Введение к работе
Актуальность проблемы.
Кремний является базовым материалом в технологии микроэлектроники. Знание структуры и физико-химических свойств расплава кремния определяет возможность целенаправленного изменения технологии выращивания монокристаллов с заданной степенью дефектности и, следоватічьно, электрофизическими свойствами. Ранее структура жидкого кремния исследовалась путем рентгено- и нейтронографического эксперимента. Однако расшифровка дифракционной картины не является однозначной и не дает достаточного количества информации об особенностях структуры вещества, так как отражает усредненную картину по всему объему образца.
В связи с широким распространением достаточно мошной компьютерной техники с последнее время растет интерес к проведению вычислительных экспериментов методом молекулярной динамики. Молекулярно-дпнамическая модель вещества, оптимизированная в соответствии с результатами дифракционных экспериментов, содержит информацию о координатах отдельных атомов и их положении друг относительно друга, и поэтому является мощным дополнением дифракционных экспериментов. С помощью такой модели можно ответить на ряд вопросов, решение которых было бы невозможно или трудно осуществимо экспериментальными методами, например, выявить особенности ближнего порядка, такие как распределение локальных координационных чисел, угловые корреляции, исследовать кинетические свойства іі др. В связи с этим возник ет нужда в достаточно простой, но в то же время удовлетворительно описывающей структуру и свойства реального вещества, модели кремния.
Цель и згдачи работы.
Построение достаточно простой молекулярно-динамической модели,
которая удовлетворительно описывает хак структуру, так и свойства (термодинамические и ккче-ическиг) жидкого кремния. Апробация потенциала типа Стиллинджера-Вебера для исследования структуры и свойств расплавов алмазоподобных полупроводниковых соединений (например, теллурида кадмия, теллурида ртути ч системы кадмий-ртуть-теллур). Отработка метода построения подобных моделей на основе известных данных. Предсказание свойств и структурных особенностей расплавов полупроводников, получение которых невозможно обычными экспериментальными и косвенными методами.
Научная новизна.
Получены новые данные о структуре и свойствах молекулярно-динамической модели высокотемпературного расплава кремния. Рассчитаны структурные характеристики (функция радиального распределения, структурный фактор, распределение локальных координационных чисел и угловые корреляции) с использованием уточнених данных по плотности и температурные зависимости некоторых физико-химических свойств (теплоемкости и коэффициента само-диффузии) в жилкой фазе в окрестности температуры плавления кремния.
Детально исследованы особенности структуры модели расплава жидкого кремния традиционным методом МД (на основе функциГ гС) и S{k)) и методами статистической геометрии (метод Вороного-Делоне). Получены дополнительные данные, которые свидетельствуют о том, что вблизи точки плавления кремния аномалии некоторых свойств, наблюдаемые в эксперименте, можно объяснить наличием структурной микроиеоднородности в расплаве, связанной с присутствием кластеров с преимущественно ковалентным типом связи (эффект послеллавления).
Применен метод исключения мелких граней в многогранниках Вороного для устранения влияния мелкомасштабных тепловых флук-
туаций на структуру неупорядоченной системы. Получены новые данные об особенностях ближнего порядка молекулярно, динамической модели жидкого кремния (наибольшая близость распределения площадей граней к распределению для кристаллической структуры белого олова, призматичегкая форма наиболее типичных многогранников, формируемых ближайшими соседями, и незначительный процент "траэдров).
Впервые построена молекулярно-динамнческая модель расплава бинарного полупроводника с алмазоподобной структурой с использованием потенциал типа Стиллинджера-Вебера на примере жидкого теллурида кадмия. Предложена методика параметризации параметров потенциалов, описывающих межчастичное взаимодействие различных пар атомов на основе данных по энерг-чм атомиза-ции, межатомным расстояниям решетки и параметру Грюнайзена. Для модели жидкого теллурида кадмия впервые рассчитаны структурные и кинетические характеристики.
Практическое значение работы.
На основе полученных данных возможна корректировка технологии выращивания монокристаллов кремния и теллурида кадмия.
Полученные результаты позволяют углубить понимание молекулярной теории жидкого состояния веществ с ковалентними связями.
Разработанный в диссертации комплект программ обеспечивает постановку молекулярно-динамического эксперимента для кремния и ему подобных полупроводников с использованием потенциалов межатомного взаимодействия типа Стнллинджера и Вебера, а также разносторонний анализ получаемых результатов.
Публикации и апробация результатов работы.
По результатам диссертации опубликовано 12 статей, сделано II докладов на следующих конференциях:
VIII Всесоюзная конференция по структуре и свойствам металлических и шлаковых расплавов (г. Екатеринбург, сентябрь 1994г.)
III международная конференция "Материаловедение алмазоподоб-ных и халькогенмдных полупроводников" (Украина, г.Черновцы, октябрь 1994г.)'
Конференция молодых ученых МИЭТ (апрель 1994г.)
Межвузовская научно-техническая конференция "Микро-
электроника и информатика" (МИЭТ, апрель 1995г.)
Всероссийская научно-техническая конференция "Электроника и нн-форматика-95" (МИЭТ, ноябрь 1995г.)
Межвузовская научно-техническая конференция "Микро-
электроника и информатика-96" (МИЭТ, апрель 1996г.)
Third International Workshop on Materials Processing at High Gravity (Potsdam, N.Y. USA, June 2-8, 1996).
Объем и структура диссертации.