Rev. Phys. Appl. (Paris) 25, 177-182 (1990)
DOI: 10.1051/rphysap:01990002502017700

About the dislocation screening charge

D. Ferré, A. Diallo et J.L. Farvacque

Université des Sciences et Techniques de Lille Flandres Artois, U.A. 234, 59655 Villeneuve d'Asq Cedex, France

Abstract
Up to now calculations of the occupation statistics at dislocation states and reduction of the free carrier mobility by dislocation scattering mechanisms have been done by evaluating the screening effect either according to Debye Hückel's approximation or by using the depleted region approximation introduced first by Read. We present in this paper a numerical method, following the rigid shift approximation. This method allows a self consistent determination of the dislocation charge and of the knowledge of the potential surrounding the dislocation line. This potential is, then, used in transport calculation in order to calculate the reversal mobility induced by dislocation Coulomb potentials. The present results invalidate the Debye Hückel approximation but gives results very near those obtained within the depleted region approximation in physical situations where it can be used. Finally it gives a means of computing dislocation occupation statistics in special situations as, for example, within the depleted region of a Schottky diode or in presence of multiflat impurities or in the intrinsic regime for which the depleted region approximation is no more easy to handle.

Résumé
Deux modèles d'écrantage sont couramment utilisés pour calculer la statistique d'occupation des états électroniques associés aux dislocations et la réduction de mobilité des porteurs libres liée à l'existence de mécanismes de diffusion propres aux dislocations. Avec l'hypothèse d'un déplacement rigide des états, nous développons dans ce papier, une méthode de calcul numérique qui, en permettant la détermination autocohérente de la charge portée par la dislocation, donne une valeur exacte de la mobilité réciproque induite par le potentiel coulombien autour de la dislocation. Les résultats obtenus montrent que l'approximation de la zone déplétée est bien adaptée au calcul de la diffusion des porteurs libres par une dislocation chargée mais que l'approximation de Debye-Hückel ne l'est pas. De plus, le calcul numérique reste le seul moyen de calculer la statistique d'occupation des dislocations dans des situations particulières où l'approximation de la zone déplétée n'est pas applicable : région de déplétion d'une diode Schottky, impuretés possédant différents états de charge ou régime intrinsèque par exemple.

PACS
6170G - Dislocations: theory.
7220F - Low field transport and mobility: piezoresistance semiconductors/insulators.
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.

Key words
carrier mobility -- Debye Huckel theory -- dislocation density -- dislocation screening charge -- occupation statistics -- dislocation states -- free carrier mobility -- dislocation scattering mechanisms -- Debye Huckel's approximation -- depleted region approximation -- rigid shift approximation -- self consistent determination -- dislocation charge -- dislocation line -- transport calculation -- reversal mobility -- dislocation Coulomb potentials -- Schottky diode -- multiflat impurities -- intrinsic regime