Физико-химические условия устойчивости гетероструктур пленочных наночипов на основе нитрида галлия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Комаровских, Нина Валерьевна

• Комаровских, Нина Валерьевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Комаровских, Нина Валерьевна

Оглавление

Введение

Глава 1 Нитрид галлия как материал полупроводниковой наноэлектроники

1.1 Физико-химическая характеристика нитрида галлия

1.1.1 Кристаллическая структура нитрида галлия

1.1.2 Основные физико-химические свойства нитрида галлия

1.1.3 Наноструктуры нитрида галлия

1.2 Экспериментальные аспекты исследования нитрида галлия

1.2.1 Термодинамика роста объёмных кристаллов нитрида галлия

1.2.2 Методы выращивания эпитаксиальных плёнок нитрида галлия

1.2.3 Модификация структуры поверхности нитрида галлия

1.3 Кристаллохимические аспекты гетероэпитаксиального роста плёнок нитрида галлия

1.3.1 Подложки для гетероэпитаксиального роста наноплёнок нитрида галлия

1.3.1.1 Характеристика подложки

1.3.1.2 Характеристика подложки ваА8

1.3.2 Физико-химические закономерности эпитаксиального роста плёнок нитрида галлия на подложках

1.3.2.1 Формирование плёнок ваМ на поверхности 81С

1.3.2.2 Формирование плёнок ваМ на поверхности ОаАв

1.4 Теоретические аспекты исследования нитрида галлия

1.5 Резюме к главе 1

Глава 2 Теоретические подходы и компьютерные алгоритмы квантовой

релаксации наносистем

2.1. Физическая модель квантовой релаксации наносистем

2.2 Топология электронных связей наносистем

2.3 Расчёт потенциалов сил а-, |3-связей в наносистемах ваК

2.4 Термодинамическое состояние наносистем

Глава 3 Физико-химические характеристики свободных плёночных наночипов нитрида галлия

3.1 Кристаллохимическая модель свободных плёночных наночипов ваК

3.2 Расчёт поверхностной энергии свободных плёночных наночипов ОаК

3.3 Квантовая релаксация свободных плёночных наночипов ваИ

3.4 Термодинамика халькогенирования поверхности нитрида галлия

Глава 4 Физико-химические условия устойчивости гетероструктур плёночных наночипов X / ваЫ (.X - 6Н-5/С, ваАз)

4.1 Моделирование гетероструктурных плёночных наночипов 6Н-81С / ваИ

4.2 Моделирование гетероструктурных плёночных наночипов ваАв / ваК

4.2.1 Моделирование гетероструктурных плёночных наночипов СаАя / СаЫ без учёта образования промежуточного слоя СаАя*

4.2.2 Моделирование гетероструктурных плёночных наночипов

СаАз / ОаАБхИу / СаИ с учётом образования промежуточного слоя СаАБхЫу

Заключение

Библиографический список

Приложение А. Сводные данные компьютерного моделирования свободных плёночных наночипов \\-GaNn с-СаЫ

4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические условия устойчивости гетероструктур пленочных наночипов на основе нитрида галлия»

Введение

Первые исследования нитрида галлия (GaN) начались в 30-40 гг. XX в. в Пристонском университете США. Когда GaN стал рассматриваться как перспективный материал для создания полупроводниковых светодиодов в зелёной и синей областях спектра, исследования были продолжены в лаборатории компании Radio Corporation of America (RCA) [1]. Эти исследования были посвящены процессу легирования полупроводника для создания проводимости р-типа, и, соответственно, получению р-и-переходов.

Больших успехов в этом направлении удалось достигнуть лишь к 1971 году, когда Жак Панков наблюдал явление электролюминесценции в образце плёнки GaN. Это открытие послужило созданию первых светодиодов, излучающих свет в сине-зелёной области спектра [2]. В СССР толчком развития технологии нитрида галлия послужил доклад Жака Панкова, прочитанный в 1972 г. на Международной конференции по люминесценции в Ленинграде [3], в котором были изложены результаты его исследований по созданию светодиодов на основе GaN. Таким образом, первые работы по исследованию нитрида галлия носили экспериментальный характер и были посвящены разработке эпитаксиальной технологии нитрида галлия, изучению его свойств и созданию излучателей в сине-зелёной области спектра.

Нитрид галлия обладает целым комплексом необходимых физических свойств для изготовления на его основе светоизлучающих приборов в зелёной, синей и ближней ультрафиолетовой частях спектра, фотоприёмников в указанном диапазоне (оптоэлектроника) и мощных высокочастотных и высокотемпературных транзисторов [4]. Из-за высокой температуры плавления (1700 - 2200 °С [4]) нитрид галлия сложно получить кристаллизацией из расплавов. Объёмные кристаллы нитрида галлия из-за технологических сложностей их роста являются малодоступными и практически не используются [5]. Поэтому нитрид галлия выращивают в виде плёнок на подложках иной природы. В настоящее время главными задачами нитридной технологии являются

получение монокристаллов СаИ и улучшение качества плёнок ОаИ, выращиваемых методами гетероэпитаксиального роста на подложках с рассогласованием кристаллических решёток.

Актуальность работы

Тонкие плёнки нитрида галлия на подложках иной природы являются наноструктурированными гетероструктурами - гетероструктурными плёночными наночипами подложка/нитрид галлия - и представляют собой компактные в трёх измерениях наносистемы.

Существенным требованием при исследовании наносистем является их предварительное конструирование, моделирование и расчёт структуры и физико-химических свойств [6]. Такое требование обусловлено, прогрессом развития вычислительных систем и квантово-химических методов расчёта, что позволило ввести в науку понятие «вычислительного эксперимента», который в одних случаях предшествует и дополняет лабораторное исследование, в других -заменяет его. Вычислительные эксперименты позволяют изучать структуры и физико-химические свойства веществ в недоступных для лабораторного исследования условиях [7, 8]. В то же время вычислительный эксперимент является основой метода комплексного компьютерного моделирования, который объединяет теоретические положения и моделирование в различных областях естествознания и способен обеспечить решение многих проблем в развитии практической нанотехнологии. Таким образом, актуальным становится применение метода комплексного компьютерного моделирования для расчёта физико-химических характеристик наноразмерных плёнок СаЫ и интерпретации физико-химических условий устойчивости гетероструктур плёночных наночипов на основе СаЫ, полученных в лабораторном эксперименте.

В работе для моделирования были выбраны свободные плёночные наночипы СаИ в двух кристаллических модификациях (гексагональной \\-GaN и кубической с-СаЫ), гетероструктурные плёночные наночипы СаИ на поверхности подложек карбида кремния (57С) и арсенида галлия (СтаАз), используемых для гетероэпитаксиального роста нитрида галлия. Выбор объектов исследования

обусловлен: во-первых, малой степенью изученности наноразмерных свободных плёнок СаЫ; во-вторых, возможностью СаИ кристаллизоваться в двух структурах (гексагональной и кубической); в-третьих, подложки для формирования гетероструктурных плёночных наночипов определялись технологическими результатами получения плёнок СаИ высокого качества и физико-химическими характеристиками собственно подложек, применяемых для гетероэпитаксиального роста плёнок нитрида галлия.

Цели работы и задачи исследования

Целью работы является определение физико-химических условий устойчивости свободных плёночных наночипов нитрида галлия и гетероструктурных плёночных наночипов X / СаИ (X - 6Н-5/С, СаАз) методами комплексного компьютерного моделирования.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

- систематизировать результаты экспериментальных и теоретических работ, посвящённых изучению свойств нитрида галлия, методам его получения и областям применения;

- построить компьютерную модель свободных плёночных наночипов ОаИ и гетероструктурных плёночных наночипов X! СаЫ (X - 6Н-5/С, СаАя);

- определить физико-химические условия устойчивости свободных плёночных наночипов СаЫ при квазиравновесной релаксации;

- определить физико-химические условия устойчивости гетероструктурных плёночных наночипов Х/йаЫ (X - 6Н-5/С, СаАБ) при квазиравновесной релаксации.

