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index 98337ee..ac22288 100644 (file)
@@ -1,7 +1,7 @@
 \chapter{Point defects in silicon}
 \label{chapter:defects}
 
-Regarding the supposed conversion mechanisms of SiC in c-Si as introduced in section \ref{section:assumed_prec} the understanding of C and Si interstitial point defects in c-Si is of fundamental interest.
+Regarding the supposed conversion mechanisms of SiC in c-Si as introduced in section~\ref{section:assumed_prec} the understanding of C and Si interstitial point defects in c-Si is of fundamental interest.
 During implantation, defects such as vacancies (V), substitutional C (C$_{\text{s}}$), interstitial C (C$_{\text{i}}$) and Si self-interstitials (Si$_{\text{i}}$) are created, which are believed to play a decisive role in the precipitation process.
 In the following, these defects are systematically examined by computationally efficient, classical potential as well as highly accurate DFT calculations with the parameters and simulation conditions that are defined in chapter~\ref{chapter:simulation}.
 Both methods are used to investigate selected diffusion processes of some of the defect configurations.
@@ -16,8 +16,8 @@ Respective results allow to draw conclusions concerning the SiC precipitation in
 
 \section{Silicon self-interstitials}
 
-For investigating the \si{} structures a Si atom is inserted or removed according to Fig.~\ref{fig:basics:ins_pos} of section \ref{section:basics:defects}.
-The formation energies of \si{} configurations are listed in Table \ref{tab:defects:si_self} for both methods used in this work as well as results obtained by other {\em ab initio} studies \cite{al-mushadani03,leung99}.
+For investigating the \si{} structures a Si atom is inserted or removed according to Fig.~\ref{fig:basics:ins_pos} of section~\ref{section:basics:defects}.
+The formation energies of \si{} configurations are listed in Table~\ref{tab:defects:si_self} for both methods used in this work as well as results obtained by other {\em ab initio} studies~\cite{al-mushadani03,leung99}.
 \bibpunct{}{}{,}{n}{}{}
 \begin{table}[tp]
 \begin{center}
@@ -30,8 +30,8 @@ The formation energies of \si{} configurations are listed in Table \ref{tab:defe
 \textsc{vasp} & 3.39 & 3.42 & 3.77 & 4.41 & 3.63 \\
 \textsc{posic} & 4.39 & 4.48$^*$ & 3.40 & 5.42 & 3.13 \\
 \multicolumn{6}{c}{Other {\em ab initio} studies} \\
-Ref. \cite{al-mushadani03} & 3.40 & 3.45 & - & - & 3.53 \\
-Ref. \cite{leung99} & 3.31 & 3.31 & 3.43 & - & - \\
+Ref.~\cite{al-mushadani03} & 3.40 & 3.45 & - & - & 3.53 \\
+Ref.~\cite{leung99} & 3.31 & 3.31 & 3.43 & - & - \\
 \hline
 \hline
 \end{tabular}
@@ -92,20 +92,20 @@ There are differences between the various results of the quantum-mechanical calc
 This is nicely reproduced by the DFT calculations performed in this work.
 
 It has turned out to be very difficult to capture the results of quantum-mechanical calculations in analytical potential models.
-Among the established analytical potentials only the environment-dependent interatomic potential (EDIP) \cite{bazant97,justo98} and Stillinger-Weber \cite{stillinger85} potential reproduce the correct order in energy of the defects.
+Among the established analytical potentials only the environment-dependent interatomic potential (EDIP)~\cite{bazant97,justo98} and Stillinger-Weber~\cite{stillinger85} potential reproduce the correct order in energy of the defects.
 However, these potentials show shortcomings concerning the description of other physical properties and are unable to describe the C-C and C-Si interaction.
 In fact the EA potential calculations favor the tetrahedral defect configuration.
 This limitation is assumed to arise due to the cut-off.
 In the tetrahedral configuration the second neighbors are only slightly more distant than the first neighbors, which creates the particular problem.
-Indeed, an increase of the cut-off results in increased values of the formation energies \cite{albe_sic_pot}, which is most significant for the tetrahedral configuration.
-The same issue has already been discussed by Tersoff \cite{tersoff90} with regard to the description of the tetrahedral C defect using his potential.
+Indeed, an increase of the cut-off results in increased values of the formation energies~\cite{albe_sic_pot}, which is most significant for the tetrahedral configuration.
+The same issue has already been discussed by Tersoff~\cite{tersoff90} with regard to the description of the tetrahedral C defect using his potential.
 While not completely rendering impossible further, more challenging empirical potential studies on large systems, the artifact has to be taken into account in the investigations of defect combinations later on in this chapter.
 
-The hexagonal configuration is not stable opposed to results of the authors of the potential \cite{albe_sic_pot}.
+The hexagonal configuration is not stable opposed to results of the authors of the potential~\cite{albe_sic_pot}.
 In the first two picoseconds, while kinetic energy is decoupled from the system, the \si{} seems to condense at the hexagonal site.
 The formation energy of \unit[4.48]{eV} is determined by this low kinetic energy configuration shortly before the relaxation process starts.
 The \si{} atom then begins to slowly move towards an energetically more favorable position very close to the tetrahedral one but slightly displaced along the three coordinate axes.
-The formation energy of \unit[3.96]{eV} for this type of interstitial is equal to the result for the hexagonal one in the original work \cite{albe_sic_pot}.
+The formation energy of \unit[3.96]{eV} for this type of interstitial is equal to the result for the hexagonal one in the original work~\cite{albe_sic_pot}.
 Obviously, the authors did not carefully check the relaxed results assuming a hexagonal configuration.
 In Fig.~\ref{fig:defects:kin_si_hex} the relaxation process is shown on the basis of the kinetic energy plot.
 \begin{figure}[tp]
@@ -115,7 +115,7 @@ In Fig.~\ref{fig:defects:kin_si_hex} the relaxation process is shown on the basi
 \caption{Kinetic energy plot of the relaxation process of the hexagonal silicon self-interstitial defect simulation using the EA potential.}
 \label{fig:defects:kin_si_hex}
 \end{figure}
-To exclude failures in the implementation of the potential or the MD code itself the hexagonal defect structure was double-checked with the \textsc{parcas} MD code \cite{parcas_md}.
+To exclude failures in the implementation of the potential or the MD code itself the hexagonal defect structure was double-checked with the \textsc{parcas} MD code~\cite{parcas_md}.
 The respective relaxation energetics are likewise plotted and look similar to the energetics obtained by \textsc{posic}.
 In fact, the same type of interstitial arises using random insertions.
 In addition, variations exist, in which the displacement is only along two \hkl<1 0 0> axes ($E_\text{f}=3.8\,\text{eV}$) or along a single \hkl<1 0 0> axes ($E_\text{f}=3.6\,\text{eV}$) successively approximating the tetrahedral configuration and formation energy.
@@ -150,13 +150,13 @@ A more detailed description of the chemical bonding is achieved through quantum-
 
