Новые аллотропные формы кремния : Получение и свойства

• Автор: Машин, Александр Иванович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 303 с. : ил.

ГЛАВА 1 .СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Особенности структуры ближнего порядка аморфного кремния
1.2. Структурные особенности и мультисвязи кремния
1.2.1.Кремниевые мультисвязи в сложных химических соединениях
1.2.2.Влияние междоузельных атомов на формирование новых структурных модификаций в кристаллическом кремнии
1.2.3 .Г ексагональный кремний
1.2.4.Цепочечная структура поверхности 57(100)
1.2.5.71- связанные состояния атомов кремния на поверхности 57(111).. 60 1.2.6.Особенности структуры и дефекты на границе раздела
кристаллический - аморфный кремний
1.2.7.Полиморфные превращения кремния при высоком давлении
1.3. Постановка задачи исследований
ГЛАВА 2.ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ОТЖИГ АМОРФНОГО
ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ КАК МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ЛИНЕЙНОЙ АЛЛОТРОПНОЙ ФОРМЫ КРЕМНИЯ
2.1. Постановка задачи и методика получения образцов
2.2. Влияние отжига на структуру ближнего порядка аморфного гидрогенизированного кремния
2.3. Использование метода оптимизации информационного функционала для уменьшения ошибок при расчете параметров ближнего порядка аморфного материала
2.4. Влияние отжига на плотность состояний в валентной зоне аморфного кремния
2.5. Квантово - механические расчеты линейных цепочек из кремниевых атомов
2.5.1 .Методы расчета

2.5.2.Структура линейных кремниевых цепочек атомов
2.5.3.Энергетические и термодинамические характеристики
Б і - цепочек
2.5.4.Зонная структура
2.6. Основные выводы и возможная модель структуры силицина
ГЛАВА 3.МУЛЬТИСВЯЗИ В БЕЗВОДОРОДНОМ АМОРФНОМ
КРЕМНИИ
3.1. Постановка задачи и методика получения образцов
3.2. Модификация структуры аморфного кремния, полученного методом сублимации в вакууме, при отжиге
3.3. Влияние отжига на рентгеновские эмиссионные спектры в аморфном кремнии
3.4. Расчет возможных устойчивых нететраэдрических кремниевых структур неэмпирическим методом
3.5. Влияние отжига на концентрацию оборванных связей в а-Бі, полученном сублимацией в вакууме
3.6. Структура аморфного кремния, полученного методом ионной имплантации
3.7. Возможные структуры аморфного кремния с атомами в зр2-гибридном состоянии
3.8. Основные выводы
ГЛАВА 4.ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ
МУЛЬТИСВЯЗЕЙ В КРЕМНИИ
4.1. Постановка задачи и методика приготовления образцов
4.2. Влияние температуры подложки на образование кратных связей
в гидрогенизированном аморфном кремнии при отжиге
4.3. Влияние посторонних примесей на структурные перестройки аморфного кремния при отжиге
4.3.1.0же- спектральный анализ исходных пленок
аморфного кремния
4.3.2.Предварительное облучение ионами
4.3.3.Возможные стабильные нететраэдрические кремниевые кластеры, содержащие примесные атомы
4.4. Структурная неоднородность
4.4.1 .Методика измерения морфологии поверхности пленок
4.4.2.Структурные неоднородности в аморфном гидрогенизированном
кремнии и силицине
4.4.3.0 структурных неоднородностях в содержащем кремниевые
кратные связи безводородном аморфном кремнии
4.5. Основные выводы
ГЛАВА 5.СВОЙСТВА АМОРФНЫХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ С АТОМАМИ
В РАЗЛИЧНЫХ ГИБРИДНЫХ СОСТОЯНИЯХ
5.1. Постановка задачи
5.2. Свойства силицина
5.2.1.Температурная зависимость проводимости
5.2.2.Край оптического поглощения
5.3. Микротвердость и коэффициент трения силицина
5.3.1.Методики измерения микротвердости и коэффициента трения... 217 5.3.2.Экспериментальные результаты измерений микротвердости и
коэффициента трения
5.4. Свойства пленок кремния, атомы которого находятся в яр2-гибридном состоянии
5.4.1.Электрофизические свойства кремния, полученного путем
бомбардировки монокристаллического кремния сверхбольшими
дозами ионов инертных газов
5.4.2.Электронный парамагнитный резонанс в кремнии, облученном
ионами инертных газов
5.4.3.Электрофизические и оптические свойства отожженных
пленок кремния, полученных методом сублимации кремния в вакууме

форм кремния hex-Sim с пустотами (hollow diamonds). Здесь т=40[п(п+1)(2п+1)]/6, ап- целое число [131].
Первая структура из этой серии hex-Si4o, получена при п= 1. Она образуется путем соединения двух Si26, двух Si24 и трех фулереноподобных Sijfj кластеров, состоящих из 15-граиника (3 шестиугольника и 12 пятиугольников), 14-гранника (2 шестиугольника и 12 пятиугольников) и додекаэдра, соответственно. Элементарная ячейка такой структуры имела
(2*26+2*24+3*20)/4=40 четырех и трехкратно координированных атомов кремния, расположенных в виде параллельных трубок (см. рис. 1.20). Пространственная группа симметрии - Рб/ттт. Используя метод Саг-Рагппе11о [132] данная структура была оптимизирована по энергии. Оптимизированная структура кех^4о имела дефицит плотности около 17.7 % по отношению к нормальному кремнию с алмазоподобной атомной структурой. Параметры решетки а и с/а были равны 10.18 А и 1.02, соответственно. В решетке существует одновременно восемь различных длин связей в диапазоне от 2.308 до 2.486 А, то есть существуют как более короткие (на 1.8 %) так и более длинные (на 5.8 %) чем у обычного кремния длины связей. Основные шестиугольники имели правильную симметрию, однако, вертикальные шестиугольники имели разброс в углах между связями ~ 126° и ~ 108°. ПятиугольРис. 1.20. Структура hex-Si40 с характерными каналами вдоль оси с
11301.