Реальная структура мозаичных кристаллов в системе Ge-Si и условия ее возникновения
Появление мозаичной структуры в кристаллах связано со структурными нарушениями кристаллической решетки, которая, в частности, может достигаться при сильном легировании. Выбор Si для легирования кристаллов Ge объясняется неограниченной взаимной растворимостью обоих элементов при одинаковом типе кристаллической решетки и небольшом решеточным несоответствии. Однако именно это несоответствие, а также… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Теоретические основы
- 1. 1. Выращивание и свойства кристаллов системы веБ!
- 1. 2. Образование мозаичных/ ячеистых структур в монокристаллах. Примеры мозаичной структуры в кристаллах веБ!
- 1. 2. 1. Ростовая мозаичность
- 1. 2. 2. Дислокационная ячеистая структура
- 2. 1. Описание образцов
- 2. 1. 1. Выращивание кристаллов Се1. х81х
- 2. 1. 2. Шлифовка и полировка кристаллических образцов
- 2. 1. 3. Разработка процесса селективного травления
- 2. 2. Методы исследования структуры
- 2. 2. 1. Визуализация и систематизация мозаичных структур
- 2. 2. 1. 1. Исследования в оптическом микроскопе
- 2. 2. 1. 2. Профилометрия ячеистых структур
- 2. 2. 2. Выявление корреляции между распределением состава и локальной разориентации (мозаичности) в кристаллах
- 2. 2. 2. 1. Измерение локальной разориентации мозаичных областей параметра мозаичности)
- 2. 2. 2. 1. 1 Трехкристальная рентгенографическая дифрактометрия
- 2. 2. 2. 1. 2 Высокоэнергетическая рентгеновская Лауэ-спектроскопия
- 2. 2. 2. 2. Определение состава кристаллов
- 2. 2. 2. 2. 1 Микрорентгеноструктурный анализ (МРА)
- 2. 2. 2. 2. 2 Просвечивающая инфракрасная спектроскопия (РТШ)
- 2. 2. 3. Анализ структурных дефектов и их распределения в мозаичных кристаллах
- 2. 2. 3. 1. Съемка карт обратного пространства КОП с помощью трехкристалыюй РД-спектрометрии
- 2. 2. 3. 2. Выявление структурных дефектов в мозаичных кристаллах методом просвечивающей/ трансмиссионной электронной микроскопии
- 2. 2. 1. Визуализация и систематизация мозаичных структур
- 3. 1. Систематизация мозаичной / ячеистой структуры в зависимости от ориентации кристаллов ве! х81х
- 3. 1. 1. Ростовые ячеистые структуры
- 3. 1. 2. Дислокационные структуры
- 3. 1. 3. Образование обедненных кремнием «капель» в границах ростовых ячеек
- 3. 2. Определение величины разориентации как параметра мозаичности
- 3. 3. Определение доминирующего влияния концентрационной неоднородности на образование мозаичности в кристаллах Ое1. х81х
- 3. 3. 1. Корреляция между концентрацией и разориентацией
- 3. 3. 2. Выявление концентрационной зависимости структуры кристаллов по кривым дифракционного отражения
3.3.3 Выявление влияния концентрационной неоднородности на образование мозаичности, а также характера структурных дефектов, участвующих в образовании ячеистых структур, при помощи рентгенографических карт обратного пространства.
3.3.4 Выявление структурных дефектов, характерных для ячеистых структур, методом ПЭМ.
3. 4 Модель образования мозаичной структуры в монокристаллах веи^х
Список литературы
- N.V. Abrosimov, S.N. Rossolenko, V. Alex, A. Gerhardt, W. Schroder, Single crystal growth of SiixGex by the Czochralski technique. J. Crystal Growth 166 (1996) 657−662
- N.V. Abrosimov, S.N. Rossolenko, W. Thieme, A. Gerhardt, W. Schroder: Czochralski growth of Si- and Ge-rich SiGe single crystals. J. of Crystal Growth 174 (1997), 182−186
- A. Kohnle, R.K. Smither, T. Grabber, P. Fernandez, P. von Ballmoos Measurement of diffraction efficiencies relevant to crystal lens telescopes Nucl.Instr. and Meth. in Phys. Res. 416A (1998) 493−504
- Jean, P. Laurent, P. Paltani, G.K. Skinner, R.K. Smither, P. von Ballmoos, CLAIRE -towards the first light for a gamma-ray lens, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 442 (2000) 438−442
- H. Halloin, P. von Ballmoos, J. Evrard, G.K. Skinner, N.V. Abrosimov, P. Bastie, G.
