Компьютерное моделирование роста наноструктур: нанокластеров и нанокристаллов

• Автор: Лубов, Максим Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Введение

Глава 1. Физические основы роста полупроводниковых наноструктур

1.1. Роль наноструктур в полупроводниковой технологии

1.2. Механизмы роста наноструктур

1.3. Теоретические исследования наноструктур

1.3.1. Теория зародышеобразования

1.3.2. Методы компьютерного моделирования

1.3.2.1. Методы расчета из первых принципов

1.2.3.2. Метод молекулярной динамики

1.3.2.3 Метод Монте-Карло

1.З.2.4. Метод кинетических уравнений

1.4. Цели и задачи работы
Глава 2. Начальная стадия роста нанокластеров на неактивированной подложке [А1-А5]
2.1. Физическая модель формирования нанокластеров карбцда кремния на подложке кремния
2.2. Определение поверхностных барьеров миграции адатомов кремния и углерода на кремнии
2.2.1. Поверхность кремния без кластера
2.2.2. Поверхность кремния с кластером
карбида кремния
2.3. Расчет упругих напряжений в подложке кремния под кластером карбида кремния
Глава 3. Формирование и рост нитевидных нанокристаллов арсенида галлия на активированной подложке [А6-А10]
3.1. Физическая модель роста нитевидных нанокристаллов арсенида галлия
3.2. Моделирование роста массива нитевидных нанокристаллов арсенида галлия на поверхности (111) арсенида галлия
3.2. Влияние флуктуаций состава раствора капли на формирование квазипериодических кристаллических структур
Заключение Список литературы
Введение
В настоящее время полупроводниковые нанокластеры и нанокристаллы имеют большое значение для микро- и оптоэлектроники. Нанокластеры - это группы атомов с размерами, не превышающими 100 нм вдоль каждого направления. Нанокристаллы - кристаллы, у которых размер хотя бы вдоль одного направления меньше 100 нм. При создании наноструктур на основе массивов нанокластеров или нанокристаллов большое значение играет процесс роста, поскольку именно он определяет качество и физические свойства получаемых структур: Формирование и эволюция массива нанокластеров происходит на1 начальной стадии эпитаксиального роста слоя (тонкой пленки) на поверхности подложки. При этом первые несколько атомных слоев выращенной'пленки формируются: в-результате зарождения, эволюции и последующей коалесценции системы кластеров на поверхности. Поэтому итоговое состояние тонкой пленки: ее структура, однородность, наличие упругих напряжений и дефектов во многом определяется процессом роста массива нанокластеров. При росте массива нанокристаллов можно выделить две стадии: зарождение и последующая эволюция, массива нанокристаллов. При этом кристаллическая,структура массивов нанокристаллов, а. значит, и физические свойства наноструктур на их основе, будут зависеть от условий роста и локального окружения каждого нанокристалла (наличия поблизости других нанокристаллов, ступеней или дефектов).
На сегодняшний день значительный интерес для микро- и оптоэлектронных технологий представляет карбид кремния (как в виде тонких пленок, так и массивов нанокластеров; карбида кремния на кремнии); Карбид кремния -широкозонный материал, позволяющий создавать на своей основе приборы, выдерживающие высокие мощности, и более стойкий к условиям высокой температуры, жесткого облучения, агрессивной окружающей среды, чем кремний. Другим привлекательными для микро- и оптоэлектроники, объектами являются

Позднее был предложен целый ряд методов, получивших обобщенное название «пост Хартри-Фоковские» методы, которые благодаря учету электронных корреляций позволяют значительно улучшить результаты, полученные с помощью метода Хартри-Фока [117,119].
В методах Хартри-Фока и «пост Хартри-Фока» размер рассматриваемых систем сильно ограничен (не более 100 атомов), в связи с тем, что эти методы являются очень требовательными к вычислительным ресурсам []. Поэтому в
дальнейшем, по мере развития физики твердого тела и физики полупроводников возникла потребность в методе, позволяющем с высокой точностью моделировать молекулярные структуры, содержащие 100 и более атомов. Таким методом стал метод теории функционала плотности [119-122].
В основе теории функционала плотности, лежит две теоремы Хоэнберга и Кона [123]. Согласно первой теореме, энергия основного состояния системы £0является функционалом ее электронной плотности,/?: Ео=Е[р] (здесь, Е[р] - функционал электронной плотности). Эта теорема является теоремой существования и не дает метода построения этого функционала. Во второй теореме Хоэнберга-Кона сформулирован вариационный принцип для функционала плотности и доказано, что энергия электронной подсистемы, записанная как функционал электронной плотности, имеет минимум, равный энергии основного состояния, Е0:
Е0=Е[р*(г)],

где р*(г) определяется следующим образом: