Устойчивые конфигурации дефектов несоответствия в наноструктурных и многослойных пленках

• Автор: Шейнерман, Александр Григорьевич
• Шифр специальности: 01.02.04, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 167 с.

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Дефекты несоответствия в моыокристаллических, наноструктурных и многослойных пленках обзор

1.1. Дефекты несоответствия в тонкопленочных гетеросистемах с постоянным составом.

1.2. Модели неоднородных твердых растворов.

1.3. Дислокации с полыми ядрами

1.4. Островки на поверхностях кристаллов.

1.5. Постановка задачи.

Глава 2. Диполи дислокаций несоответствия и квантовые проволоки в наноструктурных и многослойных пленках
2.1. Диполи дислокаций несоответствия в композиционно неоднородных и нанокристаллических пленках.

2.1.1. Пленки с неоднородностями состава. Модель.

2.1.2. Энергетические характеристики диполей дислокаций несоответствия в пленках с модуляцией состава.
2.1.3. Критическая толщина пленок с переменным составом
2.1.4. Зарождение диполей зериограиичиых дислокаций в нанокристаллических пленках.
2.1.5. Одиночный дислокационный диполь.
2.1.6. Ряд дислокационных диполей
2.2. Стабильность многослойных композиционно неоднородных пленок .
2.2.1. Многослойная пленка с переменным параметром кристаллической решетки. Модель.
2.2.2. Упругая энергия многослойной пленки с неоднородным составом
2.2.3. Неоднородности состава в трехслойной пленке.
2.3. Резюме .
Глава 3. Дефекты несоответствия в цилиндрических наноструктурах
3.1. Напряжения несоответствия в двухслойном цилиндре
3.2. Дислокация несоответствия в двухслойном цилиндре.
3.3. Одиночная дисклинацпя несоответствия.
3.4. Диполь клиновых дисклинаций.
3.5. Ансамбль дисклинаций несоответствия
3.6. Равновесное расстояние между дисклинациями несоответствия в бесконечном ансамбле
3.7. Стенка дислокаций несоответствия.
3.8. Резюме.
Глава 4. Дислокации в средах с цилиндрическими норами
4.1. Дислокационные диполи в полой цилиндрической пленке на поверхности норы
4.1.1. Дислокационный диполь в полой пленке на поверхности поры. Модель
4.1.2. Энергия и критическая толщина пленки с дислокационным диполем
4.2. Упругое взаимодействие винтовых дислокаций с полыми ядрами
4.2.1. Микротрубки в кристалле. Модель.
4.2.2. Взаимодействие микротрубки с винтовой дислокацией с замкнутым ядром.
4.2.3. Взаимодействие пары микротрубок.
4.2.3.1. Микротрубки, содержащие и не содержащие дислокации .
4.2.3.2. Две микротрубки с дислокациями
4.2.3.2.1. Микротрубки с векторами Вюргерса противоположного знака .
4.2.3.2.2. Микротрубки с векторами Вюргерса
одного знака .
4.2.4. Микротрубка вблизи плоской свободной поверхности
4.3. Критические параметры расщепления микротрубок .
4.3.1. Расщепление микротрубки с дислокацией на две меньшие микротрубки .1
4.3.2. Расщепление микротрубки на микротрубку и винтовую дислокацию с замкнутым ядром
4.4. Резюме
Глава 5. Дислокации несоответствия в однослойных и многослойных пленках на пластически деформированных подложках
5.1. Дисклинации в пластически деформированных подложках
5.2. Пленка на подложке с дисклинациями. Модель.
5.3. Энергия дислокации в тонкопленочной системе с дисклинациями
5.4. Критические параметры пленок на подложках с дисклинациями
5.5. Случай многослойных пленок.
5.6. Резюме
Глава 6. Эволюция островков на свободных поверхностях двухфазных и пластически деформированных подложек
6.1. Островки на двухслойной подложке с дислокациями. Модель
6.2. Напряжения, создаваемые островком в подложке.
6.3. Взаимодействие дислокаций с группой островков
6.4. Островки на. подложке с дисклинациями. Модель
6.5. Деформации, создаваемые дисклинациями на поверхности подложки .
6.6. Упругая энергия и положения равновесия островков.