Научная новизна

В работе впервые проведено компьютерное моделирование свободных плёночных наночипов нитрида галлия в двух кристаллических модификациях и гетероструктурных плёночных наночипов X/ СаЫ (X - 6Н-5/С, СаАя).

Впервые проведён тополого-геометрический анализ гексагональной и кубической структур свободных плёночных наночипов СаИ с применением уравнений, выведенных эмпирическим путём, для расчёта количества атомов с координационными числами от 1 до 4 в зависимости от числа элементарных ячеек в модели плёночного наночипа по длине, ширине и толщине.

В работе впервые рассчитаны: параметры внутринаночастичных и трансграничных связей в наносистемах на основе нитрида галлия в рамках метода нелокального функционала плотности; внутренняя и поверхностная энергии свободных плёночных наночипов СаИ в гексагональной и кубической структурах; параметры трансграничного взаимодействия между слоями в гетероструктурных плёночных наночипах XI СаЛ/ (X - 6Н-5г'С, СаАз)\ величина энтропии распределения атомов азота в контактном переходном нитрид-арсенидном слое гетероструктурных плёночных наночипов X/ СаЫ {Х- 6Н-57С, СаАя).

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов базируется на использовании в работе физически обоснованных квантово-статистических и квантово-химических подходов к описанию термодинамического равновесия плёночных наносистем полупроводниковых соединений; на применении комплексного компьютерного моделирования; на достижении согласия полученных результатов с известными экспериментальными данными.

Научная и практическая значимость работы

Полученные расчётные данные могут представлять значительный интерес для интерпретации результатов экспериментальных работ в соответствующей области исследования. Применяемый в работе подход к определению условий устойчивости гетеростуктурных плёночных наночипов на основе нитрида галлия может быть использован в задачах моделирования аналогичных наносистем другого химического состава.

Практическая значимость работы заключается в том, что для гетероструктурных плёночных наночипов арсенид галлия/нитрид галлия

получены концентрационные интервалы атомов азота в нитрид-арсенидном промежуточном слое, обеспечивающие устойчивость заданной структуры (кубической или гексагональной) нанослоя нитрида галлия; а также во внедрении результатов работы в учебный процесс кафедры физической и коллоидной химии Алтайского государственного университета в качестве лабораторного практикума по спецкурсам кафедры.

На защиту выносятся:

1. Применимость комплексного компьютерного моделирования физико-химических условий релаксации наносистем к обоснованию термодинамической устойчивости гетероструктур плёночных наночипов на основе нитрида галлия.

2. Обоснование релаксационной устойчивости кубической структуры свободных наночипов нитрида галлия и их метастабильности в гексагональной структуре.

3. Зависимости релаксационной устойчивости гексагональной и кубической структур нитрида галлия в гетероструктурах плёночных наночипов X / GaN (X - бН-SiC, GaAs) от типа и ориентации граней подложки, от концентрации примесей в контактном слое и от температуры.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены на: ежегодных научных конференциях Алтайского государственного университета среди студентов, магистрантов, аспирантов и учащихся лицейных классов по секции физической и коллоидной химии, г. Барнаул, 2009 - 2013 гг.; международной конференции «Е-MRS Fall Meeting&Exhibit, Symp. С: Wide band gap II-VI and III-V semiconductors», г. Варшава, Польша, 2009 г.; 5-ой Международной научно-технической конференции «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы. Получение, свойства, применение», г. Красноярск, 2009 г.; XI городской научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь - Барнаулу», г. Барнаул, 2009 г.; международной научно-технической конференции «Нанотехнологии функциональных материалов» (НФМ 2012), г. Санкт-Петербург, 2012 г.; 1-ой

Международной конференции «Развитие нанотехнологий: задачи международных и региональных научно-образовательных и научно-производственных центров», г. Барнаул, 2012 г.; 1-ой научно-технической конференции «Химия в федеральных университетах», г. Екатеринбург, 2013 г.; в 3-й Сибирской школе молодых учёных по применению математических методов и информационных технологий в рамках в XXVI - Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-26)», г. Ангарск, 2013 г.

Личный вклад автора состоит в непосредственном выполнении расчётов физико-химических параметров (внутренняя энергия, поверхностная энергия, свободная энергия Гельмгольца) объектов исследования. Идея исследования, постановка задач и полученные результаты обсуждались совместно с научным руководителем и научным консультантом.

Работа выполнена в рамках приоритетного направления науки, технологий и техники РФ «2. Индустрия наносистем», критических технологий РФ «7. Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий», «8. Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии» (Указ Президента РФ от 07.07.2011 г. № 899) при поддержке программ Федерального агентства по образованию и Министерства образования и науки РФ (№ 01.2.006 06607; № 01 2009 57020; № 01201171592), грантов РФФИ (№08-0800053 а; №10-08-98000-р_сибирь_а; № 11-03-98037-р_сибирь_а; № 11-08-92205-Монг_а).

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной литературы (115 наименований). Работа изложена на 105 страницах, включает 13 таблиц, 24 рисунка, 1 приложение.

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются цели и задачи исследования, показана научная новизна, научная и практическая значимость работы, представлен краткий обзор структуры диссертации, изложены положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведено рассмотрение результатов экспериментальных и теоретических работ, посвященных изучению свойств нитрида галлия, методам его получения и областям применения. На основании проведённого анализа в заключение первой главы дана постановка задач, решаемых в диссертации.

Во второй главе изложены вопросы теоретического подхода к описанию физической модели квантовой релаксации наносистем на основе СаЫ. Представлена компьютерная схема проведения теоретических исследований.

В третьей главе исследованы свободные плёночные наночипы нитрида галлия в гексагональной и кубической структурах в рамках модели квантовой релаксации. Проведён тополого-геометрический анализ структур исследуемых свободных плёночных наночипов СаЫ. Показано, что свободные плёночные наночипы СаИ в кубической структуре энергетически более стабильны, чем свободные плёночные наночипы СаЫ в гексагональной структуре. Сделано предположение, что взаимодействие свободного плёночного наночипа ОаИ с подложкой и модификация его поверхности, например, атомами халькогенов может дополнительно стабилизировать гексагональный по структуре плёночный наночип нитрида галлия. Термодинамическими методами была рассчитана возможность формирования на поверхности СаЫ халькогенидного слоя из водных растворов, свободных от кислорода. Результаты расчёта подтвердили вероятность образования халькогенидного слоя на поверхности СаЫ.

В четвёртой главе представлены результаты моделирования плёночных наночипов СаИ на подложках (гетероструктур наночипов X/ СаЩ. Для моделирования наночипов XI СаИ среди материалов, используемых в качестве подложки для роста плёнок СаЫ, выбрали 6Н-5/С и СаАз. Преимущество 6Н-57С заключается в минимальном рассогласовании его кристаллической решётки и решётки \i-GaN и близостью коэффициентов теплового расширения материалов, а также экспериментальными данными литературного обзора. Плёнки \i-GaN наилучшего качества были получены на политипной модификации 6Н-57С. Преимущество СсхАб заключается в дешевизне по сравнению с другими материалами и в использовании новых технологических решений для

и

формирования плёнки СаИ на его поверхности, а именно, плёнки СаЫ на поверхности СаАз формируются путём замещения атомов Аб на атомы N в процессе нитридизации поверхности подложки активными радикалами азота.

Результаты расчёта удельной поверхностной энергии гетероструктурных плёночных наночипов 6Н-57С / СаИ свидетельствуют о сильном взаимодействии между контактирующими слоями СаЫ и 6Н-5гС между контактирующими слоями СаИ и 6Н-57С. Это подтверждает экспериментальные данные по дефектности слоев СаЫ, полученных на подложках 6Н-5/С различной полярности.

Результаты моделирования гетероструктурных плёночных наночипов СаАя / СаИ показали, что формирование СаИ на подложке арсенида галлия требует затрат энергии. Стабильное термодинамическое состояние слоя СаИ наблюдается при нулевой концентрации атомов азота в поверхностном слое СаАБ. На подложке СаАБ (100) энергетически предпочтительным является слой СаЫ в гексагональной структуре, на подложке ОаА^ (111) - слой СаЫ в кубической структуре.

