Моделирование процессов формирования квантовых точек хрома и железа в кремнии

• Автор: Северюхина, Олеся Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ И ХРОМА

1.1. Физическая постановка задачи.

1.2. Математическая модель формирования квантовых точек в кремнии .

1.3. Метод первых принципов для оптимизации геометрии молекул дисилицида хрома

1.4. Расчет термодинамических характеристик системы.

1.5. Алгоритм моделирования процесса формирования гетерогенных

структур на поверхности подложки

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ПРОБЛЕМНООРИЕНТИРОВАННЫЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС
2.1. Структура проблемноориентированного программного комплекса
2.1.1. Блок подготовки начальных данных.
2.1.2. Вычислительный блок и блок согласования данных.
2.1.3. Блок анализа и визуализации результатов
2.2. Тестовые расчеты.
2.3. Исследование на устойчивость, сходимость и точность
Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ
КВАНТОВЫХ ТОЧЕК В ОТСУТСТВИИ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ
3.1. Два подхода к формированию гетероструктур
3.1.1. Использование кристаллического хрома для формирования гстероструктур
3.1.2. Исследование процессов формирования квантовых точек с
использованием атомарного кремния.
3.2. Исследование процессов формирования квантовых точек с
использованием кремния и железа
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ
НАНОГЕТЕРОСТРУК ГУР С ПЕРЕМЕННЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ СВЯЗЯМИ
4.1. Осаждение хрома и образование островков.
4.2. Влияние толщины осаждаемого хрома и параметров взаимодействия на морфологию квантовых точек.
4.3. Исследование поведения системы на этапах отжига и осаждения
кремния
4.4. Оценка влияния учета образования и разрыва химических связей
Выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Успех процесса эпитаксии зависит от соотношения между параметрами решетки осаждаемого материала и подложки, правильно выбранных соотношений между интенсивностями падающих пучков и температуры подложки. Основное преимущество метода - возможность создания уникальных наноструктур с очень высокой чистотой, однородностью и малым количеством дефектов, а также возможность резкого прерывания и последующего возобновления поступления на поверхность подложки молекулярных пучков различных материалов, что очень важно для формирования многослойных структур с резкими границами между слоями. К недостаткам метода можно отнести высокую цену оборудования и исходных материалов, малую скорость роста, сложность поддержания высокого вакуума. Химическое осаждение из газовой фазы с использованием металлорганических соединений (анг. Сам термин предложен основоположником метода Гарольдом Манасевитом в году. В основе данного метода лежат процессы переноса осаждаемых материалов в виде летучих соединений к поверхности подложки, на которой происходит разложение этих соединений с выделением необходимо продукта. В отличие от молекулярно-пучковой эпитаксии рост осуществляется не в высоком вакууме, а из парогазовой смеси пониженного давления (от 2 до 0 кПа). Многослойные, многокомпонентные структуры методом химического осаждения из газовой фазы с использованием металлорганических соединений могут быть выращены в едином ростовом цикле. Для этой цели в реакторах предусмотрена возможность подключения нескольких металлорганических и гидритных источников. Использование автоматизированного управления процессом роста в данном методе позволяет создавать полупроводниковые сверхрешетки с толщиной отдельных слоев до 1,5 нм [, ], причем изменение состава на гетеропереходе происходит практически на толщине одного атомного слоя. Этот метод не обладает такой точностью как метод молекулярно-пучковой эпитаксии, однако обладает более высокой скоростью выращивания гетероструктур. Из методов эпитаксиального роста для получения полупроводниковых сверхрешсток может быть использована и жидкофазная эпитаксия, в которой монокристаллические слои получают из контактирующих с подложкой пересыщенных растворов []. С понижением температуры избыточное количество полупроводника осаждается из раствора на подложку, что связано с уменьшением растворимости полупроводникового материала. Наилучшие результаты дает жидкофазная эпитаксия для полупроводниковых соединений типа АШВУ и их твердых растворов. Разработка устройств на основе гетероструктур началась еще в середине XX века. Пионерами транзисторной эры стали У. Шокли, Дж. У. Браттейн, которые в г. Ве ЬаЬэ» впервые создали действующий биполярный транзистор. В патенте г. У. Шокли [7] выдвинул идею использования широкозонного эмиттера для получения односторонней инжекции. А в г. Г. Крёмером была предложена идея устройства на гетсроструктурах, получившего впоследствии название «биполярного транзистора на гетеропереходе», им также были проведены важные теоретические исследования гетероструктур и гетеропереходов, введены понятия квазиэлектрического и квазимагнитного полей в плавном гетеропереходе [, -]. В конце -х начале -х гг. XX века группой русских ученых были созданы приборы, наглядно демонстрирующие преимущества гетероструктур - низкопороговые ДГС-лазеры, работающие при комнатной температуре (рисунок 2); светодиоды на одиночной гетероструктуре и на ДГС; солнечные элементы на гетерострукгурах; биполярные транзисторы на гетероструктурах. Непрерывный режим работы ДГС-лазера при комнатной температуре был впервые продемонстрирован Алферовым и др. Хаяши и др. В -х годах исследователями Л. Есаки и Р. Тсу провели первые исследования структур со сверхрешетками - новым видом полупроводниковых гетероструктур. Целью их работы было создание сверхвысокочастотного генератора. Так было положено начало новому разделу физики полупроводников - физике низкоразмерных структур. В г. Л. Есаки и Л. Л. Чангом была представлена работа по резонансному туннелированию. Эти работы послужили основой для создания новых видов транзисторов на гетероструктурах.