Локальные искажения атомной структуры кристаллических твердых растворов германий-кремний по данным EXAFS-спектроскопии

• Автор: Деев, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Глава 1. Атомная структура кристаллических твердых растворов

германий - кремний (литературный обзор)

1.1. Структурные характеристики

1.2. ЕХАЕ8-спектроскопия. Связь структурных характеристик

с наблюдаемыми величинами

1.2.1. Поглощение рентгеновских лучей

1.2.2. Основное уравнение ЕХАРБ

1.2.3. Стандартный подход к обработке ЕХАТв-спектров

1.2.4. Метод регуляризации в ЕХАРЯ-спектроскопии

1.3. Результаты ЕХАРв-исследований кристаллических твердых растворов Се—81

1.3.1. Теоретические модели структуры кристаллических

твердых растворов Се-81
1.3.2. Экспериментальные результаты исследования
структуры кристаллических твердых растворов Се-81
1.4. Постановка задачи
Глава 2. Образцы и техника эксперимента
2.1. Методы приготовления образцов
2.1.1. Пленки кристаллического германия
2.1.2. Пленки кристаллических твердых растворов Се-81
2.2. Экспериментальные установки и условия съемки
2.2.1. Лабораторный ЕХАЕв-спектрометр РАС-1
2.2.2. Синхротронные линии для ЕХАЕв-исследований
2.3. Предварительная обработка спектров поглощения
2.3.1. Выделение нормированной осциллирующей части
спектра поглощения, снятого в геометрии
"на пропускание"
2.3.2. Выделение нормированной осциллирующей
части спектра, снятого методом полного
выхода фотоэлектронов
2.3.3. Переход в шкалу волновых чисел фотоэлектронов
2.3.4. Коррекция на неоднородность образца по толщине

Глава 3. Пробные функции в итерационном процессе решения обратной
задачи ЕХАЕ8 - спектроскопии
3.1. Математический алгоритм
3.2. Модельные эксперименты
3.3. Экспериментальные результаты по кристаллическому
германию и кристаллическому кремнию
3.4. Выводы
Глава 4. Определение парциальных парных корреляционных функций для
бинарной системы (германий-кремний)
4.1. Алгоритм решения обратной бинарной задачи по комбинированным ЕХАГв-данным
4.2. Модельные эксперименты
4.3. Экспериментальные результаты по системе германий - кремний
4.4. Обсуждение полученных результатов
4.5. Выводы
Заключение
Список работ соискателя по теме диссертации
Список литературы

Исследование ближнего порядка в кристаллических твердых растворах вносит вклад в систему фундаментальных знаний о природе неупорядоченного состояния. Подобные знания позволяют с большей достоверностью объяснять уникальное сочетание их физических и химических свойств. За последние 10-15 лет не ослабевает интерес к кристаллическим сплавам Ое-Б1 и гетероструктурам на их основе — в первую очередь из-за того, что эти материалы обладают электронными свойствами, совершенно отличными от свойств чистых германия и кремния. Кристаллические сплавы Ое-81 в настоящее время широко используются в технологии высокоскоростных аналоговых устройств.
Физические и химические свойства материалов определяются расположением атомов и их взаимодействием. Кристаллические твердые растворы по своему атомному строению относятся к неупорядоченным соединениям. С классической точки зрения атомы в кристаллических твердых растворах располагаются в узлах кристаллической решетки, но при этом существует сортовое или химическое разупорядочение. Несмотря на большое количество исследований кристаллических твердых растворов, приведенных в литературе, интерес к исследованию их локальных структурных свойств по-прежнему не ослабевает. В последнее десятилетие структурные исследования различных кристаллических твердых растворов методом ЕХАБЗ-спектроскопии показали, что классическое понимание структуры этих соединений нуждается в корректировке. Было выявлено, что в твердых растворах, в которых относительная разность параметров решетки, характерной для чистых элементов, входящих в соединение, около 4-5 %, данные ЕХАББ-спектроскопии не совпадают с данными по рентгеновской дифракции — имеются значительные локальные искажения структуры.
Данные о структуре разупорядоченных соединений описываются с помощью параметров дальнего и ближнего порядка. При этом дальний порядок характеризуется кристаллографическими параметрами — типом кристаллической решетки, параметрами элементарной ячейки и т.д. Ближний порядок описывается с помощью параметров ближнего порядка (например, параметра Каули). Искажения локальной атомной структуры твердых растворов, а также координационные числа удобно определять, используя парциальные корреляционные функции — парные, тройные и т.д. Современная экспериментальная физика имеет в своем распоряжении ряд экспериментальных методик изучения структуры разупорядоченных соединений — рассеяние нейтронов, электронов, рентгеновских лучей. Дифракционные методы исследования, перечисленные выше, при наличии дальнего порядка оказываются бессильными описать локальное разупорядочение. Физика процессов

энергия фотонов, Е, эВ длина волны, X, А
длина волны, X, А энергия фотонов, Е, эВ
Рис. 2.5. Процедура предварительной обработки ЕХЛРЗ-спсктра кристаллической пленки германия.
а) вычитание аппаратной функции: (1)— исходный спектр поглощения образца, (2) — аппаратная функция, (3) —спектр поглощения германиевой пленки.
б) Вычитание предкраевой функции Викторина: (1)—спектр поглощения германия, (2) — вклад Ь-, М-,... поглощения, (3) — вклад К-поглощения.
в) Выделение гладкой части: точки — спектр К-поглощения, сплошная линия — гладкая часть.
г) Нормированная осциллирующая часть спектра поглощения.