Дислокації впливають не тільки на механічні властивості кристалів (пластичність, міцність), 9 для яких наявність дислокацій є визначальним, а й на інші фізичні властивості кристалів, наприклад, на електричні

Дислокації подібно домішковим атомам і власним точкових дефектів можуть створювати додаткові електронні стану в забороненій зоні Наприклад, при наявності крайової дислокації атоми, що утворюють край атомної напівплощині (лінію дислокації), мають ненасичені звязку Неспарені електрони атомів з обірваними звязками призводять до появи додаткових станів При цьому можливі два випадки:

а) захоплення додаткового електрона на ненасичений звязок з можливим утворенням дозволеного стану електрона в забороненій зоні (дислокація проявляє акцептором властивості)

б) розрив ненасиченої звязку і перетворення неспареного електрона в електрон провідності (дислокація проявляє донорні властивості)

Таким чином, крайові дислокації по електричних властивостях виявляються подібними з домішковими центрами Однак між ними є й істотні відмінності Дислокації утворені безперервним ланцюжком атомів основної речовини (середня відстань між ними дуже мало уздовж дислокації), і тому їх не можна вважати ізольованими дефектами як у випадку домішкових атомів Окремі дислокації можна представити як одномірні кристали, які в забороненій зоні можуть створювати енергетичні дислокаційні зони Слід зауважити, що при наявність домішкових атмосфер Коттрелла поблизу дислокації можуть виникати і дискретні локальні рівні

Крайову дислокацію в певному сенсі можна розглядати як заряджену лінію Якщо, наприклад, проявляються акцепторні властивості дислокації, то в матеріалі n-Типу вона буде заряджена отрицатель

9Налічіе дислокацій робить кристал більш пластичним Для зміцнення сплавів необхідно зменшити швидкість руху дислокацій шляхом їх гальмування, закріплення і т д [16]

але і оточена циліндричним шаром індукованого позитивного заряду Локальні області просторового заряду, що утворюються навколо дислокацій, можуть призводити до розсіювання носіїв заряду, тим самим знижуючи їх рухливості, причому рухливість вздовж і перпендикулярно дислокації виявляється істотно різною

Електрична активність дислокацій, як правило, негативно позначається на властивостях напівпровідникових приладів, наприклад, викликає передчасний пробій в областях приладу, де дислокація

перетинає p n-Перехід Дислокації справляють істотний вплив

і на час життя вільних носіїв У чистих кристалах нерідко саме вони обмежують часи життя нерівноважних носіїв заряду

Крім того, дислокації визначають концентрацію точкових дефектів у напівпровідникових монокристалах, так як є їх «джерелом» і «стоком» Області збільшених міжатомних відстаней є потенційними «Стоками» міжвузольних атомів і «джерелами» вакансій в кристалі, а області стислих міжатомних відстаней – навпаки (див п 3) Точкові дефекти зявляються також і при перетині окремо рухомих дислокацій, і при анігіляції дислокацій, що рухаються в паралельних площинах ковзання

Дислокації збільшують швидкість дифузія атомів в кристалі (див гл 8), прискорюють ефекти «старіння» матеріалу та інші процеси, що протікають за участю дифузії Згущення хмар Коттрелла навколо дислокацій може призвести до утворення включень другої фази У деяких випадках дислокації можуть відігравати визначальну роль у процесах росту кристалів (див гл 4)

Існує досить багато експериментальних методів спостереження дислокацій Наприклад, за дислокаціями можна спостерігати за допомогою електронного мікроскопа з високою роздільною здатністю, за допомогою рентгенівської топографії Проте особливо широке поширення при вивченні дислокацій отримали методи виборчого травлення і декорування Метод виборчого травлення заснований на тому, що поблизу дислокацій енергія звязку атомів набагато слабкіше, ніж в недеформованою решітці Тому місця виходу дислокацій на поверхню кристала труяться спеціально підібраним травителем швидше, ніж навколишня дислокацію поверхню У результаті такого травлення на поверхні кристала виникають ямки травлення Підрахунок

їх дозволяє визначати одну з найважливіших для напівпровідникових до рісталлов характеристик – щільність дислокацій, відображену числом ямок травлення на квадратний сантиметр Розташування на поверхні кристала і форма ямок травлення дають можливість досліджувати властивості дислокацій По фігурам травлення можна простежити за утворенням і рухом дислокацій в процесі пластичної деформації Недоліком методу травлення є те, що з його допомогою визначаються не всі дислокації, а лише ті, які виходять на поверхню зразка або утворюють петлі на незначній глибині від поверхні Крім того, ямки травлення можуть виникати не тільки в місцях виходу дислокацій на поверхню кристала, але і в місцях скупчень точкових дефектів і включень другої фази Тому важлива правильність ідентифікації ямок травлення

Метод декорування заснований на тому, що дислокації можуть служити місцями стоку домішкових атомів, що дозволяє їх виявляти Для цього дифузією вводять в кристал домішки, які осідаючи на лініях дислокацій, декорують їх Це робить можливим їх спостереження із застосуванням, наприклад, інфрачервоної мікроскопії На відміну від методу травлення метод декорування дозволяє спостерігати дислокаційну структуру не тільки на поверхні, але і в глибині кристала Істотним недоліком цього методу є необхідність нагрівання і витримки зразків при підвищених температурах, що впливає на кількість і розподіл дислокацій Крім того, до недоліків цього методу слід віднести неможливість спостереження за зміною дислокаційної структури

У напівпровідникових монокристалах, вирощених у звичайних умовах, щільність дислокацій коливається в межах ND = 104-106 см-2 Шляхом відпалу можна знизити цю щільність до 103-104 см-2 Методи

вирощування монокристалів, практично не містять дислокацій, складні і розроблені тільки для небагатьох матеріалів, зокрема для германію та кремнію і деяких зєднань AIIIBV (див гл 7)

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002