Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію
Сучасні методи комп'ютерного моделювання дають змогу розрахувати енергії утворення різноманітних дефектів гратки і досліджувати вплив на них зовнішніх факторів. Ми застосували метод молекулярної динаміки для визначення основних параметрів, що характеризують радіаційні пошкодження у кристалах фо...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49359 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію / І.М. Вишневський, О.М. Гонтарук, О.В. Конорева, П.Г. Литовченко, В.С. Манжара, М.Б. Пінковська, В.П. Тартачник // Доп. НАН України. — 2012. — № 3. — С. 92-98. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-49359 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-493592013-09-17T03:05:32Z Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію Вишневський, І.М. Гонтарук, О.М. Конорева, О.В. Литовченко, П.Г. Манжара, В.С. Пінковська, М.Б. Тартачник, В.П. Фізика Сучасні методи комп'ютерного моделювання дають змогу розрахувати енергії утворення різноманітних дефектів гратки і досліджувати вплив на них зовнішніх факторів. Ми застосували метод молекулярної динаміки для визначення основних параметрів, що характеризують радіаційні пошкодження у кристалах фосфіду галію: порогової енергії утворення дефекту Ed, енергії утворення вакансії, дивакансії, вакансійних пустот, атомів проникнення та антиструктурних дефектів. Одночасно із експериментальних даних, одержаних нами на опромінених електронами кристалах GaP, визначено величини порогових енергій зміщення атомів Ga та P: за зміною початкової швидкості видалення носіїв (dn/dΦ)Φ→0 та за падінням інтенсивності випромінювання зв'язаного екситону. Одержані значення Ed корелюють із даними комп'ютерного моделювання. Современные методы компьютерного моделирования позволяют рассчитать энергии образования различных дефектов решетки и исследовать влияние на них внешних факторов. Мы применили метод молекулярной динамики для определения основных параметров, характеризующих радиационные повреждения в кристаллах фосфида галлия: пороговой энергии образования дефекта Ed, энергии образования вакансии, дивакансии, вакансионных пустот, атомов проникновения и антиструктурных дефектов. Одновременно из экспериментальных данных, полученных нами на облученных электронами кристаллах GaP, определены величины пороговых энергий смещения атомов Ga и P: по изменению начальной скорости удаления носителей (dn/dΦ)Φ→0 и по падению интенсивности излучения связанного экситона. Полученные значения Ed коррелируют с данными компьютерного моделирования. Modern methods of computer simulation allow calculating the creation energy of lattice defects and their changes caused by external factors. We use the molecular dynamics method to study main parameters of radiation defects in GaP: threshold energy of defect formation Ed and the energies of formation of a vacancy, a double vacancy, vacancy cavities, penetrating atoms, and antistructural defects. Values of threshold shift energies of P and Ga atoms are obtained from experimental data obtained on electron-irradiated crystals, namely: changes of the initial velocity of carrier removal (dn/dΦ)Φ→0 and a decrease of the emission intensity of a bound exciton. The obtained values of Ed correlate with the results of the computing modeling. 2012 Article Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію / І.М. Вишневський, О.М. Гонтарук, О.В. Конорева, П.Г. Литовченко, В.С. Манжара, М.Б. Пінковська, В.П. Тартачник // Доп. НАН України. — 2012. — № 3. — С. 92-98. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49359 538.935 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Фізика Фізика |
| spellingShingle |
Фізика Фізика Вишневський, І.М. Гонтарук, О.М. Конорева, О.В. Литовченко, П.Г. Манжара, В.С. Пінковська, М.Б. Тартачник, В.П. Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію Доповіді НАН України |
