LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Ультрадисперсные субфазы в молекулярной электронике

Это свидетельствовало о том, что осажденные Si 10 -ПАКС взаимодействовали не только между собой, но и с подложкой. Полученное значение DE g »1эВ свидетельствует о том, что это ши- рина запрещенной зоны не отдельного ПАКС, а взаи- модействующей системы ``ПАКС---подложка''. По- добные эксперименты получили дальнейшее разви- тие в [50]. Увеличение числа атомов в АКС приводит к возрастанию воз- можных его геометрических ``образов''. Учет таких геометри- ческих ``перестроек'' (в рамках данного АКС) модельными мето- дами с применением хорошо зарекомендовавших себя квантово- химических схем --- это непростая задача, но в условиях посто- янно наращиваемой мощи современных ЭВМ (создания компью- терных массивов) вполне реализуема. Например, АКС, содержа- щее 29 атомов Si и 24 ОХС, которые пассивированы 24 атомами водорода (АКС-Si 29 Н 24 ), имеет достаточное многообразие воз- можных пространственных конфигураций [19]. Энергетически же именно сферически-подобная его (АКС) форма с одновремен- Рис. 2. Размерная зависимость (п --- количество атомов) энергии связи АКС и НС кремния, рассчитанных в рам- ках неэмпирических и параметризованных схем [41, 68, 76], а также исходя из результатов фрактального анализа [34] и данных эксперимента [43]: у --- Е св ; х --- log n; d --- "диаметр" П-АКС; Т а --- "радиус" НС d Т a Т a а=4,1186325 b=10,442748 c =5,539236 cx be a y - + = 1 Е св , эВ 4,84 4,03 3,23 2,42 1,61 0,81 0,00 0,0 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8 Т-АКС П-АКС GAMESS ПФЭП П-АКС МЕНТ-a Квантово-химическое моделирование Фрактальный расчет Эксперимент logn 10 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2002, № 3 ной симметрией тетраэдра является наиболее выгодной. Это про- является в рефлексах АКС-Si 29 Н 24 , соответствующим тетраэдри- ческой симметрии. Пассивация ОХС изменяет DE g : полностью насыщенное водородом Si-АКС имеет запрещенную зону на ~1 эВ меньше, чем АКС-Si 29 Н 24 , а для АКС-Si 29 Н 12 DE g на 2 эВ больше, чем для АКС-Si 29 Н 24 . Таким образом, можно считать, что сегодня сфор- мировалось перспективное направление в развитии нанофизики: разработка принципиально новых сред --- ультрадисперсных, в состав которых входят ульт- радисперсные субфазы (УДС) в форме квантовых точек, квантовых нитей, систем квантовых точек и других квантово-размерных структур. Конкретным примером УДСмогут служить разные Si-АКС: по сим- метрии (Т-АКС, П-АКС), природе своего возникно- вения (ПАКС),проявляющие как металлические свой- ства, так и свойства полупроводников благодаря из- менению ``плотности упаковки''. Причем механизмы формирования, перестройки отмеченных УДСмогут быть синергетическими, а вопрос об ``увязывании'' вероятной геометрии УДС (с одновременным учетом симметрии) с проявлением рефлексов в дифракци- онной картине во многих экспериментах остается за- частую открытым. П редложенные впервые теоретически, как мо- дельные структуры, небольшие Si-АКС опре- делялись как фрагменты квантово-размерного крем- ния (с-Si) [31]. Допускалось, что Si-АКС имеют ал- мазную структуру с нерелаксированными поверхно- стными атомами. Такое Т-АКС имеет довольно боль- шую концентрацию ОХС и достаточно низкое значе- ние координационного числа [39]. Расчеты с-Si-по- добных фрагментов [51] обнаруживали или их вы- сокую нестабильность, или довольно высокие значе- ния энергий в локальном минимуме структуры. Тем не менее модельные исследования электронной струк- туры Si-АКС (с количеством атомов от 2 до 14) в рамках неэмпирических схем [42--44] позволяют кор- ректно определить основное энергетическое состоя- ние подобных ультрадисперсных субфаз. Чтобы провести оптимизацию пространственного расположения атомов в Si-АКС, в [52] использовали некоррелированные волновые функции Хартри--- Фока (HF). Для оптимизации геометрии Si-АКС в [53] воспользовались методом функционала электронной плотности (ФЭП) в локальном приближении (LDА). Для выяснения оптимальной симметрии Si-АКС в [54] усовершенствовали метод конфигурационного взаи- модействия, ранее использовавшегося для исследо- вания характеристик молекул [30]. Предложенная в свое время техника модельного отжига [55] получи- ла дальнейшее развитие [56]. Вышеупомянутые тео- ретические схемы позволили в достаточной степени точно определить равновесные пространственные кон- фигурации малых (до 10 атомов) Si-АКС. Si n -АКС, где n<10, имеют компактно расположенные простран- ственные конфигурации с кубической (октаэдричес- кой) или икосаэдрической симметрией. Параллельно с теоретическим моделированием структурных, электронных и фононных свойств Si-АКС использовались и раз- личные экспериментальные методики: фотофрагментации [57], возгонки с поверхности [27] и ионной имплантации [28], масс- спектрометрии [58], фотоэмиссионной спектроскопии [59, 60]. Возросший интерес к технике лазерного распыления поверхнос- ти вещества [61] также мотивировал выяснение механизмов об- разования АКС-Si. Кроме того, эффективными оказались иссле- дования с участием фотохимических реакций [62], а также при- менение спектроскопии Рамана [63]. Все большую популярность приобретает метод ультравысоковакуумной туннельной микро- скопии (УВВ ТМ) [1]. Величиной, которая эквивалентна DE g , является те- оретически определяемая разность энергий между са- мым верхним занятым (E HOMO ) и самым нижним сво- бодным (E LOMO ) уровнями энергий АКС (DE=E HOMO -- --E LOMO ). Теоретические работы [53, 64, 65] демон- стрируют, что DE для малых АКС сильно изменяют- ся с изменением размеров и геометрической симмет- рии. В [66] проведен неэмпирический расчет с уче- том всех электронов АКС, рассчитаны зависимости DE(n), где количество атомов кремния изменялось в пределах n= 9--14. Продемонстрировано, что DE(n) имеетосциллирующийхарактеричтоосцилляциимож- но ``загладить'' путем ``подбора'' определенной сим- метрии АКС. Проведен исчерпывающий анализ все- возможных геометрических структур АКС с n=9--14. Для АКС типа Si 9 и Si 14 найдены равновесные про- странственные конфигурации, для остальных АКС (с n=10--13 ) энергетические характеристики близки к хорошо известным данным других исследователей. Проанализируем детальнее следствия модельного насыщения (пассивации) ОХС. Непассивированные Si-АКС должны иметь существенo меньшую энергетическую зону DE g , чем об этом свидетельствуют оценки с учетом квантовых эффектов [35]. Для малых Si-АКС DE g меньше, чем соответствующая величина для c-Si [53], и даже, согласно расчетам [67], равняется нулю. Оцен- ки плотности состояний для Si-ПАКС показывают, что разность энергий имеет нулевое значение. Для полностью ``насыщенного'' Si-АКС ширина зоны увеличивается и достигает значения DE g = =3,4 эВ[53]. Автором настоящей статьи накоплен определенный опыт в проведении исследований разных по размерам Si-АКС