- Di Cocco, M. George, B. Hamelin, P. Jean, J. Knodleseder, P. Laporte, C. Badenes, Ph. Laurent, R.K. Smither: Performance of CLAIRE, the first balloon-born gamma-ray lens Telescope. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 504 (2003) 120−125
- P. von Ballmoos, II. Halloin, J. Evrard, G.K. Skinner, N.V. Abrosimov, J.M. Alvarez, P. Bastie, B. Hamelin, M. Hernanz, P. Jean, J. Knodlseder, V. Lonjou, B. Smither, G. Vedrenne, CLAIRE’s first light, New Astronomy Reviews 48 (2004) 243−249
- H. Alexander, P. Haasen: Dynamische Erholung von Germanium, Acta Met. 9, 1001 (1967)
- R. W. Cahn, P. Haasen, E. J. Kramer (1949), Material Science and Technology, Vol. 15. Weinheim-Verlag Chemie 1991
- J.P.Dismukes, L. Ekstrom: Homogenous solidification Ge-Si alloys. Trans.Met.Soc. AIME233 (1965), 672−680
- J.P.Dismukes, W.M.Yim: A survey of interface stability criteria in the elemental alloy systems: Ge-Si, Bi-Sb and Se-Te. J. of Crystal Growth 22(1974) 287−294-
- P. I-laasen, Zur plastischen Verformung von Germanium und InSb- Zeitschrift fur Physik 167 (1962) — см. также: P. Maasen, On the plasticity of Germanium and Indium Antimonide- Acta Met. 5 (1957)
- P. Maasen, Versetzungen und Plastizitat von Germanium und InSb- Festkorperprobleme 3, Koln 1964
- L.Mermes, J. Schilz, G. Bahr, W.A. Kaysser: Macrosegregation during Bridgman growth of GeixSix crystals. J.Cryst.Growth 154 (1995) 60−67
- D.T.J. Ilurle, В. Cockayne, Czochralski Growth, Handbook of crystal growth, vol.2, edited by D.T.J.Hurle, 1994 Elsevier Science B.V.
- D.T.J. Hurle, Flow Dynamics and Morphological Stability, Material Science Forum Vols. 276−277(1998) 27−56
- W.A. Tiller, K.A. Jackson, J.W. Rutter, B. Chalmers, The redistribution of solute atoms during the solidification of metals, Acta Metallurg. 1 (1953) 428
- H.Stohr, W. Klemm: Uber Zweistoffsysteme mit Germanium. I. Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie, Band 241, 9. Juni 1939,1-Ieft 4, 305−424
- И. С. Шлимак, АЛ. Эфрос, И. Я. Янчев: Исследование роли флуктуации состава в твердых растворах Ge-Si. Физика и техника полупроводников, 11 (1977) 257−261
- II.И. Горбачева, А. И. Курбаков, М. Г. Мильвидский, Е. Е. Рубинова, В. А. Трунов, Б. М. Туровский: Структурное несовершенство монокристаллического кремния, легированного германием. Кристаллография, 31 (1986)994−996
- T.Soma: Phase Diagrams of the Si-Ge System. Phys. Stat.Sol. (b) 98 (1980) 637−641
- J.Schilz, V.N.Romanenko: Review: Bulk growth of silicon- germanium solid solutions. J. Material Science: Materials in Electronics 6 (1995) 265−279
- W.Klcber, H.-J.Bautsch, J. Bohm: Einfuhrung in die Kristallographie- Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 1998
- Landolt-Bornstein: Numerical Data and Funktional Relationships in Science and Technology. Neue Serie, Group IV (Physical Chemistry) — Group III/l 7a, III/17d (structure data of inorganic compounds)
- J.P.Dismukes, L. Ekstrom, R.J.Paff: Lattice parameter and density in germanium-silicon alloys. J.Phys.Chemistry 68(1964)10, 3021−3027
- E.Karthaus: Kristallwachstum von GeSi-Legierungen beim Bridgman-Verfahren.
