Компьютерное моделирование пассивации частных дефектов нанокластера кремния | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Исакулова М. Ш., Каримова Ф. С., Ваккасов С. С., Мардонов З. А. Компьютерное моделирование пассивации частных дефектов нанокластера кремния // Молодой ученый. — 2015. — №13. — С. 119-121. — URL https://moluch.ru/archive/93/20251/ (дата обращения: 13.12.2018).

XXI век является переходным от микроэлектроники к наноэлектронике. Основой наноэлектроники является наноразмерные кремниевые материалы. На электрофизические и люминесцентные свойства нанокремния заметное влияние оказывают внутренние его дефекты. К таким дефектам относятся дефекты вакансии и частные межузловые атомы. С изменением концентрации этих дефектов будет возможным управлять различные их свойства. Атомами водорода при этом пользуются для частичной нейтрализации и для пассивации их воздействия. Однако до настоящего времени недостаточно изучены электронные строения пассивируемых водородом дефекты нанокремния, а также динамика изменения локальных подуровней запрещенных зон и точная конфигурация структур дефекта.

Рис. 1.

 

Нами изучено процесс пассивации водородом вакансии и частные межузловые дефекты атома кремния на 29 образцах атома кремния нетрадиционным методом сильной связи. (рис.1) [1]

В данном разделе мы провели исследование эффекта пассивации болтающихся орбиталей атомов кремния, возникших на месте центрального атома в результате образования вакансии. При этом, рассмотрение проблемы мы разделили на три задачи: вычисление термохимических параметров комплексов водород-вакансия, исследование зависимости структуры и симметрии вакансионного центра от количества водорода, исследование природы локальных уровней, связанных с комплексом VHm.

В качестве модели наночастицы нами выбран наноразмерный кластер Si29 с димеризованной поверхностью и однократным насыщением поверхностных атомов кремния атомами водорода в количестве 24 атома. Эти кластеры являются атомно-центрированными и симметрия центрального атома является тетраэдрической. При рассмотрении вакансии, центральный атом был удален из кластера и в дальнейшем геометрия кластера была подвержена оптимизации. В результате релаксации атомов кластера, атомы кремния — первые соседи вакансии отдаляются друг от друга неравномерно и симметрия центра переходит от тетраэдрической к C3v. Вторые соседи вакансии также отодвигаются и расстояния между первыми и вторыми соседями вакансии становятся равным 2,28 А, причем поверхностные 6 атомов кремния, расположенные за образованным основанием пирамиды центра, образуют между собой шестиугольник (рис.2 отмечены красным цветом), все вершины-атомы которого лежат на одной плоскости. Расстояния между атомами — первыми соседями вакансии становятся равным 4,2

Рис. 2.

 

А между вершиной пирамиды и атомами основания, 3,1 А между атомами основания пирамиды. Причем вершинный атом становится посередине треугольника, образованного вторыми соседями (рис.2 отмечены красным цветом). Вследствие этого ближайший атом водорода, соединенный с поверхностным атомом, сдвигается в связицентрированное положение в сторону появившегося атома кремния в центре треугольника (рис.2, атом водорода отмечен желтым цветом, связицентрированная связь водорода показана пунктирной линией). При этом длина связи Si-H-Si равна 2.436 А — 2.067 А. Вместе с тем, длина этой Si-Si связи укорачивается и становится равным 2,23 А (другие 2,27 А).

Мы рассматривали влияние количества внедренного водорода в вакансию на устойчивость кластера, симметрию расположения атомов, ее конфигурацию. Знание конфигурационного строения комплексов вакансии с водородом позволит выявлять особенности связывания между ними из соображений симметрии и межатомных расстояний. Сначала мы рассматривали вакансию, куда был помещен один атом водорода, который был соединен с одним из атомов кремния — соседа вакансии. При оптимизации геометрии кластера, атом водорода сместился в центр вакансии с несимметричным расположением между парами атомов. Атомы водорода, прикрепленные к поверхностным атомам, ближайшим к основанию треугольника удалились на 0,08 А.

