V. Relevância para o Hidrogênio Impurezas
O muonium resultados dar uma excelente qualitativa imagem do comportamento dos isolados de hidrogênio defeito centros de semicondutores, especialmente dado o fato de que apenas algumas determinações experimentais existem que examinar diretamente o análogo de hidrogênio estados. Comparação da estrutura e vários parâmetros dinâmicos parahbc0 emubc0 em silício atualmente fornecem a única sobreposição em parâmetros de energia medidos. Esses valores estão de acordo razoável, com as diferenças entre as várias medições em Mu ou H de aproximadamente a mesma magnitude que o desacordo entre os valores médios para os dois. Meus colegas e eu fizemos comparações detalhadas dos resultados experimentais h E Mu disponíveis (Kreitzman et al., 1995; Lichti et al., 1995) e concluem que os resultados do muônio devem ser considerados como uma boa estimativa quantitativa para o hidrogênio, pelo menos no que diz respeito às transições que envolvehbc0.
as barreiras para movimentos entre locais devem ser um pouco maiores para H do que para Mu com base na maior energia de ponto zero para muônio, enquanto as energias estritamente eletrônicas devem ser muito semelhantes. Como exemplo, podemos obter 0.40 eV para o e− captura de transição fromMuBC+ toMuT0 no início do muonium ciclos de carga acima da temperatura ambiente, enquanto que uma transição semelhante pode ser inferida a partir do recozimento comportamento do DLTS (Bech Neilsen et al. 1994) e EPR (Gorelkinski e Nevinnyi, 1992) sinais dehbc0 para os quais foram obtidas barreiras de 0,44 e 0,48 eV. Esses valores geram concordância decente quando as diferenças esperadas são levadas em consideração, especialmente dada a diferença de quase 8 ordens de magnitude nas escalas de tempo efetivas entre os métodos de medição. As medições DLTS fornecem uma energia de 0,16 eV associada à transição hbc0 toHBC+ (Holm et al., 1991). Quando corrigido para efeitos de campo elétrico, isso produz uma ionização energia um pouco acima de 0,18 eV, um pouco abaixo da presente melhor valor de cerca de 0.20 eV para ionização ofMuBC0 mas dentro do intervalo de resultados de vários µSR técnicas que foram aplicadas a este problema.
uma terceira energia também pode ser comparada. Os dados de muônio em amostras do tipo n identificam a transição responsável como e – capture byMuBC0 resultando em estado Amut-final. Uma barreira de 0,32 eV é obtida em ajustes usando o modelo completo. A energia correspondente relacionada à captura de um segundo elétron na contraparte de hidrogênio dá 0,29 e 0,30 eV para 1h e 2H, respectivamente, das curvas de recozimento DLTS (Holm et al., 1991). Resta alguma incerteza se o resultado do hidrogênio deve ser associado diretamente ao processo de captura eletrônica ou a uma segunda etapa relacionada à migração do centro resultante. Os dados de muônio relacionados a essa transição mostram efeitos demubc0 despolarização que complicam os ajustes, tornando o valor energético um pouco menos certo. Assim, mesmo que essas energias sejam ordenadas de forma oposta ao esperado com base em argumentos simples, a concordância é certamente satisfatória, dadas as complicações na análise e interpretação dos dados H E Mu. Muito mais importante do que essa comparação detalhada de parâmetros dinâmicos, o comportamento básico para as duas impurezas BC parece ser totalmente consistente entre si, onde as informações experimentais se sobrepõem. Este Acordo fundamental fornece um forte argumento de que o grande volume de resultados adicionais das investigações de muônio deve se traduzir em comportamento isolado de hidrogênio de maneira semiquantitativa semelhante.
as implicações para o movimento difusivo de hidrogênio que surgem dos dados de muônio de alta temperatura são consideráveis e não foram totalmente apreciadas anteriormente. As transições cíclicas de Estado de carga que dominam a dinâmica Mu em temperaturas elevadas em quase todos os semicondutores com um bandgap pequeno ou intermediário também devem ocorrer para o hidrogênio. Essas transições são rápidas em uma escala de tempo de microssegundos e precisam ser incluídas em qualquer modelo de características dinâmicas relacionadas a impurezas isoladas de hidrogênio. Os resultados do muônio implicam transições cíclicas dentro e fora do estado altamente mobileMuT0, que é metaestável em silício. Para o caso Mu, este centro é muitas ordens de magnitude mais móvel do que qualquer um dos outros estados e, consequentemente, pode dominar o movimento difusivo, mesmo quando não é o estado esperado em equilíbrio térmico. Os resultados do muônio enfatizam de forma muito dramática que o equilíbrio térmico não é uma situação estática, especialmente em altas temperaturas.
