Введение 4
1 Нанослои АШВУ: применение, структура и синтез 6
1.1 Применение полупроводниковых соединений АШВУ на примере
соединений переменного состава 6
1.2 Кристаллическая структура полупроводниковых соединений АШВУ 7
2 Компьютерное моделирование структур ОаАзХ8Ь(1.Х) и 1пАзх8Ь(1.Х) 11
2.1 Расчет энергии связей с помощью пакета компьютерных программ
^КВОКВ, методом нелокального функционала плотности 11
2.2 Компьютерное моделирование релаксационных процессов в
программном пакете НапоБуо1уег методом молекулярной механики 14
2.3 Компьютерное моделирование релаксационных процессов в
программном пакете НапоБуо1уег методом квантовой нанокинетики 16
2.4 Техника безопасности 17
3 Результаты компьютерного эксперимента и анализ полученных данных.. . 19
3.1 Результаты расчета равновесных параметров связи методом
нелокального функционала плотности 19
3.2 Результаты компьютерного моделирования релаксационных процессов
в программном пакете НапоБуо1уег методом молекулярной механики 22
3.2.1 Компьютерное моделирование нанослоев переменного состава
ОаЛзХ8Ь(1.Х) методом молекулярной механики 22
3.2.2 Компьютерное моделирование нанослоев переменного состава
1нЛзХ8Ь(1.Х) методом молекулярной механики 30
4 Квантовая релаксация электромеханических нанослоев переменного
состава ОаАзХ8Ь(1.Х) и 1пАзх8Ь(1.Х) 37
Выводы 47
Библиографический список 48
Как возобновляемый источник энергии - солнечные элементы, приковывают к себе все большее и большее внимание. К ним регулярно возрастают предъявляемые требования. В связи с этим за последние десятилетия активно ведутся исследования по повышению их эффективности, удешевлению стоимости их изготовления и продлению срока службы [1-9]. Исследования последних лет показали, что на пути исследования и использования солнечных элементов встает несколько проблем. Одна из проблем, которая волнует умы ученых - это создание тонких слоев фотоэлементов, утончение слоев, несмотря на снижение финансовых затрат на материалы приводит к снижению эффективности фотопоглащения, и как следствие, снижению эффективности солнечных батарей [10-15]. Таким образом, актуальной является задача исследования полупроводниковых соединений, в ключе создания тонких пленок с высокой эффективностью и фоточувствительностью. Наиболее подходящие кандидаты на роль фоточувствительных полупроводниковых пленок соединения типа ЛШВУ и непрерывные твердые растворы замещения на их основе. Такие соединения обладают необходимыми характеристиками и могут быть получены в тонкопленочном состоянии. Однако высокая себестоимость может быть значительным препятствием для их использования [16-28]. Арсениды и антимониды галлия и индия могут быть отличными кандидатами для создания солнечных элементов толщиной до 210 мкм. Несмотря на значительную толщину таких пленок и, как следствие, высокую себестоимость в таких элементах пытаются максимально увеличить КПД. Это возможно реализовать, если в модель устройства заложить концепцию многопереходных устройств, где комбинируя поглотители с разноширинными запрещенными зонами можно решить данную проблему.
Тонкие пленки на основе полупроводниковых соединений ОаЛзХ8Ь(1.Х) и 1нЛ8хЗЬ(1.Х) могут быть весьма востребованы при решении данной технологической задачи, однако разработка, любого из электронных компонентов устройств, требует изучения стабильности соединений [29].
Целью работы являются исследование устойчивости нанослоев ОаЛ5х8Ь(1.х) и 1нЛзхЗЬ(1-х).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработать модели нанослоев ОаЛзХ8Ь(1.Х) и 1нЛзх8Ь(1.Х).
2. Применить метод нелокального функционала плотности для расчета парных корреляционных потенциалов атомов входящих в состав нанослоев ОаЛзХ8Ь(1.Х) и 1нЛзх8Ь(1.Х).
3. Применить метод молекулярной механики для определения устойчивости нанослоев ОаЛзХ8Ь(1.Х) и 1нЛзх8Ь(1.Х).
4. Методом квантовой нанокинетики изучить релаксационные процессы нанослоев ОаЛзХ8Ь(1.Х) и 1нЛзх8Ь(1.Х) из сильно неравновесного состояния.
По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы
1. При образовании НЭМС полупроводниковых нанослоев в матрице кристалла сфалерита состава ОаАзХЗЬ(1-Х) и 1пАзхЗЬ(1-Х) незначительно изменяет энергию и межатомные расстояния.
2. Межатомные потенциалы в НЭМС ОаАзХЗЬ(1-Х) и 1пАзхЗЬ(1-Х) мало отличаются от кристаллических для ОаАз, ОаЗЬ, ХпАз и ХпЗЬ. Если в кристалле образуется НЭМС, то у него происходит перестройка пиков координационных сфер, соответствующих составам ОаАз, ОаЗЬ, ХпАз и ХпЗЬ
3. Образование непрерывных твердых растворов замещения на подрешетке ВУ соединений состава ОаАзХЗЬ(1-Х) и 1пАзхЗЬ(1-Х) достаточно хорошо подчиняется правилу Вегарда. Отклонения от правила Вегарда обусловлены трансформациями второй и третьей координационных сфер распределения атомов при изменении концентрации х мышьяка.
4. В системах ОаАзХЗЬ(1-Х) и 1пАзхЗЬ( 1-Х) наблюдается дестабилизирующий положительный по энергии нелинейный вклад при концентрациях мышьяка до х = 0,5, с максимумов в точке с х = 0,25, и стабилизирующий вклад с минимумом энергии при концентрации х = 0,75.
5. При криогенных (Т = 77 К) и нормальных (Т = 293 К) условиях порядок координационных сфер выше первой разрушается больше с ростом температуры.
6. С повышением температуры релаксации от криогенных ( Т = 77 К) до
нормальных (Т = 293 К) условий средняя энергии НЭМС при всех
концентрациях повышается на 1-3 кДж/моль, в зависимости от состава нанослоя, а квантовые флуктуации увеличиваются с 0,63 кДж/моль до 2,26 кДж/моль.
