Электронное строение и спектр одноэлектронных состояний тетраэдрических кристаллов с локальными дефектами

• Автор: Стебеньков, Артем Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 105 с. : ил.

1 Тетраэдрические кристаллы: свойства, моделирование структуры и расчет их свойств

X '• ,

I. 1 Физико-химические "свойства тетраэдрических кристаллов

1.1.1 Ковалентные кристаллы

1.1. 1. 1 Углерод (алмаз)

1.1. 1.2 Кремний

1.1. 1.3 Германий

1.1.2 Ионно-ковалентные кристаллы

1.1.2. 1 Арсенид галлия

1.1. 2. 2. Нитрид бора

1.1. 2. 3 Нитрид алюминия

X , , ,'г
1.1. 2. 4 Фосфид галлия
1.1. 2. 5 Фосфид бора
1.1. 2. 6 Арсенид алюминия
1. 2 Кластерные модели твердых тел
1.2. 1 Модель молекулярного кластера
1.2. 2 Модель орбитально-стехиометрического кластера
1. 3 Квантовохимические вычислительные схемы, используемые для расчетов электрофизических свойств многоатомных структур
1.3. 1 Оіраниченньїй метод Хартри-Фока-Рутана
1.3. 2 Неограниченный метод Хартри-Фока-Рутана
1.3.3 Полуэмпирический метод ММЭО
1.3. 4 Вычислительные схемы на основе теории функционала плотности....43 Выводы
2 Спектр одноэлектронных состояний ковалентных кристаллов с локальными дефектами
2. 1 Выбор модели

2. 2 Спектр одноэлектронных состояний ковалентных структур идеальных и
с локальными дефектами изовалентного замещения
2. 3 Спектр одноэлектронных состояний ковалентных структур с локальными дефектами акцепторного и донорного замещения
2. 4 Спектр одноэлектронных состояний ковалентных структур с локальным
дефектом типа вакансии
Выводы
3 Сравнительные. расчеты спетра одноэлектронных ' состояний тетраэдрических кристаллов в рамках моделей орбитальностехиометрического кластера и молекулярного кластера с замыканием оборванных валентностей атомами водорода
3. 1 Выбор модели
3. 2 Результаты расчетов
Выводы
4 Неэмпирический расчет энергетических состояний электронов в ковалентных и ионно-ковалентных кристаллах с локальными дефектами замещения ..А..:
4. 1 Выбор модели
4. 2 Результаты расчетов
Выводы
5 Спектр одноэлектронных состояний кристаллического германия с дефектами замещения атомами Зб-элементов (в рамках схемы теории функционала плотности)
5. 1 Выбор модели
5. 2 Результаты расчетов
Выводы
Основные результаты и выводы
Библиография

1 . г Актуальность'темы. Локальные внутриобъемные дефекты в полупроводниковых и диэлектрических кристаллах играют важную роль в физическом материаловедении, поскольку они модифицируют спектр одноэлектронных состояний соответствующих кристаллов [1, 2]. Последний, в свою очередь, обуславливает электрофизические параметры твердых тел, которые путем введения локальных внутриобъемных дефектов можно варьировать с целыо конструирования на их основе новых элементов электронной техники. Поэтому исследование влияния локальных внутриобъемных дефектов на
электронное строение и энергетический спектр кристаллического объекта яв-1 . , , г
ляется важной задачей.
Многообразие свойств ковалентных и ионно-ковапентных кристаллов обуславливает их широкое применение в приборах и устройствах различного технического назначения. Электрофизические свойства ковалентных и ионно-ковалентных кристаллов к настоящему времени хотя и в значительной степени изучены, однако имеется мало исследований, посвященных изучению электронного строения кристаллов, содержащих различные локальные внутриобъемные дефекты замещения. Поэтому исследование кристаллов такого типа с локальными внутриобъемными дефектами является актуапьной
Электронно-энергетическте характеристики многоатомных систем можно оценить исходя из электронной волновой функции рассматриваемого объекта [3-7]. Чтобы получить требуемую волновую функцию, необходимо решить уравнение Шредингера для соответствующей системы. Точное решение уравнения Шредингера возможно только для относительно простейших систем. Для многоэлектронных же систем волновые функции могут быть получены лишь при использовании тех или иных приближений: одноэлектронное, валентное и адиабатическое; пренебрегают интегршшми некоторых вэаимо-

Рисунок 11 - Энергетический спектр идеальных алмаза, кремния и германия (в единицах Е/дЕё, где ДНВ - ширина запрещённой щели алмаза) ' -
Зі БІСС) Зі(Ое) Єє Се(С) Ое(Зі)
Рисунок 12 - Схема энергетических уровней кристаллов кремния и германия, идеальных и с дефектом замещения на изовалентные атомы (в единицах Е/дЕе, где ДЕ6 - ширина запрещённой щели)