Дислокації – Лінійні дефекти кристалічної решітки типу обриву або зсуву атомних площин, що порушують правильність їх чергування Енергія освіти дислокацій істотно вище енергії утворення точкових дефектів, тому вони не можуть існувати у вимірних концентраціях як термодинамічно стійкі дефекти Вони легко утворюються при вирощуванні монокристалів або епітаксійних плівок, що супроводжується термічними, механічними та концентраційними напруженнями, що приводять до пластичної деформації кристала Частина дислокацій може зберігатися в кристалі навіть після найретельнішого відпалу Більш Докладніше питання про причини виникнення дислокацій буде розглянуто при обговоренні методів вирощування монокристалів та епітаксійних плівок (див гл 6

Рис 34 а Схема освіти крайової дислокації б – Розташування атомів навколо крайової дислокації в простій кубічної решітці

і гол 9), так як він має величезне значення для технології напівпровідників

Оскільки дислокації при невеликих концентраціях розподілені за обсягом кристала нерівномірно, то порушення властивостей кристала, обумовлені їх присутністю, локалізовані в невеликих обсягах, оточуючих дислокації Отже, кінетика процесів, що протікають поблизу цих дефектів, буде іншою, ніж в обємі кристала, де дислокації відсутні

Розрізняють прості і змішані дислокації До простих дислокациям відносять крайові і гвинтові

Розглянемо кристал, в якому в результаті докладання зовнішніх сил одна частина починає зміщуватися відносно іншої по деякій площині (площині ковзання) уздовж деякого обраного напрямку (Напрямки зсуву), тобто кристал піддається пластичної деформації зсуву шляхом ковзання (рис 34,а) Переміщення атомів по площині ковзання не є рівномірними, так як зрушення на одиницю ковзання відбувається тільки в одній частині кристала, а в решті частини зрушення повністю відсутня Перпендикулярну напрямку зсуву лінію AD, Розташовану всередині кристалу і яка є кордоном між цими двома частинами кристала, називають лінією крайової дислокації і позначають ⊥ Розташування атомів всередині деформованого ковзанням кристала в площині, перпендикулярній лінії AD, Має вигляд, зображений на рис 34,б Атом, розташований безпосередньо над знаком дислокації ⊥, має оточення, яке відрізняється від оточення атомів у бездефектної частини кристала Все відбувається так, як якщо б в обсязі кристала зявилася

Рис 35 Схема освіти гвинтовий дислокації

одна «зайва» атомна площину, край якої обривається усередині кристала Крайова дислокація, Таким чином, являє собою дефект, при якому одна з атомних площин обривається усередині кристала по лінії крайової дислокації AD, Перпендикулярної напрямку зсуву Крайові дислокації утворюються вздовж площин ковзання Умовно поділяють крайові дислокації на позитивні і негативні Позитивна дислокація відповідає нагоди, коли «зайва» атомна площину знаходиться зверху над знаком ⊥ (рис 34,б) І в

верхній половині кристала діють стискаючі напруги, в ниж

нею – розтягують а негативна – нагоди, коли «зайва» атомна площину знаходиться знизу під знаком ⊥, тобто верхня половина

кристала розтягнута, а нижня стиснута

Зрушення однієї частини кристала щодо іншої, що виникає під впливом зовнішніх впливів, може деформувати кристал таким чином, що його можна представити що складається з атомних площин, закручених у вигляді гвинтових сходів, вісь якої і утворює лінію гвинтовий дислокації AD(Рис 35 і рис 36) Гвинтова дислокація

позначається ⊗ Лінія гвинтовий дислокації характеризується тим, що

вона паралельна напрямку зсуву При кожному обході навколо неї

ми піднімаємося або опускаємося на одне міжплощинна відстань (рис 36) Вихід гвинтовий дислокації на поверхню кристала закінчується незаростаючі сходинкою На відміну від крайової дислокації, гвинтова дислокація не має «зайвих» площин і може утворюватися при зсуві по будь атомної площині, що проходить через лінію дислокації AD, Тобто вона не визначає однозначно площину ковзання Розрізняють праві і ліві гвинтові дислокації, причому напрямок обертання відіграє ту ж роль, що і знак у крайових дислокацій

Слід зазначити, що в кристалах напівпровідників в чистому вигляді крайова і гвинтова дислокації зустрічаються рідко Як правило, вони по

Рис 36 а – Гвинтові дислокація б – Розташування атомів на гвинтової поверхні вздовж гвинтової дислокації

є одночасно, приводячи до утворення змішаних форм, при цьому лінія результуючої дислокації (кордон між зрушеної і не зрушеної частинами кристала) не обовязково повинна бути прямою, вона може являти собою довільну криву Криволінійну дислокацію довільної форми, яку можна представити як що складається з різних комбінацій «чистих» крайової і гвинтовий дислокацій, називають змішаної На рис 37 показана змішана дислокація в простій кубічної решітці

Основною характеристикою дислокації є вектор Бюргерса (вектор зсуву) b Вектор Бюргерса – Це міра спотворень решітки, обумовлених присутністю дислокації Для його визначення будують замкнутий контур в кристалі з дефектом і контур, що проходить через ті ж атоми, в кристалі без дефекту Проведемо в решітці, що містить крайову дислокацію, замкнутий контур A-B-C-D-A навколо цієї дислокації, почавши його з довільно взятого вузла A і відкладаючи проти годинникової стрілки певне число міжатомних відстаней (рис 38) Якщо побудувати той же контур в решітці без дислокації, відкладаючи таке ж число міжатомних відстаней, то контур виявиться незамкнутим Вектор b, Який необхідно додати, щоб замкнути контур, і є вектор Бюргерса Величина розриву контуру характеризує суму всіх пружних зміщень решітки, що накопичилися в області навколо дислокації Для прикладу, зображеного на рис 38 (проста кубічна решітка), вектор Бюргерса за абсолютною величиною дорівнює відстані між сусідніми атомами і орієнтований перпендикулярно лінії дислокації

Аналогічне побудова для гвинтовий дислокації в простій кубиче

Рис 37 a – Зрушення, що створив змішану дислокацію б – Змішана дислокація в простій кубічної решітці Крайова площину ковзання збігається з площиною креслення чорні кружки – атоми під площиною ковзання, білі – атоми над нею заштрихований ділянку – Сходинка, що утворилася в результаті зсуву

Рис 38 Контур і вектор Бюргерса крайової дислокації

ської решітці показує, що і в цьому випадку b дорівнює відстані між сусідніми атомами (це крок гвинта в напрямку лінії дислокації), але спрямований вздовж лінії дислокації

Вектор Бюргерса – найбільш інваріантна характеристика дислокації Він залишається постійним уздовж всієї лінії будь дислокації і зберігається при її русі [27]

Тепер можна дати визначення простих дислокацій через вектор Бюргерса Крайовий дислокацією називають дислокацію, вектор Бюргерса b якої перпендикулярний лінії крайової дислокації Гвинтовий дислокацією називають дислокацію, вектор Бюргерса b якої паралельний лінії гвинтової дислокації У загальному випадку змішаної дислокації вектор Бюргерса може мати інші напрямки щодо лінії дислокації

Дислокації оточені полями пружних напруг Область над лінією крайової дислокації, що містить зайву напівплощина, відчуває напруги стиснення, область під лінією дислокації – напруги розтягнення Навколо гвинтових дислокацій існує поле зсувних (дотичних) напружень Величина напружень убуває назад пропорційно відстані від лінії дислокації [27]

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