V. relevans för Väteföroreningar
muoniumresultaten ger en utmärkt kvalitativ bild av beteendet hos isolerade vätedefektcentra i halvledare, särskilt med tanke på att det bara finns några experimentella mätningar som direkt undersöker de analoga vätetillstånden. Jämförelse av strukturen och olika dynamiska parametrar förhbc0 ochmubc0 i kisel ger för närvarande den enda överlappningen i uppmätta energiparametrar. Dessa värden är i rimlig överensstämmelse med skillnaderna mellan de olika mätningarna på Mu eller H av ungefär samma storlek som oenigheten mellan medelvärdena för de två. Mina kollegor och jag har gjort detaljerade jämförelser av tillgängliga h-och Mu-experimentella resultat (Kreitzman et al., 1995; Lichti et al., 1995) och dra slutsatsen att muoniumresultaten bör betraktas som en bra kvantitativ uppskattning för väte, åtminstone med avseende på övergångar som involverarhbc0.
barriärer för rörelser mellan platser bör vara något högre för H än för Mu baserat på den större nollpunktsenergin för muonium, medan strikt elektroniska energier förväntas vara mycket lika. Som ett exempel erhåller vi 0.40 eV för e-capture-övergången frånmubc + toMuT0 vid början av muoniumladdningscyklerna över rumstemperatur, medan en liknande övergång kan härledas från DLT: s glödgningsbeteende (Bech Neilsen et al., 1994) och EPR (Gorelkinski och Nevinnyi, 1992) signaler frånhbc0 för vilka barriärer på 0,44 och 0,48 eV erhölls. Dessa värden ger anständigt avtal när förväntade skillnader beaktas, särskilt med tanke på de nästan 8 storleksordningarna i effektiva tidsskalor mellan mätmetoder. DLT-mätningarna ger en energi på 0,16 eV associerad medhbc0 toHBC + övergång (Holm et al., 1991). När det korrigeras för elektriska fälteffekter, ger detta en joniseringsenergi lite över 0.18 eV, något under det nuvarande bästa värdet på ca 0.20 eV för jonisering av mubc0 men inom intervallet av resultat från de olika saudisr-teknikerna som har tillämpats på detta problem.
en tredje energi kan också jämföras. Muoniumdata i n-typprover identifierar den ansvariga övergången som e-capture byMuBC0 vilket resulterar i amut-slutligt tillstånd. En barriär på 0,32 eV erhålls i passar med hela modellen. Motsvarande energi relaterad till infångning av en andra elektron i väte-motsvarigheten ger 0,29 respektive 0,30 eV för 1H respektive 2h från DLTS-glödgningskurvorna (Holm et al., 1991). Det finns fortfarande viss osäkerhet om väteresultatet ska associeras direkt med e− fångstprocessen eller ett andra steg relaterat till migration av det resulterande centrumet. Muoniumdata relaterade till denna övergång visar effekter avmubc0 depolarisering som komplicerar passar, vilket gör energivärdet något mindre säkert. Således, även om dessa energier är motsatt ordnade från vad som förväntas baserat på enkla argument, är avtalet verkligen tillfredsställande med tanke på komplikationerna i analys och tolkning av både H-och Mu-data. Mycket viktigare än en sådan detaljerad jämförelse av dynamiska parametrar verkar det grundläggande beteendet för de två BC-föroreningarna vara helt förenliga med varandra där experimentell information överlappar varandra. Detta grundläggande avtal ger ett starkt argument att den stora volymen av ytterligare resultat från muoniumundersökningarna bör översättas till isolerat vätebeteende på ett liknande semikvantitativt sätt.
