Заряжается отрицательно

Сторонние проникающие частицы и образованные ими каскады, кроме того, создают локальную ионизацию, что влияет на те процессы в изоляторах и проводниках, которые зависят от зарядового состояния — отжиг, диффузию, образование вакансионных кластеров и центров окраски. Следовательно, для того чтобы успешно проводить исследования изменений свойств реакторных материалов под облучением и находить пути к минимизации этих изменений, прежде всего необходимо знать, как тяжелая частица отдает свою энергию, двигаясь в веществе. В частности, нужно обладать теоретическими и экспериментальными методами определения распределения пробегов проникающих ионов и энергии, вложенной в движение атомов материала — мишени, поскольку именно этими величинами определяется концентрационный профиль точечных дефектов. Мы остановимся здесь на кинетическом подходе к описанию каскадов [25—30], в основу которого положены методы, развитые в теории переноса нейтронов, поскольку, во-первых, с помощью этого подхода в настоящее время разработаны программы расчета с необходимой (10—15%) точностью концентрационных профилей радиационных повреждений [31, 32] и, во-вторых, он далеко не исчерпал себя как в смысле повышения точности, так и в смысле увеличения композиционной сложности материалов, доступных исследованию. Дополненный расчетами спектров ПВА, образованных различными

структуры кристалла, зарядового состояния примеси и внешнего гидростатического давления демонстрируют расчеты [63] примесей О, Si в вюртцитоподобной (в) и сфалеритоподобной (с) полиморфных модификациях A1N, GaN. Вычисления проведены в рамках теории функционала электронной плотности самосогласованным методом неэмпирического псевдопотенциала в моделях 32- и 72-атомных сверхячеек. На конфигурационной диаграмме (рис. 2.8) четко прослеживается образование глубокого DX-цент-ра при сдвиге атома кислорода в анионном состоянии (О~) вдоль направления [0001] в e-AlN. Корреляционная энергия DX-конфи-гураций, в соответствии с (2.1), рассчитывалась как U = Е+ + Е~ -- 2?°, где Еч — энергия образования дефекта в зарядовом состоянии q. Видно (см. табл. 2.4), что для О U < 0 при значительном релаксационном смещении примеси, тогда как для нейтрального (и катионного) состояний дефектов дополнительные (метаста-бильные) минимумы Еч отсутствуют, и их наиболее устойчивой позицией является узел замещаемого элемента (азота). Любопытно, что для c-AIN DX-состояний для примесного кислорода не возникает. Этот факт объясняют [63] различиями во взаимодействиях О~ с атомами матрицы, составляющими третью координационную сферу дефекта. В e-AIN третью сферу О~ в направлении [0001] образуют атомы А1, рис. 2.9. Значительный релаксационный сдвиг О~ (-0,9 А) уменьшает дистанцию О—А1 от 3,1 А (в нерелаксированной решетке) до -2,06 А, что лишь на -0,2 А больше равновесного состояния Al—О (1,89 А) в оксидах алюминия. Это указывает на причину формирования стабильного DX-центра в e-AIN как следствие образования сильной кова-лентной связи А1—О. Наоборот, в c-AIN ближайший атом А1 в

К настоящему времени в рамках строгих квантовохимических методов изучено достаточно большое число примесных дефектов в Ш-нитридах, см. табл. 2.3, установлен ряд типов глубоких DX, АХ-центров, исследован механизм формирования некоторых из них. Имеющиеся данные позволяют утверждать, что вероятность реконструкции каждого конкретного центра зависит от многих факторов: электронного строения, типа межатомных связей и структуры кристалла, химической природы и зарядового состояния дефекта, внешних условий (например давления). Механизм реконструкции с образованием определенного конфигурационного состояния дефекта (тетрагонального, тригонального, орторомби-ческого) будет зависеть от энергетического баланса (экзо- или эндотермического) между возможными метастабильными состояниями, определяемого вкладами "разорванных" и "новых" ковалент-

Особым типом дефектов в нитридах являются антисайты (As) — антиузельные дефекты замещения (например, атомы азота в узлах катионной подрешетки нитрида). Численные оценки энергии формирования анионного антисайта (GaN:NGa°) [67] предсказывают ее большое положительное значение, что исключает вероятность существования значительной концентрации нейтрально заряженных антисайтов NGa°. Более подробный анализ [69] обнаружил существование набора глубоких DX-центров для отрицательно заряженных антисайтов NG/~. В этом случае дополнительный электрон локализуется на антисвязывающей орбитали, ориентированной вдоль направления [111]. Реконструкция дефекта сопровождается значительным смещением антисайта из узла катионной решетки (AsGa —> VGa + A^) с образованием вакансии (VGa) и междуузельного иона азота (Л^). В результате конфигурация (NQ/") изменяется от тетрагональной до тригональной. На рис. 2.11 представлены зависимости полной энергии системы GaN:NGa«- от зарядового состояния антисайта и величины релаксационного смещения. Видно, что нейтральный As образует метаста-бильный примесный центр, в случае q - 1 возникают два мелких примесных центра, для q = 2 — глубокий DX-центр, характеризующийся заметным релаксационным сдвигом.

