Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Химические науки
Физическая химия

Диссертационная работа:

Лебеденко Сергей Евгеньевич. Физико-химические аспекты и компьютерное моделирование формирования нанослоевых структур выпрямляющих контактов Ga(As/P)-Ga(S/Se)-Ni : диссертация... кандидата химических наук : 02.00.04 Барнаул, 2007 137 с. РГБ ОД, 61:07-2/537

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 10

1.1 Характеристики соединений АП|В 10

  1. Общие сведения 10

  2. Кристаллическая структура 13

  3. Следствия отсутствия инверсионной симметрии: плоскости (111) и (1 I 1) 16

  4. Характер связи в соединениях А В 19

  5. Сила связи A'"-Bv 27

1.2 Физико-химические свойства фосфида галлия и арсенида галлия 30

  1. Основные характеристики фосфида галлия 30

  2. Основные характеристики арсенида галлия 32

  3. Строение реальной поверхности арсенида галлия и фосфида галлия 33

1.3 Граница раздела металл - полупроводник 35

  1. Методы формирования контактов металл - полупроводник 38

  2. Модели строения границы раздела металл - полупроводник 39

  3. Теории переноса заряда через границу раздела металл - полупроводник 41

1.3.4 Состояние поверхности полупроводника и электрофизические свойства
диодных структур металл - полупроводник 43

  1. Способы подготовки поверхности полупроводника и электрофизические характеристики контакта металл - полупроводник 44

  2. Процессы, протекающие на поверхности полупроводников типа А1 В , контактирующей с окружающей средой 44

  3. Влияние оксидного слоя на электрофизические свойства выпрямляющих

контактов металл - полупроводник 46

1.3.8 Халькогенидная пассивация поверхности полупроводника 48

ГЛАВА 2 54

ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСЛОЕВЫХ ДИОДНЫХ КОНТАКТОВ GaP-(S/Se)-Ni 54

2.1 Техника и методика эксперимента 54

  1. Растворы и реактивы 54

  2. Установки 55

  3. Методика изготовления рабочих электродов 57

  4. Методика измерения катодных поляризационных кривых 58

  5. Методика формирования выпрямляющего контакта на поверхности полупроводника 60

  1. Термодинамический расчёт для реакций, протекающих на границе полупроводник -раствор 61

  2. Нахождение оптимальной плотности тока для наилучшего осаждения никеля 63

  3. Травление фосфида галлия концентрированными кислотами 66

2.5 Регистрация вольтамперных характеристик контактов металл - полупроводник 67

2.5.1. Влияние предварительной подготовки на электрофизические характеристики

контакта никель-фосфид галлия п-типа 68

2.5.3. Термическая стабильность 71

2.6 Исследование поверхностей GaAs, GaP и контактов GaAs-Ni инструментальными
методами 72

ГЛАВА 3 75

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА Ga(As, P)-(S, Se)-Ni 75

3.1 Построение геометрической модели гетероперехода Ga(As,P) - (S, Se)-Me 75

  1. Расчет сил связи методом нелокального функционала плотности 86

  2. Расчет энергий и длин связей биядерных локальных кластеров состава АШВ , AinBvl, Aiv Bvi, Av Bvi методом функционала плотности с помощью пакета компьютерных программ WINBOND 90

  3. Расчет энергий и длин связей биядерных локальных кластеров состава A11 Bv,

A,MBvl,A1VBvr,AVBvl

методом функционала плотности в программном пакете Hyper

Chem 6 Professional 97

3.5. Компьютерное моделирование релаксации контактов GaP-(S, Se)-Ni 99

  1. Механизмы релаксации наноструктуры контакта A'"Bv - A'"Bv1 - Me 99

  2. Анализ результатов компьютерного моделирования релаксации контакта GaP-S-Ni 100

  3. Анализ результатов компьютерного моделирования релаксации контакта GaP-Se-Ni 107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 113

выводы 115

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 117

ПРИЛОЖЕНИЕ А 129

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 130

ПРИЛОЖЕНИЕ В 136

Введение к работе:

Известно, что свойства контакта металл - полупроводник во многом определяются свойствами интерфейса поверхностей металла и полупроводника [1]. При этом интерфейс представляет собой определенную область материала между металлом и полупроводником со своими специфическими физико-химическими и электрофизическими свойствами. Согласно современным представлениям, интерфейс - это квантово-размерный нанослой, толщина которого не превышает нескольких нанометров. Формирование такого интерфейса - проблема для существующих технологий.

В обычных условиях на поверхности полупроводника существует довольно толстый слой оксидов [2]. Выпрямляющие контакты, сформированные таким оксидным интерфейсом, имеют невысокие электрофизические харарктеристики. Для устранения негативного влияния оксидного слоя существуют два основных технологических подхода [3]. На первой общей стадии полностью удаляется имеющийся оксидный слой вплоть до получения атомарно чистой поверхности полупроводника. На второй стадии создается интерфейсный слой двумя различными способами: а) оксидный нанослой на поверхности полупроводника и б) реконструированный нанослой в приповерхностной области полупроводника. Важно, что и создаваемый слой оксидов и реконструированная поверхность являются квантоворазмерными объектами, обеспечивающими при нанесении металла, во-первых, разделение объемных областей металла и полупроводника, а во-вторых, облегчение трансмиссии электронов между объемами металла и полупроводника.

