2.1 Punktdefekte

Im Siliziumkristall unterscheidet man folgende Punktdefekte [Fah89]:

• Substitial: ein Fremdatom belegt einen Gitterplatz
• Interstitial: ein Atom belegt einen Zwischengitterplatz
• Interstitialcy: zwei Atome teilen sich einen Gitterplatz
• Vacancy: ein unbesetzter Gitterplatz

Die Unterscheidung zwischen Interstitial und Interstitialcy ist in ihren phänomenologischen Auswirkungen nicht möglich, sodaß meist (so wie auch im folgenden) unter dem Begriff Interstitial beide Punktdefektarten zusammengefaßt werden.

Weiters unterscheidet man entsprechend den beteiligten Atomarten zwischen Silizium-Interstitials und Dopand-Interstitials. Aufgrund der energetischen Verhältnisse ist der Platzwechselvorgang für einen substitutionellen Defekt praktisch nur im Beisein eines anderen Defektes (Vacancy oder Interstitial) möglich. Es wird weiters angenommen, daß zwischen Fremdatomen und Silizium-Punktdefekten eine energetische Bindung existiert, sodaß sich ein bewegliches Punktdefektpaar bildet. Auf dieser Annahme beruhen alle physikalisch motivierten Diffusionsmodelle.

Jede Dopandenart nimmt aufgrund energetischer Begünstigung eine Paarungsart bevorzugt ein. Bor bildet z.B. hauptsächlich interstitielle Punktdefekte, während Arsen und Antimon die Paarung mit Vacancies bevorzugen. Energetisch gesehen entspricht also jede Konstellation einem eigenen Zustand, worauf sich die Betrachtungsweise von Paaren als eigene Teilchenart begründet.

Je nach Komplexität eines Diffusionsmodelles werden die Diffusions- und Reaktionsgleichungen für verschieden viele Teilchenarten gelöst. In einem allgemeinen Modell sind folgende Teilchenarten zu berücksichtigen [Fah89]:

AIⁿ:

Fremdatom-Silizium-Interstitial Paar

AVⁿ:

Fremdatom-Vacancy Paar

A_aⁿ:

elektrisch aktiviertes substitutionelles Fremdatom

A_Cl:

Komplex aus mehreren Fremdatomen ( Cluster)

V:

isoliertes Vacancy

I:

isoliertes Silizium-Interstitial

I_P:

Komplexe aus vielen Silizium-Interstitials ({311}-Defekte)

Der Index n gibt den Ladungszustand des Teilchens an.

Neueren Erkenntnissen zufolge üben flächenhafte Defekte in der {311}-Ebene des Siliziumkristalls starken Einfluß auf die Verteilung der Silizium-Interstitials und Vacancies aus [Eag94], sodaß auch diese als eigene Teilchenart berücksichtigt werden müssen ({311}-Defekte, siehe Kap. 3.2).