V. relevantie voor Waterstofonzuiverheden
de muonium-resultaten geven een uitstekend kwalitatief beeld van het gedrag van geïsoleerde waterstofdefectcentra in halfgeleiders, vooral gezien het feit dat er slechts enkele experimentele metingen bestaan die de analoge waterstoftoestanden rechtstreeks onderzoeken. Vergelijking van de structuur en verschillende dynamische parameters voor hbc0 en mubc0 in silicium bieden momenteel de enige overlap in gemeten energieparameters. Deze waarden zijn redelijk met elkaar in overeenstemming, waarbij de verschillen tussen de verschillende metingen op Mu of H ongeveer even groot zijn als de verschillen tussen de gemiddelde waarden voor beide. Mijn collega ‘ s en ik hebben gedetailleerde vergelijkingen gemaakt van de beschikbare h en Mu experimentele resultaten (Kreitzman et al., 1995; Lichti et al., 1995) en concluderen dat de muonium-resultaten moeten worden beschouwd als een goede kwantitatieve schatting voor waterstof, ten minste met betrekking tot transities waarbij BC0 betrokken is.
barrières voor bewegingen tussen locaties zouden voor H iets hoger moeten zijn dan voor Mu op basis van de grotere nulpuntsenergie voor muonium, terwijl strikt elektronische energieën naar verwachting zeer vergelijkbaar zullen zijn. Als voorbeeld krijgen we 0,40 eV voor de e− capture transitie van kubc + toMuT0 bij het begin van de muonium lading cycli boven kamertemperatuur, terwijl een soortgelijke overgang kan worden afgeleid uit het gloeigedrag van de DLTS (Bech Neilsen et al., 1994) en EPR (Gorelkinski en Nevinnyi, 1992) signalen van hbc0 waarvoor barrières van 0,44 en 0,48 eV werden verkregen. Deze waarden leveren een behoorlijke overeenstemming op wanneer rekening wordt gehouden met verwachte verschillen, vooral gezien het verschil in effectieve tijdschalen tussen meetmethoden van bijna 8 ordes van grootte. De dlts metingen geven een energie van 0,16 eV geassocieerd met dehbc0 toHBC + overgang (Holm et al., 1991). Wanneer gecorrigeerd voor elektrische veld effecten, levert dit een ionisatie energie iets boven 0,18 eV, iets onder de huidige beste waarde van ongeveer 0,20 eV voor ionisatie van kubc0, maar binnen het bereik van de resultaten van de verschillende µSR technieken die zijn toegepast op dit probleem.
een derde energie kan ook worden vergeleken. De muonium gegevens in n-type monsters identificeren de verantwoordelijke overgang als e-capture byMuBC0 resulterend in aMuT – final state. Een barrière van 0,32 eV wordt verkregen in fits met behulp van het volledige model. De overeenkomstige energie met betrekking tot de vangst van een tweede elektron in de waterstof tegenhanger geeft 0,29 en 0,30 eV voor 1H en 2H, respectievelijk, uit de dlts gloeien krommen (Holm et al., 1991). Er blijft enige onzekerheid of het waterstofresultaat direct moet worden geassocieerd met het e− capture-proces of een tweede stap met betrekking tot migratie van het resulterende centrum. De muonium gegevens met betrekking tot deze overgang tonen effecten van depolarisatie van mubc0 die de fits compliceren, waardoor de energiewaarde iets minder zeker is. Ook al zijn deze energieën tegengesteld geordend aan wat op basis van eenvoudige argumenten wordt verwacht, toch is de overeenkomst zeker bevredigend gezien de complicaties bij de analyse en interpretatie van zowel de H-als de Mu-gegevens. Veel belangrijker dan een dergelijke gedetailleerde vergelijking van dynamische parameters, het basisgedrag voor de twee BC onzuiverheden lijkt volledig consistent te zijn met elkaar waar de experimentele informatie overlapt. Deze fundamentele overeenkomst biedt een sterk argument dat de grote hoeveelheid extra resultaten van de muonium onderzoeken moet vertalen naar geïsoleerd waterstofgedrag op een soortgelijke semiquantatieve manier.
de implicaties voor de diffusieve beweging van waterstof die voortvloeien uit de muonium-gegevens bij hoge temperatuur zijn aanzienlijk en werden voorheen niet volledig gewaardeerd. De cyclische ladingstoestandovergangen die de MU dynamica domineren bij verhoogde temperaturen in bijna elke halfgeleider met een kleine of intermediaire bandgap zouden ook voor waterstof moeten optreden. Deze overgangen zijn snel op een microseconde tijdschaal en moeten worden opgenomen in elk model van dynamische kenmerken met betrekking tot geïsoleerde waterstof onzuiverheden. De muonium-resultaten impliceren cyclische overgangen in en uit de zeer mobileMuT0-toestand, die gemetastaseerd is in silicium. Voor het geval van Mu is dit centrum vele ordes van grootte mobieler dan een van de andere toestanden en kan daardoor diffusieve beweging domineren, zelfs als het niet de verwachte toestand in thermisch evenwicht is. De muonium resultaten benadrukken op een zeer dramatische manier dat thermisch evenwicht geen statische situatie is, vooral bij hoge temperaturen.