Оба этих метода имеют существенные недостатки: дефектность и неоднородность оксидного слоя в первом случае, необходимость высокотемпературной обработки полупроводников в вакууме и нанесение металла в инертной атмосфере во втором случае. Все это ведет либо к

снижению качества получаемых контактов либо к технологическому усложнению процесса их создания.

С конца 80-х годов прошлого века [4] разрабатывается комбинированный подход к созданию пассивирующего трансмиссионного слоя на поверхности полупроводника, объединяющий достоинства классических способов подготовки поверхности полупроводника к нанесению металла на второй стадии. В этом комбинированном подходе в ходе реконструкции приповерхностной области полупроводника образуется не оксидный, а халькогенидный квантово-размерный нанослоевой интерфейс с толщиной, не превышающей 1,5 нм [4]. Это было реализовано физическими методами высокотемпературного удаления оксидного слоя и парофазного нанесения слоя халькогена. Но технологически более приемлемым является жидкофазный способ слитного удаления оксидного слоя и замены его пассивирующим нанослоем халькогенидов в мягких условиях. Эти методы получили название «халькогенидная пассивация».

В данной работе поставлены и решены некоторые задачи создания интерфейса выпрямляющего контакта на основе полупроводников типа А В и переходного металла методом жидкофазной халькогенидной пассивации поверхности полупроводника в мягких условиях.

Актуальность работы. В последние десятилетия в России и за рубежом проводятся исследования [5, 6], которые показали важную роль в создании барьерных гетероструктур металл - полупроводник атомного строения и свойств интерфейса контактирующих материалов. Интерфейс задается упорядоченной последовательностью различных технологических стадий, формирующих приграничную область. Обычно изготовление барьерных структур проводится в несколько стадий. Как было показано Батенковым В.А. и его сотрудниками [1], одной из важнейших является заключительная стадия обработки поверхности полупроводника, которая играет определяющую роль в формировании слоя поверхностных соединений.

В последние годы широко и успешно разрабатывается халькогенидная
предварительная подготовка поверхности полупроводников [4, 5]. Она
применяется при создании гетероструктур на основе полупроводников А В
и простых металлов. Выпрямляющие контакты, сформированные по такой
технологии, обладают повышенными электрофизическими

характеристиками. Количество методик применения халькогениднои пассивации постоянно растет, однако дается чрезвычайно мало объяснений положительного влияния пассивации на характеристики выпрямляющих контактов, формируемых с ее применением. Так как эффекты влияния халькогениднои пассивации проявляются в области квантово-размерного интерфейса металл - полупроводник, то особый интерес представляет изучение их методами квантово - механических расчетов, которые позволяют исследовать объекты, по тем или иным причинам недоступные для исследования инструментальными методами.

В связи с бурным развитием микроэлектроники и повышением требований к свойствам электронных устройств, все больше внимания уделяется фосфиду галлия, т.к. последний имеет уникальные характеристики в ряду полупроводников А"ВУ - прозрачность в оптическом диапазоне, высокую устойчивость к температурным и химическим воздействиям , большую ширину запрещенной зоны, что позволяет использовать его для изготовления приборов, функционирующих в жестких условиях. Задача разработки методов формирования выпрямляющих контактов на основе фосфида галлия является весьма актуальной.

Целью работы является выявление физико-химических механизмов и закономерностей формирования выпрямляющих контактов АВу-Ме с близкими к идеальным электрофизическими параметрами на основе жидкофазных процессов образования нанопленки слоевых соединений АВУ| на поверхности полупроводника в мягких условиях.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

систематизировать результаты экспериментальных работ в области физической химии полупроводников AinBv, их поверхностей и границ раздела фаз металла и полупроводников AIHBV, пассивирования поверхности фосфида галлия и элетрохимического осаждения никеля на подложку;

экспериментально и теоретически исследовать особенности физико-химических процессов создания халькогенидных нанослоевых контактов Ni-GaP я-типа при химической пассивации поверхности полупроводника в результате жидкофазной селенитной и комбинированной сульфидно-селенитной подготовки поверхности фосфида галлия перед электрохимическим нанесением никеля.

построить компьютерные модели и провести компьютерную имитацию физико-химических механизмов формирования квантово-размерных слоевых интерфейсов выпрямляющих контактов фосфид галлия - никель на основе халькогенидных наноплёночных соединений состава Ga2S2, Ga2Se2;

теоретически обосновать механизмы формирования диодных контактов Ni-GaP «-типа с близкими к идеальным электрофизическими параметрами на основе анализа результатов выполненных компьютерных экспериментов по имитации самоорганизации нанослоевого гетероперехода GaP-Ga(S/Se)-Ni.