Подводя предварительные итоги результатов работ по компьютерному моделированию структурного и химического состояния примесных систем на основе Ш-нитридов, можно заключить, что при легировании кристалла изо- и гетеровалентными примесями может происходить реконструкция состояния дефекта с образованием глубоких примесных DX-, АХ-центров. Процесс реконструкции сопровождается изменением зарядового состояния примеси и значительными релаксационными сдвигами инородного атома. Образующаяся в окружении дефектов атомная конфигурация может рассматриваться как фрагмент "промежуточной" структуры между структурой матрицы и структурой стабильной бинарной фазы, которую образует элемент замещения с координирующими его атомами.

ного диэлектрика транзисторов в МДП-технологии. Поскольку основным направлением развития современной МДП-технологии является уменьшение толщины подзатворного диэлектрика, то значительно возрастает влияние на работу МДП-приборов таких процессов, как туннелирование, интерференция электронов в тонких слоях, инжекция носителей заряда в диэлектрик, электрический пробой. С уменьшением толщины двуокиси кремния возрастает и нестабильность характеристик, описывающих эти процессы. На энергетический профиль зонной диаграммы существенное влияние оказывает структурно-примесный состав переходного слоя кремний — двуокись кремния [37]. Поэтому возрастает роль процессов в МДП-системах, связанных с влиянием сильных электрических полей. Воздействие инжекции носителей на диэлектрик МДП-систем в таких полях приводит к изменению зарядового состояния диэлектрика, повышению плотности поверхностных состояний на границе раздела полупроводник—диэлектрик и активизации деградационных процессов в электрически активных дефектах.

На зависимость туннельного тока от напряжения существенное влияние оказывают плотности зарядов, захваченных в диэлектрике, и места их локализации. Положительный заряд в диэлектрике МДП-структуры сдвигает ВАХ в сторону меньших напряжений, отрицательный — в сторону больших. Поэтому сдвиг ВАХ МДП-структур по оси напряжений может характеризовать изменение зарядового состояния диэлектрика. Если предположить, что в диэлектрической пленке накапливаются положительный заряд плотностью р, центроид которого находится на расстоянии X от границы раздела диэлектрик— полупроводник, и отрицательный плотностью N с положением центроида Хп, то сдвиг ВАХ МДП-структуры будет описываться следующим выражением:

Таким образом, неоднозначность приводимых в литературе экспериментальных данных, характеризующих зарядовую деградацию МДП-си-стем на основе двуокиси кремния при инжекционных нагрузках, затрудняет их анализ и создание общей теоретической модели, описывающей эти процессы. Исследования в данной области находятся лишь в стадии накопления экспериментальных данных и разработки модельных представлений. Несмотря на обилие работ, посвященных экспериментальным исследованиям зарядовой нестабильности и определению механизмов накопления зарядов в системе Si-SiO2, и на широкое использование данных систем в микроэлектронике в качестве подзатворных диэлектриков, до настоящего времени отсутствует физико-математическая модель зарядового состояния системы Si—SiO2, учитывающая в полной мере основные механизмы захвата носителей в двуокиси кремния, положения центроидов зарядов, напряженности локальных электрических полей, миграцию атомов и ионов водорода и т.д.

В модели зарядовой деградации МДП-структуры с SiO2 учитывались следующие механизмы изменения зарядового состояния диэлектрика: межзонная ударная ионизация в SiO2 с образованием электронно-дырочных пар и последующим захватом дырок на ловушки в оксиде, а также захват инжектированных электронов заполненными дырочными ловушками; захват электронов на первичные электронные ловушки в SiO2. Общее изменение напряжения на МДП-системе с SiO2, обусловленное зарядовой деградацией при постоянном токе инжекции, равно:

Анализ результатов работ, связанных с инжекцией носителей в сильных электрических полях по Фаулеру—Нордгейму, и исследование аналитических моделей зарядового состояния МДП-структур [43] показали, что инжекция носителей может применяться не только как метод ускоренных испытаний, но и как процесс, позволяющий целенаправленно изменять электрофизические параметры МДП-структур, т. е. осуществлять модификацию их свойств.

Создание полевых приборов на основе МДП-структур, параметрами которых можно было бы управлять после их изготовления, открывает новые возможности для применения их в микроэлектронике. Одним из перспективных методов управления пороговым напряжением МДП-транзисторов является изменение зарядового состояния подзатворной системы, включающей в себя подзатворный диэлектрик с электронными ловушками, заполнение которых производится с использованием сильнополевой туннельной инжекции.

заряжается положительно за счет перешедших на нее катио-нов, а раствор у поверхности металла заряжается отрицательно ** в связи с избытком анионов, оставшихся после ухода части ка-«ЧГ\гионов из раствора (рис. 8, б).

