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[lectures/latex.git] / posic / thesis / defects.tex
index d1c856c..ec6a210 100644 (file)
@@ -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.
@@ -283,7 +283,7 @@ However, in calculations performed in this work, which fully account for the spi
 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.
+Within the classical potentials, EA outperforms Tersoff and is, therefore, used for further studies.
 Both methods (EA and DFT) predict the \ci{} \hkl<1 0 0> DB configuration to be most stable.
 Also the remaining defects and their energetic order are described fairly well.
 It is thus concluded that, so far, modeling of the SiC precipitation by the EA potential might lead to trustable results.
@@ -291,7 +291,7 @@ It is thus concluded that, so far, modeling of the SiC precipitation by the EA p
 \subsection[C \hkl<1 0 0> dumbbell interstitial configuration]{\boldmath C \hkl<1 0 0> dumbbell interstitial configuration}
 \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.
+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.
 
 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.
@@ -480,7 +480,7 @@ However, this fact could not be reproduced by spin polarized \textsc{vasp} calcu
 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}.
 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.
+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.
 Fig.~\ref{img:defects:bc_conf} shows the structure, charge density isosurface and Kohn-Sham levels of the BC configuration.
 In fact, the net magnetization of two electrons is already suggested by simple molecular orbital theory considerations with respect to the bonding of the C atom.
@@ -733,7 +733,7 @@ For this reason, the assumption that C diffusion and reorientation is achieved b
 Fig.~\ref{fig:defects:cp_bc_00-1_mig} shows the evolution of structure and energy along the \ci{} BC to \hkl[0 0 -1] DB transition.
 Since the \ci{} BC configuration is unstable relaxing into the \hkl[1 1 0] DB configuration within this potential, the low kinetic energy state is used as a starting configuration.
 Two different pathways are obtained for different time constants of the Berendsen thermostat.
-With a time constant of \unit[1]{fs} the C atom resides in the \hkl(1 1 0) plane
+With a time constant of \unit[1]{fs}, the C atom resides in the \hkl(1 1 0) plane
  resulting in a migration barrier of \unit[2.4]{eV}.
 However, weaker coupling to the heat bath realized by an increase of the time constant to \unit[100]{fs} enables the C atom to move out of the \hkl(1 1 0) plane already at the beginning, which is accompanied by a reduction in energy, approaching the final configuration on a curved path.
 The energy barrier of this path is \unit[0.2]{eV} lower in energy than the direct migration within the \hkl(1 1 0) plane.
@@ -778,7 +778,7 @@ Thus, migration pathways involving the \ci{} \hkl[1 1 0] DB configuration as a s
 \label{fig:defects:110_mig}
 \end{figure}
 Fig.~\ref{fig:defects:110_mig} shows migration barriers of the \ci{} \hkl[1 1 0] DB to \hkl[0 0 -1], \hkl[0 -1 0] (in place) and BC configuration.
-As expected there is no maximum for the transition into the BC configuration.
+As expected, there is no maximum for the transition into the BC configuration.
 As mentioned earlier, the BC configuration itself constitutes a saddle point configuration relaxing into the energetically more favorable \hkl[1 1 0] DB configuration.
 An activation energy of \unit[2.2]{eV} is necessary to reorientate the \hkl[0 0 -1] into the \hkl[1 1 0] DB configuration, which is \unit[1.3]{eV} higher in energy.
 Residing in this state another \unit[0.90]{eV} is enough to make the C atom form a \hkl[0 0 -1] DB configuration with the Si atom of the neighbored lattice site.
@@ -1327,7 +1327,7 @@ In the second case the lowest barrier is found for the migration of Si number 1,
 A net amount of five Si-Si and one Si-C bond are additionally formed during transition.
 An activation energy of \unit[0.6]{eV} necessary to overcome the migration barrier is found.
 This energy is low enough to constitute a feasible mechanism in SiC precipitation.
-To reverse this process \unit[5.4]{eV} are needed, which make this mechanism very improbable.
+To reverse this process, \unit[5.4]{eV} are needed, which make this mechanism very improbable.
 %
 The migration path is best described by the reverse process.
 Starting at \unit[100]{\%}, energy is needed to break the bonds of Si atom 1 to its neighbored Si atoms as well as the bond of the C atom to Si atom number 5.
@@ -1590,7 +1590,7 @@ Results of {\em ab initio} and classical potential calculations are summarized i
 \end{table}
 Obviously the EA potential properly describes the relative energies of formation.
 Combined structures of C$_{\text{s}}$ and Si$_{\text{i}}$ T are energetically less favorable than the ground state C$_{\text{i}}$ \hkl<1 0 0> DB configuration.
-With increasing separation distance the energies of formation decrease.
+With increasing separation distance, the energies of formation decrease.
 However, even for non-interacting defects, the energy of formation, which is then given by the sum of the formation energies of the separated defects (\unit[4.15]{eV}) is still higher than that of the C$_{\text{i}}$ \hkl<1 0 0> DB.
 Unexpectedly, the structure of a Si$_{\text{i}}$ \hkl<1 1 0> DB and a neighbored C$_{\text{s}}$, which is the most favored configuration of a C$_{\text{s}}$ and Si$_{\text{i}}$ DB according to quantum-mechanical calculations, likewise constitutes an energetically favorable configuration within the EA description, which is even preferred over the two least separated configurations of C$_{\text{s}}$ and Si$_{\text{i}}$ T.
 This is attributed to an effective reduction in strain enabled by the respective combination.
@@ -1612,7 +1612,7 @@ A quantitatively improved activation energy of \unit[0.9]{eV} for a qualitativel
 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.
+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.
 
 Unfortunately the description of the same processes fails if classical potential methods are used.