 \subsection{Defect structures in a nutshell}
 
-For investigating the \ci{} structures a C atom is inserted or removed according to Fig.~\ref{fig:basics:ins_pos} of section \ref{section:basics:defects}.
-Formation energies of the most common C point defects in crystalline Si are summarized in Table \ref{tab:defects:c_ints}.
+For investigating the \ci{} structures a C atom is inserted or removed according to Fig.~\ref{fig:basics:ins_pos} of section~\ref{section:basics:defects}.
+Formation energies of the most common C point defects in crystalline Si are summarized in Table~\ref{tab:defects:c_ints}.
 The relaxed configurations are visualized in Fig.~\ref{fig:defects:c_conf}.
 Again, the displayed structures are the results obtained by the classical potential calculations.
 The type of reservoir of the C impurity to determine the formation energy of the defect is chosen to be SiC.
-This is consistent with the methods used in the articles \cite{tersoff90,dal_pino93}, which the results are compared to in the following.
-Hence, the chemical potential of Si and C is determined by the cohesive energy of Si and SiC as discussed in section \ref{section:basics:defects}.
+This is consistent with the methods used in the articles~\cite{tersoff90,dal_pino93}, which the results are compared to in the following.
+Hence, the chemical potential of Si and C is determined by the cohesive energy of Si and SiC as discussed in section~\ref{section:basics:defects}.
 \begin{table}[tp]
 \begin{center}
 \begin{tabular}{l c c c c c c}
@@ -168,8 +168,8 @@ Present study & & & & & & \\
  \textsc{posic} & 6.09 & 9.05$^*$ & 3.88 & 5.18 & 0.75 & 5.59$^*$ \\
  \textsc{vasp} & Unstable & Unstable & 3.72 & 4.16 & 1.95 & 4.66 \\
 Other studies & & & & & & \\
- Tersoff \cite{tersoff90} & 3.8 & 6.7 & 4.6 & 5.9 & 1.6 & 5.3 \\
- {\em Ab initio} \cite{dal_pino93,capaz94} & - & - & x & - & 1.89 & x+2.1 \\
+ Tersoff~\cite{tersoff90} & 3.8 & 6.7 & 4.6 & 5.9 & 1.6 & 5.3 \\
+ {\em Ab initio}~\cite{dal_pino93,capaz94} & - & - & x & - & 1.89 & x+2.1 \\
 \hline
 \hline
 \end{tabular}
@@ -233,15 +233,15 @@ $E_{\text{f}}=0.75\,\text{eV}$\\
 \end{figure}
 
 \cs{} occupying an already vacant Si lattice site, which is in fact not an interstitial defect, is found to be the lowest configuration in energy for all potential models.
-An experimental value of the formation energy of \cs{} was determined by a fit to solubility data yielding a concentration of $3.5 \times 10^{24} \exp{(-2.3\,\text{eV}/k_{\text{B}}T)} \text{ cm}^{-3}$ \cite{bean71}.
+An experimental value of the formation energy of \cs{} was determined by a fit to solubility data yielding a concentration of $3.5 \times 10^{24} \exp{(-2.3\,\text{eV}/k_{\text{B}}T)} \text{ cm}^{-3}$~\cite{bean71}.
 However, there is no particular reason for treating the prefactor as a free parameter in the fit to the experimental data.
 It is simply given by the atomic density of pure silicon, which is $5\times 10^{22}\text{ cm}^{-3}$.
-Tersoff \cite{tersoff90} and Dal Pino et al. \cite{dal_pino93} pointed out that by combining this prefactor with the calculated values for the energy of formation ranging from \unit[1.6--1.89]{eV} an excellent agreement with the experimental solubility data within the entire temperature range of the experiment is obtained.
+Tersoff~\cite{tersoff90} and Dal Pino et al.~\cite{dal_pino93} pointed out that by combining this prefactor with the calculated values for the energy of formation ranging from \unit[1.6--1.89]{eV} an excellent agreement with the experimental solubility data within the entire temperature range of the experiment is obtained.
 This reinterpretation of the solubility data, first proposed by Tersoff and later on reinforced by Dal~Pino~et~al. is in good agreement with the results of the quantum-mechanical calculations performed in this work.
 Unfortunately the EA potential undervalues the formation energy roughly by a factor of two, which is a definite drawback of the potential.
 
 Except for Tersoff's results for the tetrahedral configuration, the \ci{} \hkl<1 0 0> DB is the energetically most favorable interstitial configuration.
-As mentioned above, the low energy of formation for the tetrahedral interstitial in the case of the Tersoff potential is believed to be an artifact of the abrupt cut-off set to \unit[2.5]{\AA} (see Ref. 11 and 13 in \cite{tersoff90}) and the real formation energy is, thus, supposed to be located between \unit[3--10]{eV}.
+As mentioned above, the low energy of formation for the tetrahedral interstitial in the case of the Tersoff potential is believed to be an artifact of the abrupt cut-off set to \unit[2.5]{\AA} (see Ref. 11 and 13 in~\cite{tersoff90}) and the real formation energy is, thus, supposed to be located between \unit[3--10]{eV}.
 Keeping these considerations in mind, the \ci{} \hkl<1 0 0> DB is the most favorable interstitial configuration for all interaction models.
 This finding is in agreement with several theoretical~\cite{burnard93,leary97,dal_pino93,capaz94,jones04} and experimental~\cite{watkins76,song90} investigations, which all predict this configuration to be the ground state.
 However, no energy of formation for this type of defect based on first-principles calculations has yet been explicitly stated in literature.
@@ -253,7 +253,7 @@ It should be noted that EA and DFT predict almost equal formation energies.
 The highest energy is observed for the hexagonal interstitial configuration using classical potentials.
 Quantum-mechanical calculations reveal this configuration to be unstable, which is also reproduced by the EA potential.
 In both cases a relaxation towards the \ci{} \hkl<1 0 0> DB configuration is observed.
-Opposed to results of the first-principles calculations, Tersoff finds this configuration to be stable \cite{tersoff90}.
+Opposed to results of the first-principles calculations, Tersoff finds this configuration to be stable~\cite{tersoff90}.
 In fact, the stability of the hexagonal interstitial could not be reproduced in simulations performed in this work using the unmodified Tersoff potential parameters.
 Unfortunately, apart from the modified parameters, no more conditions specifying the relaxation process are given in Tersoff's study on C point defects in Si.
 