В заключении сформулированы выводы по основным результатам, полученным в диссертационной работе. Сделан вывод, что перспективными являются дальнейшие исследования в области определения устойчивости гетероструктур наночипов на основе нитрида галлия на других подложках, используемых для гетероэпитаксиального роста плёнок нитрида галлия.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 13 работах: 1 коллективной монографии, 4 журнальных статьях (три в рецензируемых отечественных журналах из списка ВАК), 2 статьях в трудах международных конференций, 2 статьях в сборниках материалов всероссийских конференций, 4 тезисах докладов конференций.

Глава 1 Нитрид галлия как материал полупроводниковой наноэлектроники

Развитие современной полупроводниковой электроники и переход к наноэлектронике связаны с использованием полупроводниковых наноматериалов и нанотехнологий [9]. Одним из перспективных материалов полупроводниковой наноэлектроники является нитрид галлия, относящийся к группе широкозонных полупроводников. Созданные на его основе гетероэпитаксиальные структуры позволяют существенно улучшить технические характеристики светодиодов и лазеров, акустоэлектронных преобразователей, СВЧ-транзисторов [10]. Это связано с высокой химической, термической и радиационной стойкостью материала.

В данной главе будут представлены результаты экспериментальных и теоретических работ, посвященных изучению свойств нитрида галлия, методам его получения и областям применения.

1.1 Физико-химическая характеристика нитрида галлия 1.1.1 Кристаллическая структура нитрида галлия

Главным отличием нитрида галлия от традиционных полупроводниковых соединений группы А3В5, например, йаАя и 1пР, которые всегда кристаллизуются в структуре типа сфалерита (кубическая кристаллическая структура), для I объёмного нитрида галлия термодинамически стабильной кристаллической

структурой при нормальных условиях является гексагональная структура вюрцита (\\-GaN). При этом нитрид галлия с кубической кристаллической структурой сфалерита {с-СаЫ) является метастабильной модификацией во всем изученном диапазоне давлений. Известно, что при повышенных давлениях (37 -50 ГПа) нитрид галлия образует кристаллическую структуру типа поваренной соли (СаЫ(пх,)) [4, 11].

На рисунке 1 а представлена кристаллическая структура вюрцита, имеющая гексагональную элементарную ячейку с двумя параметрами решётки, а

и с, находящимися в соотношении с/а = 8/3 = 1,633, и состоящая из двух гексагональных плотноупакованных подрешёток, сдвинутых на 3/8 друг относительно друга вдоль оси с. Первая подрешётка занята атомами галлия, вторая - атомами азота. Таким образом, каждый атом галлия идеальной кристаллической решётки вюрцита на первой координационной сфере окружен четырьмя атомами азота, образуя тетраэдр (координационное число (КЧ) равно четырём). Пространственная группа симметрии для структуры вюрцита в международной системе Р 63тс [12].

На рисунке 1 б представлена кристаллическая структура сфалерита, состоящая из двух одинаковым образом ориентированных гранецентрированных решёток, сдвинутых друг относительно друга на одну четверть пространственной диагонали куба. Подобно структуре вюрцита, каждый атом галлия окружен четырьмя атомами азота, образуя правильный тетраэдр. Пространственная группа

такой решётки Б 4 3га [12].

Рисунок 1 - Кристаллическая структура вюрцита (а) и сфалерита (б)

Анализируя кристаллические структуры вюрцита и сфалерита, можно увидеть, что ближний порядок в этих двух структурах фактически совпадает, что является следствием тетраэдрической координации атомов. Различие обнаруживается только для трёх следующих, ближайших по расположению соседних атомов вдоль направления наиболее плотной упаковки: <111> для кубической структуры сфалерита и <0001> для гексагональной структуры

а)

б)

вюрцита. В результате, обе структуры демонстрируют различные последовательности расположения атомов в направлении плотной упаковки, а дефект в последовательности расположения преобразует одну структуру в другую. Часто обе фазы сосуществуют в области дефекта (рисунок 2), что также объясняет, почему трудно вырастить однофазный метастабильный кубический нитрид галлия высокой чистоты.

Данные по дефектам кристаллической решётки нитрида галлия базируются в основном на результатах исследования эпитаксиальных слоёв СаЫ с кристаллической решёткой типа вюрцита (h-GaЛr) [4]. Электрофизические свойства эпитаксиальных слоёв \i-GaN связывают с наличием собственных точечных дефектов структуры, например, вакансию азота рассматривают в качестве собственного донора. Результаты расчётной оценки энергии образования собственного точечного дефекта, выполненные с учётом положения уровня Ферми в запрещённой зоне \i-GaN, показывают, что образование вакансий азота более предпочтительно в р-(\\-СаЫ), в п-(\\-СаЫ) энергетически выгодным является образование вакансий галлия. Образование антиструктурных дефектов и

/%)' V V? V ** /0 0.0 0 0 00

0СЗа Он Кубическая фаза

Рисунок 2 - Схема сосуществования стабильной вюрцитной фазы и метастабильной кубической фазы в плёнке СаЫ (граница между кубической и вюрцитной фазами указана пунктирной линией) [5]

междуузельных атомов в \i-GaN является энергетически менее предпочтительным, чем образование вакансий.

Постоянные решётки, ширина запрещённой зоны кристаллов СаИ в разных кристаллических структурах приведены в таблице 1. Так как структура ОоЛ^сд является малоизученной и практически неиспользуемой модификацией нитрида галлия, в дальнейшем она исключена из рассмотрения.

Таблица 1 - Некоторые параметры кристаллических структур СаИ [4, 5, 13, 14]

Тип структуры h-GaN с-GaN GaN(n_c_)

о Постоянные решётки, А 3,18 (а), 5,18 (с) 4,52 3,19

Ширина запрещенной зоны АЕ, эВ 3,39 3,2-3,3 1,0-2,3

Фазы, как с гексагональной, так и с кубической структурами, демонстрируют заметный пьезоэлектрический эффект и кристаллографическую полярность из-за отсутствия центра инверсной симметрии. Плотноупакованные плоскости (111) в структуре типа сфалерита и базовые плоскости (0001) в структуре вюрцита отличаются от соответствующих плоскостей (III) и (ООО 1). В объёмном кристалле эти полярные плоскости могут быть ограничены либо атомами галлия, либо атомами азота. Полярность h-GaN определяется с помощью катион-анионного вектора вдоль полярной оси с. Если вектор п, нормальный к поверхности, параллелен катион-анионному вектору и имеет тоже самое направление, плёнки обладают Оа-полярностью и оканчиваются двойным слоем Ga-N с атомами Ga в наружном слое, а поверхность обозначается (0001). В противоположном случае, плёнки обладают //-полярностью (атомы N в наружном слое) и поверхность обозначается (0001). Для кубической структуры в направлении <111> наблюдается аналогичная ситуация: плоскость (111) является галлиевой, а плоскость (111) - азотной. Заметим, что полярность является объёмным свойством, и реальная поверхность плёнки с определенной полярностью может быть ограничена либо атомами Ga, либо атомами N, что

зависит от конкретных экспериментальных условий [5, 15]. Пьезоэлектрический коэффициент в СаИ почти на порядок превышает величину пьезоэлектрического коэффициента в традиционных полупроводниковых соединениях А3В5 [4].

1.1.2 Основные физико-химические свойства нитрида галлия

Нитрид галлия представляет собой жёлто-коричневые кристаллы, устойчивые на воздухе. Он имеет температуру плавления около 1700 - 2200 °С [4]; плотность - 6,1 г/см [16]. СаИ характеризуется смешанной ковалентно-ионной связью. Доля ионной связи \i-GaN составляет 0,397. Для с-СаЫ используется значение степени ионности, равное 0,389 [4].

\i-GaN устойчив в кипящей воде, практически не взаимодействует с серной, соляной, азотной, плавиковой кислотами и царской водкой, реагирует с горячими растворами щелочей (ЫаОН, КОН). Скорость взаимодействия с основаниями можно повысить, подвергая материал лазерному облучению с длиной волны меньшей, чем длина волны фундаментального излучения \\-GaN, равная 360 нм.

