📄Работа №198178
Тема: КРАЕВАЯ ЗАДАЧА ПОВЕРХНОСТНОЙ ДИФФУЗИИ ПРИ ПОСЛОЙНОМ РОСТЕ КРИСТАЛЛОВ БИНАРНЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Физика
Объем:
57 листов
Год:
2023
Просмотров:
52
4990
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Обзор литературы 5
1.1 Послойный рост кристалла. Краевая задача поверхностной диффузии .. 5
1.2. Модели роста полупроводниковых соединений III-V 11
1.3. Рост цепи сополимера и движение излома на ступени кристалла
химического соединения - статистика проб и ошибок 14
2. Модель роста бинарного кристалла AB 20
2.1. Формулирование краевых условий на ступени бинарного кристалла .. 20
2.2. Диффузионный и кинетический режимы движения ступеней бинарного
кристалла 23
3. Краевые условия для задачи поверхностной диффузии при росте
соединений III-V из молекулярного пучка 27
3.1. Необратимый поток атомов III группы в ступень 27
3.1.1. Основные допущения 27
3.1.2. Миграция адатомов вдоль края ступени (непрямой механизм
встраивания) 27
3.1.3. Учет прямого встраивания в излом. Условие нормировки
кинетических коэффициентов 34
3.2. Предельные случаи проницаемых и непроницаемых ступеней.
Однокомпонентное приближение 37
3.3. Слабые отклонения от равновесия. Линеаризация потоков 41
3.4. Влияние потока атомов V группы на переход к островковому росту... 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 49
1. Обзор литературы 5
1.1 Послойный рост кристалла. Краевая задача поверхностной диффузии .. 5
1.2. Модели роста полупроводниковых соединений III-V 11
1.3. Рост цепи сополимера и движение излома на ступени кристалла
химического соединения - статистика проб и ошибок 14
2. Модель роста бинарного кристалла AB 20
2.1. Формулирование краевых условий на ступени бинарного кристалла .. 20
2.2. Диффузионный и кинетический режимы движения ступеней бинарного
кристалла 23
3. Краевые условия для задачи поверхностной диффузии при росте
соединений III-V из молекулярного пучка 27
3.1. Необратимый поток атомов III группы в ступень 27
3.1.1. Основные допущения 27
3.1.2. Миграция адатомов вдоль края ступени (непрямой механизм
встраивания) 27
3.1.3. Учет прямого встраивания в излом. Условие нормировки
кинетических коэффициентов 34
3.2. Предельные случаи проницаемых и непроницаемых ступеней.
Однокомпонентное приближение 37
3.3. Слабые отклонения от равновесия. Линеаризация потоков 41
3.4. Влияние потока атомов V группы на переход к островковому росту... 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 49
📖 Аннотация
В данной магистерской диссертации проведено теоретическое исследование краевой задачи поверхностной диффузии при послойном росте кристаллов бинарных химических соединений. Актуальность работы обусловлена необходимостью развития континуальных моделей роста для точного описания кинетики формирования эпитаксиальных слоев полупроводниковых материалов, широко применяемых в микро- и оптоэлектронике. Основные результаты включают новую формулировку краевой задачи с нелинейными краевыми условиями, учитывающими кооперативное встраивание атомов разных сортов в изломы ступеней на основе метода функций сохранения А.А. Чернова, а также анализ применимости упрощенного однокомпонентного приближения. Научная значимость заключается в развитии теоретических основ физики кристаллизации, а практическая — в возможности более точного управления процессами молекулярно-лучевой эпитаксии для синтеза материалов с заданными свойствами. В обзоре литературы рассматриваются фундаментальные работы по кинетике роста кристаллов (Бартон, Кабрера, Франк), классические исследования спирального механизма (Чернов), а также современные модели, учитывающие проницаемость ступеней (Tanaka et al., Filimonov, Hervieu).
