Features of Inelastic and Elastic Characteristics of Si and SiO2/Si Structures

Abstract

Вимірювання температурних залежностей внутрішнього тертя (ВТ) проводилося на ідентичних, що пройшли один i той же технологічний маршрут, підкладках Si р-типу, орієнтації (100), легованого бором B, з питомим електроопором p ≈ 7,5 Ом·см, товщиною h ≈ 4.7·105 нм після нанесення на них шару SiO2 товщиною h ≈ 600 нм в результаті високотемпературного окислення в сухому O2 при T0 ≈ 1300 K. В процесі вимірювань було встановлено, що відпал структурних дефектів Si змінює форму температурного спектру ВТ. Піки ВТ Q – 1М, що утворюються точковими дефектами, можна було спостерігати при умові, коли підкладка Si нагрівалася зі швидкістю V = ΔT/Δt ≤ 0.1 К/с. Після рентгенівського опромінення дозою y ≈ 104 Р максимум ВТ при ТМ1 ≈ 320 К різко зростає; його висота Q – 1М1 збільшується майже у 3 рази при зменшенні вдвічі ширини ΔQ – 1М1, що свідчить про проходження процесу релаксації одного типу радіаційних дефектів. Для піка ВТ в підкладці Si при ТМ1 ≈ 320 К було отримано значення енергії активації H1 ≈ 0,63 eВ. Близькість отриманого нами значення енергії активації H1 при ТМ1 ≈ 320 К до енергії міграції для додатно заряджених мiжвузлових атомів Sii + H0 ≈ 0,85 eВ дозволяє припустити релаксаційний механізм, що обумовлений переорієнтацією міжвузлових атомів Sii. При електронному опроміненні в результаті зіткнення електронів з атомами Si відбувається утворення дефектів по Френкелю. Оцінки показують, що енергія електронів W ≈ 1 MeВ, яка відповідає експерименту, достатня для зміщення атомів Si із своїх рівноважних положень. Після опромінення дозою y ≈ 105 Р висота максимуму Q – 1М1 при ТМ1 ≈ 320 К в порівнянні зі спектром ВТ до опромінення істотно не змінилася, що свідчить про особливий вплив дози y ≈ 105 Р.

Measurement of temperature dependences of internal friction (IF) was performed on identical Si p-type substrates, orientation (100), doped with boron B, with specific resistivity p ≈ 7.5 Ohm·cm and thickness h ≈ 4.7·105 nm. The samples passed the same technological route after deposition of a SiO2 layer with thickness h ≈ 600 nm because of high-temperature oxidation in dry O2 at T0 ≈ 1300 K. It was found that the annealing of structural defects in Si changes the shape of the IF temperature spectrum Q – 1(T). The IF peaks QM – 1 formed by point defects could be observed under the condition that Si was heated at a rate V = ΔT/Δt ≤ 0.1 K/s. After X-ray irradiation with a dose y ≈ 104 R, the IF maximum at TM1 ≈ 320 K increases sharply; its height Q – 1M1 increases almost threefold with a twofold decrease in the width ΔQ – 1M1, which testifies to the process of relaxation of radiation defects of the same type. The activation energy value H1 ≈ 0.63 eV was obtained for the IF peak QM – 1 in the Si plate at TM1 ≈ 320 K. The proximity of the obtained activation energy H1 at TM1 ≈ 320 K to the migration energy H0 ≈ 0.85 eV for positively charged interstitial atoms Sii+ suggests a relaxation mechanism due to the reorientation of interstitial atoms Sii. Upon electron irradiation, as a result of the collision of electrons with Si atoms, Frenkel defects are formed. Calculations show that the electron energy W ≈ 1 MeV, which corresponds to the experiment, is sufficient to shift Si atoms from their equilibrium positions. After irradiation with a dose y ≈ 105 R, the IF Q – 1M1 maximum height at TM1 ≈ 320 K did not change significantly in comparison with the IF Q – 1(T) spectrum before irradiation that indicates a special effect of the dose y ≈ 105 R.