На воздухе \i-GaN начинает окисляться при нагреве выше 1100 К. Устойчивость его к термическому разложению зависит от среды, в которой он подвергается нагреву. Так, если в вакууме \\-GaN стабилен до 1300 К, то в присутствии водорода он начинает разлагаться уже при 900 К, а при 1200 К наблюдается активная диссоциация соединения с образованием капель галлия на поверхности. В атмосфере аммиака разложение начинается при 1273 К. Скорость термического разложения \\-GaN зависит от кристаллографической ориентации поверхности кристалла, падая в ряду (0001)са, (1120), (0001)лг [17].

Основные термодинамические параметры \v-GaN и с-СаИ представлены в таблице 2. Следует отметить большой разброс в экспериментальных значениях энтальпии образования нитрида галлия в структуре вюрцита, а для структуры сфалерита в литературе чаще встречаются расчётные значения энтальпии образования и энтропии нитрида галлия [4, 18].

Таблица 2 - Основные термодинамические параметры h-GaN и с-GaN

Параметр h-GaN с-GaN Литература

- AHf298, кДж/моль 109,6...200,8; 107 188,5 [4,18, 19]

S 298, Дж!(молъК) 42; 35,8 39,7 [4, 20]

AGfjgs, кДж!молъ -79; -84 — [12, 18]

GaN является прямозонным полупроводником типа А'В5. Энергия связи равна 2,2 эВ\ сродство к электрону /s = 4,1 эВ; подвижность электронов при 300 К

О О

~ 500 см /(В*с) для h-GaN, ~ 1000 см /(В*с) для с-GaN, эффективная масса электронов проводимости те = 0,2 т0 (та - масса свободного электрона), диэлектрическая проницаемость ss = 8,9 s0 (s0 - диэлектрическая проницаемость вакуума) [4, 5, 13, 21]. В литературе также встречается значение энергии связи для GaN, равное 9,058 эВ [22, 23].

Следует отметить, что нитрид галлия в отличие от других полупроводников типа А3В5 имеет невысокую плотность поверхностных состояний, и уровень Ферми на поверхности GaN может менять своё положение в широких пределах в зависимости от работы выхода электронов из контактирующего металла. При непосредственном контакте GaN n-типа с металлами должен образовываться омический контакт в случае, если работа выхода электронов из металла Фт меньше, чем сродство к электрону GaN. Поэтому для создания омического контакта к n-GaN выбираются металлы, которые в процессе термообработки образуют соединения с низкой работой

18 3

выхода. Например, в работе [24] омические контакты к n-GaN (п - 1,5*10 см" ) создавались вплавлением Si/Ti, так как при прогреве Si/Ti образуется силицид титана с работой выхода, меньше сродства к электрону для GaN (Фт ~ 3,7 эВ для TÍ5SÍ3). Создание выпрямляющих контактов к n-GaN возможно при напылении на его поверхность Ni/Au в высоком вакууме с использованием электронного луча.

3 2

Площадь барьера Шоттки в данном контакте составила 5*10" см [25]. При

измерении зависимостей прямого тока и ёмкости от напряжения и температуры для таких поверхностно-барьерных структур был сделан вывод, что в интервале температур 250 - 410 К прямой ток определяется термополевой эмиссией электронов из полупроводника в металл, то есть электроны преодолевают приповерхностный барьер благодаря туннельному эффекту, причем туннелирование происходит с уровня ниже вершины барьера на ~ 0,1 эВ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Комаровских, Нина Валерьевна, 2013 год

Библиографический список

1. Туркпн, А. Обзор развития технологии полупроводниковых гетероструктур на основе нитрида галлия (GaN) / А. Туркин // Полупроводниковая светотехника. -2011. -№ 6. - С. 6 -9.

2. Pancove, J.I GaN blue light-emitting diodes / J.I. Pancove, E.A. Miller, J.E. Berkeyheiser // Journal of Luminescence. - 1972. - Vol. 5. - No 1. - P. 84 - 86.

3. Арендаренко, A.A. Разработка эпитаксиальных структур на основе GaN / A.A. Арендаренко, А.К. Афанасьев, E.H. Вигдорович [и др.] // Светодиоды и лазеры. Оптоэлектроника и широкозонные полупроводники. - 2003. - № 1 - 2. - С. 50 -52.

4. Акчурин, Р.Х. Нитрид галлия - перспективный материал электронной техники.

4. 1. Фундаментальные свойства нитрида галлия / Р.Х. Акчурин, A.A. Мармалюк // Материаловедение. - 1999. - № 9. - С. 41 - 47.

5. Бахтизин, Р.З. Сканирующая туннельная микроскопия гетероэпитаксиального роста пленок Ill-нитридов / Р.З. Бахтизин, Ч.-Ж. Щуе, Ч.-К. Щуе [и др.] // Успехи физических наук. - 2004. - Т. 174. - № 4. - С. 383 - 405.

6. Шека Е.Ф. Квантовая нанотехнология и квантовая химия / Е.Ф. Шека // Российский химический журнал. - 2002. - Т. XLVI. - № 5. - С. 15-21.

7. Ибрагимов, И.М. Основы компьютерного моделирования наносистем: учебное пособие / И.М. Ибрагимов, А.Н. Ковшов, Ю.Ф. Назаров. - СПб.: Лань, 2010. - 384 с. - ISBN 978-5-8114-1032-3

8. Минкин, В.И. Предисловие / В.И. Минкин // Российский химический журнал. -2007. - Т. LI. - №5. - С. 3 - 4.

9. Асеев, A.JL Наноматериалы и нанотехнологии для современной полупроводниковой электроники / A.JI. Асеев // Наноэлектроника. - 2006. - № 1. -С. 97-110.

10. Царик, К.А. Формирование и исследование наногетероструктур AlGaN/GaN с применением атомно-силовой микроскопии / К.А. Царик, В.К. Неволин // Известия вузов. Электроника. - 2009. - Т. 80. - № 6 - С. 44 - 49.

11. Zywietz, T.Surface Structures, Surfactants and Diffusion at Cubic and Wurtzite GaN [Электронный ресурс] / Т. Zywietz, J. Neugebauer, M. Scheffler, J. Northrup, C.G. Van De Walle // MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research. -1998. - Vol. 3. - Art. 26. - Режим доступа: http://nsr.mij.mrs.org (дата обращения. 14.11.2008).

12. Справочник химика: в 6 т. / Т. 1. Общие сведения. Строение вещества. Свойства важнейших веществ. Лабораторная техника. / Под ред. Б.Н. Никольского. - М.: Госхимиздат, 1963. - 1071 с.

13. Okumura, Н. Present Status and Future Prospect of Widegap Semiconductor HighPower Devices / H. Okumura // Japanese Journal of Applied Physics. - 2006. - Vol. 45. -No 10A.-P. 7565-7586.

14. Akasaki, I. Crystal Growth and Conductivity Control of Group III Nitride Semiconductors and Their Application to Short Wavelength Light Emitters /1. Akasaki, H. Amano // Japanese Journal of Applied Physics. - 1997. - Vol. 36. - No 9A. - P. 5393-5408.

15. Hellman, E.S. The polarity of GaN: A critical review [Электронный ресурс] / E.S. Hellman // MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research. - 1998. - Vol. 3. -Art. 11. - Режим доступа: http://nsr.mij.mrs.org (дата обращения. 14.11.2008).

16. Химия. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л. Кнунянц. - 2-е изд. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - 792с. ISBN 5-85270-253-6

17. Шретер, Ю.Г. Широкозонные полупроводники / Ю.Г. Шретер, Ю.Т. Ребане, В.А. Зыков [и др.] - СПб.: Наука, 2001. - 125 с. ISBN 5-02-024959-9

18. Мармалюк, А.А. Расчетная оценка термодинамических функций нитридов галлия, алюминия и индия со структурой сфалерита / А.А. Мармалюк, Р.Х. Акчурин, В.А. Горбылев // Известия вузов. Электроника. - 1998. - № 1. - С. 102 -103.

