Введение 5
1 Физико-химические свойства полупроводниковых соединений ЛШВУ 7
1.1 Понятие полупроводников и их характеристика 7
1.2 Понятие и характеристика твердых растворов 9
1.3 Кристаллическая структура группы ЛШВУ 11
1.4 Соединения типа ЛШВУ 13
1.4.1 Фосфид галлия 13
1.4.2 Фосфид алюминия 14
1.5 Получение полупроводниковых соединений типа ЛШВУ 15
1.6 Применение полупроводниковых соединений типа АШВУ 21
2 Компьютерное моделирование нанослоев Л1хСа1-хР 24
2.1 Расчет энергии связей с помощью пакета компьютерных программ
WINBOND 24
2.2 Компьютерное моделирование нанослоев СаР, Л1Р 27
2.3 Компьютерное моделирование релаксационных процессов в
программном пакете ПапоБуо1уег методом молекулярной механики 28
2.4 Компьютерное моделирование релаксационных процессов в
программном пакете ПапоБуо1уег методом квантовой нанокинетики 30
2.5 Техника безопасности 32
3 Результаты и анализ компьютерного моделирования 34
3.1 Результаты моделирования нанослоев Л1Р и СаР 34
3.2 Результаты расчета равновесных параметров связи методом
нелокального функционала плотности 35
3.3 Результаты компьютерное моделирование нанослоев состава А1хСа1-
хР методом молекулярной механики 37
3.4 Результаты компьютерное моделирование нанослоев состава СахА11-
хР методом молекулярной нанокинетики 45
Заключение и выводы 49
Библиографический список 50
Приложение А 55
Приложение Б 58
На данный момент известно 118 химических элемента, из них только 12 проявляют полупроводниковые свойства. Не смотря на небольшое количество элементарных полупроводников, существует большое множество соединений, а также твердых растворов, которые обладают полупроводниковыми свойствами [1].
Сам класс веществ - полупроводники, был известен еще с конца XIX века. Полупроводниками называют материалы, обладающие промежуточными значениями удельной проводимости между металлами и диэлектриками, эти значения варьируются в пределах от 10-5 до 108 Ом-м. Полупроводники имеют сильную зависимостью удельной проводимости от концентрации и вида примесей. От металлов они отличаются тем, что с повышением температуры или освещенности проводимость полупроводников возрастает, так как носители электрического тока в них создаются тепловым движением, светом. Для металлов (проводников) эта зависимость противоположна, с увеличением температуры электрическая проводимость замедляется. В полупроводниках без теплового движения при температуре абсолютного нуля проявляются диэлектрические свойства, так как электроны не обладают достаточной энергией для преодоления запрещенной зоны, которая является одной из главных особенностей этих соединений, она позволяет приборам, созданным на основе полупроводниковых материалов, сохранять работоспособность до более высоких температур: 300-700 °С [2]. Значения ширины запрещенной зоны лежат ниже 3 эВ. Так, например, рабочая температура прибора, полученного на основе фосфида галлия достигает 500 °С [3].
В 50-ые годы XX века большое научное значение уделялось искусственно созданным полупроводникам типа AIIIBV, этот тип полупроводников относится к алмазоподобным, до этого времени таких соединений не существовало [1]. Сюда относятся фосфид галлия и фосфид алюминия, эти соединения обладают гранецентрированной кубической решеткой и кристаллизуются в структуру сфалерита. Полупроводники данного типа находят широкое использование во многих областях техники и, главным образом, в оптоэлектронных приборах [4].
Фосфиды полупроводниковых материалов типа АШВУ привлекают внимание ученых своими необычными свойствами, одно из них, это сравнительно малое время жизни неосновных носителей тока, которые имеют значения 10-7 - 10-8 с [5].
Соединения фосфид галлия и фосфид алюминия еще полностью не изучены, они дают большие перспективы для дальнейшего развития.
Целью работы является исследование устойчивости нанослоев СаР, А1Р и нанослоев непрерывного твердого раствора А1хСа1-хР.
Задачи:
1. Разработать модели нанослоев СаР и А1Р, а также нанослоев непрерывного твердого раствора А1хСа1-хР.
2. Методом нелокального функционала плотности вычислить парные корреляционные потенциалы атомов, входящих в состав нанослоев А1хСа1-хР.
3. Методом молекулярной механики определить устойчивость нанослоев А1хСа1-хР.
4. Методом квантовой нанокинетики исследовать релаксационные процессы в нанослоях непрерывного твердого раствора А1хСа1-хР из сильно неравновесного состояния
1. Образование НЭМС нанослоев в матрицах кристаллов сфалерита состава А1хОа1-хР незначительно изменяет энергию и межатомные расстояния.
2. Межатомные потенциалы в НЭМС для ЛкОагхР отличаются от кристаллических для А1Р, ОаР - они больше, чем в молекуле. В результате образования в кристалле НЭМС происходит перестройка пиков координационных сфер, соответствующих составам А1Р, ОаР.
3. Образование непрерывных твердых растворов замещения на подрешетке А111 соединения состава АкОагхР достаточно хорошо подчиняется закону Вегарда, который рассматривает изменение параметров (энергии НЭМС нанослоя) твердого раствора от концентрации отдельных компонентов. Отклонения от закона Вегарда обусловлены трансформациями второй и третьей координационной сферы раствора при изменении содержания х компонента. При содержании компонента х = 0,5 наблюдается наибольший стабилизирующий вклад.
4. При криогенных (Т = 77 К) и стандартных (Т = 298 К) условиях упорядочение второй и третьей координационных сфер разрушается больше с ростом температуры.
