二硼烷在 Si(100)-2$\times$1 上实现原子级精度 p 型掺杂的模型

二硼烷（B$_2$H$_6$）是一种用于硅原子级精度 p 型掺杂的有前途的分子前驱体，最近已在实验中得到证实 [T. {\v{S}}kere{\v{n}}, \textit{et al.,} Nature Electronics (2020)]。我们使用密度泛函理论（DFT）计算来确定二硼烷解离为在吸附到 Si(100)-2$\times$1 表面后将作为电活性替代位硼掺入的物种的反应路径。我们的计算表明二硼烷必须克服能量势垒才能吸附，这解释了实验观察到的低黏附系数（室温下 $< 10^{-4}$），并表明加热可用于提高吸附速率。在黏附后，二硼烷有约 $50\%$ 的几率分裂为两个 BH$_3$ 碎片，而非仅失去氢形成如 B$_2$H$_4$ 的二聚体。由于硼二聚体可能电惰性，是否发生后者反应被证明可预测掺入率。解离过程伴随显著能量势垒，需要使用高温以实现掺入。利用 DFT 计算的势垒，我们参数化了一个动力学蒙特卡洛模型，该模型预测硼作为初始去钝化几何、剂量和退火温度函数的掺入统计。我们的结果表明二硼烷的二聚体性质固有地限制了其作为受主前驱体的掺杂密度，并且进一步表明在暴露于硅之前加热硼二聚体使其分裂会导致在氢和卤素抗蚀剂上选择性差。这表明尽管二硼烷可作为原子级精度受主前驱体，其他非二聚化受主前驱体可能在更低温度下实现更高掺入率。