19. Лидин, Р. А. Справочник по неорганической химии. Константы неорганических веществ / Р.А. Лидин, Л.Л. Андреева, В.А. Молочко. - М.: Химия, 1987.-320 с.

20. Карапетьянц, М.Х.. Основные термодинамические константы неорганических веществ / М.Х. Карапетьянц, M.JI. Карапетьянц. - М.: Химия, 1968.-470 с.

Я ^

21. Соединения А В / С.С. Стрельченко, В.В. Лебедев: справ, изд. - М.: Металлургия, 1984. - 144 с.

22. Kim, К. Elastic constants and related properties of tetrahedrally bonded BN, A1N, GaN, and InN / K. Kim, W. R. L. Lambrecht, B. Segall // Physical Review B. - 1996. -Vol. 53.-P. 16310-16326.

23. Paulus, B. A correlated ab initio treatment of the zinc-blende wurzite polytypism of SiC and III - V nitrides / B. Paulus, F.-J. Shi, H. Stoll // Journal of Physics: Condensed Matter. - 1997. - Vol. 9. - No 13. - P. 2745 - 2758.

24. Бланк, T.B. Механизм протекания тока в сплавном омическом контакте In -GaN / T.B. Бланк, Ю.А. Гольдберг, О.В. Константинов [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2006. - Т. 40. - вып. 10. - С. 1204 - 1208.

25. Бланк, Т.В. Термополевой ток в поверхностно-барьерных структурах на основе GaN / Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг, Е.Е. Заварин [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т. 39. - вып. 6. - С. 705 - 708.

26. Покропивный, В.В. Электронная структура, ИК- и рамановские спектры полупроводниковых кластеров С24, Bi2Ni2, Sii2Ci2, Zni2Oi2, Gai2Ni2 / В.В. Покропивный, Л.И. Овсянникова // Физика твердого тела. -2007. - Т. 49.- № 3. -С. 535-542.

27. Nahm, K.S. Catalytic Growth of Semiconductor Micro- and Nano-crystals using Transition Metal Catalysts / K.S. Nahm, Y.H. Mo, Md. Shajahan, S.H. Lee // Korean Journal of Chemical Engineering. - 2002. - Vol. 19. - No 3. - P. 510 - 518.

28. Agrawal, B.K. Ab initio study of [001] GaN nanowires / B.K. Agrawal, A. Pathak, S. Agrawal // Journal Nanopart Research. - 2008. - Vol. 11. - No 4. - P. 841 - 859.

29. Li, Z.J. GaN nanotweezers /Z.J. Li, X.L. Chen, L. Dai, L. Liu et al. // Appleid Physics A, Materials Science & Processing. - 2003. - No 76. - P. 115-118.

30. Goldberger, J. Single-crystal gallium nitride nanotubes / J. Goldberger, R. He, Y. Zhang, S. Lee, H. Yan, H.-J. Choi, P. Yang // Nature. - Vol. 422. - No 6932. - P. 599 -602.

31. Сибирёв, H.B. Влияние диффузии с боковой поверхности на скорость роста нитевидных нанокристаллов GaN / H.B. Сибирёв, М. Tchernycheva, Г.Э. Цырлин [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2012. - Т. 46. - вып. 6. - С. 857 -860.

32. Landre, О Nucleation mechanism of GaN nanowires grown on (111) Si by molecular beam epitaxy / O. Landre, C. Bougerol, H. Renevier, B. Daudin // Nanotechnology. - 2009. - Vol. 20. - No 41. - Art. 415602.

33. Sakai, M. Random laser action in GaN nanocolumns / M. Sakai, Y. Inose, K. Ema, T. Ohtsuki, H. Sekiguchi, A. Kikuchi, K. Kishino // Applied Physics Letters. - 2010. -Vol. 97.-Art. 151109.

34. Брудный, B.H. Полупроводниковые нитриды III - N: история, применение, дефекты структуры / B.H. Брудный // Физико-химические процессы в неорганических материалах (ФХП - 10): доклады 9-ой международной конференции (10 - 12 октября) в 2 т. Т. 2. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2007. - С. 14-17.

35. Amano, Н. Р-Туре Conduction in Mg-Doped GaN Treated with Low-Energy Electron Beam Irradiation (LEEBI) / H. Amano, M. Kito, K. Hiramatsu, I. Akasaki // Japanese Journal of Applied Physics. - 1989. - Vol. 28. - No 11. - P. L2112 - L2114.

36. Угай, Я.А. Введение в химию полупроводников / Я.А. Угай. - М.: Высшая школа, 1975. - 302 с.

37. Novikov, S.V. Growth and characterization of free-standing zinc-blende (cubic) GaN layers and substrates / S.V. Novikov, N.M. Stanton, R.P. Campion, R.D. Morris, H.L. Geen, C.T. Foxon, A.J. Kent // Semiconductor Science and Technology. 2008. -Vol. 23.-No l.-№ 015018.

38. Azuma, Y. The synthesis of monodisperse ultrapure gallium nitride nanoparticles by MOCVD / Y. Azuma, M. Shimada, K. Okuyama // Chemical Vapor Deposition. - 2004. -Vol. 10.-No l.-P. 653-658.

39. Говорков, A.B. Эпитаксиальные слои GaN, выращенные хлорид-гидридным методом, и их свойства / A.B. Говорков, Л.И. Дьяконов // Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы III - V: материалы 9-ой конференции (3 -5 октября) - Томск: Томский госуниверситет, 2006. - С. 343.

40. Бобровникова, И.А. Поверхностные процессы при молекулярно-лучевой эпитаксии нитрида галлия / И.А. Бобровникова, И.В. Ивонин // Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы III - V: материалы 9-ой конференции (3 -5 октября) - Томск: Томский госуниверситет, 2006. - С. 346.

41. Грехов, И.В. Лазерное напыление пленок GaN / И.В. Грехов, И.А. Линийчук, И.Е. Титков // Письма в Журнал технической физики. - 2006. - Т. 32. - № 5. - С. 24 - 27.

42. Водаков, Ю.А. Прогресс в выращивании кристаллов и изучении широкозонных полупроводниковых материалов / Ю.А. Водаков, E.H. Мохов // Физика твердого тела. - 1999. - Т. 41. - вып. 5. - С. 822 - 825.

43. Вольфсон, A.A. Влияние продолжительности процесса роста на свойства GaN, выращенного методом сублимации / A.A. Вольфсон, E.H. Мохов // Физика и техника полупроводников. - 2009. - Т. 43. - вып. 3.-С. 418-421.

44. Green, A.M. Do we need a new methodology for GaAs passivation? / A.M. Green, W.E. Spicer // Journal of Vacuum Science & Technology A. - 1993. - Vol. 11 - P. 1061.

45. Бессолов, B.H. Халькогенидная пассивация поверхности полупроводников АЗВ5 / B.H. Бессолов, M.B. Лебедев // Физика и техника полупроводников. -1998. - Т. 32. - № 11. _ С. 1280 - 1298.

46. Венгер, Е. Ф. Электронные свойства реальной и сульфидированной поверхности арсенида галлия / Е.Ф. Венгер, С.И. Кириллова, В.Е. Примаченко [и др.] // Физика и техника полупроводников. -1995. - №2. - С. 59 - 65.

47. Кириллова, С.И. Электронные свойства сульфидированной поверхности арсенида галлия / С.И. Кириллова, В.Е. Примаченко // Поверхность. - 1994. - № 12.-С. 80-82.

48. Фомина, JI.B. Термодинамика процесса халькогенной пассивации поверхности полупроводников типа AmBv / JI.B. Фомина, С.А. Безносюк, С.Е. Лебеденко [и др.] // Ползуновский вестник. - 2005. - № 4-1. - С. 139 - 142.

49. Фомина, Л.В. Халькогенная обработка при формировании выпрямляющих контактов металл VIII группы - полупроводник типа АШВУ [Текст] / Фомина Л.В., Безносюк С.А., Лебеденко С.Е. [и др.] // Известия Алтайского государственного университета. - 2004. - № 3. - С.42 - 48.

