沟道效应含义及证明实验

如下图中的A所示。如果注入离子的半径较小，它沿着敞开的晶体方向注入时，沟道效应更加显著。硅的<100> 和<111> 晶向，沟道敞开约，容易接受半径较小的离子（N、B、Al、Ga， P、As、Sb），硅的<110> 晶向，沟道敞开约，接受面积较大，它几乎可以接受所有的离子，离子沿<110> 晶向注入，受到电子的作用较弱。

离子注入晶体的例子

如果注入的离子沿沟道方向运动，必须具有三个基本的条件：

第一，离子可以透过原子排之间敞开的沟道；

第二，必须有一个力作用在离子上，控制它朝沟道的中央运动;

第三，沟道离子必须是稳定的。

有两类实验可以证实存在沟道效应，第一类是，然后进入探测器进行计数，或者测量透射单晶片的电流。这类实验的装置示意图如下图所示。50keV的质子通过金的单晶薄片，进入测量电流的电极。围绕着垂直单晶薄片表面的轴旋转晶体，可以改变晶格的方向而不影响质子穿透单晶薄片的厚度，因而，测得的电流变化便反映出晶体结构的影响。

离子穿透单晶薄片进入探测电极的装置示意图

图1.3示出了透射的离子电流随晶体围绕轴旋转角度θ的变化。

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如果入射离子（质子）的能量较高，则可用硅面垒探测器直接测量透射质子的数目。在透射中，每个质子失去的能量，可以直接从计数的脉冲高度来测量，测量结果如图1.4表示，A是入射质子束的谱，C是入射质子束未对准单晶硅晶轴的谱，B是入射质子束对准硅面的谱，B谱分成两个区域，即能量损失较小的尖峰（反常峰）和非对准情形中的正常峰，反常峰和沟道现象有关。正常峰是进入沟道的粒子，在单晶硅内运动到适当的位置变成退道引起的。另一类实验是测量离子注入晶体后的射程分布，沿晶向注入，离子穿透较深，如图1.5所示。1

沟道效应用于确定杂质原子在晶格中的位置

杂质原子在晶格中的位置，对晶体的电学和光学等特性都有明显的影响，因而可用电学和光学等方法对杂质原子定位。但是，这种测量通常是间接的，不能提供在晶体格位上杂质原子所占的比例。而利用沟道效应则可提供一种直接的测量方法，可确定上述比例。若再结合电学和光学性质的研究，则有可能最终解决各种类型的缺陷对离子注入层导电率的贡献。这种方法已广泛用于硅和锗的研究。下面我们介绍背散射的沟道效应。核反应与感生X射线的沟道效应原理与之相同，此处不再赘述。

由于沟道粒子不能与晶体格位上的原子作用而产生近距事件，故定向谱的背散射产额比随机谱显著减小（可减小20~100倍）。让我们来考虑金刚石型晶格的情况，大多数半导体晶体都是这种结构，下图描绘了它的原子构型在面上的投影。图中阴影部分为“禁区”，在此区域内沟道粒子不能贯穿，非阴影部分为可通行区，即所谓“沟道”，此区域内沟道粒子可以通过。杂质原子可能有三种位置：

●为替代位置，位于<111> 、<110> 及<100>的原子列上；

▲为四面体间隙位置，位于<100>及<111>的原子列上，而不在<110>的原子列上；

X为任意间隙位置，不位于任何原子列。

金刚石{110}面上结构