@@ -273,14 +273,14 @@ The BC configuration descends into the \ci{} \hkl<1 1 0> DB configuration.
 Due to the high formation energy of the BC defect resulting in a low probability of occurrence of this defect, the wrong description is not posing a serious limitation of the EA potential.
 Tersoff indeed predicts a metastable BC configuration.
 However,  it is not in the correct order and lower in energy than the \ci{} \hkl<1 1 0> DB.
-Quantum-mechanical results of this configuration are discussed in more detail in section \ref{subsection:bc}.
+Quantum-mechanical results of this configuration are discussed in more detail in section~\ref{subsection:bc}.
 In another {\em ab initio} study, Capaz~et~al.~\cite{capaz94} in turn found the BC configuration to be an intermediate saddle point structure of a possible migration path, which is \unit[2.1]{eV} higher than the \ci{} \hkl<1 0 0> DB structure.
 This is assumed to be due to the neglecting of the electron spin in these calculations.
 Another \textsc{vasp} calculation without fully accounting for the electron spin results in the smearing of a single electron over two non-degenerate states for the BC configuration.
 This problem is resolved by spin polarized calculations resulting in a net spin of one accompanied by a reduction of the total energy by \unit[0.3]{eV} and the transformation into a metastable local minimum configuration.
 It is worth to note that all other listed configurations are not affected by spin polarization.
 However, in calculations performed in this work, which fully account for the spin of the electrons, the BC configuration in fact is a real local minimum and an energy barrier is needed to reach this configuration starting from the \ci{} \hkl<1 0 0> DB configuration.
-This is discussed in more detail in section \ref{subsection:100mig}.
+This is discussed in more detail in section~\ref{subsection:100mig}.
 
 To conclude, discrepancies between the results from classical potential calculations and those obtained from first principles are observed.
 Within the classical potentials EA outperforms Tersoff and is, therefore, used for further studies.
@@ -292,15 +292,15 @@ It is thus concluded that, so far, modeling of the SiC precipitation by the EA p
 \label{subsection:100db}
 
 As the \ci{} \hkl<1 0 0> DB constitutes the ground-state configuration of a C atom incorporated into otherwise perfect c-Si it is the most probable and, hence, one of the most important interstitial configurations of C in Si.
-The structure was initially suspected by IR local vibrational mode absorption \cite{bean70} and finally verified by electron paramagnetic resonance (EPR) \cite{watkins76} studies on irradiated Si substrates at low temperatures.
+The structure was initially suspected by IR local vibrational mode absorption~\cite{bean70} and finally verified by electron paramagnetic resonance (EPR)~\cite{watkins76} studies on irradiated Si substrates at low temperatures.
 
-Fig.~\ref{fig:defects:100db_cmp} schematically shows the \ci{} \hkl<1 0 0> DB structure and Table \ref{tab:defects:100db_cmp} lists the details of the atomic displacements, distances and bond angles obtained by classical potential and quantum-mechanical calculations.
+Fig.~\ref{fig:defects:100db_cmp} schematically shows the \ci{} \hkl<1 0 0> DB structure and Table~\ref{tab:defects:100db_cmp} lists the details of the atomic displacements, distances and bond angles obtained by classical potential and quantum-mechanical calculations.
 For comparison, the obtained structures for both methods are visualized in Fig.~\ref{fig:defects:100db_vis_cmp}.
 \begin{figure}[tp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=12cm]{100-c-si-db_cmp.eps}
 \end{center}
-\caption[Sketch of the \ci{} \hkl<1 0 0> dumbbell structure.]{Sketch of the \ci{} \hkl<1 0 0> dumbbell structure. Atomic displacements, distances and bond angles are listed in Table \ref{tab:defects:100db_cmp}.}
+\caption[Sketch of the \ci{} \hkl<1 0 0> dumbbell structure.]{Sketch of the \ci{} \hkl<1 0 0> dumbbell structure. Atomic displacements, distances and bond angles are listed in Table~\ref{tab:defects:100db_cmp}.}
 \label{fig:defects:100db_cmp}
 \end{figure}%
 \begin{table}[tp]
@@ -474,11 +474,11 @@ However, strictly speaking, the Kohn-Sham levels and orbitals do not have a dire
 \label{img:defects:bc_conf}
 \end{figure}
 In the BC interstitial configuration the interstitial atom is located in between two next neighbored Si atoms forming linear bonds.
-In a previous study this configuration was found to constitute an intermediate saddle point configuration determining the migration barrier of one possible migration path of a \ci{} \hkl<1 0 0> DB configuration into an equivalent one \cite{capaz94}.
+In a previous study this configuration was found to constitute an intermediate saddle point configuration determining the migration barrier of one possible migration path of a \ci{} \hkl<1 0 0> DB configuration into an equivalent one~\cite{capaz94}.
 This is in agreement with results of the EA potential simulations, which reveal this configuration to be unstable relaxing into the \ci{} \hkl<1 1 0> configuration.
 However, this fact could not be reproduced by spin polarized \textsc{vasp} calculations performed in this work.
 Present results suggest this configuration to correspond to a real local minimum.
-In fact, an additional barrier has to be passed to reach this configuration starting from the \ci{} \hkl<1 0 0> interstitial configuration, which is investigated in section \ref{subsection:100mig}.
+In fact, an additional barrier has to be passed to reach this configuration starting from the \ci{} \hkl<1 0 0> interstitial configuration, which is investigated in section~\ref{subsection:100mig}.
 After slightly displacing the C atom along the \hkl[1 0 0] (equivalent to a displacement along \hkl[0 1 0]), \hkl[0 0 1], \hkl[0 0 -1] and \hkl[1 -1 0] direction the distorted structures relax back into the BC configuration.
 As will be shown in subsequent migration simulations the same would happen to structures where the C atom is displaced along the migration direction, which approximately is the \hkl[1 1 0] direction.
 These relaxations indicate that the BC configuration is a real local minimum instead of an assumed saddle point configuration.
@@ -605,7 +605,7 @@ In a second process \unit[0.25]{eV} of energy are needed for the system to rever
 \label{fig:defects:00-1_0-10_mig}
 \end{figure}
 Fig.~\ref{fig:defects:00-1_0-10_mig} shows the migration barrier and structures of the \ci{} \hkl<0 0 -1> to \hkl<0 -1 0> DB transition.
-The resulting migration barrier of approximately \unit[0.9]{eV} is very close to the experimentally obtained values of \unit[0.70]{eV} \cite{lindner06}, \unit[0.73]{eV} \cite{song90} and \unit[0.87]{eV} \cite{tipping87}.
+The resulting migration barrier of approximately \unit[0.9]{eV} is very close to the experimentally obtained values of \unit[0.70]{eV}~\cite{lindner06}, \unit[0.73]{eV}~\cite{song90} and \unit[0.87]{eV}~\cite{tipping87}.
 
