Solubilities of Magnesium and Calcium in Silicon

Abstract

The solubilities of the elements Mg and Ca are determined in monocrystalline silicon. The doping is accomplished using liquid‐phase epitaxy of silicon from Mg/Si or Ca/Si melts. Both Mg and Ca exhibit a strong retrograde solubility. The maximum solubility of Mg in silicon is 1.5×1019 cm−3 ; that of Ca in silicon is 6.0×1018 cm−3 . The segregation coefficients at the melting point of silicon are 2.3×10−3 for Mg and 1.6×10−3 for Ca. Both elements are mainly dissolved on substitutional lattice sites; the enthalpy of the solution is determined to be 0.9 eV for Mg and 1.2 eV for Ca.

Dynamics of nonequilibrium electrons on neutral center states of interstitial magnesium donors in silicon

“…• C [16]. The sandwich technique enables a relatively homogeneous distribution of interstitial Mg centers in bulk samples with a maximum concentration up to 2 × 10 15 cm −3 [1].…”

Reassessment of Solid Solubilities and Thermodynamic Properties of Magnesium and Calcium in Silicon

“…Thereafter, the Ca or Mg content was determined by applying a ZAF correction. 8) for comparison. Solubilities ranged 0.0016-0.0041 mol% for Mg and 0.0006-0.0021 mol% for Ca at 1373-1623 K, and were below the detection limit at 1323 K. These data are smaller than the reported data.…”

“…In addition to the segregation coef cients, the solid solubilities of Mg and Ca in Si are important to consider their incorporation into Si, and were only reported by Sigmund 8) . The author applied temperature-gradient zone melting 9) to achieve equilibrium solidi cation of solid Si from liquid Ca-Si or Mg-Si alloys, and measured solubilities as high as 0.012 mol% at 1453 K for Ca and 0.025 mol% at 1473 K for Mg.…”

Диффузия Межузельного Магния В Бездислокационном Кремнии

“…Поэтому инте-ресна перспектива использовать для этих целей также и примесь магния [3]. Для получения Si : Mg приме-нялись различные методы: выращивание кристаллов из расплава [4], диффузия из газовой фазы в запаянной ампуле [5], жидкофазная эпитаксия [6], так называемый " сандвич-метод" (sandwich diffusion technique) [7][8][9], а также ионная имплантация [10]. В работе [11] легирова-ние кремния осуществлялось путем напыления пленки магния на поверхность образца с последующей обра-боткой образца импульсным лазерным излучением и высокотемпературным прогревом.…”

“…При этом, как следует из измерений проводимости, Mg i имеет очень низкую рас-творимость (∼ 10 15 см −3 ). В то же время полная концен-трация Mg в кристаллах кремния, определенная атомно-абсорбционным методом, может достигать 10 19 см −3 при 1200 • C [6]. Большую разницу между полной концен-трацией и концентрацией электрически активного Mg i авторы [6,10] предложили объяснить следующим обра-зом: находящийся в узле атом магния (Mg s ) должен быть двойным акцептором (по аналогии с Zn в Si), поэтому возможно образование изоэлектронных пар Mg i + Mg s , которые не вносят вклад в проводимость.…”