| description |
Сучасні методи комп'ютерного моделювання дають змогу розрахувати енергії утворення різноманітних дефектів гратки і досліджувати вплив на них зовнішніх факторів. Ми застосували метод молекулярної динаміки для визначення основних параметрів, що характеризують радіаційні пошкодження у кристалах фосфіду галію: порогової енергії утворення дефекту Ed, енергії утворення вакансії, дивакансії, вакансійних пустот, атомів проникнення та антиструктурних дефектів. Одночасно із експериментальних даних, одержаних нами на опромінених електронами кристалах GaP, визначено величини порогових енергій зміщення атомів Ga та P: за зміною початкової швидкості видалення носіїв (dn/dΦ)Φ→0 та за падінням інтенсивності випромінювання зв'язаного екситону. Одержані значення Ed корелюють із даними комп'ютерного моделювання. |
| format |
Article |
| author |
Вишневський, І.М. Гонтарук, О.М. Конорева, О.В. Литовченко, П.Г. Манжара, В.С. Пінковська, М.Б. Тартачник, В.П. |
| author_facet |
Вишневський, І.М. Гонтарук, О.М. Конорева, О.В. Литовченко, П.Г. Манжара, В.С. Пінковська, М.Б. Тартачник, В.П. |
| author_sort |
Вишневський, І.М. |
| title |
Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію |
| title_short |
Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію |
| title_full |
Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію |
| title_fullStr |
Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію |
| title_full_unstemmed |
Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію |
| title_sort |
комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Фізика |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49359 |
| citation_txt |
Комп'ютерне моделювання структурних пошкоджень у монокристалах фосфіду галію / І.М. Вишневський, О.М. Гонтарук, О.В. Конорева, П.Г. Литовченко, В.С. Манжара, М.Б. Пінковська, В.П. Тартачник // Доп. НАН України. — 2012. — № 3. — С. 92-98. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT višnevsʹkijím kompûternemodelûvannâstrukturnihpoškodženʹumonokristalahfosfídugalíû AT gontarukom kompûternemodelûvannâstrukturnihpoškodženʹumonokristalahfosfídugalíû AT konorevaov kompûternemodelûvannâstrukturnihpoškodženʹumonokristalahfosfídugalíû AT litovčenkopg kompûternemodelûvannâstrukturnihpoškodženʹumonokristalahfosfídugalíû AT manžaravs kompûternemodelûvannâstrukturnihpoškodženʹumonokristalahfosfídugalíû AT pínkovsʹkamb kompûternemodelûvannâstrukturnihpoškodženʹumonokristalahfosfídugalíû AT tartačnikvp kompûternemodelûvannâstrukturnihpoškodženʹumonokristalahfosfídugalíû |
| first_indexed |
2025-07-04T10:25:27Z |
| last_indexed |
2025-07-04T10:25:27Z |
| _version_ |
1836711654087196672 |
| fulltext |
УДК 538.935
© 2012
Академiк НАН України I.М. Вишневський, О. М. Гонтарук,
О.В. Конорева, П. Г. Литовченко, В. С. Манжара,
М. Б. Пiнковська, В.П. Тартачник
Комп’ютерне моделювання структурних пошкоджень
у монокристалах фосфiду галiю
Сучаснiметоди комп’ютерного моделювання дають змогу розрахувати енергiї утворен-
ня рiзноманiтних дефектiв гратки i дослiджувати вплив на них зовнiшнiх факторiв.
Ми застосували метод молекулярної динамiки для визначення основних параметрiв, що
характеризують радiацiйнi пошкодження у кристалах фосфiду галiю: порогової енер-
гiї утворення дефекту Ed, енергiї утворення вакансiї, дивакансiї, вакансiйних пустот,
атомiв проникнення та антиструктурних дефектiв. Одночасно iз експериментальних
даних, одержаних нами на опромiнених електронами кристалах GaP, визначено ве-
личини порогових енергiй змiщення атомiв Ga та P: за змiною початкової швидкос-
тi видалення носiїв (dn/dΦ)Φ→0 та за падiнням iнтенсивностi випромiнювання зв’я-
заного екситону. Одержанi значення Ed корелюють iз даними комп’ютерного моде-
лювання.
