33、氧杂质对硅晶体力学性能的影响研究

氧杂质对硅晶体力学性能的影响研究

1. 氧与位错的相互作用及老化效应

在730°C的老化过程中，相互作用能的大小随着老化时间从5分钟增加到30分钟，从2.9 eV增加到3.3 eV。这似乎反映出锁定粒子会随着老化而生长。在低温范围内，短时间老化的晶体中存在另一种线性关系，这可能意味着除了之前提到的锁定粒子外，沿着位错线还形成了其他类型的锁定粒子。这两种粒子的相互作用能都远高于硅中单个氧原子的相互作用能，并且锁定粒子的间距大于基体晶体中单个氧原子的平均间距。这些结果与氧原子在位错线上以团簇或复合物状态存在的观点相符。

2. 氧对位错产生的影响

2.1 位错的产生机制

当初始无位错的硅晶体在高温下受到应力时，位错会在远低于位错成核理想强度的应力下不均匀地产生。晶体的宏观变形通过吕德斯带从位错产生的位置传播而发生。理想强度是使完美晶体产生滑移所需的应力，理论上对于金刚石型晶体约为0.24G（G为晶体的剪切模量）。通常，位错优先在晶体的表面区域产生，如果晶体内部没有促进位错产生的结构不规则性，位错会向晶体内部渗透。

晶体表面的不规则性被认为是在高温应力下位错优先产生的中心。这些不规则性是具有强烈扰动原子结构的微观区域，可能是在表面制备过程中由于机械冲击或化学反应等能量刺激而形成的。例如，硅表面的磨损或压痕会引入微观尺度的损伤结构，在室温下对硅表面进行划痕或压痕后，通过透射电子显微镜观察发现，划痕或压痕周围会出现由位错晶体区域包围的极微小的非晶硅区域。

以室温下用2克载荷在硅晶体表面划痕为例，划痕产生的圆形周边、具有均匀深色对比度的区域是非晶化区域。晶体硅在两个区域的界面处突然转变为非晶硅，这表明非晶区域是在高度局部化的应