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index 1725727..e215801 100644 (file)
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 \label{chapter:summary}
 
 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.
+These propose the precipitation of SiC by agglomeration of \ci{} DBs followed by a sudden formation of SiC and otherwise a formation by successive accumulation of \cs{} via intermediate stretched SiC structures, which are coherent to the Si lattice.
 To solve this controversy and contribute to the understanding of SiC precipitation in c-Si, a series of atomistic simulations is carried out.
 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.
 Shortcomings of the computationally efficient though less accurate classical potential approach compared to the quantum-mechanical treatment are revealed.
@@ -29,16 +30,45 @@ However, finite temperature simulations are not affected by this artifact due to
 Next to the known problem of the underestimated formation energy of the tetrahedral configuration \cite{tersoff90}, the energetic sequence of the defect structures is well reproduced by the EA calculations.
 Migration barriers of \si{} investigated by quantum-mechanical calculations are found to be of the same order of magnitude than values derived in other ab initio studies \cite{bloechl93,sahli05}.
 
-HIER WEITER
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-Defects of C in c-Si are well described by both methods.
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+Defects of C in Si are well described by both methods.
+The \ci{} \hkl<1 0 0> DB is found to constitute the most favorable interstitial configuration in agreement with several theoretical\cite{burnard93,leary97,dal_pino93,capaz94,jones04} and experimental\cite{watkins76,song90} investigations.
+Almost equal formation energies are predicted by the EA and DFT calculations for this defect.
+A small discrepancy in the resulting equilibrium structure with respect to the DFT method exists due to missing quantum-mechanical effects within the calssical treatment.
+The high formation energies of the tetrahedral and hexagonal configuration obtained by classical potentials act in concert with the fact that these configurations are found unstable by the first-principles description.
+The BC configuration turns out to be unstable relaxing into the \ci{} \hkl<1 1 0> DB configuration within the EA approach.
+This is supported by another {\em ab inito} study \cite{capaz94}, which in turn finds 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.
+By quantum-mechanical calculations performed in this work, however, it turns out that the BC configuration constitutes a real local minimum if the electron spin is fully accounted for.
+Indeed, spin polarization is absolutely necessary for the BC configuration resulting in a net magnetization of two electrons accompanied by a reduction of the total energy by \unit[0.3]{eV}.
+The resulting spin up density is localized in a torus around the C perpendicular to the linear Si-C-Si bond.
+No other configuration is affected by spin polarization.
+The underestimated formation energy of \cs{} is a definite drawback of the classical potential.
+However, the creation of \cs{} is necessarily accompanied by a \si{} in a perfect Si crystal, in which a C atom is incorporated.
+Fortunately, the energetics of combinations of \cs{} and \si{} are quite well described by the EA potential.
+Thus, the underestimated formation energy does not pose a serious limitation.
+Based on the above findings, it is concluded that modeling of the SiC precipitation by the EA potential might lead to trustable results.
+
+Quantum-mechanical investigations of the mobility of the \ci{} \hkl<1 0 0> DB yield a migration barrier of \unit[0.9]{eV}, which excellently agrees to experimental values ranging from \unit[0.70]{eV} to \unit[0.87]{eV} \cite{lindner06,song90,tipping87}.
+The respective path correpsonds to a \ci{} \hkl[0 0 -1] DB migrating towards the next neighbored Si atom located in \hkl[1 1 -1] direction forming a \ci{} \hkl[0 -1 0] DB.
+The identified migration path involves a change in orientation of the DB.
+Thus, the same path explains the experimentally determined activation energies for reorientation of the DB ranging from \unit[0.77]{eV} \cite{watkins76} upto \unit[0.88]{eV} \cite{song90}.
+Investigations based on the EA bond order potential suggest a migration involving an intermediate \ci{} \hkl<1 1 0> DB configuration.
+Although different, starting and final configuration as well as the change in orientation of the \hkl<1 0 0> DB are equal to the identified pathway by the {\em ab initio} calculations.
+However, barrier heights, which are overestimated by a factor of 2.4 to 3.5 depending on the character of migration, i.e. a single step or two step process, compared to the DFT results, are obtained.
+Obviously, the EA potential fails to describe \ci{} diffusion yielding a drastically overestimated activation energy, which has to be taken into account in subsequent investigations.
+
+Quantum-mechanical investigations of two \ci{} defects of the \hkl<1 0 0>-type for varying separations and orientations state a rather attractive interaction between these interstitials.
+Primiraly, energetically favorable configurations of two interstitials are found.
+This is due to strain compensation enabled by the combination of such defects in certain orientations.
+An interaction energy proportional to the reciprocal cube of the distance in the far field regime is found supporting the assumption of \ci{} DB agglomeration.
+The energetically most favorable configuration consists of a C-C bond.
+However, due to high activation energies of respective pathways or alternative pathways featuring less high activation energies, which, however, involve intermediate unfavorable configurations, this structure is less likely to arise than structures of C atoms that are interconnected by another Si atom.
+Thus, agglomeration of C$_{\text{i}}$ is expected whereas the formation of C-C bonds is assumed to fail to appear by thermally activated diffusion processes.
 
 
+HIER WEITER
 
+% for c_s c_i combos ...
+%Obtaind 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}.
 
 
 Experimental studies revealed increased implantation temperatures to be more efficient than postannealing methods for the formation of topotactically aligned precipitates \cite{kimura82,eichhorn02}.