Дислокационные модели релаксации напряжений и разрушения в наноструктурных и пористых твердых телах

• Автор: Шейнерман, Александр Григорьевич
• Шифр специальности: 01.02.04, 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 276 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Механизмы релаксации напряжений в наноструктурных и пористых твердых телах обзор

1.1. Образование островков и нанонроволок при росте пленок.

1.2. Дефекты несоответствии в пленочных гет еросистемах

1.3. Дислокации в твердых телах с цилиндрическими порами.

1.4. Особенности пластической деформации и разрушения напокристаллически.ч материалов

1.5. Постановка задачи.

Глава 2. Дефекты несоответствия в цилиндрических нанослойных структурах

2.1. Напряжении несоответствия в двухслойной нанопроволоке.

2.2. Дислокация несоответствии в двухслойной наиопроволоке.

2.3. Днсклинационные дефекты несоотвегствии в двухслойной цилиндрической ианонрополоке
2.4. Дислокационные петли в двухслойной цилиндрической нанопроволоке .
2.4.1. Поле напряжений дислокационной петли в цилиндре
2.4.2. Критическое условие формирования петли.
2.5. Дислокации несоответствии на границе пленки, нанесенной на поверхность цилиндрической полости.
Глава 3. Модели дислокаций в квантовых точках и нанопроволоках
3.1. Дислокации в квантовых точках и нанопроволоках на подложке
3.1.1. Дислокации в квантовых точках и наноироволоках на подложке обзор
3.1.2. Модель квантовых точек как цилиндрических сегментов
3.2. Дислокации в квантовых точках и наноироволоках в матрице
3.2.1. Модели дислокаций в квантовых точках и нанопроволоках, расположенных в бесконечной среде обзор
3.2.2. Модели дислокаций в квантовых точках и нанопроволоках вблизи свободной поверхности.
3.3. Влияние дислокаций в подложке на переход от двумерного к трехмерному режиму роста пленок.
Глава 4. Дислокации в средах с цилиндрическими порами
4.1. Микротрубки в бесконечной среде
4.1.1. Упругое взаимодействие микротрубки с винтовой дислокацией
с замкнутым ядром.
4.1.2. Упругое взаимодействие пары микротрубок.
4.1.3. Микротрубка вблизи плоской свободной поверхности.
4.1.4. Критические параметры расщепления мпкротрубок
4.2. Мнкротрубки, перепенднкулирные поверхностям кристаллов.
4.2.1. Упругие ноля дислокационной трубки, перпендикулярной свободной поверхности кристалла
4.2.2. Расщепление и зарастание дислокационных трубок у фронта роста кристаллов
4.2.3. Компьютерное моделирование динамики дислокационных трубок в растущих кристаллах.
4.3. Поля напряжений дислокационных трубок с поверхностными ступеньками
4.3.1. Дислокационные трубки с поверхностными ступеньками в бесконечной среде
4.3.2. Дислокационные трубки с поверхностными ступеньками, перпендикулярные свободной поверхности.
4.3.3. Силы, действующие на аксиально симметричные ступеньки . . .
4.4. Взаимодействие микротрубок с включениями политипов в карбиде кремния .
Приложение А.
Глава 5. Зарождение и рост трещин и пор в нанокристаллических твердых телах
5.1. Зарождение эллиптических пор вокруг зернограничных дислокаций . .
5.2 Диффузионное подавление образования трещин
5.2.1 Зарождение трещин на дислокациях и тройных стыках границ зерен
5.2.2 Нате напряжений зерлограничной супердислокации при наличии зернограничной диффузии .
5.2.3 Критические параметры формирования нанотрещин .
5.3. Катастрофическое слияние ианотрешин при хрупком разрушении . . . 0 Приложение В.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Си , где к,1 X, у, , ат а,, несоответствие, а 6ц символ Кронекера 6м 1 при к I и бы 0 при к . Рассмотрение двухфазной или многофазной системы как матрицы и включений, характеризуемых заданной собственной деформацией, позволяет вычислить возникающие и такой системе упругие ноли напряжений и деформаций см. В частности, таким образом рассчитывались критические условия формирования различных конфигураций ДМ в тонких плоских пленках на подложках см. В таких пленках ДН образуются при превышении толщиной пленки критического значения, которое уменьшается с ростом несоответствия. Поскольку наличие ДН в полупроводниковых пленках, служащих в качестве рабочих слоев электронных приборов, приводит к деградации функциональных характеристик таких приборов, в последние ды были предложены различные способы увеличения критических толщин пленок за счет создания податливых подложек i см. Эги методы основаны на создании буферных слоев подложек, которые за счет наличии пористости или пластического течения снимают значительную часть напряжений несоответевпя в пленках. Кроме плоских пленок на подложках в последнее десятилетие широкое внимание исследователей стали привлекать цилиндрические ианослойиыс структуры. Особый интерес вызывают двухслойные кристаллические цилиндрические наноироволоки благодаря перспективам их использования в качестве элементов светоизлучающих устройств 4, нолевых транзисторов 5,6 и других электронных приборов 7,8. В таких наиощюволоках наличие внешнего слоя оболочки препятствует выходу на поверхность носителей заряда, где они рассеиваются и рекомбинируют, и тем самым существенно увеличивает проводимость нанопроволок. Как и в плоских пленках, в таких структурах могут формироваться дефекты несоответствия, которые отрицательно влияют на служебные свойства нанопроволок. Аналогичным образом, дефекты несоответствия образуются и композитах, содержащих квантовые точки. Для исследования этих вопросов в главах 2 и 3 мы предложим модели дефектов несоответствия в цилиндрических нанослойных структурах и квантовых точках н рассчитаем критические условия их образования. ДИСЛОКАЦИИ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ
О формировании пор вокруг дислокаций в процессе росса некоторых кристаллов извеегно уже более ти лет ЗО. Впервые они были обнаружены в кристаллах карбида кремния, одного из наиболее перспективных на сегодняшний день полупроводниковых материалов силовой электроники. Здесь поры наблюдаются в виде почти прямолинейных цилиндрических полостей микротрубок диаметром до десятков микрометров, вытянутых в направлении роста кристалла и проходящих через него насквозь, а их плотность достигает 2 см2 . В середине тых годов прошлого века появились сведения о цилиндрических порах вокруг дислокаций наиотрубках в нитриде галлия ,0, который в последние годы привлекает огромное внимание как широкозонный полупроводниковый материал с уникальными перспективами использования п оптоэлектронике. Здесь диаметр таких нанотрубок меняется в пределах от 3. Несмотря на существенную разницу в размерах и плотностях мнкро и нанотрубок, их общая геометрия и дислокационная природа надставляют возможность их совместного рассмотрения и анализа. Дальше по тексту мы будем называть их микротрубками или просто трубками, подразумевая при этом, что они содержат винтовые дислокации. К настоящему моменту имеется большое количество свидетельств о негативном воздействии трубок на служебные характеристики приборов, построенных на кристаллах карбида кремния ,,,. Урон может оказаться настолько существенным, что трубки даже называют дефектамиубпГщамн приборов 2, а их плотность входит в число основных показателей качества выращенных кристаллов. Кроме плотности трубок существенное значение имеет также их размер. В частности, недавние исследования влияния микротрубок в 8С па свойства транзисторов па основе гетероструктур АЮаМСаМ, выращенных на подложках БС, показали, что особенно видное воздействие на характеристики транзисторов оказывают микротрубки сравнительно большого радиуса более 5 мкм.