📖 Введение
Рост плоских граней кристаллов и эпитаксиальных слоев при кристаллизации из газовой фазы и из молекулярного пучка происходит по слоевому механизму, путем тангенциального движения элементарных ступеней высотой в один кристаллический слой. Континуальные теории послойного роста основаны на формулировании и решении краевой задачи поверхностной диффузии, включающей уравнения непрерывности для атомов, адсорбированных на террасах, (адатомов) и краевые условия на краях ступеней. В случае кристаллов химических соединений, в частности бинарных полупроводниковых соединений типа III-V и II-VI, корректная постановка краевой задачи требует учета наличия нескольких сортов диффундирующих частиц и стехиометрии растущих кристаллических слоев. Стехиометрия обусловливает ограничения (корреляции) при встраивании атомов в изломы на ступенях - вероятность сохранения в процессе роста присоединившегося к излому атома существенным образом зависит от сорта данного атома и от сорта атома, присоединившегося к излому ранее. Теория, описывающая кооперативные эффекты при встраивании частиц разных сортов в изломы разработана в 60-х годах прошлого века А.А. Черновым (метод функций сохранения). Однако применение данной теории для формулирования краевых задач поверхностной диффузии при росте бинарных соединений в литературе отсутствует. Обычно используется т.н. однокомпонентное приближение, предполагающее, что скорость перемещения ступеней определяется поверхностной диффузией и встраиванием в ступень одного из компонентов. Очевидно, что в случае стехиометрических бинарных соединений данный подход требует обоснования и уточнения понятий равновесная концентрация адатомов и кинетический коэффициент ступени.
В магистерской диссертации предложена формулировка краевой задачи поверхностной диффузии при росте бинарного соединения АВ с использованием краевого условия, следующего из условия баланса диффузионного потока и потока атомов встраивающихся в ступень. При этом выражение для потока встраивающихся атомов учитывает кооперативные эффекты при встраивании атомов А и В в изломы на ступени, в силу чего это выражение представляет собой нелинейную функцию концентраций адатомов вблизи ступени. С использованием решения данной нелинейной краевой задачи рассмотрены условия перехода к диффузионному и кинетическому режимам движения ступеней и условия, при которых движение ступени контролируется одним из компонентов.
Разработана модель встраивания частиц в ступень при послойном росте полупроводниковых соединений III-V, учитывающая присутствие молекул V группы в мобильном физадсорбированном состоянии и возможность диффузии атомов III группы как по террасам, так и вдоль гладких участков края ступени между изломами. Встраивание атомов в изломы на ступенях описывается с использованием метода функций сохранения, что позволяет учесть стехиометрию соединения. Установлены связи кинетических коэффициентов ступени с константами скоростей элементарных процессов на крае ступени. С использованием модели установлены условия справедливости однокомпонентного приближения и проведен анализ влияния давления (адсорбционного потока) атомов элемента V группы на переход от роста по механизму движения вицинальных ступеней к росту за счет образования двумерных островков на террасах.
В магистерской диссертации предложена формулировка краевой задачи поверхностной диффузии при росте бинарного соединения АВ с использованием краевого условия, следующего из условия баланса диффузионного потока и потока атомов встраивающихся в ступень. При этом выражение для потока встраивающихся атомов учитывает кооперативные эффекты при встраивании атомов А и В в изломы на ступени, в силу чего это выражение представляет собой нелинейную функцию концентраций адатомов вблизи ступени. С использованием решения данной нелинейной краевой задачи рассмотрены условия перехода к диффузионному и кинетическому режимам движения ступеней и условия, при которых движение ступени контролируется одним из компонентов.
Разработана модель встраивания частиц в ступень при послойном росте полупроводниковых соединений III-V, учитывающая присутствие молекул V группы в мобильном физадсорбированном состоянии и возможность диффузии атомов III группы как по террасам, так и вдоль гладких участков края ступени между изломами. Встраивание атомов в изломы на ступенях описывается с использованием метода функций сохранения, что позволяет учесть стехиометрию соединения. Установлены связи кинетических коэффициентов ступени с константами скоростей элементарных процессов на крае ступени. С использованием модели установлены условия справедливости однокомпонентного приближения и проведен анализ влияния давления (адсорбционного потока) атомов элемента V группы на переход от роста по механизму движения вицинальных ступеней к росту за счет образования двумерных островков на террасах.
