френкеля пара

ФРЕНКЕЛЯ ПАРА (Френкеля дефект) - дефект кристал-лич. структуры, состоящий из собственно межузелъного атома и вакансии. Ф. п. возникают в кристалле при нагреве или облучении потоком ядерных частиц (см. Радиационные дефекты ).При нагреве концентрация Ф. п. определяется темп-рой Т:

где N, N' -концентрации узлов и межузельных положений, v, v'- характерные частоты колебаний атомов решётки при наличии Ф. п. и их отсутствии, Z-координационное число ,DE - энергия, необходимая для смещения атома в междоузлие. Для полупроводников если смещение происходит адиабатически (время смещения t_см>>v^-1). При этом релаксация атомов, окружающих Ф. п., успевает произойти за t_см. Если образование пары происходит неадиабатически (t_см<<v^-1), напр. при воздействии на кристалл быстрых ядерных частиц, то релаксация не успевает произойти за время t_см и энергия значительно больше (для бинарных полупроводников , а для атомарных-десятки эВ).

После образования Ф. п. между её компонентами существуют упругое взаимодействие, обусловленное деформацией решётки, и кулоновское взаимодействие заряж. вакансий и межузельного атома или иона. Знак и величина взаимодействий определяются расстоянием d между компонентами Ф. п. и их зарядовыми состояниями. Если силы упругости вызывают притяжение компонент, то в объёме кристалла появляется область (зона) неустойчивости, в пределах к-рой Ф. п. спонтанно аннигилирует. Если меж-узельный атом оказывается за пределами зоны неустойчивости и не способен мигрировать, то образуется мета-стабильная Ф. п. Если межузельный атом может мигрировать, то пара либо аннигилирует, либо разделится на свободные вакансию и межузельный атом. При облучении кристаллов потоком ядерных частиц эффективность миграции и, следовательно, устойчивость Ф. п. определяются не только темп-рой, но и уровнем возбуждения электронной системы кристалла (интенсивностью облучения).

Если межузельный атом подвижен, соотношение вероятностей аннигиляции и разделения компонентов пары определяется расстоянием d между ними. Существуют зависящие от темп-ры упругий и кулоновский радиусы r^упр и r^кул, определяемые равенством кинетич. энергии межузельного атома и энергии упругого и кулоновского взаимодействий. При d>r^упр и d>r^кул пара разделяется, при обратном соотношении - аннигилирует.

После разделения компоненты пары могут участвовать в квазихим. реакциях с примесными атомами и дефектами др. типов, создавая стабильные комплексы (при этом примесные атомы могут терять электрич. активность либо, напротив, входить в состав электрически активных комплексов).

Экспериментально Ф. п. наблюдались с помощью элек-тронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в кристалле ZnSe, облучённом быстрыми электронами (1,5 МэВ) при 20,4 К. Были обнаружены Ф. п. с разл. d (0,5-0,9 нм) и соответственно с разными темп-рами отжига (100 К - 190 К). Зарядовые состояния компонентов пары: вакансия V^-_Zn, межузельный атом Zn⁺. Для атомарных кристаллов Ф. п. обнаруживаются только в n-Ge при облучении электронами или g-квантами с энергией ~ 1 МэВ и достаточно низкой темп-ре (напр., T=4,2 К). Пары стабильны до T=65 К после облучения электронами с энергией 1 МэВ и до T=55 К после облучения g-квантами Различие в ср. расстоянии между компонентами обусловлено разницей в энергии облучения. Энергетич. состояния в запрещённой зоне, наблюдающиеся в результате облучения, принадлежат вакансиям. В кремнии метастабильные Ф. п. обнаружить не удалось.

Лит.: Болтакс Б. И., Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках, Л., 1972; Винецкий В. Л., Холодарь Г. А., Радиационная физика полупроводников, К., 1979; Точечные дефекты в твердых телах. Сб. ст., пер. с англ., М., 1979; Емцев В. В., Машовец Т. В., Примеси и точечные дефекты в полупроводниках, М., 1981; Емцев В. В., Машовец Т. В., Михнович В. В., Пары Френкеля в германии и кремнии, "ФТП", 1992, т. 26, в. 1, с. 22. Т. В. Машовец.

   <<      Предметный указатель      >>