50. Жиляев, Ю.В. Фотолюминесценция n-GaN: влияние химической обработки поверхности в растворах сульфидов / Ю.В. Жиляев, М.Е. Компан, Е.В. Коненкова [и др.] // Письма в Журнал технической физики. - 2007. - Т. 48. - № 1. - С. 68 -75.

51. Martinez, G.L. Surface Recombination and Sulfide Passivation of GaN / G.L. Martinez, M.R. Curiel, B.J. Skromme // Journal of Electronic Materials. - 2000. - Vol. 29.-No3.-P. 325-331.

52. Бессолов, B.H. Нанорельеф поверхности: влияние сульфидной обработки /

B.Н. Бессолов, Ю.В. Жиляев, Е.Е. Заварин [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2000. - Т. 34. - № 11. - С. 1353 - 1356.

53. Фомина, Л.В., Термодинамика халькогенирования поверхности нитрида галлия / Л.В. Фомина, Н.В. Комаровских, С.А. Безносюк // Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий: труды 5-й Межд. конф. (22 - 26 сентября). - Крым, Украина. - 2008. - С. 87.

54. Комаровских, Н.В. Термодинамический расчет процесса халькогенной пассивации нитрида галлия в водных растворах / Н.В. Комаровских, Л.В. Фомина,

C.А. Безносюк // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры и материалы: получение, свойства, применение. V Ставеровские чтения: труды научно-

технической конференции с международным участием. 15-16 октября 2009 г., Красноярск / Под ред. В.Е. Редькина. - Красноярск : ИПК СФУ, 2009. - С. 83 - 84. ISBN 978-5-7638-1568-9

55. Fomina L.V. Computer simulation of stability of gallium nitride nanofilm / L.V. Fomina, S.A., N.V Komarovskih // Book of abstracts: 2009 E-MRS Fall Meeting & Exhibit, Symp. C: Wide band gap II-VI and III-V semiconductors (14-18 September). -Warsaw, 2009 - p. 56.

56. Васильев, А. Новое поколение полупроводниковых материалов и приборов. Через GaN к алмазу / А. Васильев, В. Данилин, Т. Жукова // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2007 - № 4. - С. 68 - 76.

57. Акчурин, Р.Х. Нитрид галлия - перспективный материал электронной техники. Ч. 2. Современные методы получения / Р.Х. Акчурин, А.А. Мармалюк // Материаловедение. - 2001. - № 9. - С. 30 - 38.

58. Бельков, В.В. Микроструктура объемного GaN, выращенного на сапфировых подложках с аморфным буфером / В.В. Бельков, Ю.В. Жиляев, Г.Н. Мосина [и др.] // Физика твердого тела. - 2000. - Т. 42. - № 9.- С. 1563 - 1566.

59. Christiansen, S. Microstructure, growth mechanisms and electro-optical properties of heteroepitaxial GaN layers on sapphire (0001) substrates [Электронный ресурс] / S. Christiansen, M. Albrecht, W. Dorsch et al. // MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research. - 1997. - Vol. 1. - Art. 19. - Режим доступа: http://nsr.mij.mrs.org (дата обращения. 14.11.2008).

60. Timon, V. Ab initio studies of strained wurtzite GaN surfaces / V. Timon, S. Brand, S.J. Clark, R.A. Abram // Journal of physics: condensed matter. - 2004. - No 16. - P. 531 -542.

61. Бахтизин, Р.З. Атомная структура гетероэритаксиальных пленок GaN / Р.З. Бахтизин, Ч.-Ж. Щуе, Ч.-К. Щуе [и др.] // Микросистемная техника. - 2002. - № 1. -С. 30-36.

62. Мынбаев, К.Д. Люминесцентные свойства эпитаксиальных слоев и гетероструктур на основе GaN, выращенных на подложках пористого SiC / К.Д.

Мымбаев, М.Г. Мынбаева, А.С. Зубрилов // Письма в Журнал технической физики. - 2007. - Т. 33. - № 2. - С. 74 - 79.

63. Kaiser, U. Substrate Effects on the Structure and Optical Properties of GaN Epitaxial Films / U. Kaiser, A.N. Gruzintsev, I.I. Khodos, W. Richter // Inorganic Materials. - 2000. - Vol. 36. - No 6. - P. 595 - 598.

64. Бессолов, B.H. Начальные стадии роста GaN на оксидированном кремнии /

B.Н. Бессолов, Ю.В. Жиляев, Е.В. Коненкова [и др.] // Письма в Журнал технической физики. - 2001. - Т. 27. - № 23. - С. 60 - 66.

65. Бессолов, В.Н. Хлоридная газофазная эпитаксия GaN на Si: структурные и люминесцентные характеристики слоев / В.Н. Бессолов, В.М. Ботнарюк, Ю.В. Жиляев [и др.] // Письма в Журнал технической физики. - 2006. - Т. 32. - № 15. -

C. 60-66.

66. Pal, S. Silicon - A new substrate for GaN growth / S. Pal, C. Jacob // Bulletin of Materials Science. - 2004. - Vol. 27. - No 6. - P. 501 - 504.

67.Fundling, S. Gallium nitride heterostructures on 3D structured silicon / S. Fundling, U. Sokmen, E. Peiner et al. // Nanotechnology. - 2008. - No 19. - Art. 405301.

68. Жиляев, Ю.В. Объемные слои GaN, выращенные на оксидированном кремнии эпитаксией из газовой фазы в хлоридной системе / Ю.В. Жиляев, С.Д. Раевский, Д.З. Грабко [и др.] // Письма в Журнал технической физики. - 2005. - Т. 31. - № 9. -С. 20-25.

69. Кидалов, В.В. Зависимость напряжения в пленках GaN, от морфологии пористых подложек GaAs / В.В. Кидалов, Г.А. Сукач, А.Д. Байда [и др.] // Сложные физические системы и процессы. 2004. - № 1 - 2. - С. 62 - 68.

70. Efimov, A.N. On an Unusual Azimuthal Orientational Relationship in the System Gallium Nitride Layer on Spinel Substrate / A.N. Efimov, A.O. Lebedev, V.V. Lundin // Crystallography Reports. - 2000. - Vol. 45. - No 2. - P. 312 - 317.

71. Powell, R. C. Heteroepitaxial wurtzite and zinc-blende structure GaN grown by reactive-ion molecular-beam epitaxy: Growth kinetics, microstructure, and properties /

R.C. Powell, N.-E. Lee, Y.-W. Kim, J. E. Greene // Journal of Applied Physics. - 1993. -Vol. 73.-No l.-P. 189.

72. Лучинин, B.B. Отечественный карбид кремния / B.B. Лучинин, Ю.М. Таиров // Известия вузов. Электроника, - 2011. - № 6 (92). - С.З - 26.

73. Лебедев, A.A. Центры с глубокими уровнями в карбиде кремния. Обзор / A.A. Лебедев // Физика и техника полупроводников. - 1999. - Т. 33. - вып. 2. - С. 129 -155.

74. Карбид кремния: Технология, свойства, применение / O.A. Агеев, А.Е. Беляев, Н.С. Болтовец [и др.] / Под общ. ред. Беляева А.Е. и Конаковой Р.В. - Харьков: ИСТМА, 2010. - 532 с. ISBN 978-966-02-5445-9

75. Мильвидский, М. Г. Физико-химические основы получения разлагающихся полупроводниковых соединений (на примере арсенида галлия) / М.Г. Мильвидский, О.В. Пелевин, Б.А. Сахаров. - М.: Мир, 1974. - 238 с.

76. Щука, A.A. Наноэлектроника / A.A. Щука. - М.: Физматкнига, 2007. - 464 с. ISBN 978-5-89155-163-3

77. Степанов, С.И. Установка для выращивания слоев GaN на подложках большой площади методом газофазной хлоридно-гидридной эпитаксии / С.И. Степанов, Д.В. Цветков, А.Е. Черенков // Письма в журнал технической физики. - 1998. - Т. 24. - № 20. - С. 58 - 65.