- Berichte des Forschungszentrums Julich- 2418. D 82 (Diss. Т.Н. Aachen)
- A.Matsui, I. Yonenaga, K. Sumino: Czochralski growth of bulk crystals of GeixSixalloys. J.Cryst.Growth 183 (1998) 109−116
- M.S.Saidov, A. Yusupov and R.S.Umerov: Si-Ge solid solution single crystal growth by electron beam floating zone technique. J. ofCrystal Growth 52(1981) 514−518
- J.Wollweber, D. Schulz, W. Schroder: Extremely reduced dislocation density in SixGejx single crystalls grown by the float zone technique. J.Cryst.Growth 158 (1996) 166−168
- J.Wollweber*, D. Schulz, W. Schroder: SixGeix single crystal growth by the RF-heatedfloat zone technique. J. Cryst. Growth 163 (1996) 243−248
- I.Yonenaga, A. Matsui u.a.: Czochralski growth of Gej. xSix alloy crystals. J. of Crystal Growth 154(1995), 275.279
- С. Чики, И. Л. Шульпина, И. II. Белокурова: Конценрационная неоднородность монокристаллов сплавов Ge-Si. Физика твердого тела, 16(1974) 3700−3703-
- А.А.Зайцев, В. Т. Бублик, С. С. Горелик: Получение монокристаллических слоев твердых растворов системы Ge-Si осаждением в вакууме. Электронная техника (серия «Материалы») 4(1974) 36−40
- J.Hesse: Der Einflu? von Konzentrationsschwankungen auf die Warmeleitfahigkeit von Germanium-Silizium-Mischkristallen. Bd. 60 (1969) H.6, 557−559
- A.Dahlen, A. Fattah, G. IIanke, E. Karthaus: Bridgman and Czochralski growth of Ge-Si alloy crystals. Cryst. Res. Technol. 29 (1984) 2, 187−198
- М.Г. Кекуа, М. О. Пагава, Л. Л. Гарбичидзе, Н. В. Кобулашвили: О коэффициентах распределения кремния и германия в твердых растворах системы Si-Ge. Неорганические Материалы 31 (1995) 716−717
- Г. Мюллер, Выращивание кристаллов из расплава: конвекция и неоднородности, М., «Мир», 1991. 143с.
- Б. М. Туровский, H.H. Горбачева: Зависимость эффективного коэффициента распределения германия в кремнии от концентрации германия в расплаве. Известия АН СССР, Неорганические Материалы, 26 (1990), 904−906
- Yu.L.Lunin, V.l.Nikitenko, V.I.Orlov, N.V.Abrosimov, S.N.Rossolenko, W. Schroder: Investigation of the Dislocation Motion in the Bulk SiGe Crystals. Sol.Stat.Phys. 47−48 (1996) 425−430
- R.W.Olesinski, G.J.Abbaschian: The Ge-Si (germanium-silicon) system. Bull. Alloy Phase Diagramms, 5 (1984) 2, 180−183
- Я. С. Уманский, В. И. Прилепский, С. С. Горелик: Исследование порядка вэквиатомном твердом растворе Ge-Si методом измерения диффузного рассеяния рентгеновских лучей. Физика твердого тела, 7(1965), 2673−2677
- G.Theodorou, P.C.Kelires, and C. Tserbak, Phys.Rev.B, 50, 18 355 (1994)
- В.А. Пантелеев, P. С. Барышев: Влияние дислокаций на диффузию элементов IV группы в кремнии. Физика твердого тела 16(1974), 2670−2673
- V.L. Indenbom, Ein Beitraq zur Entstehung von Spannungen un Versetzungen beim Kristallwachstum, Kristall und Technik 14 (1979) 493−507
- J. Volkl, Stress in the cooling crystal, D.T.J.IIurle (Ed.): Handbook of Crystal Growth Vol. 2b, Elsevier Science Publishers, North-Holland (1994) 821−874
- P. Maasen, Physikalische Metallkunde- 3., neubearb. Und erw. Aufl. Springer Verlag Berlin Heidelberg (1994)
- A. Barz, Zuchtung von germaniumreichen Germanium-Silizium-Mischkristallen mit dem vertikalen Briddgman- und dem Zonenschmalzverfahren. Dissertation, Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg i. Br. (1999)
- M. Krumnacker: Untersuchungen zur Konzentrationsverteilung an der Phasengrenzflache bei der Erstarrung von verdunnten Zinn-Zink-Legierungen unter Berucksichtigung von Wachstumsstrukturen, Freiberg, Bergakademie, Ilabil.-Schr., 1967
- A. Pocheau, M. Georgelin: Cell tip undercooling in directional solidification. J. Cryst. Growth, V 206−3 (1999), 215−229
