Oxygen in Silicon Single Crystals

AE = a ■An - b■ (An)². (100)
Для кремния наилучшая подгонка эксперимента и расчета получена при следующих значениях коэффициента а и b:
a⁰ = 2.43 мэВ; b⁰ = 0.045 мэВ - (ТД -1)⁰; a + = 6.4 мэВ; b+ = 0.19 мэВ - (ТД -1)+.
Определенные на основании этой модели и экспериментальных данных отношения полной электронной плотности на примесном узле нейтрального и однократно ионизированного ТД-I в случае Ge и Si близки друг к другу и к таковому отношению для атомов Не: (1.38 ± ± 0.04) - Si; (1.4 ± 0.1) - Ge; 1.38 - He.
Отметим, что самые мелкие уровни двухзарядных ТД-I, соответ­ствующие (ТД-I)⁰, имеют Е₁ = 50 мэВ. Возникал вопрос, с какими же центрами связаны уровни с Е << 50 мэВ, наблюдавшиеся в ряде работ [167, 170, 171] после длительных отжигов при 450°C кислородсодер­жащих образцов кремния (см. табл. 6).





107




Ответом на этот вопрос могут быть результаты опытов, полученные в работах [148, 150, 179, 180]. Так, в [148] при изучении (методом ЭПР и эффекта Холла) особенностей образования ТД-I в кислородсодержа­щих кристаллах n-Si(P) при длительных отжигах (до 500 ч; Т_отж = 450°С) впервые показано, что наряду с двухзарядными ТД-I образуются в об­разцах и однозарядные ТД-I с энергией ионизации Е = 30 мэВ, прояв­ляющиеся в спектрах ЭПР в виде парамагнитных центров с почти изо­тропными g-факторами. Притом концентрация мелких однозарядных ТД-I Мщд^ оказалась зависимой от содержания межузельного кисло­рода в образцах.
В зависимости от содержания [О,] в кристаллах n-Si(P) и длитель­ности отжига М_Мтд может составлять 1-10 % (и более) от общей кон­центрации ТД-I. По-видимому, образование после длительных отжигов однозарядных МТД-I наряду с двухзарядными ТД-I и не позволило ав­торам [98] удовлетворительно описать температурные зависимости п(1/Т) He-подобной моделью ТД-I. Зависимость скорости образования и максимальной концентрации мелких ТД-I от исходной концентрации межузельного кислорода [О,] указывает на то, что эти центры, как и двухзарядные ТД-I, являются кислородсодержащими комплексами.
В работах [149, 150, 179, 180] методом фототермической ионизаци­онной спектроскопии (ФТИС) подтвердили факт образования мелких однозарядных ТД-I наряду с двухзарядными ТД-I. Обнаружено семь до- норных состояний со спектром возбужденных состояний, соответ­ствующим теории эффективной массы (ТЭМ) и энергии связи около 37 мэВ. Они были обозначены как мелкие термодоноры (МТД) из-за их мелкого расположения в запрещенной зоне относительно Е_с по срав­нению с (ТД-I)⁰- серией (53-69 мэВ) и (ТД-!)⁺- серией (119-155 мэВ). В [149] исследована электронная структура МТД и обсуждена их возмож­ная химическая структура.
Прежде всего необходимо было показать, не являются ли состоя­ния МТД частью серии (ТД-I)⁰. Модель возмущений [174] доказывает, что уровень основного состояния термодонора определяется двумя противоположными механизмами: притягивающей центро-ячеечной коррекцией, возникающей из-за ядра, и отталкивающим потенциалом возмущения, происходящим в результате роста кислородного комп­лекса. Притягивающий потенциал является причиной того, что энергия основного состояния первого дефекта в последовательности лежит ниже, чем предсказано ТЭМ [176]. Возмущение отталкивания по­вышает основные состояния, т. е. они перемещаются к величине, пред­сказанной ТЭМ.
Понимание природы МТД может быть достигнуто, как полагают в [149]) сравнением относительной величины этих двух механизмов в се­риях термодоноров (двухзарядных и МТД). Вычисленная энергия ос­новного состояния по тЭм для (ТД-!)⁺ составила Е - 125 мэВ, а для со­стояния (ТД-I)⁰ с учетом эффекта неполного ядерного экранирования (подобно атому гелия) [181] составила 56 мэВ. Так как из эксперимента получено для самых глубоких (ТД-I)⁰ и (ТД-!)⁺ энергии связи 69 мэВ и


1 08

МТД