Рис. 3.

 

При помещении второго атома водорода в центр вакансии, один из центральных атомов водорода образует химическую Si-H связь с одним из атомов кремния основания пирамиды с длиной связи 1.57 А. Второй атом водорода размещается в центре треугольника образованного остальными тремя атомами кремния — первыми соседями вакансии с расстоянием до каждого из них 2.15А, 2.48А и 2.48А. Два атома водорода на поверхности отсоединяются от кластера с образованием молекулы водорода.

Рис. 4.

 

Внедрение третьего атома водорода в полость вакансии приводит к образованию полноценных трех Si-H связей в центре. причем один из атомов водорода связывается с наиболее удаленным атомом кремния.

Рис. 5.

 

Присоединение четвертого атома водорода к вакансии приводит к идеальной тетраэдрической форме центра с полным насыщением всех атомов кремния и образованием Si-H связей. При этом, однако, шестиугольная форма основания кластера сохраняется.

Большой интерес представляют люминесцентные свойства наноразмерного кремния в диапазоне синего цвета видимой части электромагнитных волн, который открывает широкие возможности использования в качестве дисплеев и биозондов Подобными свойствами обладают кремниевые квантовые точки с размерами 1–3 нм. Однако, катастрофическое влияние на электрофизические и оптоэлектронные свойства кремниевых наноматериалов оказывают примесные дефекты, содержащие в узлах и междоузлиях нанокремния. Теоретическое изучение поведения типичных дефектов, как углерод и водород в нанокремнии позволяют прогнозировать изменение свойств материалов, разработать методы повышения устойчивости электронных приборов на их основе в критических условиях внешней радиации, повышенного давления и других.

В данной работе нами исследовано влияние полной водородной пассивации вакансии на пространственную и электронную структуру нанокластера кремния, распределение зарядов между атомами, характер и динамику локальных уровней в запрещенной зоне комбинированным методом молекулярной динамики и нетрадиционного метода сильной связи.

 

Литература:

 

1.                  Khakimov, Z.M., P. L. Tereshchuk, N. T. Sulaymonov, F. T. Umarova, M. T. Swihart. Non-conventional tight-binding method for calculation of total energy and spectroscopic energies of atomic clusters. Transferable parameters for silicon.//Phys. Rev. B. — 2005. — V.72. –P.115335(1–11).
Основные термины (генерируются автоматически): атом водорода, сосед вакансии, атом кремния, центральный атом, красный цвет, нетрадиционный метод, сильная связь, длина связи, центр вакансии, центр треугольника.


Похожие статьи

Теория адсорбции атомов на некристаллических подложках

Качественная картина возникновения такой связи была предложена Герни еще в 1935 г. Состоит эта картина в следующем.

Кластерный метод, однако, удобен лишь тогда, когда рассматривается адсорбция одиночного атома или малой группы таковых.

Использование ядерных материалов в мирных целях

Длина судна — 144 метра, ширина — 30 метров.

Метод основан на введении в организм радиофармацевтических препаратов

Элемент сложно использовать для создания ядерного оружия, но он вполне подходит как источник для мирной атомной энергии (мирный атом).

Закономерности и описание сверхстехиометрической сорбции...

Выделенные атомы, способные к дальнейшему образованию водородных связей.

Сорбция третьей частицы должна протекать несколько хуже, поскольку свободной для водородной связи у внешней частицы остается только один атом водорода.

Излучение атома и плазмы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Ключевые слова: излучение атома, механизмы плазменного излучения, методы спектрального анализа, спектры излучения, формула

Рис. 1. Спектральные линии атома водорода.

. В связи с излучением атомов в науке был введен новый спектр и анализ на его основе.

