Моделирование начальных стадий роста пленок на подложках

• Автор: Мизина, Виктория Валерьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 138 с. : ил.

1. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ПЛЁНОК

И ВОЗМОЖНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В НИХ

1.1 Адсорбция как начальный этап конденсации плёнок. Теоретическое исследование адсорбции
1.2 Обзор экспериментальных и теоретических результатов по изучению начальных стадий формирования тонких плёнок
1.3 Теоретический и экспериментальный обзор фазовых переходов в плёнках на подложках

1.4 Экспериментальное изучение структуры монослойных

покрытий

Выводы по главе 1

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЙ

ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКОПЛЁНОЧНЫХ СТРУКТУР

2.1 Квантово-статистическая модель начальных стадий роста плёнки на кристаллической подложке
2.2 Динамика образования плёнок и релаксационные процессы
2.3 Оценка вкладов квантовых эффектов в определение энергии активации
Выводы по главе 2
3. ПОСТРОЕНИЕ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ. СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ
3.1 Расчёт спинодалей появления соразмерных тонкоплёночных структур на подложках
3.2 Исследование концентрационной зависимости энергии активации десорбции

3.3 Исследование температурной зависимости энергии активации десорбции
Выводы по главе 3
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В
ПЛЁНКАХ
4.1 Построение модели структурных фазовых переходов типа упорядочение в плёнках
4.2 Расчёт особенностей термодинамических характеристик плёнки в модели {ф3 ф4}
4.3 Моделирование структурных фазовых переходов в плёнках редкоземельных металлов на поверхности кремния
Выводы по главе 4
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Гамильтониан и квазисредние двухфазных структур 126 ПРИЛОЖЕНИЕ В. Получение однофононной функции Грина и определение термодинамических характеристик в модели {фЗ-ф4}

Актуальность темы исследования. Развитие тонкоплёночных технологий привело к прогрессу в микро- и оптоэлектронике, определяющему лицо современной информационной цивилизации. При выращивании плёнок со сложным составом и структурой приходится, в отсутствии общепризнанных теоретических моделей, экспериментально подбирать как материал и структуру подложек, так и технологические параметры процесса эпитаксии. Повышение требования к технологии материалов и компонентов электронной техники, необходимость получения материалов с точно заданным составом и свойствами, переход к субмикронным размерам элементов ужесточает требования к структурному совершенству материала, требуют глубокого изучения закономерностей протекания отдельных процессов, включая их математическое описание. Для того чтобы определить зависимость структурнофизических свойств растущей плёнки от условий роста необходимо исследовать сложный комплекс конкурирующих процессов.
Получение плёнок с заранее заданными параметрами становится особенно важным в связи с проявляющимся в последнее время интересом к эффектам самоорганизации на поверхности полупроводников. Различие в структуре нано- и обычных материалов приводят к новым физическим явлениям, уникальным структурам и свойствам, присущим наномасштабу. И хотя очевидны экспериментальные достижения в этой области, до сих пор не полностью выяснены механизмы роста подобных структур. Несмотря на большое количество теоретических разработок, приемлемых теоретических моделей создано к настоящему времени очень мало. Были выявлены значительные проблемы, связанные как с фундаментальным пониманием поведения наносистем, так и с количественным измерением и интерпретацией их свойств, что задерживает развитие и применение нанотехнологий на практике.
Возникает проблема обновления подхода к построению моделей кинетики фазовых переходов первого рода в двухфазных системах, свободных от
Для исследования процесса осаждения вещества на подложку воспользуемся гамильтонианом общего вида [5,11-14,87,119] с парным взаимодействием
Н = —— [У* (г) ДЧ'р)^-Л [Ч^(г) Ч'(г) +
2ти ° (2.1)
А и [)
где ^+(г) и ^/(г)- полевые операторы, т-масса частиц, Л- химический потенциал, V - объем системы, Ф(И) - потенциал парного взаимодействия,
£/(г) - псевдопотенциал поля подложки. Введение химического потенциала
учитывает несохранение числа частиц системы за счет стохастических процессов осаждения и возгонки. Последнее слагаемое суммы в (2.1) описывает взаимодействие системы с полем подложки, обладающим симметрией решетки и зависящее от температуры подложки.
Рассмотрение процесса конденсации частиц удобно производить в терминах вторичного квантования. Полевые операторы Ч,+(г)иЧ'(г) связаны с операторами рождения и уничтожения частиц а*к и ак ( в импульсном представлении) обычными соотношениями
^(г)=^а;М-Ч
(2.2)
в которых операторы а*к и ак в отсутствии запрета Паули удовлетворяют бо-зевским перестановочным соотношениям: