32、硅中氧原子对位错运动的影响研究

硅中氧原子对位错运动的影响研究

在半导体材料的研究中，位错的运动特性对材料的力学性能和物理性能有着至关重要的影响。而硅作为一种广泛应用的半导体材料，其中分散的氧原子对位错运动的影响更是研究的焦点之一。本文将深入探讨硅中氧原子对位错运动的影响，包括位错速度的测量方法、高纯度硅和含氧杂质硅中位错的速度特性、位错运动的形态以及氧原子影响位错速度的机制等方面。

位错速度测量方法的问题

许多研究通过实验测量了硅中位错速度与应力和温度的关系。其中，间歇技术是常用的测量方法，即在室温下通过蚀坑技术或X射线形貌术确定位错位置，然后在高温下通过应力使位错移动。然而，这种方法存在误差来源，其中最重要且不可避免的是杂质对位错的固定作用。

在高温下，晶体中的位错会成为杂质的有效吸杂位点。当位错吸杂时会被锁定，有时会产生启动位错运动的临界应力，有时则需要一段孕育期才开始运动，这会导致测量的位错速度对应力的依赖性比实际更强。由于杂质的来源多样，且间歇技术中高温下位错不可避免地会静止，从而导致位错吸杂，因此很难用该方法避免杂质锁定效应来获得位错运动速度。

相比之下，Sumino小组开发的原位X射线形貌术被认为是最可靠的位错速度测量技术。该技术利用高功率X射线源、高温拉伸台和高灵敏度电视系统，能够实时观察晶体中孤立位错的运动，且不受杂质锁定效应的影响。

高纯度硅中位错的速度特性

通过原位X射线形貌术测量了高纯度FZ - Si晶体中孤立60°和螺位错在不同温度下的速度。结果表明，在1 - 40 MPa的应力范围内，这两种位错的速度与剪切应力呈线性关系；在600 - 800°C的温度范围内，激活能与剪切应力无关。位错速度v可以用以下方程很好地表示： <