Современные положения в термоядерной энергетике

Удаление центра плазмы от материала реактора позволило уменьшить потери проводимости и потери на излучение, так как большая часть излучения

Этот метод получил плохую репутацию и признан антинаучным. Мюонная катализация — Мюоны позволяют атомам сближаться, тем...

К расчету энергии анизотропного D(-) центра методом Монте-Карло

Квантовое сужение также сильно влияет на энергию двухэлектронных центров. Так, например, в полупроводниковых гетроструктурах GaAs/AlGaAs наблюдается значительный рост энергии связи центров в

Теория атома. Строение электронных оболочек. М.: Наука. 328 с. (1986).

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

2) изменению зарядового состояния атома [1]; 3) возбуждению колебательных мод атома при безызлучательной рекомбинации на нем электрона [2]

После прогрева в экспериментальной установке сильно загрязненного кремния наблюдаются интенсивные пики углерода...

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями...

В связи, с чем можно обсуждать возможность создания теории глубоких уровней в полупроводниках, которая до сих пор не существует в нормальном виде.

Основные термины (генерируются автоматически): атом марганца, сильная компенсация, исходный материал...

Теория адсорбции атомов на некристаллических подложках

Качественная картина возникновения такой связи была предложена Герни еще в 1935 г. Состоит эта картина в следующем.

Кластерный метод, однако, удобен лишь тогда, когда рассматривается адсорбция одиночного атома или малой группы таковых.

Использование ядерных материалов в мирных целях

Длина судна — 144 метра, ширина — 30 метров.

Метод основан на введении в организм радиофармацевтических препаратов

Элемент сложно использовать для создания ядерного оружия, но он вполне подходит как источник для мирной атомной энергии (мирный атом).

Закономерности и описание сверхстехиометрической сорбции...

Выделенные атомы, способные к дальнейшему образованию водородных связей.

Сорбция третьей частицы должна протекать несколько хуже, поскольку свободной для водородной связи у внешней частицы остается только один атом водорода.

Излучение атома и плазмы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Ключевые слова: излучение атома, механизмы плазменного излучения, методы спектрального анализа, спектры излучения, формула

Рис. 1. Спектральные линии атома водорода.

. В связи с излучением атомов в науке был введен новый спектр и анализ на его основе.

Современные положения в термоядерной энергетике

Удаление центра плазмы от материала реактора позволило уменьшить потери проводимости и потери на излучение, так как большая часть излучения

Этот метод получил плохую репутацию и признан антинаучным. Мюонная катализация — Мюоны позволяют атомам сближаться, тем...

К расчету энергии анизотропного D(-) центра методом Монте-Карло

Квантовое сужение также сильно влияет на энергию двухэлектронных центров. Так, например, в полупроводниковых гетроструктурах GaAs/AlGaAs наблюдается значительный рост энергии связи центров в

Теория атома. Строение электронных оболочек. М.: Наука. 328 с. (1986).

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

2) изменению зарядового состояния атома [1]; 3) возбуждению колебательных мод атома при безызлучательной рекомбинации на нем электрона [2]

После прогрева в экспериментальной установке сильно загрязненного кремния наблюдаются интенсивные пики углерода...

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями...

В связи, с чем можно обсуждать возможность создания теории глубоких уровней в полупроводниках, которая до сих пор не существует в нормальном виде.

Основные термины (генерируются автоматически): атом марганца, сильная компенсация, исходный материал...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Теория адсорбции атомов на некристаллических подложках

Качественная картина возникновения такой связи была предложена Герни еще в 1935 г. Состоит эта картина в следующем.

Кластерный метод, однако, удобен лишь тогда, когда рассматривается адсорбция одиночного атома или малой группы таковых.

Использование ядерных материалов в мирных целях

Длина судна — 144 метра, ширина — 30 метров.

Метод основан на введении в организм радиофармацевтических препаратов

Элемент сложно использовать для создания ядерного оружия, но он вполне подходит как источник для мирной атомной энергии (мирный атом).

Закономерности и описание сверхстехиометрической сорбции...

