ВВЕДЕНИЕ 4
1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ 6
1.1 Кристаллическое строение 6
1.2 Получение арсенида галлия 7
1.2.1 Метод Чохральского 7
1.2.2 Метод Бриджмена 9
1.3 Применение арсенида галлия 10
2 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦ СаА> СО
СТРУКТУРНЫМИ ВАКАНСИЯМИ 12
2.1 Метод нелокального функционала плотности 12
2.2 Компьютерное моделирование релаксационных процессов
методом молекулярной механики 15
2.3 Компьютерное моделирование релаксационных процессов
методом квантовой нанокинетики 20
2.4 Техника безопасности 21
2.4.1 Требования безопасности, которые должны соблюдаться при
работе с электроприборами 21
2.4.2 Действия при пожаре и несчастном случае 22
3 АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ 23
3.1 Результаты расчета равновесных параметров связи методом 23
нелокального функционала плотности 23
3.2 Результаты компьютерного моделирования релаксационных
процессов методом молекулярной механики 24
3.3 Результаты компьютерного моделирования релаксационных
процессов методом квантовой нанокинетики 30
ВЫВОДЫ 39
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 40
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Соединения состава АШВУ представляют большой интерес в полупроводниковой сфере [1]. Им уделяется большое внимание в научных публикациях, в которых эти полупроводники активно рассматриваются в качестве компонентов электронной техники. Исследование свойств таких соединений позволяет создавать новые приборы [2].
Уступая кремнию и германию по некоторым свойствам и применению, арсенид галлия также обладает характеристиками, необходимыми для использования в электронной технике, для создания светодиодов, транзисторов, лазеров различной мощности, фотоприемников и многого другого [3, 4].
В середине прошлого века началось создание различных приборов на основе СаЛз. В 1952 г. американский физик У.Б. Шокли сконструировал полевой транзистор и параллельно в это время стало известно о наличии полупроводниковых свойств у класса соединений АШВУ [5]. Спустя 10 лет началось активное использование биполярных транзисторов, как приборов микроэлектроники. В 1961 г. М. Джонсом и Е. Вурстом были описаны первые транзисторы на СаЛз, которые по своим свойствам превосходили кремниевые [6].
Одновременно с этими открытиями проводилась разработка различных методов, позволяющих получить кристаллы СаЛз. В 1956 году с помощью метода Чохральского были выращены кристаллы арсенида галлия, которые обладали достаточно высокой степенью чистоты [7, 8].
Для исследуемого соединения характерно достаточно большое значение ширины запрещенной зоны (при 300 К - 1,424 эВ), высокая подвижность электронов, обусловливающая возможность работы приборов на частотах до 250 ГГц. Приборы, функционирующие на основе этого полупроводника, производят меньше шума, чем, например, кремниевые приборы [9].
Большой интерес представляет изучение вакансий в кристаллах ОаЛз, нарушающих соблюдение строгой трансляционной симметрии и в целом оказывающих влияние на некоторые свойства соединения. В связи с этим актуальным является изучение влияния различных дефектов на устойчивость кристаллических систем [10, 11].
На сегодняшний день ЭаЛз - очень перспективное полупроводниковое соединение, обладающее большими возможностями в различных областях электроники [12].
Целью данной работы является исследование устойчивости наночастиц ЭаЛз со структурными вакансиями.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Построение моделей наночастиц ОаЛз со структурными вакансиями;
2) Расчет парных корреляционных потенциалов
внутрикристаллической ковалентной связи;
3) Исследование устойчивости наночастиц ОаЛз со структурными вакансиями методом молекулярной механики;
4) Исследование методом квантовой нанокинетики релаксационных процессов наночастиц ОаЛз со структурными вакансиями.
1. Построены модели наночастицы арсенида галлия и наночастиц арсенида галлия со структурными дефектами (вакансиями).
2. Методом нелокального функционала плотности были получены значения парных корреляционных потенциалов атомов в кристаллической наночастице Эа-Лз.
3. Методом молекулярной механики была исследована устойчивость наночастиц ЭаЛз со структурными вакансиями. Показано снижение устойчивости с ростом концентрации вакансий. Выявлена незначительная относительная дестабилизация системы при увеличении координационного числа атома, на месте которого образуется вакансия. Дефекты, расположенные в объеме системы, вносят наибольший дестабилизирующий вклад.
4. Методом квантовой нанокинетики было показано, что повышением температуры от 77 К до 298 К средняя энергия системы изменяется в зависимости от концентрации вакансий на 1 кДж/моль (в случае 990 атомов) и 3 кДж/моль (в случае 950 атомов).