✅ Заключение
В магистерской диссертации проведено теоретическое исследование кинетики послойного роста кристаллов бинарных химических соединений. Предложены новые формулировки краевой задачи поверхностной диффузии атомов, учитывающие особенности встраивания атомов в ступени на поверхности кристалла стехиометрического химического соединения. Получены следующие основные результаты:
- Сформулирована краевая задача поверхностной диффузии с нелинейным краевым условием, описывающим баланс диффузионного потока адатомов и потока атомов встраивающихся в изломы на ступенях стехиометрического бинарного соединения. Показано, что в случае диффузионного режима роста решение задачи поверхностной диффузии с указанным нелинейным краевым условием соответствует решению задачи с краевым условием, предполагающим достижение динамического равновесия между ступенью и адсорбционным слоем, состоящим из адсорбированных атомов А и В и поверхностных вакансий.
- Получено выражение для потока атомов III группы в ступень на вицинальной поверхности кристалла соединения III-V при прямом встраивании атомов V группы в изломы из газовой фазы и с учетом миграции атомов III группы вдоль гладких участков края ступени.
- Показано, что использование однокомпонентного приближения для описания роста соединений III-V корректно в случае непроницаемой ступени, эффективного блокирования атомов III группы в изломах атомами V группы и малой концентрации изломов. Отличие от однокомпонентного случая состоит лишь в зависимости равновесной концентрации адатомов III группы от содержания компонента V группы в системе.
- При слабых отклонениях от равновесия получены выражения для коэффициента встраивания атомов III группы в ступень и коэффициента проницаемости ступени, которые можно использовать при формулировании линейных краевых условий в задаче поверхностной диффузии.
- Показано, что влияние давления (потока) V группы на переход от роста за счет движения вицинальных ступеней к росту за счет образования двумерных островков может быть связано не только с зависимостью от величины данного потока пересыщения адслоя, но и зависимостью кинетического коэффициента встраивания адатомов III группы в ступень.
- Сформулирована краевая задача поверхностной диффузии с нелинейным краевым условием, описывающим баланс диффузионного потока адатомов и потока атомов встраивающихся в изломы на ступенях стехиометрического бинарного соединения. Показано, что в случае диффузионного режима роста решение задачи поверхностной диффузии с указанным нелинейным краевым условием соответствует решению задачи с краевым условием, предполагающим достижение динамического равновесия между ступенью и адсорбционным слоем, состоящим из адсорбированных атомов А и В и поверхностных вакансий.
- Получено выражение для потока атомов III группы в ступень на вицинальной поверхности кристалла соединения III-V при прямом встраивании атомов V группы в изломы из газовой фазы и с учетом миграции атомов III группы вдоль гладких участков края ступени.
- Показано, что использование однокомпонентного приближения для описания роста соединений III-V корректно в случае непроницаемой ступени, эффективного блокирования атомов III группы в изломах атомами V группы и малой концентрации изломов. Отличие от однокомпонентного случая состоит лишь в зависимости равновесной концентрации адатомов III группы от содержания компонента V группы в системе.
- При слабых отклонениях от равновесия получены выражения для коэффициента встраивания атомов III группы в ступень и коэффициента проницаемости ступени, которые можно использовать при формулировании линейных краевых условий в задаче поверхностной диффузии.
- Показано, что влияние давления (потока) V группы на переход от роста за счет движения вицинальных ступеней к росту за счет образования двумерных островков может быть связано не только с зависимостью от величины данного потока пересыщения адслоя, но и зависимостью кинетического коэффициента встраивания адатомов III группы в ступень.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.