Енергiя утворення дефектiв структури найпростiшого виду — пари Френкеля або дефекту
Шотткi — зумовлює величину порогової енергiї змiщення атома Ed, важливого iндивiдуаль-
ного параметра кристала, який характеризує його радiацiйну стiйкiсть i на основi якого об-
числюється перерiз виникнення радiацiйних пошкоджень, визначається їхня концентрацiя,
проводиться моделювання каскадних змiщень, прогнозується структура утворень, iнiцiйо-
ваних опромiненням високоенергетичними частками.
Значення мiнiмальних енергiй, необхiдних для незворотного змiщення атома з вузла
гратки у мiжвузля, для деяких кристалiв можна знайти в роботi [1]. Iз наведених в [1] даних
видно, що результати, одержанi рiзними авторами, можуть вiдрiзнятися навiть вдвiчi для
однакових об’єктiв.
Сучаснi методи комп’ютерного моделювання надають широкi можливостi точного роз-
рахунку енергiї утворення рiзноманiтних дефектiв гратки i дозволяють дослiджувати вплив
на них зовнiшнiх факторiв, наприклад температури, що може стати ефективним iнструмен-
том при вивченнi процесiв вiдпалу порушень структури радiацiйного походження. Наявнi
програми комп’ютерного моделювання також дозволяють передбачити результат взаємодiї
iонiв у атомному кластерi. Наприклад, у роботi [2] показано, що у випадку однозарядно-
го центрального катiона формується структура NaCl; коли ж вiн двозарядний — виникає
гратка ВаF2.
Порiвнюючи експериментальнi результати визначення Ed та данi комп’ютерного моде-
лювання, можна одержати уточнену величину цього параметра для певного кристала.
Експеримент. Визначення порогових енергiй змiщення фосфору i галiю проводилося
нами на електронному прискорювачi, енергiя частинок якого плавно змiнювалася в межах
0,2–1 МеВ. Температура опромiнення контролювалася термопарою i була близькою до кiм-
натної (вiдхилення вiд температурного режиму становили ±5 К).
92 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №3
В середньому рухомий електрон з E = 1 МеВ в кристалi GaP на 100 мк шляху втрачає
100 кеВ i в областi низьких енергiй необхiдно обмежувати товщини зразкiв. У нашому
випадку для отримання однорiдного розподiлу дефектiв у кристалi GaP товщиною 260 мкм
опромiнювання проводилося з обох бокiв. Величина потоку в кожному випадку пiдбиралася
такою, щоб змiна концентрацiї вiльних носiїв не перевищувала 30% (для E = 300 кеВ
Φ = 5 · 1017 см−2; для E = 950 кеВ Φ = 5 · 1015 см−2). Вихiдна концентрацiя вiльних носiїв
у даному зразку становила n = 1017 cм−3.
Результати. В данiй роботi моделювання структурних пошкоджень у монокристалах
фосфiду галiю здiйснювалося методом молекулярної динамiки (МД), в основi якого лежить
чисельне iнтегрування класичних рiвнянь руху атомiв при заданих потенцiалах мiжатомної
взаємодiї та вiдомих початкових i граничних умовах [3]. Застосування цього пiдходу до
дослiдження властивостей дефектiв у кристалах GaP виявилося перспективним — отриманi
результати корелюють з експериментальними [4].
Для описання мiжатомної взаємодiї використано потенцiал Стiллiнджера–Вебера [5] для
ковалентних кристалiв. Спрямованiсть зв’язкiв у ньому вiдображається за допомогою три-
частинкового члена в розкладаннi потенцiалу:
U(~r1, ~r2, . . . , ~rN ) =
∑
i
∑
j>i
U2(~ri, ~rj) +
∑
i
∑
j>i
∑
k>j
U3(~ri, ~rj , ~rk) + · · · , (1)
U2(rij) = εA(Br−4
ij − 1) exp{(rij − a)−1}; rij =
dij
σ
, (2)
де dij — довжина зв’язку мiж атомами i та j; ε — енергiя зв’язку мiж атомами; a — безроз-
мiрний параметр, який визначає вiдстань обрiзання взаємодiї.
