Ямки травления и дислокации в германии и кремнии
При исследовании линейчатых границ в германиевых монокристаллах, подобных описанным Фогелем и др., мы наблюдали структурные группы конических ямок травления, которые раскрывают интересные свойства дислокаций. Исследованные кристаллы были выращены вытягиванием в направлении <100>, и плоскости (100), перпендикулярные направлению роста, были протравлены в течение 4 мин. в смеси 6 мл HF, IO мл HNO3, 6 мл уксусной кислоты и 3 капель Br2.
Линейчатые границы распространялись в любых направлениях, HO предпочтительнее в направлении <110>, Впервые наблюдались группы, которые состояли из двух или трех ямок травления, расположенных симметрично относительно линейчатой границы таким образом, что дублеты располагались на равных расстояниях по обе стороны от границы, триплеты же имели центральную ямку на линии границы. Триплеты встречаются реже, чем дублеты; иногда наблюдаются их комбинации. Два примера таких комбинаций показаны на фиг. 1 и 2. Ориентировка этих групп определялась приближенно путем последующего травления одних и тех же поверхностей в смеси из 5 мл HF, 5 мл перекиси водорода и 20 мл дистиллированной воды, которая выявляла наряду с беспорядочными ямками квадратные ямки травления с краями в направлении <110>. Во всех случаях осью симметрии было направление <110>, причем оно было параллельно краям ямок травления. Несколько последовательных операций полировки и травления показали, что структурные группы имеют тенденцию распространяться внутри кристалла в направлении <100>, но в конечном счете или изменяют направление, или исчезают. На обеих фотографиях видно, что ямки в структурных группах находятся друг от друга на несколько более дальних расстояниях, чем ямки в примыкающей части границы. На фиг. 1 10 ямок занимают приблизительно такую же суммарную длину вдоль границы (39 мк), как и примыкающая к ним группа из 10 ямок (36 мк). В этой однородной части границы среднее расстояние между ямками 4 мк соответствует различию в ориентировке по разные стороны границы в 20 сек. Внутри структурной группы расстояние между ямками вдоль границы составляет, начиная с одиночной ямки за триплетом, 8,0; 9,0; 8,0; 8,0; 5,6 мк; расстояние между ямками внутри триплета составляет 7,6 мк, а внутри дублета 6,6 мк. Расстояния вдоль оси группы не вполне равномерны, но эта неравномерность, по-видимому, такая же, как и в наиболее регулярных участках одиночных рядов. С другой стороны, общая длина структурной группы, приведенной на фиг. 2, намного больше длины примыкающей группы ямок; она равна длине более отдаленной группы. Таким образом, всякое сравнение структурной группы с другими участками границы должно зависеть от общей правильности границы.
Другой тип структурной группы показан на фиг. 3 в ряду ямок, идущем посредине фотографии. На этой фотографии имеется четыре пары ямок, которые не вполне перпендикулярны ряду и расположены несимметрично относительно него. Во всех четырех парных группах расстояние между ямками одно и тоже — 9,5 мк + 5%. Далее, к трем парам примыкает третья ямка, расположенная под углом 70—80°. Эта третья ямка ближе к вершине угла, чем к другой ямке пары. Все эти три пары параллельны в пределах точности измерений и ориентированы в направлении (110).
Пример пересечения линейчатых границ, представляющий развитие структурных групп, описанных выше, показан на фиг. 4. Картина в некоторой степени подобна полигонизации, которая наблюдалась в некоторых металлах после деформации и отжига монокристаллов. Однако в этом случае одна серия параллельных линейчатых границ включает соответствующие ямки, которые образуют ряды, перпендикулярные первой серии. Расстояние между ямками равно 70 мк, что соответствует различию в ориентировке примерно в 1 сек. Неровности на поверхности шлифа — результат предшествующей обработки перекисным травителем. В явлении полигонизации перемещение дислокаций из случайных положений в решетке в регулярно расположенные ряды указывает на наличие дальнодействующих сил притяжения и отталкивания между краевыми дислокациями одного и того же знака. За счет этих сил образуются, по-видимому, симметричные структуры у поверхности и в отожженных кристаллах вблизи нее, хотя расстояние между ямками сравнительно велико. Возможно, что эти структуры включают краевые дислокации обоих знаков, но тот факт, что некоторые структуры имеют одну и ту же общую длину и одинаковое число ямок в примыкающем одиночном ряду, может указывать на то, что по крайней мере эти структуры состоят из дислокаций только одного знака.
Вычисления различий в ориентировке (указанных выше) были основаны на допущении, что ряды ямок соответствуют краевым дислокациям. Фиг. 5, на которой имеются ямки двух размеров, является убедительным доказательством существования нескольких причин образования ямок травления этого типа. Так как ямки меньших размеров образуют ряды, то они обусловлены, по-видимому, краевыми дислокациями, в то время как ямкам больших размеров остается приписать другой источник, — возможно, винтовые дислокации.
Симметричные структуры и пересечение линейчатых границ наблюдались также в кремнии, протравленном той же самой смесью.
