Стабільність, зонна структура та оптичні властивості твердих розчинів на основі елементів IV групи - Автореферат

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА СТАБІЛЬНІСТЬ, ЗОННА СТРУКТУРА ТА ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ НА ОСНОВІ ЕЛЕМЕНТІВ IV ГРУПИРобота виконана на кафедрі напівпровідникової мікроелектроніки Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича, Міністерство освіти і науки України Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, доцент Дейбук Віталій Григорович, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, доцент кафедри напівпровідникової мікроелектроніки; доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Головацький Володимир Анатолійович, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, доцент кафедри теоретичної фізики; Захист відбудеться “27” лютого 2004 р. о 1500 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 76.051.01 при Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича за адресою: 58012, м.У даний час гетероструктури на основі Ge1-XSIX/Si широко використовуються для отримання біполярних гетеротранзисторів, для 1.3-1.55 мкм детекторів оптоволоконних ліній звязку, інфрачервоних детекторів для дворозмірних площинних матриць нічного бачення і термобачення 2-12 мм, інфрачервоних емітерів для чіп-у-чіп оптичного звязку в оптоволоконних комунікаціях, хвильових модуляторах та ін. Це, в першу чергу, наявність критичної товщини, яка понижує термодинамічну стабільність плівки Ge1-XSIX/Si за рахунок появи дислокацій неузгодженості, що значно обмежує можливість створення ІЧ-детекторів на основі Ge1-XSIX по всьому діапазоні х. Внаслідок унікальних електронних властивостей сплави на основі Si, Ge з Sn можуть широко використовуватися в електронних і оптоелектронних гетероструктурах для створення ІЧ-детекторів, а також у лазерній техніці, що для елементів IV групи є новим і надзвичайно перспективним на тлі бурхливого розвитку оптоелектронних комунікацій. ?-С, як відомо, - широкозонний матеріал (?ЕG=5.5ЕВ), що робить його вірогідним кандидатом для синтезу матеріалів на основі Si, що є перспективним напрямком створення оптоелектронних приладів, які працюють у високоенергетичних хвильових діапазонах. Роль автора у виконанні науково-дослідних робіт полягала в дослідженні структурних властивостей, стабільності, електронної зонної структури, хімічного звязку та оптичних властивостей напівпровідникових твердих розчинів заміщення Ge1-XSIX, Ge1-XSNX, Si1-XSNX, Si1-XCX та плівок на їх основі. дослідити особливості поведінки надлишкової енергії змішування сплавів Ge1-XSIX, Ge1-XSNX, Si1-XSNX, Si1-XCX у обємному і плівковому випадках та провести на її основі побудову діаграм стабільності;У вступі обґрунтовано актуальність теми дослідження, сформульовані мета та завдання дисертаційної роботи, висвітлено її наукове і практичне значення, подано інформацію про апробацію роботи, публікації автора.З метою апробації моделі було проведено молекулярно-динамічне моделювання елементарних напівпровідників a-C, Si, Ge, a-Sn зі структурою алмазу. Отримавши задовільне узгодження з експериментом структурних та динамічних властивостей елементарних напівпровідників(коефіцієнта лінійного розширення, теплоємностей), було проведено КМД моделювання твердих розчинів на їх основі: Ge1-XSIX, Ge1-XSNX, Si1-XSNX, Si1-XCX. Як відомо, розчин як фізико-хімічна система може бути описаний за допомогою термодинамічних функцій: внутрішньої енергії, вільних енергій Гібса(G) та Гельмгольца(F), ентальпії й ентропії(S). Для напівпровідників при визначенні термодинамічної стабільності та при побудові фазових діаграм зручно використати вільну енергію змішування Гельмгольца: (4) де ?E - надлишкова енергія змішування, ?S - ентропія змішування, яку згідно з моделлю регулярного твердого розчину AXB1-x можна представити: (5) де R - універсальна газова стала. Вільна енергія Гельмгольца системи(Fплівки) в такому випадку буде складатися із суми вільної енергії Гельмгольца обємного твердого розчину(Fобємного) та енергії напруження плівки(Енапружень): , (7) де: , (8)Задовільне узгодження діелектричної функції з експериментальними даними підтвердило достовірність отриманих результатів і дозволило перейти до розрахунку композиційних залежностей оптичних піків подвійних сплавів на їх основі(рис.9). Дані особливості оптичних властивостей сплаву Ge1-XSIX пояснюються конкуренцією впливу композиційних і позиційних механізмів невпорядкованості. Біаксіальні деформації, вплив яких на властивості псевдоморфних плівок є домінуючим, приводять до пониження величини енергії оптичних піків досліджуваних матеріалів, за винятком Si1-XSNX. Для твердого розчину Si1-XCX/Si(001) нещодавно експериментально було встановлено[7], що епітаксійні деформації приводять до характерної лінійної залежності енергії оптичних піків від х (рис.9(г).).

Основний зміст роботи