Релаксация упругой энергии при протекании химической реакции с монокристаллическим кремнием в процессе согласованного замещения атомов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Дано микроскопическое описание химического превращения кристалла кремния в кристалл карбида кремния в результате реакции с газом монооксида углерода через поверхность (111). Для этого использован метод функционала плотности в спин-поляризованном приближении PBE. Методом NEB установлены все промежуточные (адсорбционные) состояния и единственное переходное состояние. Показано, что переходное состояние представляет собой треугольник Si–O–C со связями длиной 1.94, 1.24, 2.29 Å. Рассчитан энергетический профиль данного химического превращения. Обнаружено, что оборванные связи приводят в процессе превращения к появлению как электрических, так и магнитных полей. Установлено, что релаксация упругой энергии обеспечивает эффективное упорядочивание растущего кристалла вследствие ослабления связей у нужных атомов. Именно поэтому поверхность (111) является оптимальной для роста карбида кремния данным методом для полупроводниковых приложений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Кукушкин

Институт проблем машиноведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sergey.a.kukushkin@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Осипов

Институт проблем машиноведения РАН

Email: sergey.a.kukushkin@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Ferro G. // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2015. V. 40. № 1. P. 56. https://doi.org/10.1080/10408436.2014.940440
  2. Severino A., Locke C., Anzalone R. et al. // ECS Trans. 2011. V. 35. № 6. P. 99. https://doi.org/10.1149/1.3570851
  3. Kukushkin S.A., Osipov A.V. // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. № 2. https://doi.org/10.1063/1.4773343
  4. Kukushkin S.A., Osipov A.V. // Russ. J. Gen. Chem. 2022. V. 92. № 4. P. 584. https://doi.org/10.1134/S1070363222040028
  5. Kukushkin S.A., Osipov A.V. // Phys. Solid State. 2016. V. 58. № 4. P. 747. https://doi.org/10.1134/S1063783416040120
  6. Kukushkin S.A., Osipov A.V., Feoktistov N.A. // Phys. Solid State. 2019. V. 61. № 3. P. 456. https://doi.org/10.1134/S1063783419030193
  7. Kukushkin S.A., Osipov A.V. // Materials (Basel). 2022. V. 15. № 13. P. 4653. https://doi.org/10.3390/ma15134653
  8. Kukushkin S.A., Osipov A.V., Soshnikov I.P. // Rev. Adv. Mater. Sci. 2017. V. 52. № 1–2. P. 29.
  9. Koryakin A.A., Kukushkin S.A., Osipov A.V. et al. // Materials (Basel). 2022. V. 15. № 18. P. 6202. https://doi.org/10.3390/ma15186202
  10. Kukushkin S.A., Osipov A.V. // Mech. Solids. 2013. V. 48. № 2. P. 216. https://doi.org/10.3103/S0025654413020143
  11. Kukushkin S.A., Osipov A.V., Telyatnik R.S. // Phys. Solid State. 2016. V. 58. № 5. P. 971. https://doi.org/10.1134/S1063783416050140
  12. Ермакова Е.Н., Максимовский Е.А., Юшина И.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 2. С. 256. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601547
  13. Воронцов Е.С. // Успехи химии. 1965. Т. 34. № 11. С. 2020.
  14. Dovesi R., Civalleri B., Roetti C. et al. Ab Initio Quantum Simulation in Solid State Chemistry in Rev. Comput. // ChemInform. V. 36. № 48. P. 1. https://doi.org/10.1002/0471720895.ch1
  15. Tuan Hung N., Nugraha A.R.T., Saito R. Quantum ESPRESSO Course for Solid State Physics. N.Y.: Jenny Stanford Publishing, 2022. 372 p. https://doi.org/10.1201/9781003290964
  16. Lee J.G. Computational Materials Science: An Introduction, Boca Raton: CRC Press, 2016. 376 p. https://doi.org/10.1201/9781315368429
  17. Сангвал К. Травление кристаллов: Теория. Эксперимент. Применение: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 492 с.
  18. Kukushkin S., Osipov A., Redkov A. // Adv. Struct. Mater. 2022. V. 164. P. 335. https://doi.org/10.1007/978-3-030-93076-9_18
  19. Kukushkin S.A., Osipov A.V. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. № 31. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/31/313001
  20. Kukushkin S.A., Osipov A.V. // Materials (Basel). 2021. V. 14. № 1. P. 78. https://doi.org/10.3390/ma14010078
  21. Henkelman G., Uberuaga B.P., Jónsson H. // J. Chem. Phys. 2000. V. 113. № 22. P. 9901. https://doi.org/10.1063/1.1329672
  22. Tolédano P., Dmitriev V. Reconstructive Phase Transitions, World Scientific, 1996. 416 p. https://doi.org/10.1142/2848

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Исследуемая суперъячейка с периодическими граничными условиями, описывающая поверхность Si(111).

Скачать (161KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Исходные реагенты R и конечные продукты реакции P после оптимизации геометрии.

Скачать (176KB)
Метаданные
4. Рис. 3. “Предкарбидная” структура поверхности Si после замещения половины возможных атомов верхнего слоя на атомы C.

Скачать (191KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зоны положительного заряда в “предкарбидной” структуре кремния с плотностью >0.6 e/Å3.

Скачать (210KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Разница в плотности электронов со спином вверх и спином вниз в “предкарбидной” структуре кремния. Граница области светло-синего цвета соответствует разности 0.03 e/Å3 (а), граница области темно-синего цвета – разности –0.01 e/Å3 (б).

Скачать (165KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Энергетический профиль реакции замещения (1) на поверхности (111). R – реагенты, P – продукты реакции, TS – переходное состояние, A1 и A2 – состояния адсорбции молекул CO и SiO на поверхности соответственно.

Скачать (71KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Адсорбционные состояния A1 и A2 молекул CO и SiO на поверхности (111).

Скачать (148KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Переходное состояние реакции (1) на поверхности (111).

Скачать (143KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».