Диффузное рассеяние рентгеновских лучей в кристаллах с квантовыми точками (1102644)
Текст из файла
На правах рукописиСивков Данил ВикторовичДиффузное рассеяние рентгеновских лучей вкристаллах с квантовыми точкамиСпециальность 01.04.07 — физика конденсированного состоянияАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква — 2015Работа выполнена в Отделе математики Федерального государственногобюджетного учреждения науки Коми научного центра Уральского отделенияРАННаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Пунегов Василий ИльичОфициальные оппоненты: доктор физико-математических наук,Орешко Алексей Павловичкандидат физико-математических наукСмирнова Ирина АлексеевнаВедущая организация:Федеральное государственноебюджетное учреждение высшегопрофессионального образования и наукиСанкт-Петербургский Академическийуниверситет – научно-образовательныйцентр нанотехнологий РАНЗащита состоится DD mmmmmm 2015 г. в XX yy часов на заседании диссертационного совета Д 501.002.01 при Московском государственном университетеимени М.В.
Ломоносова по адресу: 110001, ГСП-1, Москва, Ленинские горы,д. 1, АУДИТОРИЯ.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский проспект, д. 27).Автореферат разослан DD mmmmmm 2015 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.01кандидат физико-математических наук2Лаптинская Т.В.Общая характеристика работыАктуальность темы.Среди наноструктурированных материалов упорядоченные массивыквантовых точек (КТ), сформированных в объеме другого полупроводника,привлекают особое внимание и имеют широкий спектр применений в нано- иоптоэлектронике.
Эффективность работы приборов на основе гетеросистем сКТ зависит от степени однородности наноструктур, их размеров и пространственной корреляции.При создании полупроводниковых приборов, содержащих КТ, неизбежны локальные упругие деформации кристаллической решетки под воздействием напряжений на границе КТ/среда основной матрицы, что существенным образом влияет на физические свойства наноструктурированныхматериалов и границы их применимости.
Эти деформации тесно связаны соструктурой одиночных КТ, а также степенью их упорядоченности в кристалле. Вследствие этого анализ структурных особенностей самоорганизованныхансамблей КТ требует разработки методов расчета полей деформации в объеме основной матрицы, теоретического рассмотрения механизмов их пространственного распределения, а также построения моделей КТ с учетом композиционного состава и степени неоднородности. Несмотря на малый размерКТ, формируемые ими упругие поля деформаций кристаллической решеткиможно эффективно рассчитывать в рамках формализма классической теории упругости.
К сожалению, часто используемые методы атомно-силовоймикроскопии, сканирующей туннельной микроскопии,просвечивающей электронной микроскопии являются локальными и охватывают существенно малую часть образца. Кроме того, эти методы являются разрушаемыми, т.к.требуют изготовления сколов исследуемой матрицы.Эффективным неразрушающим методом исследования наноразмерных кристаллических структур является метод высокоразрешающей рентгеновской дифракции (РД). Применение аппаратуры с высоким угловым разрешением, а также использование новых методов регистрации рентгеновскогоизлучения делают высокоразрешающую РД одним из самых перспективных иинформативных методов исследования нанообъектов.
Ее отличительной особенностью является экспрессность измерений, отсутствие необходимости специальной подготовки образца, высокая прецизионность в определении параметров кристаллической структуры. Однако РД также имеет свои недостатки. Этот метод является непрямым, требует построения теории и проведениячисленного моделирования. В силу известной фазовой проблемы метод можетдавать неоднозначные результаты.3Поскольку КТ в кристаллической среде играют роль структурных дефектов, то наряду с когерентной дифракцией неизбежно возникает диффузное рассеяние. Метод трехкристальной дифрактометрии в какой-то степенидает возможность разделить вклад когерентного и диффузного рассеяния.Результаты измерения этим методом представляются в виде карт угловогораспределения интенсивности рассеяния в обратном пространстве (reciprocalspace mapping – RSM).
К сожалению, одно лишь когерентное рассеяние недает информацию о КТ. Только анализ полного рассеяния, включая когерентную и диффузную составляющие, позволяет получать информацию ораспределении полей упругих деформаций, форме, композиции и размерахКТ, взаимной пространственной корреляции наночастиц в основной матрице.К настоящему моменту не существует общего подхода к исследованию диффузного рассеяния от полупроводниковых систем со скрытыми КТразной формы с учетом упругих деформаций. Следовательно, анализ углового распределения интенсивности диффузного рассеяния в кристаллах с КТ,позволяющий получать информацию о структурных характеристиках КТ,является актуальной проблемой.Целью настоящей диссертационной работы является развитие теории диффузного рассеяния рентгеновских лучей от кристаллической среды смассивом КТ с учетом как структурных параметров самих КТ, так и их пространственного расположения в рамках статистической теории дифракции.Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:1.
