Квантово-химическое моделирование строения и свойств локальных дефектов в широкозонных полупроводниках и диэлектриках

• Автор: Зюбин, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 264 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ПРОБЛЕМЫ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ В ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛАХ.
1. Дефекты в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. 2. Локальные дефекты в оксидах кремния и германия.

3. Комбинированные Ь1У дефекты в алмазе.

4. Методика расчетов.

Глава 2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЛОКАЛЬНЫХ ДЕФЕКТОВ В ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛ У ПРОВОДНИК АХ.4

Часть 1. Аморфный селен.

1. Изолированные заряженные центры УЛР.

2. Нейтральные дефекты.

3 Возможные пути трансформации ГВК.

4 ИК спектры фрагментов исходной сетки и ГВК в аЬе.
5 Влияние ГВК на зонную структуру ХСП.
6 Моделирование энергий вертикальных возбуждений на основных фрагментах МЫС и гипервалентных дефектах в селене.
7 Гинервалентиые конфигурации с незамкнутыми связями в аморфном селене.
8. Взаимная стабилизация ГВК.
9. Примеси в аморфном селене.
9.1 Дефекты с участием хлора.
9.2 Дефекты с участием теллура.
9.3 Дефекты с участием мышьяка.
9.4. Примесь германия в аморфном селене.
Часть 2. Строение и свойства дефектов в сульфиде мышьяка.
1. Базовые фрагменты ННС.
2. Заряженные и гипервалентные дефекты.
3. Колебательные спектры различных фрагментов ННС v23.
4. Влияние дефектов на зонную структуру v23.
Глава 3. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ОКСИДАХ КРЕМНИЯ И ГЕРМАНИЯ.
1. Кислородсодержатцие поверхностные дефекты в оксидах кремния и германия
1.1. Немостиковый кислород 0А .
1.2. Г 1ероксидный радикал ОО.
1.3. Дефекты 0А И Л.
2. Поверхностные дефекты с дефицитом кислорода КДЦ.
2.1. Двукратно координированные атомы германия и кремния А
2.2. Поверхностный Ецентр.
2.3. Комбинация поверхностного Ецентра и кислородной вакансии.
3. Одинарные и двойные кислородные вакансии V и V.
3.1. Поглощение на одиночной и двойной кислородных вакансиях.
3.2. Инвертированная вакансия.
3.3. Люминесценция на одинарной и двойной кислородных вакансиях.
4. Примесь алюминия в оксиде кремния дефект i.i0.
Глава 4. СТРУКТУРА И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕФЕКТОВ С
УЧАСТИЕМ ВАКАНСИИ И АТОМОВ АЗОТА В АЛМАЗЕ.
1. Моделирование фрагментов решетки алмаза с локальными
дефектами.
2. Возбужденные состояния дефекта с одним атомом азота.
3. Влияние возбуждений на геометрические параметры дефекта V
4. Возбужденные состояния нейтрального дефекта V0.
5. Дефекты с участием двух и грех атомов азота.
5.1. Результаты .
5.2. Результаты 2.
Основные результаты и выводы
Список литературы


Но окисление поверхности существенно смещает ее значение появление одного фрагмента 0 увеличивает эту частоту до 0 0 см1, при наличии двух таких групп она возрастет до 0 0 см1 3. На поверхности БЮз в присутствии трех мостиков 810 частота этого колебания должна быть существенно выше 0 см1. Колебания фрагмента ОН имеют частоты в диапазоне 0 см1 3, 4 исключая растяжение связи ОН и не подходят ни для первого, ни для второго дефекта. Кроме того, возбуждение этих фрагментов требует слишком высоких энергий, 8 эВ 5, а возможность активации угловых колебаний при этомсомнительна. Весьма любопытные результаты были получены также для оксида германия. Несколько лет назад на основе субсгехиометрпческого оксида германия веОктз с кварцеподобной структурой были синтезированы нанопроволоки с весьма необычными оптическими свойствами 9. При облучении квантами света с энергией 5. В они дают яркую люминесценцию в интервале 2 3 эВ с максимумом при 2. Не исключено, что в формировании этой полосы могут участвовать несколько дефектов, имеющих область поглощения вблизи 5. Фотопоглощающие свойства кислородной вакансии ОУ в оксиде кремния изучались как экспериментально, так и теоретически , , 8 1. Рассчитанные энергии первого вертикального перехода 8о8 лежат в интервале 7. В и удовлетворительно согласуются с экспериментально найденной величиной 7. В. При моделировании ОУ в оксиде германия была найдена примерно такая же величина 0, но эти данные требуют уточнения. В цитируемой работе как для 8Ю2, так и для 0е использовался базис 6 О. Если для кремния этот базис является вполне приемлемым, то для германия он построен менее удачно и плохо описывает валентную область см. По этой причине рассчитанная величина энергии перехода может быть завышена. С другой стороны, найденная для германосиликатных стекол и приписываемая вакансии с участием атомов германия полоса поглощения с максимумом 5. В имеет слишком низкую энергию вряд ли различие между ОУ в ЭЮг и веОз может быть столь существенным. Очевидно, что этот вопрос требует уточнения. В 2 было показано, что положительно заряженная вакансия имеет две близкие по энергии формы обычную, с растянутой связью АА на месте кислородного мостика, и более стабильную инвертированную, где эта связь разрушена, одна из пирамид АО подвергается инверсии, а атом А взаимодействует с одним из соседних мостиков, формируя конфигурацию с трехкратно координированным атомом кислорода. Поскольку свойства потенциальных поверхностей положительно заряженного иона и возбужденного состояния иногда бывают похожими, у вакансии в возбужденном состоянии тоже могут сосуществовать такие формы. Эта возможность была подтверждена в 1. Энергия люминесценции инвертированной структуры в оксиде кремния была оценена 3. Поэтому эти данные требуют уточнения. Кроме того, на оксиде германия энергия может быть ниже, и подобная структура может быть источником найденной в 9 полосы. При дефиците кислорода две ОУ могут объединяться, формируя двойную вакансию. Согласно 8, энергия возбуждения при этом снижается примерно на 1 эВ, и она тоже может принимать участие в формировании полосы люминесценции в оптической области, но свойства данного дефекта в этом плане не изучались. Наличие примесных дефектов тоже может приводить к появлению оптически активных центров, способных поглощать фотоны со сравнительно низкой энергией. Известно, что наиболее распространенной примесью в оксиде кремния является алюминий, замещающий атомы кремния в сетке ЯЮз. При удалении этих катионов в результате обработки возникают нейтральные дефекты АЮ40, детектируемые с помощью ЭПРспектроскопии 3 5. Теоретическое моделирование строения таких дефектов дало неоднозначные результаты. Моделирование в рамках различных вариантов функционала плотности 6 8 дает распределение дырки по четырем мостиковым атомам кислорода, а схемы, базирующиеся на приближении ХартриФока 9, 0, предсказывают локализацию неспаренного электрона на одном атоме О, что согласуется с данными ЭГ1Р. Расчеты оптических свойств для этого дефекта ранее не проводились, хотя на основе анализа схемы уровней предполагалось наличие нескольких возбужденных состояний с умеренной энергией.