实验表明,离子注入到某些宽带隙的晶体中,在注入的区域会产生一个非晶层,这 些非晶层所具有的光学性质和磁学性质在电子学和光学器件上的应用价值,引起了人们 的广泛兴趣,1989年,人们在单晶A2O3(兰宝石)上获得了非晶层。图10.9是晶态的 GaAs样品被各种剂量的高能As离子轰击后观测到的结果,s2是介电常数的虚部,是由 紫外反射率谱分析推导出来的。实验表明,高能As离子的注入将约0.1m厚的薄层转 变为非晶态,与由急冷制备的非晶GaAs膜没有什么区别。 当具有较高能量的离子注入晶体后,与点阵 原子碰撞,进行能量交换,所交换的能量与注入 离子质量、靶原子质量和注入离子所带能量有 关 若交换的能量Em大于点阵原子的离位阈能 时,则点阵原子离开正常的位置,产生一个 位和填隙原子对,当所交换的能量Em>ED时, 则离位原子(或称反冲原子)获得较大的能量 它和点阵中的其它原子碰撞,继续产生离位原 离子流(单位10cm 子,形成一个级联碰撞过程,局部温升可达 1000K,称之为热峰, 注入的离子在晶体内产生大量的空位、填隙 原子,在热激活作用下,这些点缺陷不断迁移运动图10.9在离子轰击下GaAs的晶态→ 并集聚成填隙原子团、空位团,进而形成位错。在 非晶态转变 高位错密度下,每个位错周围没有足够的晶格维持 这个能量,从而使整个晶格崩溃以至形成非晶态 3.非晶态向晶态转化 蒸发制备的非晶膜,在一定程度下退火,或用一定能0 量的激光退火,可能使其由非晶结构转化成多晶甚至准单80 晶膜。人们对此过程进行了广泛的研究。现以硅化物薄膜 为例来说明此转化过程。 在半导体器件中常使用的非晶介质膜SO2,它有很好想 的稳定性。如在单晶Si表面沉积的非晶硅化物薄膜加热到 1380℃仍然是稳定的,但在碱金属或水污染的情况下,在 较低温度就开始结晶, aleksandrov从薄膜的成核、生长动 力学出发,推导出在时间t,薄膜中结晶部分所占的体积分 数为: 图10.10硅化物非晶薄膜 n()=1-exp-b1(r)·-z3(t-r)ar](102)在10℃下结晶分数与时间的关系 式中r是已过去的时间,t是加热总时间,I(r)是准球形成核中心的形成速率,V是 生长的线性速率。若在给定温度下,稳定成核速率为常数。积分(10.2)得:实验表明，离子注入到某些宽带隙的晶体中，在注入的区域会产生一个非晶层，这 些非晶层所具有的光学性质和磁学性质在电子学和光学器件上的应用价值，引起了人们 的广泛兴趣，1989 年，人们在单晶Al2O3（兰宝石）上获得了非晶层。图 10.9 是晶态的 GaAs样品被各种剂量的高能As+ 离子轰击后观测到的结果，ε2是介电常数的虚部，是由 紫外反射率谱分析推导出来的。实验表明，高能As+ 离子的注入将约 0.1μm厚的薄层转 变为非晶态，与由急冷制备的非晶GaAs膜没有什么区别。 当具有较高能量的离子注入晶体后，与点阵 原子碰撞，进行能量交换，所交换的能量与注入 离子质量、靶原子质量和注入离子所带能量有 关。 若交换的能量Em大于点阵原子的离位阈能 ED时，则点阵原子离开正常的位置，产生一个 空位和填隙原子对，当所交换的能量Em>>ED时， 则离位原子（或称反冲原子）获得较大的能量， 它和点阵中的其它原子碰撞，继续产生离位原 子，形成一个级联碰撞过程，局部温升可达 1000K，称之为热峰。 注入的离子在晶体内产生大量的空位、填隙 原子，在热激活作用下，这些点缺陷不断迁移运动 并集聚成填隙原子团、空位团，进而形成位错。在 高位错密度下，每个位错周围没有足够的晶格维持 这个能量，从而使整个晶格崩溃以至形成非晶态。 3. 非晶态向晶态转化 蒸发制备的非晶膜，在一定程度下退火，或用一定能 量的激光退火，可能使其由非晶结构转化成多晶甚至准单 晶膜。人们对此过程进行了广泛的研究。现以硅化物薄膜 为例来说明此转化过程。 在半导体器件中常使用的非晶介质膜SiO2，它有很好 的稳定性。如在单晶Si表面沉积的非晶硅化物薄膜加热到 1380℃仍然是稳定的，但在碱金属或水污染的情况下，在 较低温度就开始结晶，Alersandrov从薄膜的成核、生长动 力学出发，推导出在时间t，薄膜中结晶部分所占的体积分 数为： 图 10.9 在离子轰击下 GaAs 的晶态→ 非晶态转变 图 10.10 硅化物非晶薄膜 ])( 在 1100℃下结晶分数与时间的关系 3 1 )([1 3 3 0 η dtVIexp)t( ττπτ t −⋅∫−−= （10.2） 式中τ是已过去的时间，t 是加热总时间，I（τ）是准球形成核中心的形成速率，V 是 生长的线性速率。若在给定温度下，稳定成核速率为常数。积分（10.2）得： 7