирующего излучения в приборных структурах;
■ разработка и реализация алгоритма расчета электрофизических характеристик п-ОаАь с радиационными дефектами при ионизирующем воздействии с использованием метода Монте-Карло.
7
Научная новизна
полученных результатов состоит в следующем:
■ впервые метод Монте-Карло применен для моделирования процессов переноса носителей заряда в полупроводниковых структурах на основе ваЛБ с радиационными дефектами;
■ впервые получены с помощью разработанной модели кинетические характеристики электронного газа п-ОаАБ при дефектообразующем радиационном воздействии: средняя дрейфовая скорость, энергия, эффективная масса, времена релаксации энергии и импульса электронов для сильных и слабых электрических нолей;
■ впервые изучено влияние радиационных дефектов на кинетику разогрева элекфонного газа в переменных электрических полях и обосновано использования уравнений, основанных на приближении времен релаксации, для моделирования процессов переноса носителей заряда в приборных структурах при радиационном воздействии;
■ построена оригинальная модель для анализа процессов разогрева элекфонного газа при воздействии ионизирующего излучения;
Практическая значимость
полученных в работе результатов заключается в следующем:
1. Разработанный пакет прикладных программ применяется для:
■ расчета кинетических характеристик электронов в п-ОлАб с радиационными дефектами (точечными дефектами и разупорядоченными областями различною размера);
■ моделирования процессов разогрева электронного газа в п-ОаАБ с радиационными дефектами в переменных электрических полях;
■ моделирования разогрева электронного газа в п-ваАз при воздействии ионизирующего излучения, в частности, в однослойных и двухслойных приборных структурах.
2. Результаты моделирования используются для расчета режимов радиационной модификации характеристик полупроводникового материала.
3. Полученные с помощью разработанной модели электрофизические характеристики п-ОаАБ применяются в более простых по сравнению с методом Монте-Карло моделях переноса различного уровня - дрейфово-диффузионной, температурной и др. , '
8
4. Разработанный пакет прикладных программ введен в промышленную эксплуатацию в ряде предприятий Нижегородского региона (НИИИС, ИЛИ «Салют») и использовался для оценки радиационной стойкости дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем.
Положения, выносимые на защиту.
На защиту выносятся:
1. Метод анализа, основанный на процедуре Монте-Карло, движения носителей заряда в полупроводниковых структурах при радиационном воздействии, особенностями которого является введение дополнительных механизмов рассеяния на радиационных дефектах при моделировании дефектообразующего воздействия излучения и учет энергетического распределения неравновесных носителей заряда при ионизирующем воздействии.
2. Разупорядоченные области оказывают преобладающее влияние на электрофизические характеристики п-ОаАя, облученного быстрыми нейтронами, при концентрации легирующей примеси в материале больше 1016 см'3, действие точечных дефектов доминирует при меньшей концентрации примеси.
3. Изменение энергетического распределения носителей заряда в процессе ионизации материала приводит к разогреву электронного газа и уменьшению дрейфовой скорости носителей заряда в нанометровых структурах;
4. Воздействие ионизирующего излучения на нанометровые структуры с радиационными дефектами делает возможным увеличение дрейфовой скорости носителей заряда, первоначальное уменьшение которой было вызвано рассеянием на радиационных дефектах.
Публикации и апробация результатов.
Основные результаты, представленные в диссертации, изложены в 9 статьях и докладывались на следующих конференциях и школах:
■ Международной межвузовской конференции «Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ» (Саратов, 4-8 сентября 1997 г.);
■ Международной научной конференции «Системные проблемы теории надежности, математического моделирования и информационных технологий» (Сочи, 16-21 сентября 1997 г.);
■ III Международной научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика» (Москва, Зеленоград, ноябрь 1997 г.);
■ VIII межнациональном совещании ‘‘Радиационная физика твердого тела'* (Севастополь, 29 июня - 4 июля 1998 г.);
■ XI Международной зимней школе по СВЧ электронике и радиофизике (Саратов, 2-6 марта 1999 г.);
9
■ Научной конференции «Структура и свойства твердых тел», посвященной 40-летию физфака ИНГУ (Н.Новгород, сентябрь 1999 г.);
■ III, IV Нижегородских сессиях молодых ученых (Н.Новгород, апрель 1998, 1999 г.);
■ II, III Конференциях но радиофизике (Н.Новгород, май 1998, 1999 г.).
