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very first alpha of paper 3
authorhackbard <hackbard@sage.physik.uni-augsburg.de>
Tue, 28 Sep 2010 14:44:20 +0000 (16:44 +0200)
committerhackbard <hackbard@sage.physik.uni-augsburg.de>
Tue, 28 Sep 2010 14:44:20 +0000 (16:44 +0200)
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index 614be92475e5a72ea3c9d969661eaf6be99feb25..33e0708a33d9fec99ea82053678bf629a2876984 100644 (file)
@@ -109,9 +109,7 @@ Integration of equations of motion is realized by the velocity Verlet algorithm\
 For structural relaxation of defect structures the same algorith is used with the temperature set to 0 K.
 
 The formation energy $E-N_{\text{Si}}\mu_{\text{Si}}-N_{\text{C}}\mu_{\text{C}}$ of a defect configuration is defined by chosing SiC as a particle reservoir for the C impurity, i.e. the chemical potentials are determined by the cohesive energies of a perfect Si and SiC supercell after ionic relaxation.
-Migration and recombination pathways have been investigated utilizing the constraint conjugate gradient relaxation technique (CRT)\cite{kaukonen98}.
-The binding energy of a defect pair is given by the difference of the formation energy of the complex and the sum of the two separated defect configurations.
-Accordingly, energetically favorable configurations show binding energies below zero while non-interacting isolated defects result in a binding energy of zero.
+Migration and recombination pathways have been investigated utilizing the constraint conjugate gradient relaxation technique\cite{kaukonen98}.
 
 \section{Results}
 
@@ -337,7 +335,7 @@ For both structures the C atom appears to reside on a substitutional rather than
 However, huge amount of damage hampers identification.
 The alignment of the investigated structures to the c-Si host is lost in many cases, which suggests the necissity of much more time for structural evolution to maintain the topotaptic orientation of the precipitate.
 
-\section{Discussion}
+\section{Summary and discussion}
 
 Investigations are targeted on the initially stated controversy of SiC precipitation, i.e. whether precipitation occurs abrubtly after ehough C$_{\text{i}}$ agglomerated or a successive agglomeration of C$_{\text{s}}$ on usual Si lattice sites (and Si$_{\text{i}}$) followed by a contraction into incoherent SiC.
 Results of a previous ab initio study on defects and defect combinations in C implanted Si\cite{zirkelbach10b} sugeest C$_{\text{s}}$ to play a decisive role in the precipitation of SiC in Si.
@@ -362,11 +360,17 @@ However, we observed a phase tranisiton of the C$_{\text{i}}$-dominated into a c
 The amount of substitutionally occupied C atoms increases with increasing temperature.
 Entropic contributions are assumed to be responsible for these structures at eleveated temperatures that deviate from the ground state at 0 K.
 Indeed, in a previous ab initio MD simulation\cite{zirkelbach10b} performed at \unit[900]{$^{\circ}$C} we observed the departing of a Si$_{\text{i}}$ \hkl<1 1 0> DB located next to a C$_{\text{s}}$ atom instead of a recombination into the ground state configuration, i.e. a C$_{\text{i}}$ \hkl<1 0 0> DB.
-Ci to Cs by increased temperatures ...\cite{eichhorn99}
-Increased temperatures during implantation more efficient than postannealing methods, which reflects the present problems of low temperature and low time strcutural evolution ...\cite{eichhorn02}
-C-C for low temperatures, postannealing no that efficient as for high C implantations ...\cite{deguchi92}
 
-Thus, we propose an increased participation of C$_{\text{s}}$ already in the initial stages of the precipitation process.
+% postannealing less efficient than hot implantation
+Experimental studies revealed increased implantation temperatures to be more efficient than postannealing methods for the formation of topotactically aligned precipitates\cite{eichhorn02}.
+In particular restructuring of strong C-C bonds is affected\cite{deguchi92}, which preferentially arise if additional kinetic energy provided by an increase of the implantation temperature is missing to accelerate or even enable atomic rearrangements.
+We assume this to be related to the problem of slow structural evolution encountered in the high C concentration simulations due to the insertion of high amounts of C into a small volume within a short period of time resulting in essentially no time for the system to rearrange.
+% rt implantation + annealing
+Implantations of an understoichiometric dose at room temperature followed by thermal annealing results in small spherical sized C$_{\text{i}}$ agglomerates at temperatures below \unit[700]{$^{\circ}$C} and SiC precipitates of the same size at temperatures above \unit[700]{$^{\circ}$C}\cite{werner96}.
+Since, however, the implantation temperature is considered more efficient than the postannealing temperature, SiC precipitates are expected -- and indeed are observed for as-implanted samples\cite{lindner99,lindner01} -- in implantations performed at \unit[450]{$^{\circ}$C}.
+Implanted C is therefor expected to occupy substitutionally usual Si lattice sites right from the start.
+
+Thus, we propose an increased participation of C$_{\text{s}}$ already in the initial stages of the implantation process at temperatures above \unit[450]{$^{\circ}$C}, the temperature most aplicable for the formation of SiC layers of high crystalline quality and topotactical alignment\cite{lindner99}.
 Thermally activated, C$_{\text{i}}$ is enabled to turn into C$_{\text{s}}$ accompanied by Si$_{\text{i}}$.
 The associated emission of Si$_{\text{i}}$ is needed for several reasons.
 For the agglomeration and rearrangement of C Si$_{\text{i}}$ is needed to turn C$_{\text{s}}$ into highly mobile C$_{\text{i}}$ again.
@@ -380,18 +384,6 @@ However, agglomeration and rearrangement is enabled by mobile C$_{\text{i}}$, wh
 In contrast to assumptions of an abrupt precipitation of an agglomerate of C$_{\text{i}}$\cite{werner96,werner97,eichhorn99,lindner99_2,koegler03}, however, structural evolution is believed to occur by a successive occupation of usual Si lattice sites with substitutional C.
 This mechanism satisfies the experimentally observed alignment of the \hkl(h k l) planes of the precipitate and the substrate, whereas there is no obvious reason for the topotactic orientation of an agglomerate consisting exclusively of C-Si dimers, which would necessarily involve a much more profound change in structure for the transition into SiC.
 
-\section{Summary}
-
-To conclude, we have shown that ab initio calculations on interstitial carbon in silicon are very close to the results expected from experimental data.
-The calculations presented in this work agree well with other theoretical results.
-So far, the best quantitative agreement with experimental findings has been achieved concerning the interstitial carbon mobility.
-For the first time, we have shown that the bond-centered configuration indeed constitutes a real local minimum configuration resulting in a net magnetization if spin polarized calculations are performed.
-Classical potentials, however, fail to describe the selected processes.
-This has been shown to have two reasons, i.e. the overestimated barrier of migration due to the artificial interaction cut-off on the one hand, and on the other hand the lack of quantum-mechanical effects which are crucial in the problem under study. 
-% ref mod: language - being investigated
-%In order to get more insight on the SiC precipitation mechanism, further ab initio calculations are currently investigated.
-In order to get more insight on the SiC precipitation mechanism, further ab initio calculations are currently being performed.
-
 % ----------------------------------------------------
 \section*{Acknowledgment}
 We gratefully acknowledge financial support by the Bayerische Forschungsstiftung (DPA-61/05) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG SCHM 1361/11).