- T. Takama, H. Harima: Experimental verification of the Statistical Dynamical Theory of Diffraction. Acta Cryst. A50 (1994) 239−246
- N. Kato: Mathematical structure of the coherent wave field in the Statistical Theory of Dynamical Diffraction. Acta Cryst. A50 (1994) 17−22
- M.O. Moller, R.N. Bicknell-Tassius, G. Landwehr: Theoretical x-ray Bragg reflection widths and reflectivities of II-VI semiconductors. J. Appl. Phys. 72 (1992) 5108−5116
- V.l. Khrupa, V.V. Nikolaev, M.Ya. Skorokhod: On the transition between Dynamical and Kinematical X-Ray Diffraction in thin crystals with randomly distributed dislocations. Phys. stat. sol. (a) 116 (1989) K141-K145
- J. Friedel: Dislocations, Pergamon Press 1964
- R.W.K. Honeycombe. Пластическая деформация металлов. Москва, Мир, 1972 (The plastic deformation of metals- Publisher: London, Edward Arnold, 1968)
- P. Rudolph, Dislocation cell structures in melt-grown semiconductor compound crystals- Cryst. Res. Technol. 40 No. '/2 (2005) 7−20
- W. Miller, I. Razin, D. Stock, Evolution of cellular structures during Gei-rSb single-crystal growth by means of a modified phase-field method, Phys.Rev.E81, 51 604 (2010)
- J.J. Kramer, G.F. Boiling, W.A. Tiller- Trans. Met. Soc. AIME 227 (1963) 274
- K.-Th. Wilke, J. Bohm, Kristallzuchtung, Verlag Harri Deutsch, Thun, Frankfurt/Main (1988)
- S.V. Tsivinski, Dislocation density in pure crystal grown from melts, Kristall und Technik 10(1975)5−35
- J. Volkl, Uber den Einflu? von thennisch induzierten Spannungen auf die Versetzungsentstehung bei der Kristallzuchtung von InP nach dem LEC-Verfahren. Dissertation, Erlangen, 1988
- M.Naumann, P. Rudolph, M. Neubert, J.Donecker. Dislocation studies in VCz GaAs by laser scattering tomography. J. Cryst. Growth 231 (2001), 22−30
- F.C. Frank: Report on a Symp. on Plastic Deformation of Crystalline Solids, Carnegie Intitute of Technology and Office of Naval Research, U.S. Government Printing Office, Washington 1950, S.150
- R.W. Cahn, P. Haasen: Physical Metallurgy, 4lh revised and enhanced edition, 1996, Elsevier Science B.V., North Holland, Amsterdam
- N.V. Abrosimov, S.N. Rossolenko, W. Thieme, Verfahren und Zuchtungskammer zum Ziehen von Mischkristallen nach der Czochralski-Methode, Offenlegungsschrift, DE 196 15 991 AI, 11.12.97
- W. Miller, N.V. Abrosimov, I. Rasin, D. Borissova, Cellular growth of GeSi single crystals- J. of Crystal Growth 310 (2008) 1405−1409.
- D. Borissova, E. Buhrig, V. Klemm, H.J. Moller, P. Raue, Выращивание и свойства кристаллов SiGe, Материалы Электронной Техники, Известия Вузов, Москва, 4 (2000) 34−36
- V. Holy, U. Pietsch, Т. Baumbach. High-Resolution X-Ray Scattering from Thin Films and Multilayers. Springer- Verlag, 1999
- H. P. Klug, L. E. Alexander, X-ray-diffraction procedures: for polycrystalline and amorphous materials. 1974, New York u.a.: John Wiley & Sons. 2. Auflage
- I. C. Noyan, J.B. Cohen. Residual stress: Measurement by diffraction and interpretation. Materials research and engineering. 1987, New York, Berlin, Heidelberg: Springer
- D. K. Bowen and В. K. Tanner, High Resolution X-ray Diffractometry and Topography. Taylor and Francis, 1998. 44, 76
- M. Masimov: X-ray extinction changes due to dislocations, J. Appl. Cryst. 40 (2007) 990−998
- M. Stockmeier, A. Magerl: A focusing Laue diffractometer for the investigation of bulk crystals, J. Appl. Cryst. (2008). 41, 754−760
- B.IIamelin, P. Bastie, A new hard X-ray diffractometer (100−400keV) for bulk crystalline analysis. Applikation for non-destructiveinvestigation- Proc. SPIE 4786 (2002) 29−39.