 \begin{figure}[tp]
 \begin{center}
@@ -616,13 +616,13 @@ The resulting migration barrier of approximately \unit[0.9]{eV} is very close to
 \end{figure}
 The third migration path, in which the DB is changing its orientation, is shown in Fig.~\ref{fig:defects:00-1_0-10_ip_mig}.
 An energy barrier of roughly \unit[1.2]{eV} is observed.
-Experimentally measured activation energies for reorientation range from \unit[0.77]{eV} to \unit[0.88]{eV} \cite{watkins76,song90}.
+Experimentally measured activation energies for reorientation range from \unit[0.77]{eV} to \unit[0.88]{eV}~\cite{watkins76,song90}.
 Thus, this pathway is more likely to be composed of two consecutive steps of the second path.
 
 Since the activation energy of the first and last migration path is much greater than the experimental value, the second path is identified to be responsible as a migration path for the most likely C interstitial in Si explaining both, annealing and reorientation experiments.
 The activation energy of roughly \unit[0.9]{eV} nicely compares to experimental values reinforcing the correct identification of the C-Si DB diffusion mechanism.
 Slightly increased values compared to experiment might be due to the tightened constraints applied in the modified CRT approach.
-Nevertheless, the theoretical description performed in this work is improved compared to a former study \cite{capaz94}, which underestimates the experimental value by \unit[35]{\%}.
+Nevertheless, the theoretical description performed in this work is improved compared to a former study~\cite{capaz94}, which underestimates the experimental value by \unit[35]{\%}.
 In addition, it is finally shown that the BC configuration, for which spin polarized calculations are necessary, constitutes a real local minimum instead of a saddle point configuration due to the presence of restoring forces for displacements in migration direction.
 
 \begin{figure}[tp]
@@ -663,7 +663,7 @@ For this reason, the assumption that C diffusion and reorientation is achieved b
 %These modifications to the usual procedure are applied to avoid abrupt changes in structure and free energy on the one hand and to make sure the expected final configuration is reached on the other hand.
 %Due to applying updated constraints on all atoms the obtained migration barriers and pathes might be overestimated and misguided.
 %To reinforce the applicability of the employed technique the obtained activation energies and migration pathes for the \hkl<0 0 -1> to \hkl<0 -1 0> transition are compared to two further migration calculations, which do not update the constrainted direction and which only apply updated constraints on three selected atoms, that is the diffusing C atom and the Si dumbbell pair in the initial and final configuration.
-%Results are presented in figure \ref{fig:defects:00-1_0-10_cmp}.
+%Results are presented in figure~\ref{fig:defects:00-1_0-10_cmp}.
 %\begin{figure}[tp]
 %\begin{center}
 %\includegraphics[width=13cm]{vasp_mig/00-1_0-10_nosym_sp_cmp.ps}
@@ -757,7 +757,7 @@ Thus, the activation energy should be located within the range of \unit[2.2--2.7
 \caption{Reorientation barrier of the \ci{} \hkl[0 0 -1] to \hkl[0 -1 0] DB transition in place using the classical EA potential.}
 \label{fig:defects:cp_00-1_ip0-10_mig}
 \end{figure}
-Figures \ref{fig:defects:cp_00-1_0-10_mig} and \ref{fig:defects:cp_00-1_ip0-10_mig} show the migration barriers of the \ci{} \hkl[0 0 -1] to \hkl[0 -1 0] DB transition.
+Figures~\ref{fig:defects:cp_00-1_0-10_mig} and~\ref{fig:defects:cp_00-1_ip0-10_mig} show the migration barriers of the \ci{} \hkl[0 0 -1] to \hkl[0 -1 0] DB transition.
 In the first case, the transition involves a change in the lattice site of the C atom whereas in the second case, a reorientation at the same lattice site takes place.
 In the first case, the pathways for the two different time constants look similar.
 A local minimum exists in between two peaks of the graph.
@@ -807,12 +807,12 @@ However, the pathway, which is considered most probable in the classical potenti
 On the other hand, the activation energy obtained by classical potential simulations is tremendously overestimated by a factor of 2.4 to 3.5.
 The overestimated barrier is due to the short range character of the potential, which drops the interaction to zero within the first and next neighbor distance.
 Since the total binding energy is accommodated within a short distance, which according to the universal energy relation would usually correspond to a much larger distance, unphysical high forces between two neighbored atoms arise.
-This is explained in more detail in a previous study \cite{mattoni2007}.
+This is explained in more detail in a previous study~\cite{mattoni2007}.
 Thus, atomic diffusion is wrongly described in the classical potential approach.
 The probability of already rare diffusion events is further decreased for this reason.
 However, agglomeration of C and diffusion of Si self-interstitials are an important part of the proposed SiC precipitation mechanism.
 Thus, a serious limitation that has to be taken into account for appropriately modeling the C/Si system using the otherwise quite promising EA potential is revealed.
-Possible workarounds are discussed in more detail in section \ref{section:md:limit}.
+Possible workarounds are discussed in more detail in section~\ref{section:md:limit}.
 