Офуктура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем работы составляет 160 страниц, включая 154 страницы основного текста. 63 рисунка, 6 таблиц, и список цитируемой литературы из 122 наименований (6 страниц).
Автор выражает благодарность к.т.н. Китаеву М.Л., Фефелову А.Г. за предоставленные экспериментальные данные, к.ф.-м.н. Скупову В.Д., д.ф.-м.н. Киселеву В.К., Качемцеву А.Н., к.ф.-м.н. Козлову В.А. за обсуждение полученных результатов.
Работа частично выполнена при поддержке гранта НАТО «Паука для Мира» 51Р-973799 и гранта МНТП «Физика твердотельных наноструктур» №99-1142.
10
1. ГЛАВА I, ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ (СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ)
1.1. ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Хорошо известно, что основными источниками радиации следует считать ядерный взрыв, ядерные энергетические установки, космическое пространство, исследовательские ядерные реакторы, рентгеновские и гамма-установки, а также ускорители электронов и протонов. В качестве дополнительных можно учесть естественную фоновую радиацию, которая, несмотря на свою относительно небольшую величину, тоже может влиять на характеристики приборов.
По способам формирования принято различать корпускулярные и электромагнитные ионизирующие излучения [1]. Корпускулярные образуются элементарными частицами: нейтронами, протонами, элекгронами, альфа- и бета-частицами; электромагнитные - эго рентгеновское и гамма-излучение.
Для описания нолей излучений принято использовать следующие характеристики:
■ корпускулярное излучение: интегральный поток частиц (флюенс) Г, част см*2, плотность потока частиц Ф, 1/см2*с; энергетический спектр Лг(7);
■ электромагнитное излучение: поглощенная доза, равная отношению средней энергии излучения, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме Д рад (100 эрг/г); мощность поглощенной дозы Р9 рад/с; энергетический спектр N (И7).
Радиационные среды создаются источниками ионизирующих излучений, которые имеют естественное и искусственное происхождение. Космическое пространство является естественной радиационной средой, в которой действуют: галактическое излучение - потоки протонов, альфа-частиц и других тяжелых ядер с энергиями ЮМ 0 ' МэВ, излучение Солнца - потоки протонов и альфа-частиц с меньшим по сравнению с галактическим излучением энергиями, но со значительно большей плотностью потока; излучения естественных радиационных поясов Земли - областей космического пространства, в которых существуют потоки протонов с энергиями до 700 МэВ и электронов с энергиями до 5 МэВ [2,3,4,5]. Ядерный взрыв (искусственная среда) является источником ионизирующих излучений в виде мощного импульса гамма-излучения (энергия фотонов $9=0,01-10 МэВ) длительностью в единицы и десятки наносекунд и запаздывающего относительно гамма-квантов импульса быстрых нейтронов (энергия нейтронов Тп = 0-14 МэВ) длительностью в сотни и тысячи микросекунд [2,3,4,6]. В ядерных энергетических установках - непрерывных и импульсных ядерных реакторах- процесс деления сопровождается испусканием гамма-нейтронного излучения (Жу= 0,01-10 МэВ, Тп = 0-8 МэВ) [2,3,4,7]. Для проведения исследовательских работ широкое применение находят моде-
11
лирующие установки: импульсные рентгеновские и гамма-установки, гамма-установки непрерывного действия, импульсные непрерывные ускорители электронов и протонов [2,3,4,7]. Искусственные радиационные среды могут создаваться в технологических целях для производства высококачественных микросхем [8,9].
Анализ сводных данных, приведенных в [2,3], об ожидаемых уровнях ионизирующих излучений свидетельствует о том, что наибольший интерес представляет исследование воздействия на полупроводниковые приборы нейтронного и гамма-излучений. Обычно воздействие тяжелых частиц, таких как альфа-частицы и тяжелые ионы не рассматривалось в связи с тем, что их интенсивности и пробеги очень малы. С уменьшением размеров элементов интегральных схем приходится учитывать и эти факторы [10,11].
