Die Leerstelle in Silizium - Bildungsethalpie und ihr Beitrag zur Selbstdiffusion

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Jüngste Daten zur Selbstdiffusion in isotopenangereicherten Siliziumschichtstrukturen, die auf Tiefenprofilanalyse mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und auf Untersuchungen der Ramanverschiebung longitudinal optischer Phononen beruhen, liefern für den Leerstellenbeitrag zur Selbstdiffusion eine Aktivierungsenthalpie von 3.6 eV. Obwohl dieser Wert mit den Ergebnissen von früheren atomistischen Rechnungen konsistent ist, ist er im Widerspruch zur leerstellenvermittelten Diffusion von Dotieratomen und neusten Rechnungen auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie (DFT). Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll die Selbstdiffusion unter thermischen Gleichgewichtsbedingungen und unter Protonenbestrahlung an einkristallinen isotopenangereicherten Siliziumschichtstrukturen durchgeführt und mit der Neutronenreflektometrie (NR) und modernster SIMS-Technik untersucht werden. Diese Methoden ermöglichen Diffusionskoeffizienten bis 10-21 cm2s-1 zu erfassen und damit den Temperaturbereich bisheriger Selbstdiffusionsdaten zu ergänzen. Die Temperaturabhängigkeit der Selbstdiffusion im thermischen Gleichgewicht und Nichtgleichgewicht liefert Informationen über den Beitrag der Leerstelle zur Selbstdiffusion und ihrer Bildungs-/Wanderungsenthalpie. Die Untersuchungen sind wichtig für das Verständnis der Selbst- und Fremddiffusion in Silizium, für die Bewertung neuster DFT-Rechnungen sowie für die Bereitstellung einer fundierten Datenbasis für Prozesssimulationen.