 \section{Combination of point defects and related diffusion processes}
 
@@ -830,7 +830,7 @@ Investigations are restricted to quantum-mechanical calculations.
 \end{figure}
 Fig.~\ref{fig:defects:combos} schematically displays the initial \ci{} \hkl[0 0 -1] DB structure (Fig.~\ref{fig:defects:combos_ci}) as well as the lattice site chosen for the initial \si{} \hkl<1 1 0> DB (Fig.~\ref{fig:defects:combos_si}) and various positions for the second defect (1--5) that are used for investigating defect pairs.
 The color of the number denotes the amount of possible atoms for the second defect resulting in equivalent configurations.
-Binding energies of the defect pair are determined by equation \ref{eq:basics:e_bind}.
+Binding energies of the defect pair are determined by equation~\ref{eq:basics:e_bind}.
 Next to formation and binding energies, migration barriers are investigated, which allow to draw conclusions on the probability of the formation of such defect complexes by thermally activated diffusion processes.
 
 \subsection[Pairs of \ci{} \hkl<1 0 0>-type interstitials]{\boldmath Pairs of \ci{} \hkl<1 0 0>-type interstitials}
@@ -880,12 +880,12 @@ In contrast, the parallel and particularly the twisted orientations constitute e
 \caption[Relaxed structures of defect combinations obtained by creating {\hkl[1 0 0]} and {\hkl[0 -1 0]} DBs at position 1.]{Relaxed structures of defect combinations obtained by creating \hkl[1 0 0] (a) and \hkl[0 -1 0] (b) DBs at position 1.}
 \label{fig:defects:comb_db_01}
 \end{figure}
-Mattoni~et~al. \cite{mattoni2002} predict the ground-state configuration of \ci{} \hkl<1 0 0>-type defect pairs for a \hkl[1 0 0] or equivalently a \hkl[0 1 0] defect created at position 1 with both defects basically maintaining the as-isolated DB structure, resulting in a binding energy of \unit[-2.1]{eV}.
+Mattoni~et~al.~\cite{mattoni2002} predict the ground-state configuration of \ci{} \hkl<1 0 0>-type defect pairs for a \hkl[1 0 0] or equivalently a \hkl[0 1 0] defect created at position 1 with both defects basically maintaining the as-isolated DB structure, resulting in a binding energy of \unit[-2.1]{eV}.
 In the present study, a further relaxation of this defect structure is observed.
 The C atom of the second and the Si atom of the initial DB move towards each other forming a bond, which results in a somewhat lower binding energy of \unit[-2.25]{eV}.
 The corresponding defect structure is displayed in Fig.~\ref{fig:defects:225}.
 In this configuration the initial Si and C DB atoms are displaced along \hkl[1 0 0] and \hkl[-1 0 0] in such a way that the Si atom is forming tetrahedral bonds with two Si and two C atoms.
-The C and Si atom constituting the second defect are as well displaced in such a way, that the C atom forms tetrahedral bonds with four Si neighbors, a configuration expected in SiC.
+The C and Si atom constituting the second defect are as well displaced in such a way that the C atom forms tetrahedral bonds with four Si neighbors, a configuration expected in SiC.
 The two carbon atoms, which are spaced by \unit[2.70]{\AA}, do not form a bond but anyhow reside in a shorter distance than expected in SiC.
 Si atom number 2 is pushed towards the C atom, which results in the breaking of the bond to Si atom number 4.
 Breaking of the $\sigma$ bond is indeed confirmed by investigating the charge density isosurface of this configuration.
@@ -918,9 +918,9 @@ After relaxation, the second DB is aligned along \hkl[1 1 0].
 The bond of Si atoms 1 and 2 does not persist.
 Instead, the Si atom forms a bond with the initial \ci{} and the second C atom forms a bond with Si atom 1 forming four bonds in total.
 The C atoms are spaced by \unit[3.14]{\AA}, which is very close to the expected C-C next neighbor distance of \unit[3.08]{\AA} in SiC.
-Figure \ref{fig:defects:205} displays the results of a \hkl[0 0 1] DB inserted at position 3.
+Figure~\ref{fig:defects:205} displays the results of a \hkl[0 0 1] DB inserted at position 3.
 The binding energy is \unit[-2.05]{eV}.
-Both DBs are tilted along the same direction remaining aligned in parallel and the second DB is pushed downwards in such a way, that the four DB atoms form a rhomboid.
+Both DBs are tilted along the same direction remaining aligned in parallel and the second DB is pushed downwards in such a way that the four DB atoms form a rhomboid.
 Both C atoms form tetrahedral bonds to four Si atoms.
 However, Si atom number 1 and number 3, which are bound to the second \ci{} atom are also bound to the initial C atom.
 These four atoms of the rhomboid reside in a plane and, thus, do not match the situation in SiC.
@@ -959,12 +959,12 @@ The reduction of strain energy is higher in the second case, where the C atom of
 \end{figure}
 Energetically beneficial configurations of defect combinations are observed for interstitials of all orientations placed at position 5, a position two bonds away from the initial interstitial along the \hkl[1 1 0] direction.
 Relaxed structures of these combinations are displayed in Fig.~\ref{fig:defects:comb_db_03}.
-Fig.~\ref{fig:defects:153} and \ref{fig:defects:166} show the relaxed structures of \hkl[0 0 1] and \hkl[0 0 -1] DBs.
+Fig.~\ref{fig:defects:153} and~\ref{fig:defects:166} show the relaxed structures of \hkl[0 0 1] and \hkl[0 0 -1] DBs.
 The upper DB atoms are pushed towards each other forming fourfold coordinated bonds.
 While the displacements of the Si atoms in case (b) are symmetric to the \hkl(1 1 0) plane, in case (a) the Si atom of the initial DB is pushed a little further in the direction of the C atom of the second DB than the C atom is pushed towards the Si atom.
 The bottom atoms of the DBs remain in threefold coordination.
 The symmetric configuration is energetically more favorable ($E_{\text{b}}=-1.66\,\text{eV}$) since the displacements of the atoms is less than in the antiparallel case ($E_{\text{b}}=-1.53\,\text{eV}$).
-In Fig.~\ref{fig:defects:188} and \ref{fig:defects:138} the non-parallel orientations, namely the \hkl[0 -1 0] and \hkl[1 0 0] DBs, are shown.
+In Fig.~\ref{fig:defects:188} and~\ref{fig:defects:138} the non-parallel orientations, namely the \hkl[0 -1 0] and \hkl[1 0 0] DBs, are shown.
 Binding energies of \unit[-1.88]{eV} and \unit[-1.38]{eV} are obtained for the relaxed structures.
 In both cases the Si atom of the initial interstitial is pulled towards the near by atom of the second DB.
 Both atoms form fourfold coordinated bonds to their neighbors.
@@ -1114,7 +1114,7 @@ As a result, C defect agglomeration indeed is expected, but only a low probabili
 Table~\ref{tab:defects:c-s} lists the energetic results of \cs{} combinations with the initial \ci{} \hkl[0 0 -1] DB.
 For \cs{} located at position 1 and 3, the configurations $\alpha$ and A correspond to the naive relaxation of the structure by substituting the Si atom by a C atom in the initial \ci{} \hkl[0 0 -1] DB structure at positions 1 and 3 respectively.
 However, small displacements of the involved atoms near the defect result in different stable structures labeled $\beta$ and B respectively.
-Fig.~\ref{fig:093-095} and \ref{fig:026-128} show structures A, B and $\alpha$, $\beta$ together with the barrier of migration for the A to B and $\alpha$ to $\beta$ transition respectively.
+Fig.~\ref{fig:093-095} and~\ref{fig:026-128} show structures A, B and $\alpha$, $\beta$ together with the barrier of migration for the A to B and $\alpha$ to $\beta$ transition respectively.
 