Тричастинковий член потенцiалу має вигляд [5]:
U3(rij , rik, rjk) = h(rij , rik, θjik) + h(rji, rjk, θijk) + h(rki, rkj , θikj), (3)
де θijk — кут мiж зв’язками ij та ik; h — наступна функцiя з параметрами λ, γ
h(rij , rik, θjik) = ελ exp[γ(rij − a)−1 + γ(rik − a)−1]
[
cos θ +
1
3
]2
. (4)
Параметри A, B, λ та γ пiдбираються таким чином, щоб задовольнити емпiричнi данi по
структурi, енергiї та властивостях кристала. Їхнi величини для GaP наведено у табл. 1.
Обчислення проводилось iз використанням програми Lammps (http://lammps.sandia.
gov/). Розмiр систем, що моделювалися, вибирався таким, щоб похибка обчислень не пе-
ревищувала кiлькiсть цифр пiсля коми в форматi зображення даних програми Lammps
(0,0001), i становив 20× 20× 20 елементарних комiрок, або 64000 атомiв. Граничнi умови —
перiодичнi. Крок за часом (τ = 10−15 с) вибирався залежно вiд температури системи при
моделюваннi i був максимальним, при умовi стабiльностi енергiї.
Розрахунок енергiї утворення вакансiї EV проведено за спiввiдношенням
EV = Eкр
V − (NGaEGa)− (NPEP), (5)
де NGa, NP — кiлькiсть атомiв Ga та P, вiдповiдно, у кристалi з вакансiєю.
Таблиця 1. Параметри потенцiалу Стiллiнджера–Вебера для GaP [6]
ε, еВ σ, Å λ a A B γ θ
1,78 2,0642 29,57 1,8 7,62333 0,681 1,2 −1/3
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №3 93
Рис. 1. Залежнiсть енергiї утворення вакансiйного дефекту вiд числа вакансiй, що входять до його складу
При температурi 0 К моделювалися кристали GaP з вакансiєю в центрi та без неї. Пiсля
релаксацiї системи — змiни положення атомiв до мiнiмальної енергiї кристала — обчислю-
валась його енергiя з вакансiєю (Eкр
V ), енергiя атомiв Ga (EGa) та P (EP) в iдеальному
кристалi.
Енергiї утворення вакансiй галiю та фосфору дорiвнюють, вiдповiдно, EGa
V = 2,93 еВ,
EP
V = 2,44 еВ.
У бiнарних алмазоподiбних напiвпровiдниках iз тетраедричною координацiєю атомiв
моделi дивакансiї вiдповiдає вiдсутнiсть двох сусiднiх атомiв (Ga та P — у нашому випадку).
Враховуючи значення, отриманi для енергiй утворення вакансiй, одержуємо для дива-
кансiї у GaP EGaP
2V = 5,37 еВ, що перевищує число, одержане методом МД (4,34 еВ). Звiдси
видно, що енергiя релаксацiї кристала, яка видiляється у процесi перерозподiлу електрон-
них зв’язкiв, є доволi значною — понад 1 еВ.
На рис. 1 показано залежнiсть енергiї утворення вакансiйного дефекту вiд числа вакан-
сiй, якi входять до його складу, одержану методом МД. У межах подiлок 5–7 та 8–10 на
абсцисi виникають нерегулярностi (зростання нахилу), зумовленi бiльшою кiлькiстю вакан-
сiй галiю. Видалення декiлькох атомiв фосфору одночасно (4VGa + 13VP) зменшує нахил
кривої E(NV ).
Середнє значення величини dE(NV )/dNV у пустотах великого розмiру визначає змiну
енергiї скупчення пiсля приєднання до нього однiєї додаткової моновакансiї. У фосфiдi
галiю, як видно з рис. 1, ця змiна становить ∼1 еВ.
Розрахунок, проведений для визначення енергiй мiжвузлових атомiв Рi та Gai, показав,
що EPi
= 2,41 eB, EGai = 1,41 eB.
