Теоретические модели режимов роста и морфологии полупроводниковых нитевидных нанокристаллов

• Автор: Большаков, Алексей Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Актуальность темы

Цели и задачи работы

Научная новизна работы

Научная и практическая значимость работы

Положения, выносимые на защиту

Апробация работы и публикации

Глава 1. НИТЕВИДНЫЕ НАНОКРИСТАЛЛЫ: ИСТОРИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРИМЕНЕНИЯ, СИНТЕЗ И

МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ
1.1. Исторический экскурс
1.2. Перспективы применения ННК
1.3. Методы синтеза ННК
1.3.1. Рост по механизму «пар-жидкость-кристалл»
1.3.2 Рост по механизму «пар-кристалл-кристалл»
1.3.3 Рост ННК в отсутствие катализатора
1.3.4 Рост ННК с использованием селективной литографии
1.4 Теории роста ННК по механизму ПЖК
1.5 Проблемы синтеза полупроводниковых ННК
1.5.1 Явление VZ-ZB политипизма ННК АЗВ
1.5.2 Латеральный рост ННК
1.5.3 Формирование радиальных гетероструктур и квантовых точек на их
поверхности

Глава 2. УСТОЙЧИВОСТЬ КАПЛИ КАТАЛИЗАТОРА И РЕЖИМЫ ПЖК РОСТА
2.1 Теоретическая модель
2.2 ПЖК рост Аи- и ва-каталитических ваАя ННК
2.3 Основные результаты Главы
Глава 3. ЛАТЕРАЛЬНЫЙ РОСТ И МОРФОЛОГИЯ ННК
3.1 Модель ПЖК роста ННК, с учетом латерального уширения
3.2 Анализ построенной модели и сопоставление с экспериментом
3.3 Модель ПЖК роста ННК по методу сублимации с близкого расстояния
3.4 Модель самоиндуцированного роста ННК
3.5 Анализ модели самоиндуцированного роста ННК
3.6 Основные результаты Главы
Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ РАДИАЛЬНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И РОСТ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ННК
4.1 Модель формирования КТ при росте радиальных гетероструктур
4.2 Критическая толщина смачивающего слоя
4.3 Моделирование частичного покрытия КТ боковой поверхности ННК
4.4 Основные результаты Главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы
Полупроводниковые наноструктуры пониженной размерности, в том числе нитевидные нанокристаллы (ННК) и гибридные структуры на их основе, являются объектами интенсивного научного исследования. Интерес к полупроводниковым ННК связан с перспективами их применения в наноэлектронике, нанофото-нике и наносенсорах [1—3]. Ограничение латеральных размеров полупроводниковых ННК приводит к проявлению интересных физических свойств, которые не наблюдаются в объемных материалах.
Одним из способов синтеза наноструктур с характерными размерами менее 100 нм является нанолитография [4], которая требует дорогостоящей обработки поверхности и может приводить к появлению структурных дефектов. Нитевидные нанокристаллы, выращиваемые по механизму «пар-жидкость-кристалл» (ПЖК) или по механизму самоиндуцированного роста в отсутствие катализатора без привлечения методов постпроцессинга [5] имеют, как правило, более высокое структурное совершенство при существенно более низких затратах на изготовление.
Важным направлением исследований в области физики ННК является интеграция оптических полупроводниковых наногетероструктур (в первую очередь АЗВ5) на кремниевую платформу [6]. Препятствием на этом пути является огромное значение коэффициента рассогласования постоянных решетки кристаллического кремния с большинством соединений АЗВ5. Ввиду малых латеральных размеров, бездислокационные ННК могут быть выращены на подложках с большим рассогласованием решеток, что является одним из перспективных способов интеграции опто- и микроэлектроники [1,7-12].
На настоящий момент известно множество различных методов синтеза однокомпонентных, к примеру Б1 [13,14], Це [15,16], металлических [17,18], а также многокомпонентных полупроводниковых АЗВ5 [19-21], А2В6 [22-24] и прочих

/ У £
ность химических потенциалов раствора и кристалла в единицах квТ, а = ш ,
квТ )
где еь - энергия границы раздела жидкость-кристалл. С учетом размерного эффекта уменьшения химического потенциала наноструктуры (эффект Гиббса-Томсона) запишем выражение для Ад:
Ад = Дд° — — (9)

Здесь Я0 - характерный радиус, значение которого с учетом кривизны цилиндрического ННК и сферической капли может быть записано в виде:
2(а,г„ -(3/2)0^) (10)

Где а, и О., - удельные объемы атома в твердой и жидкой фазе, соответственно, К, и Уы ' удельные поверхностные энергии боковых граней ННК и капли, соответственно,
Дд°=1п(<Г + 1) (11)
Итак, мы описали послойный рост на верхней грани ННК с учетом эффекта Гиббса-Томсона и влияния размеров грани. Рассмотрим теперь кинетическую модель адсорбционно-стимулированного роста ННК. Будем считать, что формирование кристалла идет в условиях подавленной диффузии в каплю и учтем только вклад за счет прямого попадания частиц из газовой фазы. Запишем уравнение материального баланса для концентрации С/ ростового материала в капле, считая форму капли полусферической: