Тема: Компьютерное моделирование эшелонирования вицинальных ступеней при термическом разложении карбида кремния

Получение новых материалов для электроники крайне актуально в связи с тем, что традиционные хорошо зарекомендовавшие себя полупроводниковые материалы и технологии, например, на основе кремния, вплотную приблизились к квантово-механическим пределам. Это ставит ряд нетривиальных задач по поиску новых материалов, разработки технологий их получения и оптимизации процессов получения новых материалов путем подбора оптимальных условий роста кристаллических слоев.
Одним из перспективных новых материалов для электроники является графен, который был впервые экспериментально получен в 2004ом году в Манчестерском университете А.К. Геймом и К.С. Новоселовым [1], Графен - аллотропная форма углерода, представляющая собой монослой атомов углерода [2], расположенных в узлах гексагональной решетки. Графен обладает целым рядом экстраординарных свойства. Например, фермионы в гарфене подчиняются уравнению Дирака с линейным законом дисперсии [3]. Для графена характерна нелинейность закона Гука [4], чрезвычайно высокая механическая прочность и термостойкость [5,6]. Графен может применяться, к примеру, при разработке высокоемких конденсаторов [7], в качестве транзисторов [8] или в наноплазмонике [9].
Первые попытки синтеза графена методом химического расслоения приводили к слипшимся монослоям [10]. Другим примером методов получения графена является метод механического расщепления графита [11], заключающийся в отрыве моноатомных слоев графита от подложек, что является одним из самых простых способов получения графена.
Еще одним способом получения графена является метод термического разложения карбида кремния [12]. При нагреве карбида кремния SiC до температуры ~1300°C кремний сублимирует с поверхности, на которой растут слои графена. Методика хороша тем, что карбид кремния является естественной полуизолирующей подложкой для графена. Вдобавок, немалую роль играет низкая себестоимость в сравнении с другими методиками.
Для получения наиболее качественнных монослоев графена необходимо, чтобы поверхность кристалла представляла собой вицинальную поверхность атомарно-гладких террас и элементарных ступеней [13]. Атомы кремния, отрываясь из данных ступеней, диффундируют под графеновыми слоями в последствие десорбируясь с поверхности. Изучение поверхностных процессов при термическом разложении карбида кремния является актуальным, и на сегодняшний момент в этой области активно ведутся исследования.
Целью данной работы было теоретическое исследование динамики вицинальных 5
ступеней при термическом разложении карбида кремния. Движение вицинальных ступеней в процессе сублимации кристалла может приводить к их эшелонированию, что приводит к неоднородности толщины графеновых слоев, влияющей непосредственно на свойства материала. С использованием компьютерного моделирования методом Монте Карло проведен анализ факторов, влияющих на динамику ступеней. Показано, что кинетическая неустойчивость ступеней в процессе термического разложения карбида кремния может быть связана с непроницаемостью графеновых слоев для атомов кремния, десорбирующихся с поверхности. Изучены основные закономерности эшелонирования ступеней при наличии графеновых слоев, выявлены отличия этого процесса от классического сценария развития неустойчивости при наличии барьера Эрлиха-Швебеля.

Купить

На основе результатов проведенного моделирования можно сделать следующие выводы: Во-первых, из-за наличия графеновых слоев скорость степеней замедляется, вследствие увеличения расстояния до области десорбции/
Во-вторых, барьер Эрлиха-Швебеля подавляет флуктуации (рис.17 и 19).
В-третьих, из рисунков 14-15 видно, что при рассмотрении модели I имеется стабильная динамика ступеней, при этом наблюдаются лишь флуктуации. В случае длинной террасы (рис.15) из-за того, что ее ширина превосходит диффузионную длину пробега атомов кремния, образуются две группы ступеней.
В случае модели III наблюдается на иллюстрациях 16-19 стремительное эшелонирование ступеней. Вызвано это тем, что атомы, отрывающиеся от ступени на верхние террасы десорбируются с поверхности, вследствие попадания в области десорбции, что позволяет им не диффундировать под графеновыми слоями. Когда ширина слоев достигает внушительных значений, соответствующие участкам изменения скорости ступеней, вероятность встраивания атомов кремния в ступени возрастает из-за большего расстояния до области отрыва.
На рисунков 18-19 показано, что наличие широкой террасы, ширина которой превосходит длинну диффузионного пробега, образуется несколько устойчивых эшелонов.

Купить