17、氧原子的一些结构及其与其他轻元素杂质的比较

氧原子的一些结构及其与其他轻元素杂质的比较

1. 氧 - 空位缺陷的光谱特性

在室温下，用高能粒子（如 2 MeV 电子）辐照直拉（CZ）硅时，会产生初级缺陷，包括空位（V）和硅自间隙原子（Siᵢ）。这些初级缺陷在室温下具有移动性，它们之间会相互复合。空位还能与现有的晶格缺陷（LDs），包括其他空位结合，形成在室温下稳定的次级缺陷。

当间隙氧（Oᵢ）原子的最近邻原子被弹出时，会形成氧 - 空位中心（A 中心或 OV）。OV 的形成会导致氧的损失，不过在电子剂量达到约 5×10¹⁶ cm⁻² 后，OV 的产生会达到饱和，这表明间隙氧对空位的捕获与 OV 对硅自间隙原子的捕获之间存在动态平衡。

OV 可以看作是一个空位，其中一个重构键被氧原子“修饰”，也可视为一个发生（100）畸变的不稳定替代氧原子，该畸变使氧原子偏离中心，同时拉长的键断裂，形成一个畸变的 Si - Si 键。与间隙氧不同，OV 具有电活性。这种电活性源于重构的 Si - Si 键，该键由两个悬空键（原子轨道）组成，有一个成键态被两个电子占据，还有一个空的反键态。在 n 型 CZ 硅中产生的 OV，其反键态能够捕获一个电子，且该电子的能量比 V 族掺杂剂束缚电子的能量更深，这导致了 Wertheim（1957）和 Hill（1959）报道的在 Eᵥ - 0.17 eV 处出现受主能级。

Watkins 和 Corbett（1961）详细研究了该电子的电子顺磁共振（EPR）谱（有时标记为 Si - B1），发现额外的电子密度由重构键的硅原子共享。中性电荷态的 OV⁰ 是抗磁性的，但用约 1.1 eV 的光子进行光激发，可以将一个电子从成键态激发到反键态，产生自旋为 1 的 OV⁺¹，这就是 Si -