基本概念
典型的位錯有 刃位錯(棱位錯)和 螺鏇位錯兩種。刃位錯的位錯線方向與滑移方向垂直,而螺鏇位錯的位錯線方向與滑移方向平行。此外,還有所謂 位錯環,這是在晶體內部的一個環形線,往往是由許多空位的集合——空洞塌陷而成。在Si、Ge中最簡單的位錯是 60o棱位錯。因為Si、Ge晶體的最容易的滑移面是(111)面,最容易的滑移方向是<110>方向,故Si、Ge晶體中的位錯是在(111)面內、位錯線的方向是<110>方向,該位錯線與相鄰的滑移方向互相構成60夾角(即是兩個相鄰的<110>方向),故有60o棱位錯之稱。
相關影響
①位錯可起一定的施主和受主作用
Si、Ge中的60o棱位錯存在有一串懸掛鍵, 可以接受電子而成為一串負電中心, 起受主作用,也可以失去電子而成為一串正電中心, 起施主作用;這些受主或施主串形成的能級實際上組成一個一維的很窄的能帶。實驗測得的位錯能級是[Ev+(0.06±0.03)eV](Si中) 和 [Ec下(0.2~0.3)eV](Ge中), 都起受主作用(深受主能級)。不過, 單純的位錯即使濃度達到105/cm2,它所提供的載流子濃度也只是約1012/cm3,故對半導體的導電性能的影響實際上不大;但是, 當位錯密度較高時, 它將對n-型半導體中的施主有補償作用, 使電子濃度降低(對p-型半導體未發現位錯的補償作用)。
②位錯可使能帶發生變化
由於棱位錯周圍存在有張應變和壓應變, 則棱位錯能帶將發生禁頻寬度的變窄和變寬。因為體積形變為ΔV/Vo , 而使導帶底Ec和價帶頂Ev的改變為ΔEc =εc ΔV/Vo, ΔEv = εv ΔV/Vo ;於是禁頻寬度的變化為ΔEg = (εc -εv ) ΔV/Vo,式中εc和εv是形變勢常數(表示單位體積形變所引起的Ec和Ev的變化)。
③位錯是散射載流子的中心
位錯除了有一定的施主、受主和雜質補償的作用以外,位錯所造成的晶格畸變是散射載流子的中心, 將嚴重散射載流子, 影響遷移率; 不過在位錯密度<108/cm2時, 這種散射作用可忽略。但在n-型Si中, 位錯作為受主中心電離後即形成一條帶負電的線, 這將對載流子產生各向異性的散射作用。
④位錯起複合中心作用
位錯在半導體中形成的都是深能級, 起著複合中心的作用,將促進載流子的複合。
⑤位錯將促進雜質的沉積
位錯應力場與雜質的相互作用, 使得雜質優先沿位錯線沉積; 特別是在Si中溶解度小、擴散快的重金屬雜質 (Cu、Fe、Au等), 更容易沉積在位錯線上。這就將形成大量的深能級複合中心, 甚至引起導電通道。如果有一定量的C、O或N原子沉積在位錯線上 (實際上是處於某種鍵合狀態), 可以“釘”住位錯, 使得位錯不易滑移和攀移, 這將使Si片的強度大大提高。