 % A B
 %./visualize_contcar -w 640 -h 480 -d results/c_00-1_c3_csub_B -nll -0.20 -0.4 -0.1 -fur 0.9 0.6 0.9 -c 0.5 -1.5 0.375 -L 0.5 0 0.3 -r 0.6 -A -1 2.465
@@ -1127,14 +1127,14 @@ Fig.~\ref{fig:093-095} and \ref{fig:026-128} show structures A, B and $\alpha$,
 \end{figure}
 Configuration A consists of a C$_{\text{i}}$ \hkl[0 0 -1] DB with threefold coordinated Si and C DB atoms slightly disturbed by the C$_{\text{s}}$ at position 3, facing the Si DB atom as a neighbor.
 By a single bond switch, i.e.\ the breaking of a Si-Si in favor of a Si-C bond, configuration B is obtained, which shows a twofold coordinated Si atom located in between two substitutional C atoms residing on regular Si lattice sites.
-This configuration has been identified and described by spectroscopic experimental techniques \cite{song90_2} as well as theoretical studies \cite{leary97,capaz98}.
+This configuration has been identified and described by spectroscopic experimental techniques~\cite{song90_2} as well as theoretical studies~\cite{leary97,capaz98}.
 Configuration B is found to constitute the energetically slightly more favorable configuration.
 However, the gain in energy due to the significantly lower energy of a Si-C compared to a Si-Si bond turns out to be smaller than expected due to a large compensation by introduced strain as a result of the Si interstitial structure.
-Present results show a difference in energy of states A and B, which exactly matches the experimental value of \unit[0.02]{eV} \cite{song90_2}, reinforcing qualitatively correct results of previous theoretical studies on these structures.
+Present results show a difference in energy of states A and B, which exactly matches the experimental value of \unit[0.02]{eV}~\cite{song90_2}, reinforcing qualitatively correct results of previous theoretical studies on these structures.
 % mattoni: A favored by 0.4 eV - NO, it is indeed B (reinforce Song and Capaz)!
 %
 % AB transition
-The migration barrier is identified to be \unit[0.44]{eV}, almost three times higher than the experimental value of \unit[0.16]{eV} \cite{song90_2} estimated for the neutral charge state transition in p- and n-type Si.
+The migration barrier is identified to be \unit[0.44]{eV}, almost three times higher than the experimental value of \unit[0.16]{eV}~\cite{song90_2} estimated for the neutral charge state transition in p- and n-type Si.
 Keeping in mind the formidable agreement of the energy difference with experiment, the overestimated activation energy is quite unexpected.
 Obviously, either the CRT algorithm fails to seize the actual saddle point structure or the influence of dopants has exceptional effect in the experimentally covered diffusion process being responsible for the low migration barrier.
 % not satisfactory!
@@ -1216,21 +1216,21 @@ For the same reasons as in the last subsection, structures other than the ground
 
