13、硅中本征点缺陷的研究进展

硅中本征点缺陷的研究进展

1. 空位与自间隙原子的共存

在硅材料中，空位和自间隙原子这两种点缺陷具有相当的主导地位和作用，它们的共存如今已成为一个确凿的事实。这一结论的得出基于氧化增强扩散（OED）、氧化阻滞扩散（ORD）以及氧化产生外在堆垛层错（OSF）等实验观测。

在1969 - 1971年间，多个研究小组发现，在氧化环境中，硅表面的扩散速率会随晶体学取向而变化，顺序为{100} > {110} > {111}，这实际上就是氧化增强扩散现象，且湿氧化中的扩散增强效果比干氧化更明显。而早在几年前，就有研究报道硅的热氧化常导致堆垛层错的形成，OSF的生长速率同样与被氧化表面的晶体学取向有关，顺序也是{100} > {110} > {111}，湿氧氧化中的生长速率高于干氧氧化。

基于OED和OSF这两种现象的相似性，Hu在1974年提出它们密切相关且有共同起源。通过透射电子显微镜（TEM）的图像对比度可以确定堆垛层错的性质，硅中的OSF被确定为外在型，即间隙型。Hu基于OED和OSF的联系提出的点缺陷和扩散模型包含以下重要元素：
- 缺陷共存与扩散机制 ：空位和自间隙原子作为硅中的主要热本征点缺陷共存。硅中III族和V族原子的扩散通过空位和自间隙原子介导的双机制进行，间隙分量和空位分量的比例随原子种类而异。
- 热氧化注入与缺陷行为 ：硅的热氧化会向硅衬底注入过量的硅间隙原子，注入速率与热氧化速率成正比。过量的自间隙原子会在表面通过与表面取向和表面扭折密度相关的再生长过程被湮灭。当有成核位点时，超过热平衡值的部分自间隙原子会凝聚形成OSF。同时，自间隙原子的过饱和