Диффузионно-контролируемые механизмы формирования нанокристаллических гетероструктур в двухкомпонентных пленках с ограниченной взаимной растворимостью

• Автор: Меркулов, Григорий Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 96 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Термодинамика бинарных систем

1.2 Спинодальный распад в твердых растворах

1.3 Слоистые структуры в массивных сплавах

1.4 Модулированные структуры в полупроводниковых системах

1.5 О диффузии в двухкомпонентных тонкопленочных системах

1.5.1 Влияние растворимости компонента на диффузию

1.5.2 Поверхностная диффузия

1.6 Кинетика формирования структуры двухкомпонентных пленок на начальной стадии роста
1.7 Заключение. Постановка задачи исследования
2. МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ОГРАНИЧЕННОЙ ВЗАИМНОЙ РАСТВОРИМОСТЬЮ
2.1 Экспериментальные результаты
2.2 Модель диффузионного расслоения двухкомпонентной пленки
2.3 Результаты расчетов и их обсуждение
2.4 Выводы к Главе
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ СЛОИСТОЙ СУБСТРУКТУРЫ ЗЕРЕН СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫХ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК КРЕМНИЯ
3.1 Экспериментальные данные
3.1.1 Условия и режимы получения пленок
3.1.2 Ориентация, морфология поверхности и субструктура зерен
3.1.3 Зависимость ширины слоев от температуры

3.2 Механизм формирования слоистой субструктуры
3.3 Математическое описание модели
3.4 Результаты расчетов
3.5 Выводы к Главе
4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ С ВЫСОКОЙ ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТЬЮ В ПЛЕНКАХ АЬ-АЬзОз
4.1 Методика и результаты эксперимента
4.2 Кинетика роста нитевидных микрокристаллов
4.2.1 Математическое описание модели
4.2.2 Результаты расчетов
4.3 Выводы к главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Интерес к тонким пленкам проявляется в связи с рассмотрением последних как уникальных объектов для фундаментальных и прикладных исследований. Одно из новых направлений в физике и технологии многокомпонентных пленочных материалов — это создание периодических (модулированных) структур, в том числе и трехмерных, за счет образования различных сеток дислокаций несоответствия на межфазных границах эпитаксиальных слоев разных металлов (или полупроводников) и многократного повторения слоев определенной толщины последовательным наращиванием. Синтезированные таким образом материалы имеют свойства, принципиально отличные от свойств соответствующих массивных сплавов.
Особый интерес в последнее время вызывают пленочные композиты на основе взаимно нерастворимых пар (Со-А£, Ре-А£, МьА§) с распределенными в матрице пленки частицами магнитной фазы, в которых наблюдается эффект гигантского магнитного сопротивления. Нанокомпозиты металл-диэлектрик с распределенными в диэлектрической матрице металлическими наночастицами в зависимости от размера и плотности последних существенно изменяют характер электропроводности системы.
Спонтанное возникновение периодически упорядоченных структур на поверхности и в эпитаксиальных пленках полупроводников охватывает широкий круг явлений в физике твердого тела и в полупроводниковой технологии. Актуальность исследований в данной области обусловлена необходимостью получения полупроводниковых наноструктур с характерными размерами 1-100 нм. Например, спонтанное упорядочение наноструктур позволяет получать включения узкозонных полупроводников в широкозонной матрице и тем самым создавать локализующий потенциал для носителей тока. Спонтанное возникновение наноструктур создает основу для новой технологии получения упорядоченных массивов квантовых проволок и квантовых точек - базу для опто- и микроэлектроники нового поколения.

Здесь: Н,тА‘(|-т)в_ число островков 1-го размера, состоящих из ш-атомов сорта А и (1-т) -атомов сорта В (т изменяется в пределах от 1 до 0); И.1 и - скорости притока атомов из двумерного пара; Ел и ЕЛ2 - энергии активации диффузии адатомов сорта А и В по поверхности; а1 -коэффициенты захвата островками отдельных атомов из двумерного пара или из потока, равные числу мест адсорбции, занятых кластером размера 1 и его зоной захвата; по — плотность мест адсорбции на поверхности кристалла-подложки; Т - температура подложки; 0 - степень покрытия (доля занятых мест адсорбции совокупностью всех кластеров) в данный момент времени, определенная как:
где п - максимальное число атомов в островке.
Расчеты проводились для двух модельных пар металл-металл: с близкими и различающимися значениями энергии активации поверхностной диффузии. Растущие кластеры разделены на три типа: А, В - образованные преимущественно атомами компонента с меньшими и с большими значениями энергии активации поверхностной диффузии соответственно; АВ - смешанного типа.
Результаты расчетом представлены в виде гистограмм распределения кластеров А, В, и смешанного типа АВ по размерам.
На рис. 1.9 представлены полученные графические зависимости плотности кластеров типа А, В, и АВ от времени конденсации для значений параметров процесса: Е<1.л=0.5 эВ., Е<1_в=0.9 эВ, Кл+в=10|7см‘2с'1, Т=300 К.
Проведенные в [63-65] расчеты показывают, что при различающихся значениях энергии активации поверхностной диффузии компонентов, к моменту наступления стадии, предшествующей коалесценции, тонкая пленка металлов будет состоять из высокодисперсной матрицы, образо-
1,тЛ *( 1-т ) В

(1.6)