Experimentelle Bestimmung der thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften von Gitterleerstellen in Silicium

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Transportprozesse in Silicium werden maßgeblich von den intrinsischen Punktdefekten, d.h. Gitterleerstellen und Eigenzwischengitteratome, beeinflusst. Gitterleerstellen dominieren dabei die Diffusion und Aktivierung von Dotieratomen wie Arsen und Antimon, die Diffusion und das Gettern von Metallatomen bei niedrigen Temperaturen, die Bildung von Defekten während der Kristallzucht und die Nukleation von Sauerstoffpräzipitaten. Die experimentelle Bestimmung ihrer Eigenschaften, speziell von Diffusionskoeffizient und Konzentration im thermodynamischen Gleichgewicht, ist deshalb seit Jahrzehnten ein erstrangiges Ziel der Forschung. Die aktuelle Schätzungen aus diversen Veröffentlichungen streuen jedoch bei einer bestimmten Temperatur um bis zu 10 Größenordnung und nur das Produkt der beiden Parameter ist experimentell gut bekannt. Der vorliegende Antrag bietet erstmals die Möglichkeit, die beiden Parameter unabhängig voneinander für Gitterleerstellen zu bestimmen. Die experimentelle Vorgangsweise beruht auf einem Kurzzeit-Ausheilprozess mit Prozesszeit im Millisekundenberich. Beim Aufheizen werden Gitterleerstellen an der Oberfläche thermisch generiert und diffundieren in die Siliciumprobe. Sobald die Probe wieder abgekühlt wird, bildet ein Teil dieser Gitterleerstellen Paare mit den in der Probe vorhandenen Phosphoratomen, deren Profil nach dem Abkühlen per Kapazitätstransientenspektroskopie gemessen werden kann. Aus diesem Profil ist es dann möglich, die gewünschten Parameter durch numerische Simulationen des Gesamtprozesses zu extrahieren.