V. znaczenie dla zanieczyszczeń Wodorem
wyniki mionium dają doskonały jakościowy obraz zachowania izolowanych centrów defektów wodoru w półprzewodnikach, zwłaszcza biorąc pod uwagę fakt, że istnieje tylko kilka pomiarów eksperymentalnych, które bezpośrednio badają analogiczne Stany wodoru. Porównanie struktury i różnych parametrów dynamicznych dla hbc0 i mubc0 w krzemie zapewnia obecnie jedyne nakładanie się mierzonych parametrów energetycznych. Wartości te są w rozsądnej zgodzie, przy czym różnice między różnymi pomiarami Na Mu lub H są mniej więcej takie same jak różnica między średnimi wartościami dla tych dwóch. Moi koledzy i ja dokonaliśmy szczegółowych porównań dostępnych wyników eksperymentalnych H I Mu (Kreitzman et al., 1995; Lichti et al., 1995) i stwierdzają, że wyniki mionium powinny być uważane za dobre oszacowanie ilościowe dla wodoru, przynajmniej w odniesieniu do przejść, które obejmują BC0.
bariery dla ruchu między miejscami powinny być nieco wyższe dla H niż dla Mi w oparciu o większą energię punktu zerowego dla mionu, podczas gdy oczekuje się, że energie ściśle elektroniczne będą bardzo podobne. Na przykład otrzymujemy 0,40 eV dla przejścia e− wychwytywania odmubc+ toMuT0 na początku cykli ładowania mioniowego powyżej temperatury pokojowej, podczas gdy podobne przejście można wywnioskować z zachowania wyżarzania DLT(Bech Neilsen et al., 1994) i EPR (Gorelkinski i Nevinnyi, 1992) sygnały z hbc0, dla których uzyskano bariery 0,44 i 0,48 eV. Wartości te dają przyzwoitą zgodność, gdy uwzględniane są oczekiwane różnice, zwłaszcza biorąc pod uwagę prawie 8 rzędów wielkości różnicy w efektywnych skalach czasowych między metodami pomiarowymi. Pomiary DLTS dają energię 0,16 eV związaną z przejściem hbc0 dohbc+ (Holm et al., 1991). Po skorygowaniu efektów pola elektrycznego, daje to energię jonizacji nieco powyżej 0,18 eV, nieco poniżej obecnej najlepszej wartości około 0,20 EV dla jonizacji ofMuBC0, ale w zakresie wyników różnych technik µSR, które zostały zastosowane do tego problemu.
można również porównać trzecią energię. Dane z mionium w próbkach typu n identyfikują odpowiedzialne Przejście jako e-wychwyt byMuBC0, co prowadzi do stanu końcowego amuta. Barierę 0,32 eV uzyskuje się w pasach przy użyciu pełnego modelu. Odpowiednia energia związana z wychwytywaniem drugiego elektronu w odpowiedniku wodorowym daje odpowiednio 0,29 i 0,30 eV przez 1H i 2h z krzywych wyżarzania DLTS (Holm et al., 1991). Pozostaje pewna niepewność, czy wynik wodorowy powinien być związany bezpośrednio z procesem e-wychwytywania, czy też drugim etapem związanym z migracją powstałego ośrodka. Dane muonium związane z tym przejściem pokazują efekty depolaryzacji mubc0, które komplikują pasowania, czyniąc wartość energetyczną nieco mniej pewną. Tak więc, nawet jeśli te energie są przeciwstawnie uporządkowane od tego, czego się oczekuje na podstawie prostych argumentów, umowa jest z pewnością zadowalająca, biorąc pod uwagę komplikacje w analizie i interpretacji zarówno danych H, jak i Mu. Znacznie ważniejsze niż takie szczegółowe porównanie parametrów dynamicznych, podstawowe zachowanie dwóch zanieczyszczeń BC wydaje się być w pełni zgodne ze sobą, gdzie informacje eksperymentalne pokrywają się. Ta fundamentalna umowa dostarcza mocnego argumentu, że duża ilość dodatkowych wyników badań mioniowych powinna przekładać się na izolowane zachowanie wodoru w podobny sposób.
implikacje dla dyfuzyjnego ruchu wodoru, które wynikają z danych o wysokotemperaturowym mionium, są znaczne i nie zostały wcześniej w pełni docenione. Cykliczne przejścia stanu naładowania, które dominują w dynamice Mu w podwyższonych temperaturach w prawie każdym półprzewodniku o małym lub pośrednim paśmie, powinny wystąpić również dla wodoru. Przejścia te są szybkie w skali mikrosekundowej i muszą być uwzględnione w każdym modelu cech dynamicznych związanych z izolowanymi zanieczyszczeniami wodorowymi. Wyniki mionium implikują cykliczne przejścia w i poza stan silnie mobileMuT0, który jest metastabilny w krzemie. W przypadku Mu centrum to jest o wiele rzędów wielkości bardziej mobilne niż którykolwiek z pozostałych stanów i w konsekwencji może dominować ruch dyfuzyjny, nawet jeśli nie jest to oczekiwany stan w równowadze termicznej. Wyniki mionium podkreślają w bardzo dramatyczny sposób, że równowaga termiczna nie jest sytuacją statyczną, zwłaszcza w wysokich temperaturach.
