Введение к работе
Актуальность работы.
Ультратонкие слои и пленки- основа элементной базы микроэлектроники, и поэтому установление процесса их формирования, определение важнейших факторов формирования их атомной и электронной структуры- актуальная задача современной физики твердого тела. Значительный прогресс в изучении зависимости способа формирования пленки и ее структуры от различных факторов был достигнут с применением компьютерного моделирования. Однако, к настоящему времени большинство проведенных в этом направлении исследований на сплавах носили эпизодический характер, и до сих пор не установлены общие закономерности, которые позволили бы прогнозировать возможную структуру ультратонких гетероэпитаксиальных слоев. В связи с этим предпринятая в работе попытка нахождения подобных закономерностей безусловно является актуальной задачей физики твердого тела.
Цель работы.
Целью настоящей работы является:
а) проведение дополнительных исследований для выявления
возможности использования обобщенного парного потенциала
Леннарда- Джонса для предсказания структуры в процессе
напыления одно- и двухкомпонентных систем в методе
молекулярной динамики. Проверка полученных данных на
соответствие с уже имеющимися экспериментальными данными и
данными, рассчитанными другими методами.
б) получение информации о структуре, образующейся в
результате напыления однокомпонентних и двухкомпонентных
систем, при различных соотношениях атомных радиусов пленки и
подложки и установление общих закономерностей соответствия этих
структур при различии атомных радиусов в диапазоне от 3 до 15%.
в) Выявление влияния разницы масс атомов примеси и
матрицы на характер формирования структуры поверхности.
Научная новизна и практическая ценность работы.
В диссертации впервые для широкого круга гегеросистем выявлены особенности структуры ультратоиких пленок в зависимости от соотношения радиусов атомов пленки и подложки.
Показано, что при напылении Pt, Au и Nb на подложку Ni с ориентацией поверхности (001), где радиусы атомов пленки превосходят радиусы атомов подложки более чем на 14%, прилегающие к подложке плоскости пленки имеют кристаллографическую ориентацию (111) гцк решетки вне зависимости от типа решетки (гцк или оцк) напыляемого вещества. При напылении никеля на гцк (001) подложку из атомов Pt или Au тип базовой плоскости сохраняется, но возникает структура с большой концентрацией дефектов.
При напылении металлов, радиусы атомов которых отличаются от радиуса атомов подложки на 4-10%, возникает существенно разупорядоченная структура эпитаксиальных слоев, в которой отчетливо сохраняется лишь дальний порядок в направлении типа {ПО}, т.е. возникает ориентированный дальний порядок.
При напылении металлических пленок, радиусы атомов которых отличаются от радиусов атомов пленки не более чем на 3%, структура первых монослоев пленок не отличается от структуры подложки вне зависимости от типа (гцк или оцк) кубических решеток.
В работе впервые показано теоретически, что в метастабильном состоянии в верхних слоях ультратонкой пленки Pd наряду с увеличением амплитуды колебаний атомов обнаруживаются признаки перескоков части атомов из узлов кристаллической решетки в межузельные положения и обратно.
Установлено, что при внедрении в приповерхностные слои А1 атома примеси различной массы происходит удаление атома из системы в случае массы очень малой и очень большой и замещение одного из атомов А1 в узле кристаллической решетки, если масса атома примеси отличается от массы атомов матрицы не более чем в 3-4 раза.
Полученные данные могут быть использованы в теоретических расчетах и на практике для прогнозирования структуры ультратонких монослоев и наноструктур.
Положения, выносимые на защиту.
-
В пленке Pd, выращенной в процессе гомоэпитаксии при температуре 300К, в верхних слоях пленки в метастабилыюм состоянии помимо увеличения амплитуды колебаний обнаруживаются признаки перескоков части атомов в межузельные положения и обратно.
-
Структура ультратошсих пленок, образующихся в результате эпитаксии, зависит от соотношения радиусов атомов пленки и подложки и не зависит от типа кубической (гцк и оцк) решетки напыляемого вещества.
3. Для систем плешса/подложка на примере Pt/Ni, Au/Ni и Nb/Ni
с ориентацией поверхности (001), в которых радиусы атомов пленки
превосходят радиусы атомов подложки более чем на 10%,
установлено, что прилегающие к подложке плоскости пленки имеют
кристаллографическую ориентацию (111) гцк решетки вне
зависимости от типа кубической решетки напыляемого вещества (гцк
или оцк).
-
Структура ультратонких пленок, радиусы атомов которых отличаются от радиусов атомов подложки на величину, меньшую чем 10%, характеризуется высокой степенью дефектности (возможно даже аморфизацией). При этом дальний порядок сохраняется, но только в направлениях типа {ПО}.
-
Структура пленки не отличается от структуры подложки независимо от типа кубической (гцк или оцк) решетки вещества в объеме, если радиусы атомов подложки и пленки близки по значениям.
6. При внедрении в приповерхностные слои А1 атома примеси
различной массы происходит замещение атомов матрицы атомами
примеси, если масса атомов различается не более, чем в 4 раза и
удаление атомов примеси при большей разнице в массах атомов.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на Международной научной конференции "Ломоносов-96" (Москва, 1996), на XVII Конгрессе Международного союза кристаллографов (Сиэтл, США), август 1996.
Публикации.
По результатам работы опубликованы 7 статей и тезисы двух докладов на международных конференциях. Их список приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертеции.