Введение к работе
Актуальность проблемы.
В микроэлектронике, являющейся лидером в научно-технического прогресса, дальнейшее уменьшение размеров элементов сверхбольших интегральных схем, увеличение числа "прецизионных" технологических операций, повышение плотности рассеиваемой энергии предъявляет совершенно новые требования к качеству полупроводниковых материалов и уровню понимания их свойств. Исследование свойств кристаллических полупроводников, содержащих различные дефекты, позволяет, в зависимости от понимания природы дефекта, управлять свойствами кристаллических полупроводников, а также "конструировать" материалы и приборы на их основе с заданными свойствами. По существу, здесь возникает задача "инженерии" электронных свойств, в частности электронного спектра полупроводников, от решения которой зависит дальнейшее развитие полупроводниковой микроэлектроники.
Возросшая точность экспериментальной техники, в частности метода нестационарной емкостной спектроскопии и усовершенствованны' метод оптической спектроскопии, позволяет исследовать не только интегральные характеристики, но и параметры отдельных типов дефектных центров. Результаты экспериментального исследования точечных дефектов с сильнолокализованным возмущением электронной и атомной подсистем в полупроводнике (сильнолокализованные точечные дефекты - СДТД) требуют разработки простых теоретических моделей для объяснения экспериментов и дальнейшего предсказания электрических свойств полупроводников с такими дефектами. Для СЛІД характерна статическая релаксация решетки вблизи дефекта, зависящая от числа захваченных дефектом электронов и релаксация электронной подсистемы кристаллического окружения дефекта.
Для СЛТД терретически не исследована зарядовая стабильность
такого дефекта при яахвате электронов больше двух, не выяснен вопрос влияния релаксации электронной подсистемы соседних атомов окружения точечного дефекта на локальный" уровень этого СЛТД. Не выявлено также влияние симметрии полупроводника на поведение локального уровня СЛТД при структурном фазовом переходе в полупроводнике.
Цель работы: дальнейшее исследование моделей СЛТД в кристаллических полупроводниках. В ходе исследования предполагалось решить следующие задачи:- используя метод сильной связи выявить особенности электронной структуры СЛТД, в частности положение локального уровня СЛТД, при структурном фазовом переходе в кристаллическом полупроводнике и учесть влияние симметрии полупроводника ( центра инверсии) на электронную структуру этого точечного дефекта', - в рамках кластерного подхода исследовать влияние
квантовохимических параметров, описывающих кристаллическое окружение СЛТД, на электронную структуру этого дефекта; - рассмотреть СЛТД с сильным электрон-решеточным взаимодействием при захвате различного числа электронов и исследовать стабильность зарядовых состояний с различным числом электронов на центре.
Научная новизна работы выражается в следующих результатах:
Заявлен эффект влияния степени локализации волновых функций, описывающих атомные орбитали вблизи сильнолокализованного точечного дефекта с сильнодействующим потенциалом возмущения, на положение локального уровня этого точечного дефекта.
Впервые рассчитано поведение локального уровня сильнолока-лизованногфочечного дефекта в запрещенной 'зоне при структурном фазовом переходе в кристаллическом полупроводнике в зависимости от величины смещения атомов.
Выявлено, что симметрия кристаллического полупроводника ( наличие или отсутствие центра инверсии) существенно влияет на
характер поведения локального уровня сильнолокализованного точечного дефекта при структурном фазовом переходе.
Впервые теоретически рассмотрен сильнолокализованный точечный дефект с сильным электрон-решеточным взаимодействием и с числом -эахваченых электронов больше двух.
Практическая цннность. Результаты работы способствуют углублению представлений о свойствах локальных уровней в кристаллических полупроводниках, широко применяемых в микроэлектронике. Развитые подходы позволяют достаточно просто и эффективно объяснить эспериментальный материал. Кроме того, полученные в работе результаты дают возможность предсказывать ряд весьма полезных и интересных эффектов, возникающих в кристаллических полупроводниках с точечными дефектами при структурном фазовом переходе, при захвате электрона на многозарядовый точечный дефект, а также корректно описывать изменения электронной структуры атомов вблизи дефектов. Результаты теоретических исследований стимулируют постановку новых экспериментов в этой области.
На защиту выносятся:
-
Доказательства эффекта влияния степени локализации волновых функций, описывающих атомные орбитали вблизи сильнолокализованного точечного дефекта, на положение локального уровня этого точечного дефекта.
-
Критерий стабильности зарядовых состояний многозарядового точечного дефекта с сильным электрон- решеточным взаимодействием и с числом захваченных электронов до четырех включительно.
-
Положение локального уровня сильнолокализованного точечного дефекта в кристаллическом полупроводнике в зависимости от величины смещения атомов при структурном фазовом переходе.
-
Эффект резкой зависимости поведения положения локального уровня сильнолокализованного точечного дефекта в кристаллическом
полупроводнике при структурном фазовом переходе от наличия или отсутствия центра инверсии.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях молодых ученых и специалистов Московского института электронной техники и Московского физико-технического института в 1984, 1986 и 1988 г.г.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 122 страницах, включая 96 страниц машинописного текста, 18 рисунков и 7 таблиц. Список цитированной литературы включает 117 наименований.