硅中间隙碳与氧缺陷复合物的形成与解离反应

我们提出了一项详细的第一性原理研究，探讨了硅中间隙碳氧复合物 $\mathrm{C_{i}O_{i}}$ 和 $\mathrm{C_{i}O_{2i}}$ 的形成与解离沿相关反应和迁移路径的构型空间。研究发现，$\mathrm{C_{i}O_{i}}$ 和 $\mathrm{C_{i}O_{2i}}$ 的形成/解离机制是通过被晶格锚定的氧复合物捕获/释放可移动的 $\mathrm{C_{i}}$ 杂质实现的。$\mathrm{C_{i}O_{i}}$ 和 $\mathrm{C_{i}O_{2i}}$ 解离为更小部分的最低活化能分别为 2.3 eV 和 3.1 eV。前者与观察到的 $\mathrm{C_{i}O_{i}}$ 退火温度（约在 400 $^{\circ}$C 发生）相符，且低于 $\mathrm{O_{i}}$ 扩散的阈值。后者显著超过了 $\mathrm{C_{i}O_{2i}}$ 退火的实测活化能（$E_{\mathrm{a}}=2.55$ eV）。我们提出，其实际退火机制并非解离，而是 $\mathrm{C_{i}O_{2i}}$ 捕获间隙氧，因此受 $\mathrm{O_{i}}$ 的迁移势垒（$E_{\mathrm{m}}=2.53$ eV）控制。本研究还测量了 $\mathrm{C_{i}O_{i}}$ 和 $\mathrm{C_{i}O_{2i}}$ 的空穴俘获截面和俘获势垒。结合先前报道的数据，我们发现了与第一性原理结果直接可比的热力学施主跃迁。这两个能级表现出相近的特征，符合一个模型，即 $\mathrm{C_{i}O_{2i}}$ 的电子特性可以描述为受邻近 O 原子微扰的 $\mathrm{C_{i}O_{i}}$ 的特性。