6.7. Резюме.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Модели устойчивых конфигураций дислокаций в пористых средах, определение критических параметров образования дислокационных диполей в пленках на поверхностях цилиндрических пор, расчет полей напряжений и энергий взаимодействия микротрубок, анализ условий возможного расщепления микротрубок. Модели островков на двухслойных подложках с межфазными дислокациями и пластически деформированных подложках с дисклинациями, анализ условий слияния островков и их пространственного упорядочивания. Глава 1. Твердотельные тонкопленочные гетеросистемы находят широкое применение в современной микро, нано и оптоэлектронике 13. Производство гетерогенных материалов обычно сопровождается появлением упругой деформации несоответствия вследствие различия структуры иили свойств контактирующих компонент. При некоторых критических условиях система с несоответствием становится неустойчивой по отношению к различным процессам релаксации, приводящим к состоянию с меньшой свободной энергией системы. В зависимости от природы твердого тела и его компонент процессы релаксации могут включать зарождение дефектов различных типов дислокаций, двойников, дефектов упаковки, ступенек, трещин и дисклинаций на межфазных границах или вблизи них. Уменьшая свободную энергию гетеросистемы, такие дефекты несоответствия могут приводить к деградации ее служебных свойств, что часто происходит с полупроводниковыми гетероэпитаксиальными структурами. Таким образом, знание критических условий появления дефектов несоответствия представляет первостепенную важность для дизайна и технологии многих гетерогенных твердотельных структур. Формирование дефектов несоответствия происходит на стадии изготовления гетеросистемы и может осуществляться различными путями 1, . Так, наиболее распространенным механизмом образования дислокаций несоответствия ДН является зарождение дислокационных полупетель на свободной поверхности, их последующее расширение и скольжение иили переползание к межфазной границе 1, 3, 5, . Дислокации несоответствия могут также формироваться вследствие действия дислокационных источников 1, или в результате их зарождения Набоковых свободных поверхностях и последующего скольжения вдоль межфазной границы , . Частичные ДН формируются в пленках в результате скольжения расщепленных дислокационных полу петель со свободных поверхностей или после расщепления скользящих к межфазной границе полных ДН. В частности, образование частичных ДН. Кобразными дефектами упаковки, возможно при больших несоответствиях параметров кристаллических решеток контактирующих компонент и предшествует появлению полных ДН , . В тонкопленочных гетсросистемах ДН могут образовывать различные конфигурации. Чаще всего ДН формируют дислокационные сетки, располагающиеся на межфазной границе или вблизи нее 1, 3. Однако наряду с плоскими ансамблями ДН, в пленках возможно образование ансамблей дислокационных стенок , , , 5. Образование стенок ДН малоугловых границ наклона, аккомодирующих напряжения несоответствия, возможно, в частности, в многослойных пленках , , 5. Прямые экспериментальные свидетельства присутствия малоугловых границ наклона недавно были продемонстрированы в эпитаксиальных пленках Са1т. Необходимо, однако, отметить, что эти границы производили как положительные, так и отрицательные разориентации, не вызывая таким образом изгиба слоев ваК в целом. Это означает, что нет смысла рассматривать такие дислокационные стенки в качестве дефектов несоответствия, хотя они и аккомодировали локальные упругие напряжения, происхождение которых пока не вполне ясно. Кроме дислокационных сеток и дислокационных стенок, ДН в системах с несоответствием могут также образовывать дипольные конфигурации. В частности, диполи ДН могут формироваться в пленках, помещенных между двумя идентичными слоями подложки 0. Диполи ДН в нанокристаллических и композиционно неоднородных пленках, а также в пленках на поверхностях пор будут рассмотрены в п. Наряду с образованием ДН. Частичные клиновые дисклинации могут быть связаны со стыками двойников, границ зерен или фрагментов 6. Они наблюдаются, например, в вершинах двойников, в частности, в тонких эпитакси ал ьных пленках Се , и Э1Се , , на кремниезых подложках.