2 Versetzungen in kristallinen Halbleitern

Versetzungen in kristallinen Halbleitern 7
2.2.2 Basisstruktur von Gleitversetzungen
Im folgenden soll vorrangig auf die Versetzungsbildung und -ausbreitung im Zinkblendegitter
infolge plastischer Deformation eingegangen werden. Ein Abgleiten von Kristallmaterial
erfolgt in den dichtest gepackten {111}-Ebenen entlang der -Richtungen
[hir82, hul84, geo87]. Die dazugehörige Versetzungsbewegung wird als Aktivierung der
{111}-Gleitsysteme bezeichnet (vgl. Kap. 2.2.3). Bei Scherung des Kristalls entlang
einer {111}-Ebene kann es zur Ausbildung von Versetzungsschleifen kommen. Abb. 2.3.a)
zeigt schematisch einen vollständigen Versetzungsring. Die durch den Peierls-Mechanismus
[pei40] bestimmte Ausbreitung der verschiedenartigen, miteinander verbundenen Versetzungssegmente
resultiert in einer hexagonalen Form der geschlossenen Versetzungsschleife
infolge der Lage der einzelnen Liniensegmente in -Richtungen.
Entsprechend der Lage von Versetzungslinienrichtung s und Burgersvektor b besteht die
Versetzungsschleife aus vier 60°-Versetzungssegmenten und zwei antiparallelen Schraubenversetzungssegmenten.
Der Burgersvektor der vollständigen 60°- und Schraubenversetzungen
ist b=a/2 (→ vollständige Versetzungen) [hol62]. Die 60°-Versetzungen besitzen
einen polaren Charakter, der sich aus ihrer Kernstruktur ableitet.
[011> [10 1>
[ 110>
60°
[111>
B(g)
B
s
s'
b
< 111]
A(g)
60°
A
(111)
Si
a) b)
Abb. 2.3 Hexagonaler Versetzungsring im (111)[110]-Gleitsystem, bestehend aus 60°-A(g)- und -B(g)- sowie
(s,s‘)-Schraubenversetzungsanteilen (a, [geo87]). Die komplette Versetzungsschleife liegt in einer
(111)-glide-set Ebene. Schematisch dargestellt sind die von oben (Cd-terminiert) und von unten (Teterminiert)
„eingeschobenen“ {111}-Doppelhalbebenen. Weitet sich die Versetzungsschleife zu den
Rändern des Kristalls hin aus, so würde sich der obere Teil des Kristalls um den Betrag des
Burgersvektors relativ zum unteren Teil nach rechts verschieben. In b) ist die TEM-Abbildung einer
Frank-Read-Quelle in Silizium zu sehen, man erkennt vollständige Schleifen sowie die Quelle [das56].
Versetzungsringe können homogen nukleieren oder von einer Versetzungsquelle
(→ Frank-Read-Quelle [fra50], Abb. 2.3.b) in der Gleitebene erzeugt werden. In Abb. 2.3.b
ist eine transmissionselektronenmikroskopische Abbildung einer Frank-Read-Quelle in Si zu
sehen. Man erkennt bereits ausgelaufene Versetzungsschleifen sowie in der Mitte die Quelle
selbst, die gerade vor dem Abschluss der Emission einer weiteren Schleife steht.
Zur Veranschaulichung der Verhältnisse an einem Versetzungsring wie in Abb. 2.3.a)
kann davon ausgegangen werden, dass das oberhalb der Gleitebene liegende Material nach
rechts gedrückt wird. Bei weiterführender Deformation würden sich die links und rechts
liegenden 60°-Versetzungsabschnitte ebenso wie die Schraubenanteile jeweils in die zu den
Liniensegmenten senkrechten Richtungen nach außen bewegen.