RTG difrakce strukturních defektů v Si

 

Pavel Klang

Přírodovědecká fakulta MU, Brno, Kotlářská 2, 611 37, Brno

 

Monokrystaly křemíku získané Czochralského metodou obsahují vysoké množství kyslíkových atomů. Kyslík se dostává do krystalu Si při jeho tažení a je v jeho mříži zabudován jako intersticiální atom. Žíhání za vysokých teplot vede k vytváření amorfních SiO2 precipitátů, které pak snižují difúzi kovů [1]. Porozumění těmto procesům hraje důležitou roli ve výrobě integrovaných obvodů.

 

Za laboratorních podmínek je křemíkový krystal kyslíkem přesycen, ale stav zůstává zachován, neboť difúzní koeficient kyslíku v křemíku je za této teploty malý. Při teplotách 300-500°C se postupně vytváří shluky kyslíkových atomů (clustery). Zvýšíme-li teplotu nad 600°C, pak tyto clustery slouží jako precipitační jádra pro amorfní SiOx precipitáty. Vznik precipitátů je doprovázen deformací okolní mříže. Zahřejeme-li krystal na dostatečně vysokou teplotu, dochází k opětovnému rozpouštění precipitátů. Při teplotě 1200°C dochází ke vzniku povrchové vrstvy s nižším obsahem kyslíkových atomů, která se nazývá denudovaná zóna.

 

Ke studiu křemíkových desek byla použila rentgenová difrakce. K dispozici jsme měli sérii desek (111) z počátku a konce jednoho ingotu. Jednotlivé desky či jejich části byly podrobeny různým procesům žíhání. Rozložení intenzity v reciprokém prostoru bylo též modelováno použitím Krivoglazovy teorie [2] a spojitého modelu deformačního pole defektu. V krystalu dochází k Stokes-Wilsonovu rozptylu [3] - rozptylu na jádru defektu, který je způsoben odlišnými materiálovými vlastnostmi defektu. Druhý typ rozptylu je rozptyl na okolní deformované mřížce – Huangův rozptyl. Výsledné rozložení intenzity do směru je dáno velikostí a tvarem defektů a taktéž okolní deformovanou mřížkou.

 

 

Literatura

[1] R. C. Newman, J.Phys.: Condens. Matter 12, R335-R365(2000)

[2] M. A. Krivoglaz, Diffraction of X-rays and Neutron in Nonideal Crystals (Springer, Berlin 1996)

[3] V. Holý, U. Pietsch, T. Baubach: High-Resolution X-Ray Scattering from Thin Films and Multilayers. Berlin, Heidelberg, New York 1999. Springer-Verlag