Моделирование начального этапа процесса роста нановискеров на активированной подложке

• Автор: Северюхин, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ И РОСТА НАНОВИСКЕРОВ

1.1. Математическая модель

1.2. Схемы численного моделирования.

1.3. Вычисление термодинамических параметров моделируемом системы

1.3.1. Термостаты.

1.3.2. Баростаты

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОДЕ Л ИРОВ АНИЯ ПРОЦЕССА РОСТА НАНОВИСКЕРОВ БИАИ

2.1. Структура программного комплексал.
2.2. Блок подготовки начальных данных.
2.3. Вычислительный модуль
2.4. Модули визуализации и анализа результатов
2.5. Тестовые расчеты.
2.6. Анализ устойчивости, точности и сходимости расчетов
Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. НАЧАЛЬНЫЙ Э1АП МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ НАНОВИСКЕРОВ НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ
3.1. Постановка задачи
3.2. Приложение сил к атомам системы
3.3. Связь вводимой силы с феноменологическими моделями.
3.4. Временносиловая аналогия для определения диапазона значений
прикладываемых к атомам системы сил.
Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ НАНОВИСКЕРОВ
4.1. Зависимость морфологии нановискеров от величины силы
прикладываемой к атомам системы
4.2. Особенности роста нановискеров
4.3. Сравнение результатов моделирования процессов формирования
нановискеров с опытными данными.
4.4. Кристаллографическая структура нановискера.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Кристаллографическая структура нановискера. Лг^радиус. А/ - величина расчетного шага по времени. Актуальность темы. Нитевидные нанокристаллы, или нановискеры (НВ), характеризуются поперечным размером D (до 0 нм) и длиной Ь, на порядок и более превосходящей поперечный размер. Исследование свойств нановискеров показало, что их свойства связаны с большим отношением длины кристалла к его диаметру. Они обладают необычайно высокой механической прочностью, в сто и даже тысячу раз превосходящей прочность массивных образцов из того же материала и сравнимой с теоретически рассчитываемыми значениями []. Нановискеры имеют большие перспективы применения [, , , ] в микроэлектронных, аналитических, биомедицинских приборах, электронных эмиттерах и микрогазоанализаторах [, ]. На их основе можно создавать полевые транзисторы [3], светоизлучающие устройства (рисунок 1), интегральные схемы, различные виды биосенсоров, наноустройства. Разнообразие применений вертикальных одномерных наноструктур (нановискеров) объясняется их высокой прочностью уникальной кристаллографической структурой и совершенством ростовых технологий. На данный момент нановискеры уже используют в качестве зондов в атомно-силовой микроскопии, в сенсорах и чипах для обнаружения биологических веществ [, , , , 0]. Производство ионных проводников, катодных материалов, твердофазных электролитов, катализаторов, а может и матриц для захоронения радиоактивных отходов, — вот лишь некоторые из возможных сфер применения нитевидных кристаллов нового типа, методика роста которых недавно была разработана на химическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова в лаборатории неорганического материаловедения, возглавляемой академиком Ю. Д. Третьяковым. Полученным нитевидным кристаллам, кроме прочности и гибкости, унаследованной от своих предшественников, прочат уникальные физические свойства, в частности, одномерную суперионную проводимость. Нановискеры полупроводниковых соединений представляют большой интерес с точки зрения формирования вертикальных одномерных наноструктур. Также перспективными являются применения массивов нановискеров в наноэлектронике, нанофотонике и наносенсорах []. Поэтому фундаментальные исследования процессов формирования вертикальных одномерных наноструктур весьма актуальны. Впервые нановискеры диаметром в несколько микрон были получены во второй половине XX века [8]. Они были выращены по механизму «пар-жидкость-кристалл» [, , 7] из паров БЮЦ и Нг на кремниевой поверхности, активированной золотом. Это открытие проложило путь к управляемо^ выращиванию нановискеров: затравив отдельные точки подложки капельками жидкой фазы, стало возможным как вырастить на этих точках нановискеры, так и целенаправленно изучать детали их роста, наблюдать и исследовать кинетику кристаллизации и т. При большом количестве капелек растет «лес» из кристаллических нановискеров, перпендикулярных подложке (рисунок 2). Полусферические образования, видные на вершинах нановискеров, - это закристаллизовавшиеся после завершения кристаллизации капельки жидкого сплава, состав которых определяется фазовой диаграммой кристаллизуемого вещества (в данном случае кремния) и металла-инициатора роста нановискеров (например, золота) [7]. Способы выращивания нановискеров можно разделить на две группы. К первой группе относятся технологии, в которых полупроводниковый материал осаждается из газовой фазы, например химическое газотранспортное осаждение [, , , , ]. Установка для молекулярно-пучковой эпитаксии представлена на рисунке 3. Зачастую нановискеры являются гетероструктурами. Пионером» в области разработки и создания гетроструктур является Нобелевский лауреат, академик Российской академии наук Ж. И. Алферов. Р. Вагнер и У. Эллис в начале -х годов подтвердили важность ряда примесей для образования вискеров, они открыли механизм роста вискера по схеме «пар - жидкость - кристалл». В начале -х годов Е. И. Гиваргизовым и А. А. Черновым в Институте кристаллографии были проведены детальные исследования кинетики роста систем вискеров на подложке.