Моделирование роста полупроводниковых наноструктур A3B5 методами теории нуклеации

• Автор: Назаренко, Максим Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Введение
Актуальность темы
Цели и задачи работы
Научная новизна и практическая значимость работы
Положения, выносимые на защиту
Апробация работы и публикации
Глава I. Современное состояние теории роста наноструктур различной размерности
1.1. Общая схема описания роста эпитаксиальных наноструктур на основе
теории нуклеации
1.2. Применение теории нуклеации для описания роста наноостровков на
поверхности
1.3. Система уравнений гомогенной нуклеации
1.4. Обзор открытия и свойств нитевидных кристаллов
1.5. Диффузионно-дислокационная модель роста нитевидных кристаллов22
1.6. Механизм роста «пар-жидкость-кристалл»
1.7. Основные принципы синтеза нитевидных кристаллов
1.8. Направление роста нитевидных кристаллов
1.9. Выбор вещества катализатора
Глава II. Теория нуклеации при росте монослойных и трёхмерных наноостровков
11.1. Фундаментальное решение системы уравнений теории нуклеации

11.2. Стадия нуклеации в детерминистическом случае
11.3. Асимптотические решения на стадии нуклеации
11.4. Режимы нуклеации
11.5. Отсутствие флуктуационного расплывания на стадии нуклеации
11.6. Эволюция спектра размеров со временем
11.7. Условия оствальдовского созревания
11.8. Выводы по Главе II
Глава III. Применение теории нуклеации к исследованию кристаллической фазы
нитевидных нанокристаллов
111.1. Модель роста по механизму «пар-жидкость-кристалл»
111.2. Поток вещества в каплю и десорбция из капли
111.3. Изменение свободной энергии при нуклеации монослоя
111.4. Скорости роста в моноцентрическом и полицентрическом режимах
111.5. Анализ кристаллической фазы ИНК при различных условиях роста
111.6. Управление кристаллической фазой ННК
111.7 Выводы по Главе III
Заключение
Список сокращений
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Характеристики полупроводниковых электронных и оптоэлектронных приборов непосредственным образом зависят от свойств их ключевых элементов — полупроводниковых структур, имеющих характерный размер порядка десятков нанометров. Морфология и физические свойства эпитаксиальных наноструктур, в частности, наноструктур полупроводниковых соединений АЗВ5, во многом определяются кинетическими механизмами их формирования. Теоретические исследования ростовых процессов и связанных с ними физических свойств абсолютно необходимы для контролируемого синтеза наноструктур различного типа для конкретных приложений.
Рост эпитаксиальных наноструктур происходит за счёт процессов нуклеа-ции и конденсации на поверхности твердого тела в динамических условиях. В диссертационной работе данные процессы рассматриваются применительно к двум классам эпитаксиальных объектов: поверхностным наноостровкам и вертикальным наноструктурам, перпендикулярным поверхности подложки — нитевидным нанокристаллам (НИК) полупроводниковых соединений АЗВ5.
Рост наноостровков описывается кинетическим уравнением (КУ) в частных производных типа Фоккера-Планка [1]. Ранее при его исследованиях обычно рассматривалось приближённое уравнение, содержащее только первую производную по размеру зародыша. В этом приближении функция распределения в терминах некоторого специально выбранного инвариантного размера сохраняет свою форму (образованную на стадии нуклеации) в течение существенно более длительного процесса изолированного роста. Первая часть работы посвящена теоретическому исследованию более точного КУ с учётом второй производной по размеру. Особое внимание уделено флуктуационным эффектам,

Здесь слагаемое О-Тлр/г) даёт поправка на замену р г во флуктуационном члене со второй производной по размеру и 0(г_т) есть пренебрежимо малая поправка к скорости регулярного роста, вызванная флуктуациями. Преобразование (15) в упрощенное уравнение (22) и справедливость асимптотического решение, даваемого выражениями (21), (23), тем самым, оправданы при выполнении условии
у/2лр/г « 1 (25)
при больших г, то есть когда дисперсия растёт медленнее среднего размера. В частности, при степенной зависимости с индексом V < 2, символическая
форма уравнения (24) имеет вид
2У/2 + А?у-1 = /2 + С7у/2-т + В2У- + 0гЗу/2-2 (26)
с некими коэффициентами/!, В, Си В. Тривиальное равенство при А = В = С = И = 0 эквивалентно детерминистическому КУ. Равенство Л = В убирает слагаемое 2У~1, что соответствует решения типа гауссиана, описанное в (21), (23). Следующая степенная поправка 23г,/2~2 (которая всегда слабее гу~г при V < 2) растёт при 4/3 < V < 2 и абсолютно убывает при V < 4/3, в то время как поправка к скорости регулярного роста гу/2~т всегда абсолютно убывает при т > 1.
Заметим теперь, что гауссов спектр
(г-г0
д0(у,г)=-=
л/2тр(У)
(27)
2хр(г)
является фундаментальным решением уравнения (22) и, тем самым, КУ (15) при
больших г в терминах сдвинутого размера у = р — г0, если уравнение (23) на
дисперсию решается с начальным условием гр(г = г0) = 0. Это следует из
дельтаобразного поведения правой части (27) при г -> г0. Решение КУ (15) с
произвольным начальным условием при г