- A.Gerhardt, J. Doneckcr, В. Selle, Interbandubergange in Mischkristallsystem Sii.xGex. IKZ Jahresbericht 1995, 71−78.
- II.Kirmse, Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen von II-VI-Verbindungshalbleitern unterschiedlicher Dimensionierung- Dissertation, HumboldtUniversitat zu Berlin, 2000
- M.A. Кривоглаз, монография Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов в неидеальных кристаллах, Киев: Наукова Думка, 1984, 408 с.
- V. Klemm, P. Klimanek, M. Seefeldt, A Microdiffraction Method for the Characterization of Partial disclinations in Plastically Deformed Metals by ТЕМ, physica status solidi (a) 175, No. 2 (1999) 569−576
- V. Klemm, P. Klimanek, M. Motylenko, ТЕМ Identification of Disclinations in Plastically Deformed Crystals Solid State Phenomena 87 (2002) 57−72
- P. Rudolph, K. Umetsu, II.J. Koh, T. Fukuda: Correlation between ZnSe crystal growth conditions from melt and generation of large-angle grain boundaries and twins, JAP. J. Appl Phys. Part 1 33 (1994) 1991−1994
- J.W. Matthews, А.Е. Blakeslee- Defects in epitaxial multilayers: II. Dislocation pile-ups, threading dislocations, slip lines and cracks, J. Cryst. Growth, 29 (1975) 273−280
- J. Bohm: Realstruktur von Kristallen. E. Schweizerbart’sehe Verlagsbuchhandlung, Stuttgart 1995, 330−335
- P.N. Keating, Effect of Invariance Requirements on the Elastic Strain Energy of Crystals with Application to the Diamond Structure, Phys. Rev. 145 (1966) 637−645
- I. Rasin, Numerical Simulation of microstructure of the GeSi alloy, Dissertation, Brandenburgische Technische Universitat Cottbus, 2006
- Приложеие А1. Металлография и оптическая микроскопия: мозаичная структура в кристаллах Се. х81х и ее ориентанионная зависимость
- В приложении А1 при помощи металлографии и оптической микроскопии подробно описаны ячеистые структуры на селективно протравленных поперечных и продольных срезах кристаллов Се|.х81х, необходимые для изучения общей картины мозаичности.
- А1−1. (ЮО)-кристаллы Се1×81х
- Рис. А1−5. Поперечный срез (ЮО)-кристалла Ое1. х81х-136. Неравномерное распределение ростовых ячеек, сечение «капель», двойники (переход к поликристаллическому росту).
- А1−2. (110)-кристаллы Се1×81х
- В кристаллах ве^^ с ориентацией <110> присутствует несколько мозаичных областей. В центральной области четко выражен «эффект грани» с ориентацией гладкого роста <111> в направлении перпендикулярно оси кристалла. Сильно выражено образование «капель».
- Рис. А1−6. Поперечный срез (110)-кристапла Ое1×81х-268, область ячеистого роста. Слева: переход от монокристаллического роста к ячеистому. Справа: ростовые ячейки, продольными ячейками.20 рт
- Рис. А1−7. Продольный срез (110)-кристалла. '
- Ое1-х81х-268. Начало ячеистого роста в верхней * области кристалла, обедненные &bdquo-ростовые ''капли" вдоль границ ячеек. Повышенная у'"' /(плотность дислокаций у концов капель -.' ~вследствие экстремального обеднения по 81. .'' }
- А1−3. (Ш)-кристаллы GeixSix
- Рис. А1−12. Поперечный срез (111)-кристалла GeixSix-143. Дислокации в системе скольжения {111} (ср. Рис. А1−11): параллельные и пересекающиеся полосы скольжения дислокаций в направлении <110>, ячеистое упорядочение дислокаций.
- А1−4. (211)-кристаллы Се1×81х
- Рис. А1−16. Поперечный срез верхней части (211)-кристалла Ое1×81х-120. Мезоскопический обзор приосной области с постепенным микроскопическим увеличением: нерегулярная ячеистая структура и неравномерная декорация дислокациями.