er zijn ten minste twee belangrijke resultaten die direct relevant zijn voor modellen van waterstofdiffusie. De eerste is de waarschijnlijke identificatie van de snel-diffuserende toestand in silicium, namelijk, een uitgezaaide H0-soort die gemakkelijk tussen de tetraëdrische kruispunten kan hop direct analoge tomut0-beweging. Het lage-temperatuur kwantumtunneling gedrag dat belangrijk is forMuT0 zou minder relevant moeten zijn voor het waterstofgeval; echter, boven 100 K, zouden de bewegingen zeer gelijkaardig moeten zijn met enige aanpassing van de barrièrehoogte. Veel van de waterstofverspreidingsgegevens die door de jaren worden verkregen vereisen onderbroken beweging van een snel verspreidend Centrum, Algemeen geïnterpreteerd als het vangen en detrappen bij een andere onzuiverheid. De muonium experimenten identificeren zeker een goede kandidaat voor de snel verspreidende soort in het T-site neutrale centrum.
de resultaten van de ladingscyclus van muonium zijn duidelijk relevant voor de beweging van waterstof en suggereren dat diffusie kan optreden als herhaaldelijk onderbroken beweging, zelfs zonder vorming en dissociatie van een H-onzuiverheidscomplex, hoewel er geen twijfel over bestaat dat dergelijke complexen een dominante rol spelen. In het bijzonder, metingen in Si, Ge, en GaAs waar de details van de overgangen in deze lading cycli zijn verkregen suggereren dat diffusie van geladen soorten zeer goed kan worden gedomineerd door lading-toestand overgangen in het mobiele H0 centrum in plaats van de beweging van de H+ of H− centra zelf. Dit resultaat moet van toepassing zijn op waterstofbewegingen in bulkmateriaal, maar kan minder direct relevant zijn voor metingen in uitputtingsgebieden onder invloed van elektrische velden, aangezien de aanwezigheid van ladingsdragers cruciaal is voor cyclische ladingstoestandovergangen. Bij de interpretatie van de metingen van de diffusie van waterstof moet rekening worden gehouden met de muonium-gegevens en de snelle overgangen die zij vertegenwoordigen. Het belangrijkste is dat elk model dat afhankelijk is van slechts een enkele waterstofsoort bij verhoogde temperaturen met enige scepsis moet worden behandeld. De overdracht van de muonium-resultaten op waterstof, zelfs op een zeer ruwe kwalitatieve wijze, impliceert dat overgangen tussen de verschillende geïsoleerde waterstoftoestanden zeer snel moeten plaatsvinden op de tijdschaal van de meeste meettechnieken die bij de studie van waterstofonzuiverheden worden toegepast.Samenvattend kan worden gesteld dat de studie van muonium in het verleden veel informatie heeft opgeleverd over de aard van de geïsoleerde waterstofdefectcentra in halfgeleiders. Ons recente onderzoek naar de stabiliteit en dynamiek van de beweging van verschillende muonium centra, en van overgangen tussen de muonium Staten, heeft een gedetailleerd operationeel model van Mu dynamica in silicium opgeleverd. Het configuratiecoördinatendiagram dat bij dit model hoort, moet in het algemeen van toepassing zijn op andere tetrahedraal gecoördineerde halfgeleiders. Lopende onderzoeken zijn gericht op het bepalen van specifieke wijzigingen in dit diagram en de dynamische parameters voor muonium overgangen in andere materialen. Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt voor Ge en GaAs, hoewel veel van de voorlopige transitieprocestoewijzingen moeten worden geverifieerd door een verscheidenheid aan gedoteerde monsters te onderzoeken. De resultaten voor de muonium transitiedynamica zijn kwalitatief van toepassing op de analoge geïsoleerde waterstofonzuiverheden; zo leveren deze experimenten informatie op over waterstoftoestanden die uiterst moeilijk direct te onderzoeken zijn. Muonium toont een zeer rijke verscheidenheid aan dynamische functies. Naast zijn voor de hand liggende toepassing als analoog op geïsoleerde waterstofonzuiverheden, zal dit systeem experimentele gegevens blijven opleveren voor vergelijking met de resultaten van het ontwikkelen van theoretische technieken voor het modelleren van het dynamische gedrag van onzuiverheden in halfgeleiders.