Проводник /, теряя электроны, заряжается положительно, проводник 2, приобретая избыточные электроны, заряжается отрицательно. Возникновение этих зарядов вызывает смещение друг относительно друга энергетических уровней проводников / и 2. В проводнике /, заряженном положительно, все уровни опускаются вниз, а в проводнике 2, заряженном отрицательно, все уровни поднимаются вверх относительно своих положений в незаряженном состоянии этих проводников (рис. 8.9, б). Это легко понять из следующих простых рассуждений. Для перевода электрона, например, с нулевого уровня Oj металла / на нулевой уровень 02 металла 2, находящегося под отрицательным потенциалом —V, относительно металла / необходимо совершить работу, численно равную qV. Эта работа переходит в потенциальную энергию электрона. Поэтому

На лист бумаги наносится тонкий слой высокоомного полупроводника (обычно ZnO). Перед фотографированием пленка посредством газового разряда заряжается отрицательно. При проецировании на такую бумагу изображения поверхностный заряд с сильно освещенных частей стекает значительно быстрее, чем со слабо освещенных, вследствие чего после экспозиции на бумаге возникает электрическое изображение объекта. Для проявления электрического изображения бумагу обдувают слабым потоком заряженных частиц специаль-

Металл отдает атому кислорода два электрона. Внешняя поверхность адсорбированной пленки при этом заряжается отрицательно, а внутренняя положительно.

в раствор некоторое количество ион-атомов в виде гидра-тированных ионов. Эти ионы образуют внешнюю положительную часть двойного слоя, тогда как внутреннюю его часть создадут избыточные теперь электроны. Образование такого рода слоя показано на рис. 1-2. В этом случае металл заряжается отрицательно, а раствор положительно. Описанный процесс характерен для всех неблагородных металлов: Fe, Zn, Al, Sn, Pb и др.

Трубчатые электрофильтры имеют в ка-честве осадительных электродов батарею вертикальных труб диаметром 250— 300 мм. Дымовые_газы со скоростью 1,5 — 2 м/сек подаются снизу в вертикальную трубу длиной 3 — 5 м, которая является осадитель-ным электродом. В центре трубы натянута проволока диаметром 1 — 3 мм, служащая коронирующим электродом. К электродам подается постоянный ток напряжением 35 — 70 тыс. в;, при 'этом коронирующий электрод заряжается отрицательно, а оса- Рис. 39. Схема элемента дительный — положительно. При пропу- трубчатого электрофильт- • екании электрического тока вокруг цент- ра:

металла заряжается отрицательно в связи с избытком анионов, оставшихся

Причины возникновения двойной дуги объясняются следующим Между столбом дуги и стенками канала сопла находится изолирующая прослойка непроводящего "холодного" газа, средняя температура которого 2000...3000 °С. Толщина этой прослойки 3...5 % от диаметра канала. В плазме столба дуги движутся нейтральные атомы, положительные ионы и электроны, обладающие значительно большей подвижностью из-за малой массы. Часть электронов, обладая высокой скоростью, проскакивает изолирующую прослойку и стекает на сопло. Вследствие этого сопло заряжается отрицательно относительно столба дуги. Наименьшая разность потенциалов имеет место в сечении у электрода, а наибольшая - на выходе газа из сопла. Если разность потенциалов между столбом дуги и стенкой сопла достигнет некоторого критического значения, то на поверхности сопла возникнет катодное пятно дуги сопло - деталь. Возникновение второго активного пятна в этом случае уже не представляет трудностей.

Хемосорбцией называется процесс адсорбции, сопровождающийся химической реакцией между молекулами адсорбированного вещества и металлом. Энергия связи между атомами оценивается величинами 150-160кДж/моль. Связь, возникающая между металлом и окислителем, имеет ионный характер. Металл отдает атому адсорбированного вещества электроны. Процесс хемосорбции протекает очень быстро (доли секунды). Внешняя поверхность адсорбированной пленки при этом заряжается отрицательно, а внутренняя — положительно.

Скорости прямого и обратного перехода в общем случае неодинаковы. Если растворение металла происходит быстрее, чем его осаждение, то металл по отношению к электролиту заряжается отрицательно. В результате скорость растворения металла уменьшается, а скорость его осаждения растет. Сдвиг потенциала в отрицательную сторону продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто

При переходе катионов металла в раствор поверхность металла заряжается отрицательно. К ней притягиваются положительно заряженные анионы. Возникает двойной электрический слой (ДЭС), который подобен структуре плоского конденсатора (рис. 4.1, а). Такие представления о строении ДЭС были выдвинуты немецким ученым Гельмгольцем. Одна из обкладок конденсатора совпадает с плоскостью, проходящей через поверхностные заряды в металле, а другая — с плоскостью, соединяющей центры тяжести зарядов ионов, находящихся в растворе, но притянутых электростатическими силами к поверхности металла.