implikationerna för vätediffusiv rörelse som uppstår ur muoniumdata med hög temperatur är betydande och uppskattades inte fullt ut Tidigare. De cykliska laddningstillståndsövergångarna som dominerar Mu-dynamiken vid förhöjda temperaturer i nästan varje halvledare med en liten eller mellanliggande bandgap bör också förekomma för väte. Dessa övergångar är snabba på en mikrosekund tidsskala och måste inkluderas i någon modell av dynamiska egenskaper relaterade till isolerade väteföroreningar. Muoniumresultaten innebär cykliska övergångar in och ut ur det mycket mobileMuT0-tillståndet, vilket är metastabilt i kisel. För Mu-fallet är detta centrum många storleksordningar mer mobila än någon av de andra staterna och kan följaktligen dominera diffusiv rörelse även när det inte är det förväntade tillståndet i termisk jämvikt. Muoniumresultaten betonar på ett mycket dramatiskt sätt att termisk jämvikt inte är en statisk situation, särskilt vid höga temperaturer.
det finns minst två viktiga resultat som är direkt relevanta för modeller av vätediffusion. Den första är den troliga identifieringen av det snabbspridande tillståndet i kisel, nämligen en metastabil H0-art som lätt kan hoppa bland de tetraedriska mellanrummen direkt analog toMuT0-rörelse. Lågtemperaturkvanttunnelbeteendet som är viktigt förut0 bör vara mindre relevant för vätefallet; emellertid över 100 K bör rörelserna vara mycket lika med viss justering av barriärhöjden. Mycket av de vätediffusionsdata som erhållits genom åren kräver avbruten rörelse av ett snabbt diffuserande centrum, som vanligtvis tolkas som fångst och detrapping vid en annan orenhet. Muoniumexperimenten identifierar säkert en bra kandidat för de snabbspridande arterna i t-platsens neutrala centrum.
muoniumladdningscykelresultaten är tydligt relevanta för väterörelse och föreslår att diffusion kan uppstå som upprepade gånger avbruten rörelse även utan bildning och dissociation av ett H-orenhetskomplex, även om det inte finns någon tvekan om att sådana komplex spelar en dominerande roll. I synnerhet mätningar i Si, Ge och GaAs där detaljerna i övergångarna i dessa laddningscykler har erhållits tyder på att diffusion av laddade arter mycket väl kan domineras av laddningstillståndsövergångar till det mobila H0-centret snarare än rörelse av H+ eller H− centra själva. Detta resultat bör gälla vätgasrörelse i bulkmaterial men kan vara mindre direkt relevant för mätningar i uttömningsområden under påverkan av elektriska fält, eftersom närvaron av laddningsbärare är avgörande för cykliska laddningstillståndsövergångar. Muoniumdata och de snabba övergångar som de representerar måste hållas i åtanke när man tolkar mätningar på diffusion av väte. Det viktigaste är att varje modell som endast bygger på en enda väteart vid förhöjda temperaturer bör behandlas med viss skepsis. Överföring av muoniumresultaten till väte, även på ett mycket grovt kvalitativt sätt, innebär att övergångar mellan de olika isolerade vätetillstånden bör ske extremt snabbt på tidsskalan för de flesta mättekniker som tillämpas på studien av väteföroreningar.
Sammanfattningsvis har studien av muonium tidigare gett mycket information om arten av de isolerade vätedefektcentren i halvledare. Våra senaste undersökningar av platsstabiliteten och dynamiken i rörelsen hos olika muoniumcentra, och övergångar mellan muoniumstaterna, har producerat en detaljerad operativ modell av Mu-dynamik i kisel. Konfigurationskoordinatdiagrammet associerat med denna modell bör i allmänhet vara tillämpligt på andra tetraedralt samordnade halvledare. Pågående undersökningar syftar till att bestämma specifika modifieringar av detta diagram och de dynamiska parametrarna för muoniumövergångar i andra material. Betydande framsteg har gjorts för Ge och GaAs, även om många av de preliminära övergångsprocessuppdragen måste verifieras genom att undersöka en mängd dopade prover. Resultaten för muoniumövergångsdynamik gäller kvalitativt för de analoga isolerade väteföroreningarna; således ger dessa experiment information om vätetillstånd som är extremt svåra att direkt undersöka. Muonium visar ett mycket rikt utbud av dynamiska funktioner. Förutom dess uppenbara tillämpning som en analog till isolerade väteföroreningar, kommer detta system att fortsätta att ge experimentella data för jämförelse med resultaten av att utveckla teoretiska tekniker för modellering av det dynamiska beteendet hos föroreningar i halvledare.