78. Зубрилов, A.C. Люминесцентные свойств слоев нитрида галлия, выращенных газофазной эпитаксией в хлоридной системе на подложках карбида кремния / А.С, Зубрилов, Ю.В. Мельник, Д.В. Цветков [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 1997. - Т. 31. - вып. 5. - С. 616 - 620.

79. Ehrentraut, D. Technology of Gallium Nitride Crystal Growth / D. Ehrentraut, E. Meissner, M. Bockowski. - Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. - 326 p. ISBN 978-3-642-04828-9

80. Сукач, Г.А. Структура и состав пленок нитрида галлия, полученных путем обработки монокристаллов арсенида галлия в атомарном азоте / Г.А. Сукач, В.В.

Кидалов, М.Б. Котляровский [и др.] // Журнал технической физики. - 2003. - Т. 73. -№ 4. - С. 59-62.

81. Микушин, В.М. Химическое действие пучка инертного аргона на нитридный нанослой, сформированный ионной имплантацией поверхности GaAs / В.М. Микушин // Письма в Журнал технической физики. - 2010. - Т. 36. - вып. 24. - С. 40-47.

82. Рогозин, И.В. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия пленок нитрида галлия, полученных методом радикало-лучевой геттерирующей эпитаксии / И.В. Рогозин, М.Б. Котляровский // Физика и техника полупроводников. - 2007. - Т. 41.-вып. 5.-С. 575-579.

83. Антипов, В.Г. Молекулярно-пучковая эпитаксия кубического GaN на подложке GaAs (001) с использованием гидразина / В.Г. Антипов, А.С, Зубрилов, A.B. Меркулов [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 1995. - Т.29. - вып. 10.-С. 1812-1821.

84. Кидалов, В.В. Зависимость напряжения в пленках GaN, от морфологии пористых подложек GaAs / B.B. Кидалов, Г.А. Сукач, А.Д. Байда [и др.] // Сложные физические системы и процессы. 2004. - № 1 - 2. - С. 62 - 68.

85. Мамутин, В.В. Получение кубического GaN молекулярно-пучковой эпитаксией на подложках пористого GaAs / B.B. Мамутин, В.П. Улин, В.В. Третьяков [и др.] // Письма в Журнал технической физики. - 1999. - Т. 25. - № 1. -С.3-9.

86. Берковиц, B.JI. Электронная оже-спектроскопия и спектроскопия анизотропного отражения монослойных нитридных пленок на поверхностях (001) кристаллов GaAs и GaSb / B.JI. берковиц, А.Б. Гордеева, Т.В. Львова [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2012. - Т. 46. - вып. 11. - С. 1463 - 1467.

87. Berkovits, V.L. Chemistry of Wet Treatment of GaAs(lll)B and GaAs(lll)A in Hydrazine-Sulfide Solutions / V.L. Berkovits, V.P. Ulin, O.E. Tereshchenko, D. Paget, A.C.H. Rowe, P. Chiaradia, B.P. Doyle, S. Nannarone // Journal of The Electrochemical Society. 2011. - Vol. 158. - No 3. - P. D127 - D135.

88. Кукушкин, С.А. Механизм и кинетика начальных стадий роста пленки GaN / С.А. Кукушкин, В.Н. Бессолов, A.B. Осипов, A.B. Лукьянов // Физика твердого тела. - 2002. - Т. 44. - вып. 7. - С. 1337 - 1343.

89. Смирнов, С.А. Исследование процесса роста кристаллических слоев GaN в горизонтальном реакторе методом хлоридной эпитаксии / С.А, Смирнов, В.Н. Пантелеев, Ю.В. Жиляев [и др.] // Журнал технической физики. - 2008. - Т. 78. -вып. 12.-С. 70-73.

90. Ипясов, В.В. Электронная энергетическая структура и рентгеновские спектры GaN BxGal-xN //B.B, Илясов, Т.П. Жданова, И.Я. Никифоров // Физика твердого тела. - 2006. - Т. 48. - вып. 4. - С. 614 - 622.

91. Безносюк, С.А. Компьютерная нанотехнология (КомпНаноТех) [Текст]: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / С.А. Безносюк, М.С. Жуковский, C.B. Важенин, Я.В. Лерх. - № 2009613043; дата поступления 21.10.2008; зарегистрировано 10.06.2009.

92. Жуковский, М.С. Теоретические основы компьютерного наноинжиниринга биомиметических наносистем / М.С. Жуковский, С.А. Безносюк, А.И. Потекаев [и др.]. - Томск: НТЛ, 2011. - 236 с. ISBN 978-5-89503-473-6

93. Гилл, Ф. Практическая оптимизация / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт: пер. с англ. В.Ю. Лебедева. - М.: Мир, 1985. - 509с.

94. Камилов, И.К. Исследование фазовых переходов и критических явлений методами Монте-Карло / И.К, Камилов, А.К. Муртазаев, Х.К. Алиев // Успехи физических наук. - 1999. - Т. 169. - № 7. - С. 733 - 795.

95. Рит, М. Наноконструирование в науке и технике. Введение в мир нанорасчета / М. Рит; пер. с англ. Э.М. Эпштейна. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. - 160 с. ISBN 5-93972-461-2

96. Безносюк, С.А. Многоуровневое строение, физико-химические и информационные свойства вещества / С.А.Безносюк, А.И. Потекаев, М.С. Жуковский [и др.].- Томск: Изд-во НТЛ, 2005. - 264 с. ISBN 5-89503-227-3

97. Beznosyuk, S.A. Modern quantum theory and computer simulation in nanotechnologiesA quantum topology approaches to kinematical and dynamical structures of self-assembling processes / S.A. Beznosyuk // Materials Science & Engineering C. - 2001. - Vol. 19. - No 1-2. - P. 367 - 370.

98. Мулдахметов, З.М. Теория строения молекул (новые аспекты) / З.М. Мулдахметов, Б.Ф. Минаев, С.А. Безносюк. - Алма-Ата: Наука, 1988. - 216 с. ISBN 5-628-00040х

99. Beznosyuk, S.A. Density Functional Theory Approximate Quasiparticle Density Functional / S.A. Beznosyuk, E.S. Kryachko // International Journal of Quantum Chemistry. - 1984. - Vol. 25. - P. 645 - 651.

100. Beznojuk, S.A. Density Functional Calculation of Transition Metal Cluster Energy Surfaces / S.A. Beznosjuk, R.D. Dajanov, A.T. Kuldjanov // International Journal of Quantum Chemistry. - 1990. - Vol. 38. - No 5. - P. 961 - 698.

101. Beznosjuk, S.A. Approximating Quasiparticle Density Functional Calculations of Small Active Clusters: Strong Electron Correlation Effects / S.A. Beznosjuk, B.F. Minaev, R.D. Dajanov, Z.M. Muldachmetov // International Journal of Quantum Chemistry. - 1990. - Vol. 38. - No 6. - P. 779 - 797.

102. Праттон M. Введение в физику поверхности / М. Праттон; пер. с англ. В.И. Комильца [под ред. проф. В.А. Трапезникова]. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. - 256 с. ISBN 5-93972-010-2

103. Смирнова, Н.А. Методы статистической термодинамики с физической химии / Н.А. Смирнова: учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. Высшая школа, 182.-455с.

104. Кириченко, Н.А. Термодинамика, статическая и молекулярная физика / Н.А. Кириченко: учеб. пособие. 3-е изд. - М.: Физматкнига, 2005. - 176 с. - ISBN 589155-130-6

105. Фомина, JI.B. Физическая химия наноструктурных материалов электроники и спинтроники на основе полупроводниковых соединений AmBv: монография / JI.B.

Фомина, Ю.В. Земцова, Н.В. Комаровских [и др.]. - Барнаул: изд-во Алтайского государственного университета, 2013. - 170 с. ISBN 978-5-7904-1382-7

106. Адамсон, А. Физическая химия поверхностей / А. Адамсон; пер. с англ. И.Г. Абидора. - М. Мир, 1979. - 568 с.

107. Стромберг, А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко; учеб. для хим. спец. дузов. / Под ред. А.Г. Стромберга. - 4-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2001. - 527 с. ISBN 5-06003627-8

108. Карапетьянц, М.Х. Общая и неорганическая химия / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин; учебное пособие для вузов. - М.: Химия, 1981, - 632 с.