Знаючи величини енергiй вакансiй в обох пiдгратках кристала та енергiї мiжвузлових
атомiв EPi
, EGai , можна оцiнити енергiю формування пари Френкеля:
Eпари = EV + Ei. (6)
Для чотирьох можливих конфiгурацiй пар у GaP одержуємо:
EP
пари = EP
V + EP
i = 2,44 + 8,67 = 11,11 (еВ), (7)
EP,Ga
пари = EP
V + EGa
i = 2,44 + 7,54 = 9,98 (еВ), (8)
94 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №3
Рис. 2. Залежнiсть початкової швидкостi видалення носiїв у дослiджуваних кристалах вiд енергiї електронiв
у пучку
EGa
пари = EGa
V +EGa
i = 2,93 + 7,54 = 10,47 (еВ), (9)
EGa,P
пари = EGa
V + EP
i = 2,93 + 8,67 = 11,6 (еВ), (10)
де EP
пари, ER,Ga
пари — пари Френкеля у пiдгратках фосфору та галiю, вiдповiдно. EP
V + EGa
i
та EGa
V + EP
i — пари, в яких мiжвузловий атом належить однiй пiдгратцi, вакансiя —
iншiй.
Видно, що енергiї пар Френкеля в обох пiдгратках фосфiду галiю близькi за величиною.
Слiд вiдзначити, що вони тотожнi пороговiй енергiї Ed змiщення атома при опромiненнi,
оскiльки енергiя падаючого електрона витрачається на створення двох дефектiв — вакансiї
та мiжвузлового атома, розташованого поблизу вакансiї. Зазвичай Ed оцiнюють, користую-
чись емпiричним спiввiдношенням [7]:
Ed = 0,895
(
10
a0
)4,353
, (11)
де a0 — параметр гратки.
При a0 = 5,447 Å одержуємо EGaP
d = 12,676 еВ — значення, близьке до наведених вище
величин Ed.
Використовуваний нами метод МД також дав змогу визначити енергiю комплексу iз
двох антиструктурних дефектiв, розташованих на вiдстанi, бiльшiй нiж 2a0. Розрахунки
показують, що ця величина у GaP дорiвнює Eант = 3,818 eB.
Наведенi результати моделювання доцiльно зiставити з нашими експериментальними да-
ними, одержаними при визначеннi порогових енергiй змiщення атомiв у кристалах фосфiду
галiю, опромiненого електронами, яке здiйснювалось двома способами: за змiною початко-
вої швидкостi видалення носiїв (dn/dΦ)Φ→0 i за зниженням iнтенсивностi випромiнювання
екситона, зв’язаного на iзоелектроннiй домiшцi азота.
Оскiльки основнi центри, що компенсують електропровiднiсть фосфiду галiю, на вiдмi-
ну вiд бiльшостi напiвпровiдникiв групи AIIIBV, стабiльнi при кiмнатнiй температурi [8],
опромiнення проводилося при 300 К.
На рис. 2 показано залежнiсть початкової швидкостi видалення носiїв у дослiджуваних
кристалах вiд енергiї електронiв у пучку. Наявнiсть двох порогiв E = 670 ± 50 кеВ i E =
= 330 ± 30 кеВ (див. рис. 2) зумовлена значними вiдмiнностями в масах атомiв галiю та
фосфору.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №3 95
Рис. 3. Спектр фотолюмiнiсценцiї зразка GaP n-типу: нелегованого, вирощеного з розчину-розплаву, вимi-
ряний при 4 К. A — лiнiя екситона, зв’язаного на атомi азоту
Рис. 4. Залежнiсть iнтенсивностi екситонної рекомбiнацiї вiд енергiї електронiв
Використавши вираз
Ed =
2E(E + 2mc2)
Mc2
, (12)
в якому M — маса вибитого атома; E — енергiя електрона у пучку; m — маса спокою елект-
рона; c — швидкiсть свiтла; Ed — порогова енергiя змiщення атомiв у гратцi i, враховуючи,
що змiщенню атома бiльшої маси (Ga) вiдповiдає бiльша порогова енергiя, отримуємо EP
d =
= 30,7 ± 0,2 еВ та EGa
d = 34,3 ± 0,3 еВ.
