Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1327-1351 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220110132700

Dislocations and plasticity in semiconductors. II. The relation between dislocation dynamics and plastic deformation

J. Rabier¹ et A. George<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Métallurgie Physique, Unité Associée au CNRS n° 131, Faculté des Sciences, 40 avenue du Recteur Pineau 86022 Poitiers Cedex, France
²  Laboratoire de Physique du Solide, Unité Associée au CNRS n° 155, Ecole des Mines de Nancy, Institut National Polytechnique de Lorraine 54042 Nancy Cedex, France

Abstract
In this second part, the mechanical behaviour of elemental semiconductors (ESC) and III-V compounds (CSC) is briefly reviewed. The marked temperature dependence of the stress-strain curve is recalled first and some attention is paid to the correlation between the lower yield stress and dislocation dynamics at moderate temperatures. In Si, some suitable pre-strain yields a very favourable situation where measurements of both mobile dislocation density and local stresses can be done and where activation parameters at the lower yield point fairly agree with those of dislocation glide. In CSC, polarity effects result from the very different mobility of α and β dislocations and activation parameters apparently fail to reproduce those derived from velocity measurements. Generally, the mechanical behaviour is affected by doping in the sense expected from velocity measurements, but « metallurgical » effects appear at high concentrations if doping atoms are mobile at the deformation temperature. At lower temperatures, SC can be deformed under high stresses, if brittle fracture is prevented by a confining pressure. Experimental techniques are discussed and present results point to different rate controlling mechanisms in this range, where environment effects are in addition suspected. A last section deals with the influence of non-doping impurities, using the best known examples of oxygen in Si and indium in GaAs.

Résumé
Dans cette seconde partie on examine le comportement mécanique des semi-conducteurs élémentaires (ESC) et composés III-V (CSC). La forte influence de la température sur la courbe contrainte-déformation est rappelée et l'accent est mis sur le lien entre la limite élastique inférieure et la mobilité des dislocations aux températures moyennes. Dans Si, une prédéformation bien choisie conduit à une situation très favorable où l'on peut mesurer à la fois la densité des dislocations mobiles et les contraintes locales et où les paramètres d'activation à la limite élastique inférieure sont ceux observés pour le glissement des dislocations. Dans les CSC, la très grande différence de mobilité des dislocations α et β peut conduire à des effets de polarité et les paramètres d'activation obtenus sont assez différents de ceux déduits des mesures de vitesse. En général, le dopage affecte le comportement mécanique dans le sens où l'on s'y attend d'après les mesures de vitesses, mais des effets métallurgiques se produisent aux fortes concentrations si les atomes dopants sont mobiles à la température de déformation. A plus basse température, les SC peuvent être déformés sous fortes contraintes pourvu que la rupture fragile soit empêchée par une pression de confinement. Les techniques sont discutées et les résultats actuels suggèrent que les mécanismes élémentaires sont différents dans ce domaine, où - de plus - des effets d'environnement sont à prévoir. La dernière section traite de l'influence des impuretés non dopantes à l'aide des deux exemples les mieux connus : l'oxygène dans Si et l'indium dans GaAs.

PACS
6170L - Slip, creep, internal friction and other indirect evidence of dislocations.
6220F - Deformation and plasticity.

Key words
dislocation motion -- III V semiconductors -- polar semiconductors -- slip -- stress strain relations -- plasticity -- semiconductors -- dislocation dynamics -- plastic deformation -- mechanical behaviour -- elemental semiconductors -- III V compounds -- temperature dependence -- stress strain curve -- yield stress -- dislocation density -- stresses -- yield point -- dislocation glide -- polarity -- mobility -- activation parameters -- doping -- velocity -- impurities -- GaAs -- Si