Моделирование поверхности кристаллизации соединений A3 B5 из растворов-расплавов

• Автор: Котов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 105 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1Л. Структура поверхности кристаллизации полупроводников

1Л Л. Адсорбционный слой

1Л .2. Шероховатость поверхности кристаллизации

1.2. Вычислительные методы исследования физических свойств поверхности кристаллизации. Потенциалы взаимодействия

1.2.1. Метод Монте-Карло

1.2.2. Метод молекулярной динамики

1.2.3. Потенциалы парного взаимодействия

1.3. Использование метода молекулярной динамики при моделировании поверхностных процессов
1.3.1. Моделирование поверхности
1.3.2. Прилипание, аккомодация, адсорбция, рассеяние
1.3.3. Поверхностная диффузия
1.3.4. Взаимодействие кластеров с поверхностями
ВЫВОДЫ К ПЕРВОЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ЖИД-КОСТЬ-ТВЕРДОЕ ТЕЛО МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
2.1. Реализация метода молекулярной динамики для двухфазных систем
2.2. Выбор временного шага
2.3. Вычисление параметров межмолекулярного потенциала
2.4. Оптимизация метода молекулярной динамики

ВЫВОДЫ КО ВТОРОЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ РАСТВОР-РАСПЛАВ ФОСФИДА-ГАЛЛИЯ - КРИСТАЛЛ ПОЛУПРОВОДНИКА
3.1 Модель фазового равновесия атомов раствора-расплава с подложкой полупроводникового соединения при постоянной температуре
3.2 Обсуждение результатов моделирования фазового равновесия атомов раствора-расплава с подложкой полупроводникового соединения
3.3. Описание программы молекулярно-динамического моделирования двухфазной системы «раствор-расплав - кристалл»
ВЫВОДЫ К ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ КЛАСТЕРООБРАЗОВАНИЯ В РАСПЛАВЕ НАД ПОВЕРХНОСТЬЮ КРИСТАЛЛА
4.1 Модель кинетики равновесия кластеров с подложкой полупроводникового соединения при постоянной температуре
4.2 Обсуждение результатов моделирования фазового равновесия кластеров раствора с подложкой монокристаллического фосфида галлия
4.3. Описание программы молекулярно-динамического моделирования кластерообразования в системе расплав-кристалл
ВЫВОДЫ К ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Современные представления о морфологическом строении и структуре межфазной поверхности, а также кинетических процессов, протекающих на границе раздела фаз жидкость-кристалл, становятся все более необходимыми для объяснения многих явлений, связанных с кристаллизацией. В современной твердотельной электронике предъявляются высокие требования к получению материалов с точно заданным составом, незначительные изменения в содержании компонента могут резко повлиять на свойства материала. Это определяет повышенные требования к контролю технологических операций, что требует глубокого изучения закономерностей протекания отдельных процессов, включая их математическое описание. В частности, в таких основных технологических операциях производства полупроводниковых приборов, как молекулярнолучевая эпитаксия, жидкофазная эпитаксия широко используются процессы с присутствием явления межфазного массопереноса. Необходимо иметь точные модели, позволяющие описать всю совокупность протекающих процессов.
Исследование кинетических процесса в системе кристалл полупроводника - конденсированная фаза можно использовать для получения важной информации о величине потенциальных барьеров на границе раздела фаз, механизме транспортировки и структуре переходного слоя. Кинетика межфазного массопереноса будет определяться структурой и свойствами пограничного слоя расплава и приповерхностной области кристалла. При макроскопическом описании оперируют усредненными величинами, поэтому исследование процессов в переходной области между фазами в рамках этого подхода затруднительно. Микроскопические методы моделирования, такие как метод молекулярной динамики или метод Монте-Карло,

рены возможности классической молекулярной динамики при моделировании поверхностных процессов.
1.3.1. Моделирование поверхности.
Блок подвижных частиц в ММД называется основной ячейкой (ОЯ). Для поверхности кристалла он состоит из некоторого количества слоев частиц и ограничен «снизу» слоем (или несколькими слоями) неподвижных частиц. Более глубокие слои можно при необходимости заменить сплошной средой. Выберем ячейку с высотой 1т, длиной и шириной 1 (по горизонтальным направлениям ОЯ либо также ограничена слоями неподвижных частиц, либо в этих направлениях применяются периодические граничные условия (ПТУ)). Число частиц в ОЯ N = п12Ь, где п -средняя концентрация частиц [8,9,16,28,29].
Выбор размеров ячейки, моделирующей участок поверхности, производится так, чтобы движение отдельных атомов передавало важные для данной задачи характеристики фононного спектра; воспроизводилась реконструкция и релаксация поверхности.
При моделировании равновесных процессов (десорбция, поверхностная диффузия, падение тепловых частиц) при некоторой температуре размер ячейки выбирается из условия 1, Ь > к''тт, где кт1п — минимальный волновой вектор фононов, еще вносящих вклад в энергетику изучаемого процесса.
При моделировании неравновесных процессов (падение быстрых частиц) размер ОЯ следует выбирать так, чтобы время взаимодействия 1] (время расчета) было много меньше времени возврата 12 на поверхность неравновесного возбуждения, отразившегося от границы ОЯ,