 % old c_int - c_substitutional stuff
 
-%Figures \ref{fig:defects:comb_db_04} and \ref{fig:defects:comb_db_05} show relaxed structures of substitutional carbon in combination with the \hkl<0 0 -1> dumbbell for several positions.
-%In figure \ref{fig:defects:comb_db_04} positions 1 (a)), 3 (b)) and 5 (c)) are displayed.
+%Figures~\ref{fig:defects:comb_db_04} and~\ref{fig:defects:comb_db_05} show relaxed structures of substitutional carbon in combination with the \hkl<0 0 -1> dumbbell for several positions.
+%In figure~\ref{fig:defects:comb_db_04} positions 1 (a)), 3 (b)) and 5 (c)) are displayed.
 %A substituted carbon atom at position 5 results in an energetically extremely unfavorable configuration.
 %Both carbon atoms, the substitutional and the dumbbell atom, pull silicon atom number 1 towards their own location regarding the \hkl<1 1 0> direction.
 %Due to this a large amount of tensile strain energy is needed, which explains the high positive value of 0.49 eV.
 %The lowest binding energy is observed for a substitutional carbon atom inserted at position 3.
 %The substitutional carbon atom is located above the dumbbell substituting a silicon atom which would usually be bound to and displaced along \hkl<0 0 1> and \hkl<1 1 0> by the silicon dumbbell atom.
 %In contrast to the previous configuration strain compensation occurs resulting in a binding energy as low as -0.93 eV.
-%Substitutional carbon at position 2 and 4, visualized in figure \ref{fig:defects:comb_db_05}, is located below the initial dumbbell.
+%Substitutional carbon at position 2 and 4, visualized in figure~\ref{fig:defects:comb_db_05}, is located below the initial dumbbell.
 %Silicon atom number 1, which is bound to the interstitial carbon atom is displaced along \hkl<0 0 -1> and \hkl<-1 -1 0>.
 %In case a) only the first displacement is compensated by the substitutional carbon atom.
 %This results in a somewhat higher binding energy of -0.51 eV.
 %The binding energy gets even higher in case b) ($E_{\text{b}}=-0.15\text{ eV}$), in which the substitutional carbon is located further away from the initial dumbbell.
-%In both cases, silicon atom number 1 is displaced in such a way, that the bond to silicon atom number 5 vanishes.
-%In case of \ref{fig:defects:comb_db_04} a) the carbon atoms form a bond with a distance of 1.5 \AA, which is close to the C-C distance expected in diamond or graphit.
+%In both cases, silicon atom number 1 is displaced in such a way that the bond to silicon atom number 5 vanishes.
+%In case of~\ref{fig:defects:comb_db_04} a) the carbon atoms form a bond with a distance of 1.5 \AA, which is close to the C-C distance expected in diamond or graphit.
 %Both carbon atoms are highly attracted by each other resulting in large displacements and high strain energy in the surrounding.
 %A binding energy of 0.26 eV is observed.
 %Substitutional carbon at positions 2, 3 and 4 are the energetically most favorable configurations and constitute promising starting points for SiC precipitation.
@@ -1273,9 +1273,9 @@ Resulting binding energies of a C$_{\text{i}}$ DB and a nearby vacancy are liste
 \caption[Relaxed structures of defect combinations obtained by creating a vacancy at positions 2, 3, 4 and 5.]{Relaxed structures of defect combinations obtained by creating a vacancy at positions 2 (a), 3 (b), 4 (c) and 5 (d).}
 \label{fig:defects:comb_db_06}
 \end{figure}
-Figure \ref{fig:defects:comb_db_06} shows the associated configurations.
+Figure~\ref{fig:defects:comb_db_06} shows the associated configurations.
 All investigated structures are preferred compared to isolated, largely separated defects.
-In contrast to C$_{\text{s}}$ this is also valid for positions along \hkl[1 1 0] resulting in an entirely attractive interaction between defects of these types.
+In contrast to C$_{\text{s}}$, this is also valid for positions along \hkl[1 1 0] resulting in an entirely attractive interaction between defects of these types.
 Even for the largest possible distance (R) achieved in the calculations of the periodic supercell a binding energy as low as \unit[-0.31]{eV} is observed.
 The creation of a vacancy at position 1 results in a configuration of substitutional C on a Si lattice site and no other remaining defects.
 The \ci{} DB atom moves to position 1 where the vacancy is created and the \si{} DB atom recaptures the DB lattice site.
@@ -1301,7 +1301,7 @@ Indeed, a non-zero charge density is observed in between these two atoms exhibit
 Strain reduced by this huge displacement is partially absorbed by tensile strain on Si atom number 1 originating from attractive forces of the C atom and the vacancy.
 A binding energy of \unit[-0.50]{eV} is observed.
 
-The migration pathways of configuration \ref{fig:defects:314} and \ref{fig:defects:059} into the ground-state configuration, i.e.\ the \cs{} configuration, are shown in Fig.~\ref{fig:314-539} and \ref{fig:059-539} respectively.
+The migration pathways of configuration~\ref{fig:defects:314} and~\ref{fig:defects:059} into the ground-state configuration, i.e.\ the \cs{} configuration, are shown in Fig.~\ref{fig:314-539} and~\ref{fig:059-539} respectively.
 \begin{figure}[tp]
 \begin{center}
 \includegraphics[width=0.7\textwidth]{314-539.ps}
@@ -1500,7 +1500,7 @@ The respective configurational energies are shown in Fig.~\ref{fig:defects:si_mi
 \caption[Migration barrier of the \si{} {\hkl[1 1 0]} DB into the hexagonal and tetrahedral configuration as well as the hexagonal \si{} to tetrahedral \si{} transition.]{Migration barrier of the \si{} \hkl[1 1 0] DB into the hexagonal (H) and tetrahedral (T) configuration as well as the hexagonal \si{} to tetrahedral \si{} transition.}
 \label{fig:defects:si_mig2}
 \end{figure}
-The obtained activation energies are of the same order of magnitude than values derived from other {\em ab initio} studies \cite{bloechl93,sahli05}.
+The obtained activation energies are of the same order of magnitude than values derived from other {\em ab initio} studies~\cite{bloechl93,sahli05}.
 The low barriers indeed enable configurations of further separated \cs{} and \si{} atoms by the highly mobile \si{} atom departing from the \cs{} defect as observed in the previously discussed MD simulation.
 
 % kept for nostalgical reason!
@@ -1568,7 +1568,7 @@ For a possible clarification of the controversial views on the participation of
 This is particularly important since the energy of formation of C$_{\text{s}}$ is drastically underestimated by the EA potential.
 A possible occurrence of C$_{\text{s}}$ could then be attributed to a lower energy of formation of the C$_{\text{s}}$-Si$_{\text{i}}$ combination due to the low formation energy of C$_{\text{s}}$, which is obviously wrong.
 
-Since quantum-mechanical calculations reveal the Si$_{\text{i}}$ \hkl<1 1 0> DB as the ground-state configuration of Si$_{\text{i}}$ in Si, it was assumed to provide the energetically most favorable configuration in combination with C$_{\text{s}}$ in the calculations carried out in section \ref{subsection:si-cs}.
+Since quantum-mechanical calculations reveal the Si$_{\text{i}}$ \hkl<1 1 0> DB as the ground-state configuration of Si$_{\text{i}}$ in Si, it was assumed to provide the energetically most favorable configuration in combination with C$_{\text{s}}$ in the calculations carried out in section~\ref{subsection:si-cs}.
 Empirical potentials, however, predict Si$_{\text{i}}$ T to be the energetically most favorable configuration.
 Thus, investigations of the relative energies of formation of defect pairs need to include combinations of C$_{\text{s}}$ with Si$_{\text{i}}$ T.
 Results of {\em ab initio} and classical potential calculations are summarized in Table~\ref{tab:defect_combos}.
@@ -1606,14 +1606,14 @@ Thus, a proper description with respect to the relative energies of formation is
 