Научная новизна. Впервые проведено комплексное теоретическое и экспериментальное исследование физико-химических закономерностей и механизмов создания выпрямляющих контактов Ni-GaP «-типа с близкими к идеальным электрофизическими свойствами в результате жидкофазного селенитного и комбинированного сульфидно-селенитного пассивирования поверхности фосфида галлия перед электрохимическим нанесением никеля.

В работе методами химической термодинамики и квантовой химии впервые дано обоснование физико-химических механизмов халькогенидного пассивирования поверхности фосфида галлия за счёт формирования в мягких условиях жидкофазных реакции наноплёночных соединений состава Ga2S2, Ga2Se2.

В работе впервые были разработаны общий подход и математическая модель проведения компьютерных экспериментов по имитации физико-химических процессов самоорганизации квантово-размерных гетероструктур слоевых интерфейсов выпрямляющих контактов фосфид галлия - никель на основе халькогенидных наноплёночных соединений состава Ga2S2, Ga2Se2.

Впервые результаты компьютерного эксперимента использованы для физико-химической интерпретации релаксационных механизмов получения нанослоевых выпрямляющих контактов GaP-Ga(S/Se)-Ni, с параметрами, близкими к идеальным, а также результатов экспериментов по изучению их устойчивости к воздействию окислительной атмосферы и повышенных температур.

Практическая значимость работы заключается в разработке способа химической предварительной подготовки поверхности фосфида галлия для создания выпрямляющих контактов Ni - GaP и-типа с электрофизическими параметрами близкими к идеальным. Предложен метод комбинированной сульфидно-селенитной обработки поверхности, позволяющий получать контакты Ni - GaP «-типа с коэффициентом идеальности близким к 1.

Разработанный общий подход, математическая модель и программный пакет «Molecule Editor» может быть использован для изучения процессов физико-химической релаксации, протекающих в аналогичных квантово-размерных гетероструктурах интерфейсов выпрямляющих контактов АШВУ-Ме на основе наноплёночных соединений состава (А)2 (В )2.

Положения, выносимые на защиту.

  1. Физико-химические аспекты селенитной и комбинированной сульфидно-селенитной подготовки поверхности фосфида галлия перед электрохимическим нанесением никеля.

  2. Физико-химическая интерпретация механизмов достижения близких к идеальным электрофизических характеристик выпрямляющих контактов АшВу-Ме на основе образования нанопленки слоевых соединений AmBVI на поверхности полупроводника.

3. Механизмы и закономерности физико-химических процессов перестройки нанослоевых гетероструктур выпрямляющего контакта GaP-Ga(S/Se)-Ni. Апробация работы.

Основные результаты диссертации были доложены на: Международной конференции «Современные проблемы физики и высокие технологии», Томск, 2003 г.; Международной конференции «E-MRS Spring Meeting, 2005 Symp. A: Current trends in nanoscience from materials to application», Страсбург, Франция, 2005 г.; Международной школе-конференции молодых ученых «Физика и химия наноматериалов», Томск, 2005 г.; Международной конференции «E-MRS IUMRS ICEM 2006 Spring Meeting, Symposium: A: Current Trends in Nanoscience - from Materials to Applications», Ницца, Франция, 2006 г.; 4 Международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий», Большая Ялта, Крым, Украина, 2006 г.; 4 Международной научно-технической конференции «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы. Получение, свойства, применение», Красноярск, 2006 г.; Девятой международной конференции «Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы III-V» «GaAs-2006», Томск, 2006 г.; Второй Всероссийской конференции по наноматериалам НАНО-2007, Новосибирск, 2007 г.

Подобные работы
Жуковский Марк Сергеевич
Физико-химические аспекты электронной теории и компьютерное моделирование мультиструктур наноматериалов
Фомина Лариса Валерьевна
Физико-химические аспекты формирования нанослоевых структур контактов Ir-GaAs n-типа в условиях халькогенной пассивации поверхности полупроводника и электрохимического осаждения металла
Кузин Дмитрий Владимирович
Физико-химические процессы редуцирования Ni(II) из водных сернокислых растворов
Шмидт Вадим Владимирович
Применение моделирования при прогнозировании структуры и физико-механических свойств тройных электроосажденных сплавов Ni-Fe-Cr, Ni-Co-Cr и Fe-Ni-Co
Ефимова Наталья Александровна
Получение наночастиц Ni-Pt в прямых, CdS в обратных мицеллах и исследование их некоторых физико-химических свойств
Харченко Ульяна Валерьевна
Физико-химические аспекты микробиологического воздействия морской воды на коррозионную устойчивость некоторых сплавов
Шелудько Ольга Николаевна
Физико-химические аспекты димеризации муравьиной и уксусной кислот в водных растворах
Якубик Денис Геннадьевич
Геометрические аспекты физико-химических процессов в ионных кристаллах
Донец Алексей Анатольевич
Физико-химические аспекты десорбции нефти из пор песчаника и известняка
Вольф Анна Юрьевна
Физико-химические аспекты получения высокопрочных волокон на основе гелей сверхвысокомолекулярного полиэтилена

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net