Reconstructed Structures of Symmetrical 〈011〉 Tilt Grain Boundaries in Silicon

TLDR: In this article, the authors measured the energy of symmetric tilt grain boundaries in silicon using the tight-binding type electronic theory (bond orbital model) and showed that these reconstructed structures are more stable than those with dangling bonds.

Abstract: The energies of reconstructed structures of symmetrical 〈011〉 tilt grain boundaries with θ > 70.53° in silicon are calculated using the tight-binding type electronic theory (bond orbital model). The energies of the most stable reconstructed boundary structures are in the same range or a little larger than those with θ ≦ 70.53°. These reconstructed structures are more stable than those with dangling bonds. There exists the continuity of boundary structure in the range 70.53° ≦ θ ≦ 148.41° (Σ = 27). Shallow cusps in the energy against θ curve can be found at special boundaries of type Σ = 3 (θ = 109.47°), Σ = 11 (θ = 129.52°), and Σ = 27 (θ = 148.41°), all of which are composed of one kind of original patterns. For θ > 148.41°, boundary structures are composed of an array of a0[100] edge dislocations. Die Energien rekonstruierter Strukturen symmetrischer 〈011〉-Neigungskorngrenzen mit θ > 70,53° in Silizium werden mit der Elektronentheorie in der Naherung starker Kopplung (bond orbital model) berechnet. Die Energien der stabilsten rekonstruierten Korngrenzenstrukturen sind vergleichbar oder etwas groser als die der Korngrenzen mit θ ≦ 70,53°. Diese rekonstruierten Strukturen sind stabiler als die mit „dangling bonds”. Im Bereich 70,53° ≦ θ ≦ 148,41° (Σ = 27) existierten kontinuierliche Korngrenzenstrukturen. Flache Spitzen im Verlauf der Korngrenzen-energie uber θ konnen an speziellen Korngrenzen vom Typ Σ = 3 (θ = 109,47°), Σ = 11 (θ = = 129,52°) und Σ = 27 (θ = 148,41°), die sich alle aus einem Ursprungsmuster zusammensetzen, gefunden werden. Fur θ > 148,41° sind die Korngrenzenstrukturen aus einer Anordnung von a0[100]-Stufenversetzungen zusammengesetzt.