Разработаны теоретические подходы для определения атомных смещений от КТ в кристаллах с последующим вычислением диффузного рассеяния рентгеновского излучения от таких наноструктурированных сред.2. Исследовано влияние соседних КТ на характер распределения упругихдеформаций от КТ в кристаллической матрице и проведен анализ диффузного рассеяния в зависимости от расстояний между соседними КТ.3. Рассчитано влияние вертикальной и латеральной корреляции на распределение интенсивности диффузного рассеяния от массива КТ.4. Разработан пакет программ, позволяющий проводить моделированиеинтенсивности диффузного рассеяния в зависимости от параметров иструктурных характеристик их расположения в основной матрице.Основные положения, выносимые на защиту41.
Теория диффузного рассеяния от полупроводниковых структур со сфероидальными КТ в рамках метода мультипольного разложения упругихатомных смещений.2. Теория диффузного рассеяния от систем с массивами КТ с использованием метода функции Грина для расчета упругих деформаций.3. Численное моделирование углового распределения интенсивности диффузного рассеяния в обратном пространстве от полупроводниковыхструктур с КТ в форме сфероида, цилиндра, усеченного конуса и усеченной пирамиды.4. Анализ диффузного рассеяния от КТ разной формы с учетом пространственной корреляции в их расположении.Научная новизна1. Разработан метод расчета полей упругих атомных смещений от КТ сфероидальной формы с использованием аналогии между задачами теорииупругости и электростатики.
Впервые получено аналитическое выражение для расчета интенсивности диффузного рассеяния рентгеновских лучей в виде мультипольного разложения.2. С использованием функции Грина разработан метод расчета полей упругих атомных смещений от КТ, имеющих форму сфероида, цилиндра, усеченного конуса и усеченной пирамиды в кубическом кристалле. Впервыепоказано влияние размеров, пространственной корреляции КТ, а такжерассогласования параметров решетки КТ/матрица на характер диффузного рассеяния.3.
Проведено сравнение разработанных методов расчета полей упругихатомных смещений для КТ сфероидальной формы. Показано, что,несмотря на принципиальные различия, оба подхода дают совпадающиерезультаты.4. Проведен количественный анализ структурных характеристик сверхрешетки InGaAs/GaAs с КТ InAs на основе углового распределениядиффузного рассеяния вблизи узла обратной решетки (004) с учетомпространственной корреляции КТ. Определены параметры исследуемойструктуры (средний размер КТ, среднее расстояние между КТ в вертикальном направлении и латеральной плоскости, рассогласование решетки КТ/матрица, латеральный и вертикальный порядок в расположенииКТ в сверхрешетке).5Практическая значимостьРезультаты диссертации могут быть использованы для неразрушающего количественного анализа полупроводниковых структур с КТ.
Такой анализ позволяет получать информацию о форме, размерах, объемной и поверхностной плотности КТ, а также их пространственной корреляции.Апробация работыОсновные результаты работы докладывались на: XIII Международномсимпозиуме "Нанофизика и наноэлектроника"(Россия, Н. Новгород, 2009),рабочем совещании "Рентгеновская оптика – 2010"(Россия, Черноголовка,2010), V Международном научном семинаре "Современные методы анализа дифракционных данных"(Россия, Великий Новгород, 2011), The YouthInternational School-Conference “Modern Methods of Diffraction Data Analysisand Topical Problems of X-ray Optics” (Россия, Санкт-Петербург, 2012), XVIIМеждународном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Россия, Н.Новгород, 2013), VI Международном научном семинаре «Современные методы анализа дифракционных данных» (Россия, Великий Новгород, 2013),Международной балтийской школе по физике твердого тела (Россия, Калининград, 2013), конференции "Рентгеновская оптика – 2014"(Россия, Черноголовка, 2014), а также семинарах отдела математики Коми научного центраУральского отделения РАН.Диссертационная работа была выполнена при частичной финансовойподдержке РФФИ (проекты №10-02-00445-а, №12-02-00088-a, №13-02-00272а и №14-02-31778), программы Президиума РАН 12-П-1-1014 и программыфундаментальных исследований УрО РАН 12-У-1-1010.Личный вкладСодержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в проделанную работу.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
