Bất cứ lý thuyết nào về khuếch tỏn nguyờn tử cũng đều phải bắt đầu với việc xem xột cơ chế khuếch tỏn và việc trả lời cõu hỏi: một nguyờn tử nhất định dịch chuyển từ vị trớ này đến vị trớ khỏc nhƣ thế nào? Sự khuếch tỏn tạp chất trong vật
liệu Si là sự dịch chuyển trờn quy mụ lớn cỏc nguyờn tử tạp chất, quỏ trỡnh này là kết quả của nhiều bƣớc di chuyển nhỏ của cỏc nguyờn tử riờng biệt. Để mụ phỏng quỏ trỡnh khuếch tỏn động, việc xỏc định tốc độ khuếch tỏn, cơ chế khuếch tỏn, mụ hỡnh khuếch tỏn là cần thiết.
Hầu hết cỏc trƣờng hợp khuếch tỏn tạp chất trong Si là khuếch tỏn đồng thời tạp chất và sai hỏng điểm. Nếu thừa nhận sự khuếch tỏn B trong silic là cơ chế hỗn hợp, và sự di chuyển của B luụn thực hiện theo cỏc bƣớc nhảy ngẫu nhiờn, luụn cú sự tƣơng tỏc với mạng tinh thể (gồm nguyờn tử Si mạng gốc, điền kẽ silic I và nỳt khuyết V). Cơ chế khuếch tỏn kiểu này luụn kốm theo cỏc quỏ trỡnh sinh, huỷ sai hỏng điểm theo cỏc phản ứng sau [8, 10, 88]:
Bi + V ↔ Bs (5.1)
Bi + Si ↔ Bs + I (5.2) I + V ↔ Si (5.3) I + Bs ↔ Si + Bi (5.4)
ở đõy Bi và Bs là nguyờn tử B ở vị trị điền kẽ và vị trớ thế chỗ trong tinh thể silic. Si là nguyờn tử silic mạng gốc, I là tự điền kẽ silic và V là nỳt khuyết.
a. Quỏ trỡnh di chuyển của nguyờn tử B [8, 10, 88]
i) Nguyờn tử B điền kẽ di chuyển vào ụ điền kẽ lõn cận (cơ chế điền kẽ), cơ chế 1 (hỡnh 5.1):
Bi → Bi (5.5) ii) Nguyờn tử B điền kẽ di chuyển vào một nỳt khuyết V tạo ra
một nguyờn tử B thế chỗ (cơ chế nỳt khuyết), cơ chế 2 (hỡnh 5.1):
Bi + V → BS (5.6)
iii) Nguyờn tử B điền kẽ di chuyển vào nỳt mạng tinh thể trở thành B thế chỗ và điền kẽ I (cơ chế kick-out), cơ chế 3 (hỡnh 5.1):
Bi + Si → BS + I (5.7)
iv) Nguyờn tử B thế chỗ di chuyển vào hốc điền kẽ tạo ra B điền kẽ và nỳt khuyết (cơ chế phõn ly), cơ chế 4 (hỡnh 5.1):
Bs → Bi + V (5.8)
b. Quỏ trỡnh di chuyển của điền kẽ silic I
i) Một điền kẽ Si di chuyển vào vị trớ điền kẽ khỏc (cơ chế điền kẽ), cơ chế 5 (hỡnh 5.1):
I → I (5.9)
ii) Một điền kẽ Si di chuyển vào một nỳt khuyết tạo thành một nỳt mạng hoàn chỉnh (cơ chế tỏi hợp) cơ chế này làm tiờu hủy một điền kẽ và một nỳt khuyết, cơ chế 6 (hỡnh 5.1):
I + V → Si (5.10) Bi V Si 1 2 3 4 Si I 5 7 6 8
iii) Một điền kẽ Si di chuyển vào một vị trớ B thế chỗ tạo ra một nỳt mạng hoàn chỉnh và một nguyờn tử B điền kẽ (cơ chế kick- out), cơ chế 7 (hỡnh 5.1):
I + Bs → Si + Bi (5.11) iv) Một nguyờn tử Si ở nỳt mạng tinh thể di chuyển vào một hốc
điền kẽ, tạo ra một điền kẽ và một nỳt khuyết (cơ chế phõn ly), cơ chế 8 (hỡnh 5.1):
Si → I + V (5.12) Si là nguyờn tử silic ở nỳt mạng tinh thể, I là nguyờn tử silic ở vị trớ điền kẽ (tự điền kẽ silic), V là nỳt khuyết, Bs là nguyờn tử B ở vị trớ thế chỗ, Bi là nguyờn tử B ở vị trớ điền kẽ trong silic.
c. Quỏ trỡnh di chuyển của nỳt khuyết
Quỏ trỡnh di chuyển và sinh hủy nỳt khuyết trong mạng tinh thể Si hoàn toàn phụ thuộc vào quỏ trỡnh di chuyển và tƣơng tỏc giữa tạp chất B, I, V với nhau và với mạng tinh thể Si.