Bond-centered hydrogen in silicon studied by<i>in situ</i>deep-level transient spectroscopy

Nielsen, K. Bonde; Nielsen, Bjarne; Hansen, James D.; Andersen, Ellen Juul; Andersen, J. U.

doi:10.1103/physrevb.60.1716

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“…In our case the defect symmetry has been demonstrated for the donor energy level for the first time and correlated with the stability and diffusion studies performed in Ref. [4] .…”

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“…This impurity in the first two states is stable in the bond centred (BC) position, in the latter one in the interstitial tetrahedral site. Recently, it has been shown that two kinds of BC hydrogen donors exist and both of them can be only observed after proton implantation at low temperatures [4]. One is associated with the isolated hydrogen at the BC site, the other one with the BC hydrogen weakly perturbed by an interstitial oxygen.…”

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“…The implantation procedure and the electronic level identification have been described in Ref. [4] in details. The subsequent spectra have been measured in 0.05 GPa steps of stress and the vertical shift of a baseline is proportional to the stress.…”

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confidence: 99%

“…On the other hand, both of them differ very much in the stability and the diffusion properties (see Ref. [4] for details). The conversion of the oxygen perturbed bond centred hydrogen to the negative charge state results in the appearance of much deeper acceptor level.…”

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Hydrogen and its Complexes in Silicon

et al. 2000

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In this study the technique of Laplace transform (high resolution) deep level transient spectroscopy combined with the uniaxial stress method has been used to study a symmetry and the defect reconfiguration kinetics (the stress induced alignment) of some forms of hydrogen-related centres. We have confirmed the trigonal symmetry of the defect related to the isolated bond centred hydrogen. When hydrogen decorates the vacancy-oxygen pair (the A centre) the apparent defect orthorhombic symmetry is not lowered as a result of a very high hydrogen jumping rate between two unsaturated broken bonds of the vacancy. We also show that the stress-induced defect alignment in some cases can be related to the same microscopic mechanism of the hydrogen motion as it is for the diffusion process.

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“…In our case the defect symmetry has been demonstrated for the donor energy level for the first time and correlated with the stability and diffusion studies performed in Ref. [4] .…”

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Hydrogen and its Complexes in Silicon

et al. 2000

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“…[33][34][35][36]. See also the recent study of muonium in Si by Lord et al 37 Thus, in our calculations isolated hydrogen represents a known reference state.…”

Section: B Isolated Hydrogenmentioning

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Passivation of copper in silicon by hydrogen

et al. 2005

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The structures and energies of model defects consisting of copper and hydrogen in silicon are calculated using the AIMPRO local-spin-density functional method. For isolated copper atoms, the lowest energy location is at the interstitial site with T d symmetry. Substitutional copper atoms are found to adopt a configuration with D 2d symmetry. We conclude that the symmetry is lowered from T d due to the Jahn-Teller effect. Interstitial hydrogen atoms are found to bind strongly to substitutional copper atoms with an energy that is more than the difference in formation energy over the interstitial site for Cu. The resulting complex has C 2v symmetry in the −2 charge state where the H atom is situated about 1.54 Å away from the Cu atom in a ͓100͔ direction. In other charge states the symmetry of the defect is lowered to C s or C 1 . A second hydrogen atom can bind to this complex with nearly the same energy as the first. Two structures are found for copper dihydride complexes that have nearly equal energies; one with C 2 symmetry, and the other with C s symmetry. The binding energy for a third hydrogen atom is slightly more than for the first. Calculated electronic levels for the model defects relative to one another are found to be in fair to good agreement with experimental data, except for the copper-dihydride complex. The copper trihydride complex has no deep levels in the bandgap, according to our calculations.

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Aktivierungsenergien für die Diffusion von Defekten in Silicium: die Rolle des Austauschkorrelationsfunktionals

et al. 2011

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Dem Fritz-Haber-Institut zum 100-jährigen Bestehen gewidmet Die elektrischen, optischen und magnetischen Eigenschaften von Halbleitern werden von den in ihnen enthaltenen Defekten und Verunreinigungen bestimmt. [1][2][3][4] Bei der Halbleiterproduktion müssen spezifische Verunreinigungen an bestimmten Gitterplätzen im Kristall bevorzugt erzeugt werden; ihre weitere Ausbreitung muss dabei vermieden werden, um eine ungewollte Kontaminierung zu verhindern. Experimentell bestimmte Arrhenius-Graphen (log D gegen T À1 ) kommen einer geraden Linie oft sehr nahe. Lineare Extrapolation liefert E a (die negative Steigung) und D 0 (y-Achsenabschnitt für T À1 !0). Bei Defekten in Halbleitern gibt die beinahe perfekt konstante Steigung der ArrheniusGraphen über weite Temperaturspannen [6][7][8] hinweg Grund zur Annahme, dass die Temperaturabhängigkeit der Schwingungsfrequenzen, die in den Vorfaktor D 0 eingehen, im Allgemeinen vernachlässigt werden kann.Ab-initio-Moleküldynamik(MD)-Simulationen von D(T) erfordern sehr lange Simulationszeiten.[9] Die direkte Berechnung der Aktivierungsenergien ist numerisch effizienter, doch braucht man hierfür Kenntnisse zum Diffusionspfad, insbesondere zur Lage des Sattelpunkts. Unabhängig von der verwendeten Methode gibt es jedoch Unterschiede in der Genauigkeit, mit der sich die elektronische Struktur an den Minima-und Sattelpunktkonfigurationen mithilfe der Dichtefunktionaltheorie beschreiben lässt. Die Verwendung von lokalen und semi-lokalen Austauschkorrelationsfunktionalen kann zu einer fehlerhaften Delokalisierung der Kohn-ShamOrbitale [10] und damit zu einer Unterschätzung von E a führen. Wir haben Nudged-Elastic-Band(NEB)-Rechnungen [11][12][13] mit verschiedenen E xc -Funktionalen durchgeführt, um diese Aussagen quantitativ zu überprüfen. In der Kohn-Sham-Formulierung der DFT wird das (elektronische) Vielteilchenproblem (im Prinzip exakt) auf einen Einteilchen-HamiltonOperator abgebildet. Alle Vielteilcheneffekte werden dabei im Austauschkorrelationspotential zusammengefasst. Wäre dieses Funktional bekannt, würde die Lçsung der Einteilchengleichungen die exakte Grundzustands-Elektronendichte n des Vielteilchensystems ergeben. Das exakte E xc [n] (und V xc [n] = dE xc /dn) sind jedoch nicht bekannt. Im Lauf der Jahre wurden hierfür aber nützliche Näherungen vorgeschlagen.Die Lokale-Dichte-Näherung (local-density approximation, LDA) [14] wird vom exakten E xc eines homogenen Elektronengases abgeleitet. Im Rahmen dieser Näherung ist es mçglich, die grundlegenden geometrischen Eigenschaften von Kristallstrukturen zufriedenstellend, mit Fehlermargen von wenigen Prozent, zu reproduzieren.[15] Fehler in der Grçßenordnung von 20 % für kohäsive Energien von Festkçrpern sind jedoch nicht unüblich, während die Adsorptionsenergien von Molekülen auf Oberflächen nur mit begrenzter Genauigkeit bestimmt werden kçnnen. [16,17] Funktionale, die auf der allgemeinen Gradientennnähe-rung (generalized gradient approximation, GGA) basieren,[*] Prof.

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Bond-centered hydrogen in silicon studied byin situdeep-level transient spectroscopy

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Hydrogen and its Complexes in Silicon

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