У спектрi фотолюмiнесценцiї монокристалiв фосфiду галiю, вирощених iз розчину-роз-
плаву, у бiлякрайовiй областi при T = 4,2 К спостерiгається iнтенсивна лiнiя азоту, що
замiщує фосфор i є iзоелектронною домiшкою [9, 10] (рис. 3).
Ранiше нами експериментально встановлено, що введення дефектiв супроводжується
падiнням iнтенсивностi випромiнювання зв’язаного екситона, причому порiвняно з iншими
смугами люмiнесценцiї лiнiя азоту в декiлька разiв чутливiша до дiї радiацiї [11].
Експериментальну залежнiсть iнтенсивностi екситонної рекомбiнацiї вiд енергiї електро-
нiв показано на рис. 4. Якщо положення першого порогу не досить чiтке, то для другого
маємо значення Eпор = 280 ± 20 кеВ, що дає величину Ed = 25 ± 3 еВ. Очевидно, що
останнiй результат визначення порогової енергiї змiщення атомiв фосфора точнiший зав-
дяки високiй чутливостi методу i кращiй структурнiй досконалостi кристалiв, вирощених
iз розчину–розплаву.
Окрiм цього, локалiзацiя атома азоту у фосфiднiй пiдгратцi свiдчить також про пов-
ну вiдповiднiсть знайденої величини Ed = 25 еВ пороговiй енергiї змiщення саме атомiв
фосфору. Потрiбно зауважити, що знайденi двома експериментальними методами значен-
96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №3
ня порогових енергiй змiщення атомiв у гратцi фосфiду галiю добре узгоджуються мiж
собою.
Порiвнюючи експериментальнi значення порогових енергiй iз результатами комп’ютер-
ного моделювання, бачимо, що експеримент дає величини Ed бiльшi вiд розрахункових.
Причина невiдповiдностi полягає в неадiабатичностi ударного змiщення атома. В момент
удару деформуються i рвуться електроннi зв’язки. Область збудження може поширюватися
на вiдстань, що дорiвнює п’яти координацiйним сферам; середнi вiдхилення при коливан-
нях атомiв гратки близькi до величин у розплавленому зразку. Саме тому температура
плавлення корелює з величиною порогової енергiї кристала [7]. Отже, значна частина енер-
гiї електрона, який змiщує атом, передається гратцi, що не враховується у простiй моделi
пружного лобового зiткнення, а вiдтак значення порогових енергiй, одержанi методом МД,
де враховується релаксацiя кристала, заслуговують на бiльшу довiру.
На закiнчення вiдзначимо: метод молекулярної динамiки використано для визначення
основних параметрiв, що характеризують радiацiйнi пошкодження у кристалах фосфiду
галiю: порогової енергiї, енергiї утворення вакансiї, дивакансiї, вакансiйних пустот, атомiв
проникнення та антиструктурних дефектiв. Експериментально двома незалежними спосо-
бами визначено величини порогових енергiй змiщення атомiв Ga та P. Одержанi значен-
ня Ed корелюють iз даними комп’ютерного моделювання. Певна розбiжнiсть розрахунко-
вих та експериментальних результатiв зумовлена iснуванням локальних втрат енергiї на
збудження гратки та електронної пiдсистеми кристала.
1. Уваров Е.Ф. Радиационные эффекты в широкозонных полупроводниках A
III
B
V // Обзоры по элект-
ронной технике. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. – Москва: ЦНИИ Электроника, 1978. – Вып. 13
(584). – 77 с.
2. Салiй Я.П., Фреїк I.М. Комп’ютерне моделювання iонних кластерiв i дефектiв у них // Физика и
химия тв. тела. – 2005. – 6, № 3. – С. 428–433.