istnieją co najmniej dwa ważne wyniki, które są bezpośrednio istotne dla modeli dyfuzji wodoru. Pierwszym z nich jest prawdopodobna identyfikacja stanu szybkiego dyfuzji w krzemie, a mianowicie metastabilnego gatunku H0, który może łatwo przeskakiwać między czworościanami bezpośrednio analogicznie do ruchu toMuT0. Niskotemperaturowe zachowanie tunelowania kwantowego, które jest ważne dla przypadku wodoru, powinno być mniej istotne; jednak powyżej 100 K ruchy powinny być bardzo podobne przy pewnej regulacji wysokości bariery. Znaczna część danych dotyczących dyfuzji wodoru uzyskanych przez lata wymaga przerwanego ruchu szybko rozpraszającego centrum, powszechnie interpretowanego jako pułapkowanie i detrapowanie w innym zanieczyszczeniu. Eksperymenty muonium z pewnością identyfikują dobrego kandydata na szybko dyfundujące gatunki w neutralnym ośrodku ośrodka T.
wyniki cyklu ładunkowego mionu są wyraźnie istotne dla ruchu wodoru i sugerują, że dyfuzja może wystąpić jako wielokrotnie przerywany ruch, nawet bez tworzenia i dysocjacji kompleksu H-nieczystości, nawet jeśli nie ma wątpliwości, że takie kompleksy odgrywają dominującą rolę. W szczególności pomiary w Si, Ge i GaAs, w których uzyskano szczegóły przejść w tych cyklach ładowania, sugerują, że dyfuzja naładowanych gatunków może być bardzo dobrze zdominowana przez przejścia stanu naładowania do ruchomego centrum H0, a nie ruch samych centrów H+ lub H. Wynik ten powinien mieć zastosowanie do ruchu wodoru w materiale sypkim, ale może być mniej bezpośrednio istotny dla pomiarów w regionach zubożenia pod wpływem pola elektrycznego, ponieważ obecność nośników ładunku ma kluczowe znaczenie dla cyklicznych przemian stanu ładunku. Przy interpretacji pomiarów dyfuzji wodoru należy pamiętać o danych mioniowych i szybkich przejściach, które one reprezentują. Co najważniejsze, każdy model, który opiera się tylko na jednym gatunku wodoru w podwyższonych temperaturach, powinien być traktowany z pewnym sceptycyzmem. Przeniesienie wyników mionu do wodoru, nawet w bardzo szorstki sposób jakościowy, oznacza, że przejścia między różnymi izolowanymi Stanami wodoru powinny następować niezwykle szybko w skali czasowej większości technik pomiarowych stosowanych do badania zanieczyszczeń wodorowych.
podsumowując, badania nad mionium dostarczyły w przeszłości wielu informacji dotyczących natury izolowanych centrów defektów wodoru w półprzewodnikach. Nasze ostatnie badania stabilności miejsca i dynamiki ruchu różnych ośrodków mioniowych oraz przejść między Stanami mioniowymi, stworzyły szczegółowy model operacyjny dynamiki Mioniowej w krzemie. Schemat współrzędnych konfiguracyjnych związany z tym modelem powinien zasadniczo mieć zastosowanie do innych półprzewodników koordynowanych czworościennie. Prowadzone badania mają na celu określenie specyficznych modyfikacji tego diagramu oraz parametrów dynamicznych dla przemian mioniowych w innych materiałach. Poczyniono znaczne postępy w odniesieniu do Ge i GaAs, chociaż wiele wstępnych przydziałów procesu przejścia musi zostać zweryfikowanych poprzez zbadanie różnych próbek z domieszką. Wyniki dla dynamiki przemian mioniowych odnoszą się jakościowo do analogicznych izolowanych zanieczyszczeń wodorowych; w ten sposób eksperymenty te dają informacje o stanach wodoru, które są niezwykle trudne do bezpośredniego zbadania. Muonium wykazuje bardzo bogatą różnorodność cech dynamicznych. Oprócz oczywistego zastosowania jako analogia do izolowanych zanieczyszczeń wodorowych, system ten będzie nadal dostarczał danych eksperymentalnych do porównania z wynikami rozwoju teoretycznych technik modelowania dynamicznego zachowania zanieczyszczeń w półprzewodnikach.