Структурные дефекты и примеси в полупроводниках, страница 7

(здесь М1 – масса движущейся частицы, Е – ее энергия, а m – масса электрона).

Таким образом, параметр ε  представляет собой энергию электрона, обладающего той же скоростью, что и тяжелая частица.

В том случае, когда параметр ε  достаточно велик, большая часть энергии движущейся частицы тратится на процессы возбуждения и ионизации атомов и лишь незначительная часть ее — на упругие столкновения. Это справедливо лишь до тех пор, пока ε значительно больше εi — энергии возбуждения валентных электронов в изолирующих или полупроводниковых кристаллах. Когда параметр  ε становится малым по сравнению с εi , процессы ионизации и возбуждения прекращаются, и имеют место лишь упругие столкновения, приводящие к возникновению упругих волн и структурных дефектов.

При упругих столкновениях соотношение между энергией, теряемой быстрой частицей на образование структурных дефектов и на создание тепловых колебаний в решетке, также зависит от величины энергии этой частицы и от свойств облучаемого кристалла. Так, полная потеря энергии при упругих столкновениях движущейся частицы на единице пути в кристалле может быть выражена в виде

Здесь Z1 и Z2 — атомный номер движущейся и покоящейся частицы, N0 – плотность  атомов в кристалле, υ — скорость движущейся частицы, Е — ее энергия, e– заряд  электрона, М2 — масса покоящейся частицы. В этом выражении

где R — постоянная Ридберга, равная 13,54 эВ, а μ — приведенная масса движущейся и неподвижной частиц. В то же время отнесенная к единице пути энергия, расходуемая быстрой частицей на образование дефектов или упругих столкновениях с атомами, выражается следующим образом (см. [5]):

Отношение

и представляет собой долю энергии, которая идет на образование структурных дефектов при упругих столкновениях движущейся частицы с атомами облучаемого кристалла. Для большинства случаев это отношение ~0,5.

Выше уже указывалось, что граничное значение энергии быстрых частиц, необходимое для образования радиационных дефектов, определяется свойствами облучаемого кристалла, в том числе и атомным весом атомов облучаемого кристалла.