22、硅中氧扩散的增强机制解析

硅中氧扩散的增强机制解析

在硅材料的研究中，氧扩散是一个重要的物理过程，它对硅材料的性能有着显著的影响。本文将深入探讨不涉及氢的氧扩散增强机制，包括由2 MeV电子辐照引入的空位和I原子的影响、过量I原子的作用、双氧缺陷的快速扩散、碳的影响以及金属污染的效应等方面。

1. 氧扩散的基本情况

最初的实验仅在450°C这一温度下进行。仅通过测量d[O₂]/dt，很难精确确定多个参数，如二聚体的r₁、其他聚集体的r₂、二聚体解离的k、氧扩散系数Doxy等。分析表明，从硅的熔点到350°C的任何温度下，氧的长程迁移的Doxy可能是正常的，或者仅略有增强。

2. 2 MeV电子辐照引入空位和I原子的影响

• 室温辐照的影响 ：Newman等人（1983a）研究了室温2 MeV电子辐照对在9μm波段产生应力双折射的样品的影响。辐照导致形成稳定的氧 - 空位对（A中心），在836 cm⁻¹（77 K）处产生红外吸收带，并降低了9μm波段的强度。9μm波段的双折射损失速率取决于电子通量，但在高达300°C的温度下与温度无关。对于22 μA cm⁻²的入射电流密度，在50°C下样品的这一速率相当于在350°C下炉退火硅中正常氧扩散跳跃的速率。
• 锡掺杂的验证 ：通过对掺有浓度为10¹⁶ cm⁻³等电子锡杂质的Cz Si进行辐照，证实了空位参与了增强双折射损失的过程。锡原子有效地捕获移动空位形成Sn - V对，该对在高达150°C时稳定。与未掺杂的Cz Si相比，A中心的形成速率降低了约6倍，9μm波段的双折射损失速率也降低了相同的倍数。然而，如果在辐照期间样品温度升高