 \ifnum1=0
 
-Obtained results for separated point defects in Si are in good agreement to previous theoretical work on this subject, both for intrinsic defects \cite{leung99,al-mushadani03} as well as for C point defects \cite{dal_pino93,capaz94}.
-The ground-state configurations of these defects, i.e.\ the Si$_{\text{i}}$ \hkl<1 1 0> and C$_{\text{i}}$ \hkl<1 0 0> DB, are reproduced and compare well to previous findings of theoretical investigations on Si$_{\text{i}}$ \cite{leung99,al-mushadani03} as well as theoretical \cite{dal_pino93,capaz94,burnard93,leary97,jones04} and experimental \cite{watkins76,song90} studies on C$_{\text{i}}$.
-A quantitatively improved activation energy of \unit[0.9]{eV} for a qualitatively equal migration path based on studies by Capaz et.~al.~\cite{capaz94} to experimental values \cite{song90,lindner06,tipping87} ranging from \unit[0.70--0.87]{eV} reinforce their derived mechanism of diffusion for C$_{\text{i}}$ in Si
+Obtained results for separated point defects in Si are in good agreement to previous theoretical work on this subject, both for intrinsic defects~\cite{leung99,al-mushadani03} as well as for C point defects~\cite{dal_pino93,capaz94}.
+The ground-state configurations of these defects, i.e.\ the Si$_{\text{i}}$ \hkl<1 1 0> and C$_{\text{i}}$ \hkl<1 0 0> DB, are reproduced and compare well to previous findings of theoretical investigations on Si$_{\text{i}}$~\cite{leung99,al-mushadani03} as well as theoretical~\cite{dal_pino93,capaz94,burnard93,leary97,jones04} and experimental~\cite{watkins76,song90} studies on C$_{\text{i}}$.
+A quantitatively improved activation energy of \unit[0.9]{eV} for a qualitatively equal migration path based on studies by Capaz et.~al.~\cite{capaz94} to experimental values~\cite{song90,lindner06,tipping87} ranging from \unit[0.70--0.87]{eV} reinforce their derived mechanism of diffusion for C$_{\text{i}}$ in Si
 However, it turns out that the BC configuration is not a saddle point configuration as proposed by Capaz et~al.~\cite{capaz94} but constitutes a real local minimum if the electron spin is properly accounted for.
 A net magnetization of two electrons, which is already clear by simple molecular orbital theory considerations on the bonding of the $sp$ hybridized C atom, is settled.
 By investigating the charge density isosurface it turns out that the two resulting spin up electrons are localized in a torus around the C atom.
 With an activation energy of \unit[0.9]{eV} the C$_{\text{i}}$ carbon interstitial can be expected to be highly mobile at prevailing temperatures in the process under investigation, i.e.\ IBS.
-Since the \ci{} \hkl<1 0 0> DB is the ground-state configuration and highly mobile, possible migration of these DBs to form defect agglomerates, as demanded by the model introduced in section \ref{section:assumed_prec}, is considered possible.
+Since the \ci{} \hkl<1 0 0> DB is the ground-state configuration and highly mobile, possible migration of these DBs to form defect agglomerates, as demanded by the model introduced in section~\ref{section:assumed_prec}, is considered possible.
 
 Unfortunately the description of the same processes fails if classical potential methods are used.
 Already the geometry of the most stable DB configuration differs considerably from that obtained by first-principles calculations.
@@ -1626,12 +1626,12 @@ Qualitative and quantitative differences exist.
 First of all, a different pathway is suggested as the lowest energy path, which again might be attributed to the absence of quantum-mechanical effects in the classical interaction model.
 Secondly, the activation energy is overestimated by a factor of 2.4 to 3.5 compared to the more accurate quantum-mechanical methods and experimental findings.
 This is attributed to the sharp cut-off of the short range potential.
-As already pointed out in a previous study \cite{mattoni2007}, the short cut-off is responsible for overestimated and unphysical high forces of next neighbor atoms.
+As already pointed out in a previous study~\cite{mattoni2007}, the short cut-off is responsible for overestimated and unphysical high forces of next neighbor atoms.
 The overestimated migration barrier, however, affects the diffusion behavior of the C interstitials.
 By this artifact, the mobility of the C atoms is tremendously decreased resulting in an inaccurate description or even absence of the DB agglomeration as proposed by one of the precipitation models.
 
 Quantum-mechanical investigations of two \ci{} of the \hkl<1 0 0>-type and varying separations and orientations state an attractive interaction between these interstitials.
-Obtained results for the most part compare well with results gained in previous studies \cite{leary97,capaz98,mattoni2002,liu02} and show an astonishingly good agreement with experiment \cite{song90}.
+Obtained results for the most part compare well with results gained in previous studies~\cite{leary97,capaz98,mattoni2002,liu02} and show an astonishingly good agreement with experiment~\cite{song90}.
 %
 Depending on orientation, energetically favorable configurations are found, in which these two interstitials are located close together instead of the occurrence of largely separated and isolated defects.
 This is due to strain compensation enabled by the combination of such defects in certain orientations.
@@ -1674,7 +1674,7 @@ The reduction in volume is compensated by excess Si$_{\text{i}}$ serving as buil
 To conclude, the available results suggest precipitation by successive agglomeration of C$_{\text{s}}$.
 However, the agglomeration and rearrangement of C$_{\text{s}}$ is only possible by mobile C$_{\text{i}}$, which has to be present at the same time.
 Accordingly, the process is governed by both, C$_{\text{s}}$ accompanied by Si$_{\text{i}}$ as well as C$_{\text{i}}$.
-It is worth to mention that there is no contradiction to results of the HREM studies \cite{werner96,werner97,eichhorn99,lindner99_2,koegler03}.
+It is worth to mention that there is no contradiction to results of the HREM studies~\cite{werner96,werner97,eichhorn99,lindner99_2,koegler03}.
 Regions showing dark contrasts in an otherwise undisturbed Si lattice are attributed to C atoms in the interstitial lattice.
 However, there is no particular reason for the C species to reside in the interstitial lattice.
 Contrasts are also assumed for Si$_{\text{i}}$.