xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Χρησιμοποιήθηκαν δύο ομάδες δειγμάτων πυριτίου n-τύπου με πρόσμιξη γερμανίου συγκέντρωσης 1×10 16 και 2×10 20 cm -3
αντίστοιχα. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο και άνθρακα ήταν [O i ] = 9.3×10 17 cm -3 , [C s ] = 2×10 16 cm -3 στα ελαφρώς ντοπαρισμένα με
γερμάνιο δείγματα και [O i ] = 7.7×10 17 cm -3 και [C s ] = 2×10 17 cm -3 στα βαριά ντοπαρισμένα με γερμάνιο δείγματα. Το πάχος τους ήταν
~2 mm. Τα δείγματα ακτινοβολήθηκαν με ηλεκτρόνια ενέργειας 2-MeV σε δόση 5×10 17 e/cm 2 , στους 95ºC, χρησιμοποιώντας το
Dynamitron at Takasaki-JAERI. Κατόπιν, τα δείγματα υποβλήθηκαν σε εικοσάλεπτες ισόχρονες ανοπτήσεις με βήματα των 10ºC έως
και τους 650 ºC. Μετά από κάθε τέτοιο βήμα καταγράφηκε το φάσμα υπέρυθρης φασματοσκοπίας, σε θερμοκρασία δωματίου,
χρησιμοποιώντας FTIR φασματόμετρο με διακριτική ικανότητα 1cm -1 . Τα σχήματα 1(α) και 1(β) δείχνουν το υπέρυθρο φάσμα στην
περιοχή (800-1050) cm -1 σε επιλεγμένες θερμοκρασίες έτσι ώστε να εμφανίζονται οι κορυφές των κέντρων VO (830 cm -1 ), VO 2 (888
cm -1 ), VO 3 (904, 968, 1000 cm -1 ) και VO 4 (985, 1010 cm -1 ) [2] αντιστοίχως για τα ελαφρώς ντοπαρισμένα (σχήμα 1(α)) και τα βαριά
ντοπαρισμένα (σχήμα 1(β)) με γερμάνιο δείγματα. Τα σχήματα 2(α) και το σχήμα 2(β) παρουσιάζουν τη θερμική εξέλιξη των κέντρων
VO, VO 2 και VO 3 για τα ελαφρώς και βαρέως ντοπαρισμένα με γερμάνιο Si, αντίστοιχα. Αμέσως μπορεί να δει κανείς ότι η
θερμοκρασία (~220ºC) ανόπτησης του VO των βαρέως ντοπαρισμένων με γερμάνιο δειγμάτων είναι αρκετά χαμηλότερη από εκείνη
(~290ºC) των ελαφρώς ντοπαρισμένων με γερμάνιο δειγμάτων. Δύο εξηγήσεις μπορούν να δοθούν: (i) ένα ποσοστό των ατελειών VO
είναι εντοπισμένο κοντά σε άτομα γερμανίου. Αυτό συμβαίνει ευκολότερα στα βαρέως ντοπαρισμένα δείγματα με γερμάνιο όπου η
συγκέντρωση Ge είναι μερικές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από την συγκέντρωση του VO. Έχει προταθεί [7] ότι ατέλειες
εντοπισμένες κοντά σε άτομα γερμανίου βρίσκονται υπό την επίδραση ελαστικών τάσεων που οδηγούν σε μείωση του φραγμού
δυναμικού για τη μετατόπιση τους μέσα στο πλέγμα. Επομένως η ενέργεια ενεργοποίησης των ατελειών VO που εντοπίζονται κοντά
στα άτομα γερμανίου είναι χαμηλότερη στα βαρέως ντοπαρισμένα με γερμάνιο δείγματα οδηγώντας σε μείωση της αντίστοιχης
θερμοκρασίας ανόπτησης. (ii) Αποτελέσματα σχετικά με πυρίτιο ακτινοβολημένο με ηλεκτρόνια ενέργειας 2MeV ειδικά σε μεγάλες
δόσεις έχει οδηγήσει στο συμπέρασμα [9] ότι εκτός από την αντίδραση VO + O i → VO 2 , η ατέλεια VO επίσης συμμετέχει και στην
αντίδραση VO + Si I → O i κατά τη διάρκεια της ανόπτησης. Πηγές των Si I ’s είναι μεγάλα συσσωματώματα (clusters) ατελειών που
σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της ακτινοβόλησης. Η ενέργεια σύνδεσης των Si I ’s στα συσσωματώματα των ατελειών αυτών
επηρεάζεται από τις ελαστικές τάσεις που δημιουργεί η παρουσία του γερμανίου στον κρύσταλλο. Η μείωση της ενέργειας αυτής στα
βαρέως ντοπαρισμένα με γερμάνιο δείγματα οδηγεί στην απελευθέρωση τέτοιων ατόμων σε χαμηλότερη θερμοκρασία, με άλλα λόγια
