Влияние ближнего порядка на колебательные свойства псевдобинарных твердых растворов

• Автор: Вихрова, Ольга Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Ближний порядок в твердых растворах замещения
1.2. Колебательные спектры твердых растворов: экспериментальные результаты
1.3. Расчеты колебательных свойств твердых растворов
1.4. Постановка задачи
Выводы
ГЛАВА 2. БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК В ОДНОМЕРНОЙ РЕШЕТКЕ
ИЗИНГА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ
2.1. Модель ближнего порядка: одномерная цепочка Изинга
2.2. Полная фононная плотность состояний: некоторые аналитические результаты
2.3. Численные расчеты полной и спектральной фононной плотности состояний
2.4. Влияние ближнего порядка на локализацию фононных мод в
одномерной системе (обзор)
2.5. Локализация фононных мод в псевдобинарной атомной цепочке с ближним порядком
Выводы
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ БЛИЖНЕГО ПОРЯДКА НА КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ДВУМЕРНОГО ИЗИНГОВСКОГО СПЛАВА
3.1. Алгоритм моделирования двумерного изинговского сплава с корреляцией в расположении примесных атомов
3.2. Численный расчет колебательных спектров двумерных 62 изинговских сплавов
3.2.1. Выбор модели динамики решетки
3.2.2. Алгоритм численного расчета
3.3. Численные расчеты полной и спектральной плотностей фононных 69 состояний
3.3.1. Двухмодовые ставы

3.3.2. Переход от одномодового к двухмодовому поведению
3.4. Влияние ближнего порядка на локализацию фононных состояний в двумерном псевдобинарном твердом растворе
3.5. Учет взаимодействия с соседями, следующими за ближайшими, и кулоновского взаимодействия
3.5.1. Влияние ближнего порядка на ЬО-ТОрасщепление
3.5.2. Локализация фононных мод при учете кулоновского
взаимодействия
Выводы
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ ФОНОННЫХ СОСТОЯНИЙ ТРЕХМЕРНЫХ ПСЕВДОБИНАРНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ С БЛИЖНИМ ПОРЯДКОМ
4.1. Модели коррелированного беспорядка замещения для
псевдобинарных твердых растворов со структурой сфалерита
4.2. Расчет спектральной плотности фононных состояний псевдобинарного твердого раствора с ближним порядком с
использованием метода когерентного потенциала
4.3. Экспериментальные исследования фононных мод в твердых
растворах С<1ХН§ ] .ХТе
Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Полупроводниковые псевдобинарные твердые растворы (ТР) АХВ1_ХС, например, А1х(За1.хА8 и Сс1хН§[_хТе широко применяются в микро- и оптоэлектронике. Как известно [1-3], многие ТР не являются случайными сплавами - существует определенная корреляция в заполнении узлов подрешетки с замещением. Эту неслучайность в размещении разных изовалентных атомов называют ближним порядком. В рамках представления о парном взаимодействии атомов А и В (через атомы С), ближний порядок может быть одного из двух типов:
1) кластерообразование, т.е. преимущественное соседство в подрешетке с замещением одинаковых атомов (А либо В);
2) упорядочение, т.е. тенденция к чередованию атомов А и В - ближайших соседей по подрешетке.
Твердые растворы с ближним порядком первого типа имеют тенденцию к распаду, что, в конечном счете, проявляется в неоднородности свойств материала. Ближний порядок второго типа приводит к особенностям в электронных спектрах твердых растворов: изменению ширины запрещенной зоны, расщеплению подзон валентной зоны и др. [4], При современном уровне развития технологии изготовления приборов, когда необходимо учитывать тонкие особенности строения твердых растворов, подобные эффекты играют важную роль.
Предсказать тип и степень ближнего порядка при получении твердого раствора по той или иной технологии заранее сложно. Необходимо создание теоретических моделей строения твердых растворов замещения, которые бы позволили, и понять механизм влияния ближнего порядка на физические свойства твердых растворов, и получить критерии для его экспериментального обнаружения.
Наиболее чувствительны к коррелированному беспорядку в твердых растворах колебания решетки, а основными экспериментальными методами их исследования являются комбинационное рассеяние света на фононах и спектроскопия отражения в дальнем ИК-диапазоне. Экспериментально регистрируемые в этих методах величины (например, сечение комбинационного рассеяния) определяются для ТР спектральной плотностью фононных состояний. Следовательно, расчет этого параметра для модельных твердых растворов с ближним порядком должен выявить влияние последнего на особенности спектров комбинационного рассеяния и ИК-отражения.
Однако, несмотря на значительный интерес к расчету колебательных спектров различных кристаллов, в том числе и сложных полупроводниковых соединений [5,6], работы,

строгого смысла. Мы будем говорить об оптических колебаниях, имея в виду те частоты, которые лежат вблизи зоны оптических фононов упорядоченной бинарной цепочки ВС, спектр которой имеет следующий вид:
со2 =(а>1 +а>с)±л1(а>% +а>£)2 -4ю1а>1$т2 (2.11)
где со] = //тв огс = / / тс и, постоянную решетки приняли равной единице.
Вблизи верхней границы а)тш каждой оптической подзоны (например, ОаЛя-подобной или А1Аз- подобной для одномерной модели ОахА1[.хАз) колебания создаются флуктуационно длинными последовательностями одинаковых элементарных ячеек (АС или ВС). Соответственно, эти границы спектра называются "флуктуационными" [59].
Число состояний данной частоты определяется числом кластеров подходящей длины, которые обеспечивают возможность такого колебания:
1пЛД®2)~1п{
(2.12)

к =2 агссоз(2ш2 / щ2 ах - 1) (2.13)
и [г] означает целую часть х [59]. Для упрощения выражений мы полагаем /пн = т< в (2.11), откуда и следует (2.13). При этом ®2ах = 4/ / тв = 4/ / тс. Если к -» 0 , остается
только главный член в сумме (2.12). Используя (2.2) получаем выражение для полной плотности фононных состояний (008):
Р(®2)'
я: 11п |Л V к ®тах у

Как видно из рис.2.1, для сильно кластеризованного сплава (<д -» 1) 008, определяемая формулой (2.14), имеет максимум при
К = (я7 3) 11п £ » — |. (2.15)

Если р ~ х (случайный сплав), максимум сдвигается от й>2ах вглубь зоны и выходит из области действительности (2.14), которая определяется неравенством: