Portal de Periódicos da CAPES

Chemical bond and related properties of SiO2. VII. Structure and electronic properties of the SiOx region of Si–SiO2 interfaces

1980; Wiley; Volume: 61; Issue: 2 Linguagem: Inglês

10.1002/pssa.2210610241

1521-396X

K. Hübner,

Semiconductor materials and interfaces

It is shown that some SiOx forms (electron-beam evaporated SiOx and SiOx regions at the interface between Si and its thermally grown oxide) must be described by a random-bonding statistics, whereas others (CVD films and SiOx at elevated temperatures) can be considered as a simple mixture of Si and SiO2. The microscopic coexistence of Si-Si and Si-O bonds and of their properties in SiOx is discussed. The total electronic properties of SiOx reveal in dependence on x an ensemble behaviour with a threshold at x ≈ 1.25. This threshold can be explained in terms of percolation theory or with the help of more general considerations. The strongest variation of electronic properties of SiOx takes place within the range from x = 0 to x ≈ 1.25. From the fact that the electronic properties of SiO2 are almost completely reached already at x ≈ 1.5 follows that the thickness of gradual SiOx regions of Si-SiO2 interfaces is greater than commonly deduced from their electronic properties. The number of broken Si-O bonds is calculated in dependence on thermodynamic parameters. In agreement with recent predictions it is 1019 cm−3 for SiO2. Es wird gezeigt, daß einige SiOx-Formen (elektronenstrahlverdampftes SiOx und SiOx-Regionen an der Interface zwischen Si und seinem thermischen Oxid) durch eine Random-Bonding-Statistik beschrieben werden müssen, wohingegen andere (CVD-Filme und SiOx bei erhöhten Temperaturen) als ein einfaches Gemisch aus Si und SiO2 betrachtet werden können. Die mikroskopische Ko-existenz von Si-Si- und Si-O-Bindungen und ihren Eigenschaften in SiOx wird diskutiert. Elektronische Gesamteigenschaften von SiOx zeigen in Abhängigkeit von x ein Ensembleverhalten mit einer Schwelle bei x ≈ 1,25. Diese Schwelle kann durch die Perkolationstheorie oder mit Hilfe allgemeinerer Betrachtungen erklärt werden. Die stärkste Variation elektronischer Eigenschaften von SiOx findet im Bereich von x = 0 bis x ≈ 1,25 statt. Aus der Tatsache, daß die elektronischen Eigenschaften von SiO2 bereits bei x ≈ 1,5 fast vollständig-erreicht werden, folgt, daß die Dicke von graduellen SiOx-Regionen von Si-SiO2-Interfaces größer ist als allgemein aus ihren elektronischen Eigenschaften geschlußfolgert wird. Die Anzahl abgerissener Si-O-Bindungen wird in Abhängigkeit von thermodynamischen Parametern berechnet. In Übereinstimmung mit kürzlich getroffenen Voraussagen beträgt sie für SiO2 1019 cm−3.