η αντίδραση VO + Si I → O i συμβαίνει σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Αυτό διαφαίνεται στο φάσμα με τη μείωση της θερμοκρασίας
ανόπτησης του VO κέντρου. Η άποψη αυτή ενισχύεται ακόμη περισσότερο από το γεγονός πως η συγκέντρωση σε οξυγόνο αυξάνει
κατά τη διάρκεια ανόπτησης της ατέλειας VO στο βαρέως ντοπαρισμένο με γερμάνιο δείγμα σε συμφωνία με την αντίδραση VO + Si
→ O i (Σχ. 2(β)). Το φαινόμενο ωστόσο, είναι πιο πολύπλοκο. Αύξηση της συγκέντρωσης του ενδοπλεγματικού οξυγόνου συμβαίνει
επίσης (Σχ. 2(α)) στο ελαφρώς ντοπαρισμένα με Ge δείγματα αν και σε μικρότερο βαθμό. Φαίνεται ότι επιπλέον άτομα οξυγόνου
απελευθερώνονται σε αυτό το θερμοκρασιακό εύρος και από άλλες πηγές, οι οποίες δεν παρουσιάζουν ζώνες απορρόφησης IR και
επομένως δε γίνονται αντιληπτές. Στην αύξηση της συγκέντρωσης του O i επάνω από 300ºC, πρέπει να λάβουμε υπόψη εκτός από την
αντίδραση VO + Si I → O i ,επίσης την αντίδραση VO → V + O i [10]. Τα σχήματα 2(α) και (β) επίσης δείχνουν ότι το πλάτος της
ζώνης της ατέλειας VO 2 στα φάσματα είναι ουσιαστικά χαμηλότερο στα βαριά ντοπαρισμένα με Ge δείγματα γεγονός που υποδηλώνει
ότι το ποσοστό των ατελειών VO που μετατρέπονται σε ατέλειες VO 2 είναι μικρότερο στην περίπτωση αυτή. Αυτή η παρατήρηση
είναι σε συμφωνία με την αυξημένη ενεργότητα της αντίδρασης VO +Si →O i στο τελευταίο δείγμα κάτι που δείχνει ότι ένα
μεγαλύτερο ποσοστό των ατελειών VO καταστρέφεται με την συμμετοχή των Si’s, οδηγώντας στην παραγωγή ατόμων O i . Σημειωτέον
ότι ο σχηματισμός του VO 2 κέντρου συμβαίνει στην ίδια θερμοκρασία (~290ºC) και στα ελαφρά και στα βαριά ντοπαρισμένα με
γερμάνιο δείγματα (Σχ. 2(α) και Σχ. 2(β)), υποδεικνύοντας ότι η αντίδραση VO + O i → VO 2 ενεργοποιείται κοντά στη θερμοκρασία
αυτή, παρόλο που η αντίδραση VO + Si I → O i ενεργοποιείται σε χαμηλότερη θερμοκρασία (~220ºC). Ακολούθως, η συγκέντρωση
των ατελειών VO 3 που σχηματίζονται σαν αποτέλεσμα της αντίδρασης VO 2 + O i → VO 3 , στα βαριά ντοπαρισμένα με γερμάνιο
δείγματα είναι λιγότερες. Στα ανωτέρω, έχουμε υποθέσει ότι οι μεταβολές στην περιεκτικότητα σε άνθρακα των δειγμάτων δεν
επηρεάζουν τον ρυθμό παραγωγής των ατελειών VO [11], καθώς και ότι δεν επηρεάζουν τις ατέλειες VO n .
[1] Grimmeiss H.G, MRS Symp. Proc. 46 (1985) 39.
[2] Londos C.A, Fytros L.G.,. Georgiou G. J, Defect Diffusion Forum 171-172 (1999) 1.
[3] Corbett J, Watkins G., McDonald R., Phys. Rev. 135 (1964) A1381.
[4] Watkins G.D, Trans. IEEE Nucl. Sci. NS-16 (1979) 13.
[5] Schmalz K., Emtsev V.V., Appl. Phys. Lett. 65 (1994) 1576.
[6] Khirunenko L.I., Shakhovtsov V.I., Shumov V.V., Yashnik V.I., Mater. Sci. Forum 196-201 (1995) 1381.
[7] Kuznetsov V.I., Lugakov P.F.,. Salmanov A.R, Tsikunov A.V., Sov. Phys. Semicond. 23 (1989) 925.
[8] Sobolev N.A.,. Nazare M.H, Physica B 273-274 (1999) 271.
[9] Newman R.C., Jones R., in: Semiconductors and Semimetals, ed. F. Shimura (Academic Press, Dan Diego, 1994) vol.
42, p. 289.
[10] Oates A.S., Newman R. C., Appl. Phys. Lett. 49 (1986) 262.
[11] Bean A.R, Newman R.C., Smith R.S., J. Phys. Chem. Solids 31 (1970) 739.
28