Таблица 1.1.1 Сводные данные об уровне излучения космического пространства, ядерных установок и ядерного взрыва.
Источник излучения Вид излучения Энергия , МэВ Плотность потока, част./(см2 -с) Мощность экспозиционной дозы, Кл/(кг-с)
Космическое пространство протоны 0,001-700 ■ до Ю6 2,58-106- 2,58-10'5
электроны 0,02-10 до 109 2,58-НҐ-2,58-10*3
Ядерные установки нейтроны 0-8 іо’-ю® —
у-кванты 0,01-10 2,58-1010-2,58 10*3
Идерный взрыв нейтроны 0-14 ю'Мо2' —
у-кванты 0,01-10 — 2,58*10'' - 2,58-109
1.2. ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ АТОМАМ ОБЛУЧАЕМОЙ СРЕДЫ
1.2.1. ТЕОРИЯ РАДИАЦИОННОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.2.1.1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ПЕРВИЧНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Всем кристаллическим структурам присуще наличие определенного количества дефектов разного происхождения. В теории реальных кристаллов принято использовать представление о простейших, точечных дефектах - пустых узлах решетки - вакансиях V и атомах в междоузлиях I. Точечные дефекты могут существовать в термодинамическом равновесном состоянии в кристаллах при Г > 0 (собственные дефекты). При этом число вакансий в единице объема кристалла определяется соотношением [2,12]:
Ы¥ =//0ехр(-Л/*ВТХ (1.2.1.1)
12
где Ло -число атомов в единице объема кристалла, /у - свободная энергия образования изолированной вакансии (для различных полупроводников /у составляет 1-3 эВ), кв - постоянная Больцмана, Т - температура. Число междоузель-ных атомов определяется соотношением [2):
М, =^^0ехр(-///^Г), (1.2.1.2)
где - число позиций внедрения, приходящихся на один нормальный узел,/; -свободная энергия образования одного атома внедрения. При комнатной температуре концентрация термофлуктуационных дефектов пренебрежимо мала:
лл | Л
для /у = 2 эВ, 7’= 300 К, А/о ~ 10 см' концентрация вакансий Л/у = 2-10'' см' '.Указанное значение находится дачеко за пределами обнаружения существующими методами.
Радиационными дефектами называют более или менее устойчивые нарушения структуры твердых тел, возникающие под действием частиц высокой энергии [13]. Под действием радиации в объеме чистого кристалла наиболее вероятным должно быть возникновение пар простых дефектов, существование которых было предложено Френкелем Я.И. Термин пара Френкеля, используемый для обозначения того факта, что в кристалле существуют два дефекта - V и 7, удаленные друг от друга на го или иное расстояние, давно стал общепринятым.
Основы теоретических представлений о процессе возникновения радиационных дефектов изложены в работах Бора, Зейтца, Динса и Виньярда, Кин-чина и Пиза, Кейвелла, Харрисона, Вавилова и других исследователей. Большинство этих теорий при подсчете полного числа смещений основано на упрощенных представлениях (модель взаимодействия твердых шаров) и, как правило, не учитывает влияния неунругих процессов. В теории Линхарда, развитой Стейном, эти процессы учтены.
Основным исходным положением теории радиационных нарушений в твердом теле является предположение об образовании первичных дефектов типа пары Френкеля в кристаллической решетке в результате упругого столкновения движущейся частицы с ядром атома или с атомом вещества (атом отдачи). Считается, что атом всегда смешается, приобретая энергию Га, которая больше некоторой пороговой энергии смещения атома (Га). Оценку значения 7’а, основанную на представлении об «ударном», т.е. неравновесном смещении атома из узла решетки, сделал впервые Зейтц, использовавший имеющиеся экспериментальные данные об энергии испарения атомов твердых тел. По оценкам Зейтца, величина Га % 25 эВ для кристаллов с энергией связи атомов, близкой к 10 эВ [13].
Если рассматривать реатьную кристаллическую решетку твердого тела, то, очевидно, что Га будет зависеть от направления движения выбитого атома в! кристаллической решетке и меняться в зависимости от места, занимаемого этим атомом внутри решетки. Данные о влиянии ориентации кристаллической решетки и температуры на Га приводятся в работе [14].
13