existem pelo menos dois resultados importantes que são diretamente relevantes para modelos de difusão de hidrogênio. A primeira é a provável identificação do Estado de difusão rápida em silício, ou seja, uma espécie H0 metaestável que pode facilmente pular entre os interstícios tetraédricos diretamente análogos ao movimento toMuT0. O comportamento de Tunelamento Quântico de baixa temperatura que é importante forMuT0 deve ser menos relevante para o caso do hidrogênio; no entanto, acima de 100 K, os movimentos devem ser muito semelhantes com algum ajuste da altura da barreira. Muitos dos dados de difusão de hidrogênio obtidos ao longo dos anos requerem movimento interrompido de um centro de difusão rápida, comumente interpretado como aprisionamento e detrapping em outra impureza. Os experimentos de muônio certamente identificam um bom candidato para as espécies de difusão rápida no centro neutro do local em T.
O muonium carga-ciclo de resultados são claramente relevantes para o hidrogênio movimento e sugerem que a difusão pode ocorrer como repetidamente interrompido movimento, mesmo sem formação e dissociação do H-impureza complexo, embora não haja nenhuma dúvida de que tais complexos desempenham um papel dominante. Em particular, medições em Si, Ge e GaAs onde os detalhes das transições nesses ciclos de carga foram obtidos sugerem que a difusão de espécies carregadas pode muito bem ser dominada por transições de Estado de carga para o centro H0 móvel em vez do movimento dos próprios centros H+ ou H. Este resultado deve ser aplicado ao movimento do hidrogênio em material a granel, mas pode ser menos diretamente relevante para medições em regiões de esgotamento sob a influência de campos elétricos, uma vez que a presença de transportadores de carga é crucial para transições cíclicas de Estado de carga. Os dados de muônio e as transições rápidas que eles representam devem ser mantidos em mente ao interpretar Medições Sobre difusão de hidrogênio. O mais importante, qualquer modelo que dependa de apenas uma única espécie de hidrogênio em temperaturas elevadas deve ser tratado com algum ceticismo. A transferência dos resultados do muônio para o hidrogênio, mesmo de forma qualitativa muito áspera, implica que as transições entre os vários estados isolados de hidrogênio devem ocorrer extremamente rapidamente na escala de tempo da maioria das técnicas de medição aplicadas ao estudo de impurezas de hidrogênio.
em conclusão, o estudo do muônio forneceu no passado muitas informações sobre a natureza dos centros isolados de defeitos de hidrogênio em semicondutores. Nossas recentes investigações sobre a estabilidade do local e a dinâmica do movimento de vários centros de muônio e das transições entre os estados de muônio produziram um modelo operacional detalhado da dinâmica de Mu no silício. O diagrama de coordenadas de configuração associado a este modelo geralmente deve ser aplicável a outros semicondutores coordenados tetraedralmente. As investigações em andamento visam determinar modificações específicas neste diagrama e os parâmetros dinâmicos para transições de muônio em outros materiais. Progresso significativo foi feito para Ge e GaAs, embora muitas das atribuições preliminares do processo de transição precisem ser verificadas examinando uma variedade de amostras dopadas. Os resultados para a dinâmica de transição do muônio aplicam-se qualitativamente às impurezas isoladas análogas do hidrogênio; assim, esses experimentos produzem informações sobre estados de hidrogênio que são extremamente difíceis de investigar diretamente. Muonium exibe uma variedade muito rica de recursos dinâmicos. Além de sua aplicação óbvia como análogo às impurezas isoladas de hidrogênio, este sistema continuará a produzir dados experimentais para comparação com os resultados do desenvolvimento de técnicas teóricas para modelar o comportamento dinâmico de impurezas em semicondutores.