109. Термические константы веществ: справочник в 10 вып. / Под редакцией Глушко. Вып. II - М. [б. и.], 1966. - 96 с.

110. Термические константы веществ: справочник в 10 вып. / Под редакцией Глушко. Вып. V -М. [б. и.], 1971. - 530 с.

111. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. A.A. Равделя и А.К. Пономаревой. 9-е изд. - СПб.: Специальная литература, 1998. - 232 с. ISBN 586457-116-4

112. Комаровских, Н.В. Компьютерное моделирование устойчивости интерфейсов на основе нанопленок нитрида галлия / Н.В. Комаровских, С.А. Безносюк, JI.B. Фомина // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2009. -Т.6.-№3.-С. 91-94.

113. Безносюк, С.А. Компьютерное моделирование наноразмерных плёнок и гетероструктур на основе GaN / С.А. Безносюк, Н.В. Комаровских, JI.B. Фомина // Нанотехнологии функциональных материалов» (НФМ' 2012): труды международной научно-технической конференции. - СПб.: изд-во Политехнического университета, - 2012. - С. 606 - 612.

114. Мизеров, A.M. Особенности молекулярно-пучковой эпитаксии слоев GaN(0001) и GaN(0001) при использовании различных способов активации азота / A.M. Мизеров, В.Н. Жмерик, В.К. Кайбышев [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2009. - Т. 43. - вып. 8. - С. 1096 - 1101.

115. Комаровских, Н.В. Исследование стабильности нанопленок нитрида галлия в гексагональной и кубической структурах методами компьютерного моделирования / Н.В. Комаровских, Л.В. Фомина, С.А. Безносюк // Известия Алтайского государственного университета. - 2010. - № 3/1. - С. 151 - 156.

Приложение А. Сводные данные компьютерного моделирования свободных

плёночных наночипов \i-GaN и с-СаЫ

Таблица АЛ - Данные моделей \i-GaN

X У г М1 м<2) М<3) М<4) в, им2 Ь, им Е\ Дж/м2 иа, кДж/молъ

1 2 3 4 5 7 9 11 13 14 15 16

5 5 400 100 6 78 216 10,99 -3,55 -182,013

10 5 800 200 6 108 486 18,68 -3,85 -186,527

10 10 1600 400 6 168 1026 30,77 -4,48 -188,785

15 10 2400 600 6 198 1596 42,87 -4,69 -190,291

15 15 3600 900 6 258 2436 59,36 -5,00 -191,043

20 15 2 4800 1200 6 288 3306 75,85 1,04 -5,14 -191,795

20 20 6400 1600 6 348 4446 96,74 -5,33 -192,171

25 20 8000 2000 6 378 5616 117,63 -5,43 -192,623

25 25 10000 2500 6 438 7056 142,92 -5,56 -192,848

30 25 12000 3000 6 468 8526 168,21 -5,64 -193,149

30 30 14400 3600 6 528 10266 197,89 -5,73 -193,3

35 30 16800 4200 6 558 12036 227,58 -5,79 -193,515

5 5 600 100 10 130 360 14,28 -3,15 -195,555

10 5 1200 200 10 180 810 23,62 -3,39 -200,568

10 10 2400 400 10 280 1710 37,36 -4,01 -203,077

15 10 3600 600 10 330 2660 51,10 -4,21 -204,749

15 15 3 5400 900 10 430 4060 69,24 1,55 -4,55 -205,584

20 15 7200 1200 10 480 5510 87,38 -4,69 -206,42

20 20 9600 1600 10 580 7410 109,92 -4,91 -206,838

25 20 12000 2000 10 630 9360 132,45 -5,02 -207,339

25 25 15000 2500 10 730 11760 159,39 -5,18 -207,59

30 25 18000 3000 10 780 14210 186,33 -5,26 -207,925

5 5 800 100 14 182 504 17,58 -2,90 -202,325

10 5 1600 200 14 252 1134 28,56 -3,08 -207,589

10 10 3200 400 14 392 2394 43,95 -3,69 -210,223

15 10 4 4800 600 14 462 3724 59,34 2,07 -3,86 -211,978

15 15 7200 900 14 602 5684 79,12 -4,21 -212,855

20 15 9600 1200 14 672 7714 98,91 -4,35 -213,733

20 20 12800 1600 14 812 10374 123,09 -4,35 -213,733

25 20 16000 2000 14 882 13104 147,28 -4,69 -214,698

5 5 1000 100 18 234 648 20,87 -2,73 -206,387

10 5 2000 200 18 324 1458 33,51 -2,87 -211,802

10 10 4000 400 18 504 3078 50,54 -3,44 -214,51

15 10 5 6000 600 18 594 4788 67,57 2,59 -3,60 -216,315

15 15 9000 900 18 774 7308 89,01 -3,94 -217,218

20 15 12000 1200 18 864 9918 110,44 -4,07 -218,12

20 20 16000 1600 18 1044 13338 136,27 -4,31 -218,571

Таблица А.2 - Данные моделей с-СаЫ

X У г М" Л*1) М<2) Д/З) Л/4) в, им Ь, нм Дж/м2 Ш, кДж/молъ

1 2 3 4 5 7 9 11 13 14 15 16

5 5 400 22 135 0 243 18,39 -1,83 -190,14

10 5 800 32 255 0 513 30,03 -2,02 -195,105

10 10 1600 42 475 0 1083 51,89 -2,07 -200,219

15 10 2400 52 695 0 1653 73,75 -2,10 -201,924

15 15 3600 62 1015 0 2523 104,50 -2,12 -203,646

20 15 2 4800 72 1335 0 3393 135,25 0,90 -2,13 -204,506

20 20 6400 82 1755 0 4563 174,88 -2,15 -205,371

25 20 8000 92 2175 0 5733 214,52 -2,16 -205,89

25 25 10000 102 2695 0 7203 263,04 [ -2,17 -206,411

30 25 12000 112 3215 0 8673 311,56 -2,17 -206,758

30 30 14400 122 3835 0 10443 368,97 -2,18 -207,105

35 30 16800 132 4455 0 12213 426,38 -2,18 -207,354

5 5 600 24 171 0 405 21,15 -1,96 -199,162

10 5 1200 34 311 0 855 36,16 -2,00 -204,381

10 10 2400 44 551 0 1805 60,07 -2,05 -210,949

15 10 3600 54 791 0 2755 83,97 -2,08 -211,535

15 15 3 5400 64 1131 0 4205 116,76 1,36 -2,10 -213,34

20 15 7200 74 1471 0 5655 149,55 -2,12 -214,242

20 20 9600 84 1911 0 7605 191,23 -2,13 -215,149

25 20 12000 94 2351 0 9555 232,91 -2,14 -215,693

25 25 15000 104 2891 0 12005 283,47 -2,15 -216,239

30 25 18000 114 3431 0 14455 334,04 -2,16 -216,603

5 5 800 26 207 0 567 25,23 -1,95 -203,676

10 5 1600 36 367 0 1197 42,29 -1,99 -209,019

10 10 3200 46 627 0 2527 68,24 -2,04 -214,51

15 10 4 4800 56 887 0 3857 94,18 1,81 -2,06 -216,34

15 15 7200 66 1247 0 5887 129,02 -2,09 -218,187

20 15 9600 76 1607 0 7917 163,85 -2,10 -219,11

20 20 12800 86 2067 0 10647 207,57 -2,12 -220,038

25 20 16000 96 2527 0 13377 251,29 -2,13 -220,595

5 5 1000 28 243 0 729 29,32 -1,94 -206,386

10 5 2000 38 423 0 1539 48,42 -1,98 -211,802

10 10 4000 48 703 0 3249 76,41 -2,03 -217,368

15 10 5 6000 58 983 0 4959 104,40 2,26 -2,05 -219,223

15 15 9000 68 1363 0 7569 141,28 -2,07 -221,095

20 15 12000 78 1743 0 10179 178,15 -2,09 -222,031

20 20 16000 88 2223 0 13689 223,92 -2,10 -222,971