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   1 \chapter{Summary and conclusions}
   2 \label{chapter:summary}
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   4 In a short review of the C/Si compound and the fabrication of the technologically promising semiconductor SiC by IBS, two controversial assumptions of the precipitation mechanism of 3C-SiC in c-Si are elaborated.
   5 To solve this controversy and contribute to the understanding of SiC precipitation in c-Si, a series of atomistic simulations is carried out.
   6 In the first part, intrinsic and C related point defects in c-Si as well as some selected diffusion processes of the C defect are investigated by means of first-principles quatum-mechanical calculations based on DFT and classical potential calculations employing a Tersoff-like analytical bond order potential.
   7 Shortcomings of the computationally efficient though less accurate classical potential approach compared to the quantum-mechanical treatment are revealed.
   8 The study proceeds investigating combinations of defect structures and related diffusion processes exclusively by the first-principles method.
   9 The applicability of the utilized bond order potential for subsequent MD simulations is discussed.
  10 Conclusions on the precipitation based on the DFT results are drawn.
  11 In the second part, classical potential MD simulations are performed, which try to directly reproduce the precipitation.
  12 Next to the shortcomings of the potential, quirks inherent to MD are discussed and a workaround is proposed.
  13 Although direct formation of SiC fails to appear, the results suggest a mechanism of precipitation, which is consistent with previous quantum-mechanical conclusions as well as experimental findings.
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  15 Obtained results
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  20 Experimental studies revealed increased implantation temperatures to be more efficient than postannealing methods for the formation of topotactically aligned precipitates \cite{kimura82,eichhorn02}.
  21 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.
  22 This is assumed 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.
  23 % rt implantation + annealing
  24 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}.
  25 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}.
  26 Implanted C is therefore expected to occupy substitutionally usual Si lattice sites right from the start.
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  28 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 applicable for the formation of SiC layers of high crystalline quality and topotactical alignment\cite{lindner99}.
  29 Thermally activated, C$_{\text{i}}$ is enabled to turn into C$_{\text{s}}$ accompanied by Si$_{\text{i}}$.
  30 The associated emission of Si$_{\text{i}}$ is needed for several reasons.
  31 For the agglomeration and rearrangement of C, Si$_{\text{i}}$ is needed to turn C$_{\text{s}}$ into highly mobile C$_{\text{i}}$ again.
  32 Since the conversion of a coherent SiC structure, i.e. C$_{\text{s}}$ occupying the Si lattice sites of one of the two fcc lattices that build up the c-Si diamond lattice, into incoherent SiC is accompanied by a reduction in volume, large amounts of strain are assumed to reside in the coherent as well as at the surface of the incoherent structure.
  33 Si$_{\text{i}}$ serves either as a supply of Si atoms needed in the surrounding of the contracted precipitates or as an interstitial defect minimizing the emerging strain energy of a coherent precipitate.
  34 The latter has been directly identified in the present simulation study, i.e. structures of two C$_{\text{s}}$ atoms and Si$_{\text{i}}$ located in the vicinity.
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  36 It is, thus, concluded that precipitation occurs by successive agglomeration of C$_{\text{s}}$ as already proposed by Nejim et~al.\cite{nejim95}.
  37 This agrees well with a previous ab initio study on defects in C implanted Si\cite{zirkelbach11a}, which showed C$_{\text{s}}$ to occur in all probability.
  38 However, agglomeration and rearrangement is enabled by mobile C$_{\text{i}}$, which has to be present at the same time and is formed by recombination of C$_{\text{s}}$ and Si$_{\text{i}}$.
  39 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.
  40 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.
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