Early Stages of Oxygen Precipitation in Silicon

در سال 1954 بسیار پیش بود که حرارت دادن سیلیکون غنی از اکسیژن تا حدود 450 درجه سانتیگراد باعث ایجاد نقص فعال الکتریکی شد - به اصطلاح اهداکنندگان حرارتی. استنباط این بود که اهداکنندگان به دلیل نقصی ایجاد شده‌اند که در اثر تجمع اکسیژن ایجاد شده است. از آن زمان، کار زیادی برای روشن کردن مکانیسم دقیقی که توسط آن‌ها و سایر نقص‌ها ایجاد می‌شوند، انجام شده است. این کار بسیار مرتبط تر شده است زیرا سیلیکون یکی از مهم ترین مواد تکنولوژیکی در استفاده روزمره است و اکسیژن رایج ترین ناخالصی آن است. با این حال، حتی پس از چهل سال، جزئیات فرآیندهای ایجاد شده توسط اهداکنندگان و سایر نقص ها هنوز مبهم است. دشواری مسئله زمانی آشکارتر می شود که متوجه شویم در حدود ده هزار اتم سیلیکون تنها یک اتم اکسیژن وجود دارد و بنابراین دشوار است که آزمایش هایی برای "دیدن" آنچه در مراحل اولیه بارش اکسیژن اتفاق می افتد، زمانی که مجتمع های دو، سه یا چهار اتم اکسیژن تشکیل می شود. با این حال، یافته‌های جدید و مهم جدیدی از آزمایش‌هایی مانند نظارت دقیق بر تغییرات طیف جذب شبکه مادون قرمز در مدت زمان طولانی، مشاهده رشد باندهای جدید که با داده‌های مادون قرمز الکترونیکی مرتبط هستند و وضوح بالا پدید آمده است. مطالعات ENDOR علاوه بر این، پیشرفت هایی در کنترل بهبود یافته نمونه های حاوی اکسیژن، کربن، نیتروژن و هیدروژن حاصل شده است.

It was fOlllld as long ago as 1954 that heating oxygen rich silicon to around 450°C produced electrical active defects - the so called thermal donors. The inference was that the donors were created by some defect produced by the aggregation of oxygen. Since then, there has been an enor­ mous amount of work carried out to elucidate the detailed mechanism by which they, and other defects, are generated. This task has been made all the more relevant as silicon is one of the most important technological ma­ terials in everyday use and oxygen is its most common impurity. However, even after forty years, the details of the processes by which the donors and other defects are generated are still obscure. The difficulty of the problem is made more apparent when it is realised that there is only one oxygen atom in about ten thousand silicon atoms and so it is difficult to devise experiments to 'see' what happens during the early stages of oxygen precipitation when complexes of two, three or four 0xygen atoms are formed. However, new important new findings have emerged from experiments such as the careful monitoring of the changes in the infra­ red lattice absorption spectra over long durations, the observation of the growth of new bands which are correlated with electronic infra-red data, and high resolution ENDOR studies. In addition, progress has been made in the improved control of samples containing oxygen, carbon, nitrogen and hydrogen.