Структурные дефекты и примеси в полупроводниках, страница 6

В общем случае одновременно имеют место все три указанных здесь процесса. Однако в зависимости от характера связи и других свойств облучаемого кристалла, а также в зависимости от природы быстрых частиц и их энергии в различных случаях одни эффекты могут преобладать над другими. Так, например, процессы возбуждения и ионизации валентных электронов играют особенно заметную роль в изолирующих или полупроводниковых кристаллах, в то время как в металлах такие процессы практически отсутствуют. С другой стороны, в металлах особенно велико взаимодействие быстрых частиц со свободными электронами. Это приводит к уменьшению длины свободного пробега электронов в металлах.

Для рассматриваемого нами процесса дефектообразования наибольший интерес представляют упругие столкновения. Упругие столкновения быстрых частиц с атомами кристалла приводят к двум эффектам:

1. К появлению в кристалле упругих волн, энёргия которых, в конечном счете переходит в энергию теплового движения атомов.

2. К образованию структурных нарушений, для чего должно быть выполнено следующее условие: атомы, находящиеся в узлах решетки, должны получить от движущейся частицы энергию, превышающую значение Ud  — граничное значение энергии образования дефекта в кристалле. Опыт показывает, что Ud должно быть в 2—3 раза больше энергии, необходимой для адиабатического перемещения атома из нормального положения в решетке в междоузлие. Так, для большинства кристаллов, в которых энергия связи атомов в кристаллической решетке составляет ~10 эВ, значение Ud ~ 25 эВ. Каждый атом кристалла, получивший энергию U ≥ Ud, может сместиться в междоузлие, в результате чего одновременно возникает вакантный узел и дислоцированный атом. При этом, если среднее значение энергии смещенных атомов (так называемых «атомов отдачи») значительно превышает U то эти первичные «атомы отдачи» могут в свою очередь создавать вторичные атомы отдачи, вторичные — третичные атомы отдачи и т. д. до тех пор, пока энергия смещенных атомов не приблизится к граничному значению Ud.

Упругое рассеяние быстрых частиц в кристаллах, приводящее к образованию структурных дефектов, в сильной степени зависит и от энергии этих частиц, резко падая с увеличением энергии последних. Кинетическую энергию движущейся частицы в соответствии с [5] принято для удобства расчетов выражать энергетическим параметром ε :