Выделенные атомы, способные к дальнейшему образованию водородных связей.

Сорбция третьей частицы должна протекать несколько хуже, поскольку свободной для водородной связи у внешней частицы остается только один атом водорода.

Излучение атома и плазмы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Ключевые слова: излучение атома, механизмы плазменного излучения, методы спектрального анализа, спектры излучения, формула

Рис. 1. Спектральные линии атома водорода.

. В связи с излучением атомов в науке был введен новый спектр и анализ на его основе.

Современные положения в термоядерной энергетике

Удаление центра плазмы от материала реактора позволило уменьшить потери проводимости и потери на излучение, так как большая часть излучения

Этот метод получил плохую репутацию и признан антинаучным. Мюонная катализация — Мюоны позволяют атомам сближаться, тем...

К расчету энергии анизотропного D(-) центра методом Монте-Карло

Квантовое сужение также сильно влияет на энергию двухэлектронных центров. Так, например, в полупроводниковых гетроструктурах GaAs/AlGaAs наблюдается значительный рост энергии связи центров в

Теория атома. Строение электронных оболочек. М.: Наука. 328 с. (1986).

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

2) изменению зарядового состояния атома [1]; 3) возбуждению колебательных мод атома при безызлучательной рекомбинации на нем электрона [2]

После прогрева в экспериментальной установке сильно загрязненного кремния наблюдаются интенсивные пики углерода...

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями...

В связи, с чем можно обсуждать возможность создания теории глубоких уровней в полупроводниках, которая до сих пор не существует в нормальном виде.

Основные термины (генерируются автоматически): атом марганца, сильная компенсация, исходный материал...

Теория адсорбции атомов на некристаллических подложках

Качественная картина возникновения такой связи была предложена Герни еще в 1935 г. Состоит эта картина в следующем.

Кластерный метод, однако, удобен лишь тогда, когда рассматривается адсорбция одиночного атома или малой группы таковых.

Использование ядерных материалов в мирных целях

Длина судна — 144 метра, ширина — 30 метров.

Метод основан на введении в организм радиофармацевтических препаратов

Элемент сложно использовать для создания ядерного оружия, но он вполне подходит как источник для мирной атомной энергии (мирный атом).

Закономерности и описание сверхстехиометрической сорбции...

Выделенные атомы, способные к дальнейшему образованию водородных связей.

Сорбция третьей частицы должна протекать несколько хуже, поскольку свободной для водородной связи у внешней частицы остается только один атом водорода.

Излучение атома и плазмы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Ключевые слова: излучение атома, механизмы плазменного излучения, методы спектрального анализа, спектры излучения, формула

Рис. 1. Спектральные линии атома водорода.

. В связи с излучением атомов в науке был введен новый спектр и анализ на его основе.

Современные положения в термоядерной энергетике

Удаление центра плазмы от материала реактора позволило уменьшить потери проводимости и потери на излучение, так как большая часть излучения

Этот метод получил плохую репутацию и признан антинаучным. Мюонная катализация — Мюоны позволяют атомам сближаться, тем...

К расчету энергии анизотропного D(-) центра методом Монте-Карло

Квантовое сужение также сильно влияет на энергию двухэлектронных центров. Так, например, в полупроводниковых гетроструктурах GaAs/AlGaAs наблюдается значительный рост энергии связи центров в

Теория атома. Строение электронных оболочек. М.: Наука. 328 с. (1986).

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

2) изменению зарядового состояния атома [1]; 3) возбуждению колебательных мод атома при безызлучательной рекомбинации на нем электрона [2]

После прогрева в экспериментальной установке сильно загрязненного кремния наблюдаются интенсивные пики углерода...

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями...

В связи, с чем можно обсуждать возможность создания теории глубоких уровней в полупроводниках, которая до сих пор не существует в нормальном виде.

Основные термины (генерируются автоматически): атом марганца, сильная компенсация, исходный материал...

Задать вопрос