3. Назаров А.А., Мулюков Р. Р. Атомистическое моделирование материалов, наноструктур и процессов
нанотехнологии. – Уфа: РИО Баш ГУ, 2010. – 156 с.
4. Ribeiro-Silva C. I., Rino J.P., Goncalves Luis G.V., Picinin A. An effective interaction potential for
gallium phosphide // J. Phys.: Condens. Matter. – 2011. – 23. – P. 1–8.
5. Stillinger F. H., Weber T.A. Computer simulation of local order in condensed phases of silicon // Phys.
Rev. B. – 1985. – 31, No 8. – P. 5262–5271.
6. Ichimura M. Stillinger–Weber potentials for III–V compound semiconductors and their application to the
critical thickness calculation for InAs/GaAs // Phys. Stat Sol. (a). – 1996. – 153. – P. 431–437.
7. Джен Ли-жень, Корбет Дж. Дефектообразование в материалах, применяемых в электронике: Тр.
Ин-та инж. по электро- и радиоэлектр. – 1974. – 62, № 9. – С. 27–35.
8. Конозенко И.Д., Семенюк А.К., Хиврич В.И. Радиационные эффекты в кремнии // Киев: Наук.
думка, 1974. – 200 с.
9. Klontz E. E., Pepper R.R., Lark-Horovits K. Electrical properties of electron bombarded Ge // Phys.
Rev. – 1955. – 98A. – P. 1535.
10. Thomas D.G., Hodfield G.G. Isoelectronic traps due to nitrogen in gallium-phosphide // Ibid. – 1966. –
150. – P. 680–689.
11. Hontaruk O., Konoreva O., Litovchenko P. et al. Radiative recombination in initial and electron-irradiated
GaP crystals // Semic. Phys. Quantum Electronics and Optoelectronics. – 2010. – 13, No 1. – P. 30–35.
Надiйшло до редакцiї 22.09.2011Iнститут ядерних дослiджень НАН України, Київ
Iнститут фiзики НАН України, Київ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №3 97
Академик НАН Украины И.Н. Вишневский, А. Н. Гонтарук, О.В. Конорева,
П. Г. Литовченко, В.С. Манжара, М. Б. Пинковская, В.П. Тартачник
Компьютерное моделирование структурных повреждений
в монокристаллах фосфида галлия
Современные методы компьютерного моделирования позволяют рассчитать энергии обра-
зования различных дефектов решетки и исследовать влияние на них внешних факторов.
Мы применили метод молекулярной динамики для определения основных параметров, харак-
теризующих радиационные повреждения в кристаллах фосфида галлия: пороговой энергии
образования дефекта Ed, энергии образования вакансии, дивакансии, вакансионных пустот,
атомов проникновения и антиструктурных дефектов. Одновременно из эксперименталь-
ных данных, полученных нами на облученных электронами кристаллах GaP, определены
величины пороговых энергий смещения атомов Ga и P: по изменению начальной скорости
удаления носителей (dn/dΦ)Φ→0 и по падению интенсивности излучения связанного экси-
тона. Полученные значения Ed коррелируют с данными компьютерного моделирования.
Academician of the NAS of Ukraine I.M. Vyshnevsky, O.M. Hontaruk,
O.V. Konoreva, P.G. Litovchenko, V. S. Manzhara, M.B. Pinkovska,
V.P. Tartachnyk
Computer simulation of structural defects in GaP monocrystals
Modern methods of computer simulation allow calculating the creation energy of lattice defects and
their changes caused by external factors. We use the molecular dynamics method to study main
parameters of radiation defects in GaP: threshold energy of defect formation Ed and the energies
of formation of a vacancy, a double vacancy, vacancy cavities, penetrating atoms, and antistructural
defects. Values of threshold shift energies of P and Ga atoms are obtained from experimental data
obtained on electron-irradiated crystals, namely: changes of the initial velocity of carrier removal
(dn/dΦ)Φ→0 and a decrease of the emission intensity of a bound exciton. The obtained values of Ed
correlate with the results of the computing modeling.
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №3
|