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Abbildung 5.4: Die kritische
Amorphisierungsenergiedichte als Funktion des Ortes
bei verschiedenen Substrattemperaturen T. Das Aufwärtsbiegen der
Kurven ist ein Indiz dafür, daß der Kollaps der Kollisionskaskade
an verschiedenen Stellen im ,,Wafer`` unterschiedlich stark abläuft.
Implantierte Ionen geben einen Teil ihrer Energie in Form von nuklearen
Stößen mit den Siliziumatomen ab. Dieser Vorgang dauert typischerweise
eine Pikosekunde. Während der nächsten 1000ps kommt es allerdings zu
thermisch aktivierten Vorgängen, die auf Grund einer Analyse der
Abbildung 5.4 in drei Temperaturbereiche einzuteilen sind:
- Bei nicht zu tiefen Temperaturen ( und höher)
verursacht ein thermischer Prozeß die teilweise Vernichtung der
Kollisionskaskade, indem aus dem Zentrum der Kaskade ausdiffundierende
Vakanzen mit sich schnell bewegenden Interstitials rekombinieren
(,,Annihilation``). Dieses Phänomen wird Selbstausheilung
(Self-Annealing`` oder ,,Dynamic annealing) genannt und hängt von
der Temperatur und der Dichte der Punktdefekte ab. Man
kann sich diesen Vorgang so vorstellen, daß eine zigarrenförmige
Kollisionskaskade durch Rekombination radial kollabiert und dadurch einen
beschädigten Bereich mit kleinerem Durchmesser bildet [Mor70, Mas86]
(siehe Kapitel 5.4.1).
Die Analyse in [Mas86] zeigt, daß von T, und von
abhängt. Die Kurve für in Abbildung 5.4
spiegelt diesen Vorgang ausgezeichnet wieder, denn das Auwärtsbiegen der
Kurven links und rechts von deutet auf höhere Annihilations-Raten in
diesen peripheren Bereichen hin, und als Erklärung für dieses Phänomen
kann die geringe Punktdefektdichte am Beginn und Ende der Stoßkaskade
herangezogen werden.
- Bei tieferen Temperaturen () reicht die thermische
Energie der Punktdefekte für eine nennenswerte Migration nicht aus. Sehr
nahe benachbarte Vakanzen und Zwischengitteratome rekombinieren
jedoch. ist nur noch von T abhängig und die Dichte der
Kollisionskaskade spielt keine Rolle mehr.
- Bei sehr tiefen Temperaturen () wird die Vernichtung von
instabilen Punktdefekten -- meistens einzelne Vakanzen, die aus dem Zentrum
der Kollisionskaskade ausdiffundieren -- verhindert, und fast alle Defekte
bilden stabile Gitterschäden. nimmt daher einen konstanten Wert an.
Das Amorphisierungsmodell soll also die verbleibenden stabilen
Gitterschäden als Funktion von T liefern.
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