Олег Дмитриевич Козенков, кандидат физико-математических наук, доцент
кафедра физики и химии
394064; ул. Старых Большевиков, д. 54 А; Воронеж
Oleg D. Kozenkov, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor
Department of Physics and Chemistry
394064; 54 A Starykh Bolshevikov Str.; Voronezh
Николай Михайлович Игнатенко, доктор физико-математических наук, профессор
кафедра нанотехнологий, общей и прикладной физики
305040; ул. 50 лет Октября, д. 94; Курск
Nikolay M. Ignatenko, Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor
Department of Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics
305040; 94 50 Let Oktyabrya Str.; Kursk
Владимир Геннадьевич Санников, кандидат физико-математических наук, доцент
кафедра физики
394006; ул. 20-летия Октября, д. 84; Воронеж
Vladimir G. Sannikov, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics) Associate Professor
Department of Physics
394006; 20 Let Oktyabrya Str. 84; Voronezh
Яна Александровна Болдырева, кандидат физико-математических наук, доцент
кафедра физики и химии
394064; ул. Старых Большевиков, д. 54 А; Воронеж
Yana A. Boldyreva, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor
Department of Physics and Chemistry
394064; 54 A Starykh Bolshevikov Str.; Voronezh
Игорь Валерьевич Сычев, кандидат физико-математических наук, доцент
кафедра физики и радиоэлектроники
394065; пр-т Патриотов, д. 53; Воронеж
Igor V. Sychev, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor
Department of Physics and Radio Electronics
394065; 3 Patriotov Ave.; Voronezh
Анатолий Александрович Лукин, кандидат физико-математических наук, доцент
кафедра социально-гуманитарных, естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин
394026; ул. Урицкого, д. 75 А; Воронеж
Anatoly A. Lukin, Candidate of Sciences (Physics and Mathematics), Associate Professor
Department Social and Humanitarian, Natural Science and General Professional Disciplines
394026; 75 A Uritsky Str.; Voronezh
Цель – анализ явления радиальной периодической неустойчивости, возникающей при росте нитевидных кристаллов кремния, в рамках модельных представлений о ростовых процессах, сопровождающих формирование нитевидного кристалла, при протекании химической реакции на межфазной границе газ – расплав, приводящей к его росту.
Методы. Газофазное осаждение в открытой системе SiCl4 + H2. Математическое моделирование процесса выделения кремния при росте нитевидных кристаллов с учетом реакции травления металла на межфазной границе газ – расплав на вершине кристалла.
Результаты. В рамках модели роста наноразмерных нитевидных кристаллов, контролируемого химической реакцией выделения кремния на границе газ – расплав, рассмотрен баланс потоков гетерогенной реакции выделения кремния и травления металла из капли расплава на вершине кристалла. Наличие в газовой фазе химического соединения металла приводит к зависимости потока травления от температуры, которая имеет максимум в отрицательной области. При росте нитевидного кристалла на подложке ограниченного размера рассмотрена зависимость температуры системы кристалл – подложка от величины потоков кристаллизующегося вещества и металла. На растущем участке кривой, зависимости потока травления металла от температуры, с ростом температуры системы кристалл – подложка в результате выделения кристаллизационного тепла, приток металла в каплю расплава на вершине кристалла сменяется его травлением и сопровождается снижением температуры системы, что приводит к развитию колебательного процесса – периодическому изменению радиуса кристалла со временем.
Заключение. Получена система кинетических уравнений, объясняющая возникновение радиальной периодической неустойчивости нитевидных кристаллов. Численная оценка, проведенная с использованием полученной системы кинетических уравнений, подтвердила возможность развития радиальной периодической неустойчивости нитевидных кристаллов.
The purpose – paper analyzes the phenomenon of radial periodic instability that occurs during the growth of silicon whiskers using model representations of the growth processes that accompany the formation of whiskers during a chemical reaction at the gas-melt interface that leads to its growth.
Methods. Gas phase deposition in an open SiCl4 + H2system. Mathematical modeling of the silicon separation process during the growth of filamentous crystals, taking into account the metal etching reaction at the gas-melt interface at the crystal tip.
Results. Within the framework of the model of growth of nanowhiskers controlled by the chemical reaction of silicon separation at the gas-melt interface, the balance of the flows of the heterogeneous reaction of silicon separation and etching of metal from the melt drop at the crystal top is considered. The presence of a chemical metal compound in the gas phase leads to a dependence of the etching flow on the temperature, which has a maximum in the negative region. With the growth of a filamentous crystal on a substrate of limited size, the dependence of the temperature of the crystal-substrate system on the magnitude of the crystallizing matter and metal fluxes is considered. In the growing section of the curve, the dependence of the metal etching flux on temperature increases, as the temperature increases as a result of heating during crystallization, the influx of metal into the melt drop at the top of the crystal is replaced by etching and a drop in temperature, which leads to the development of an oscillatory process, a periodic change in the radius of the crystal over time.
Conclusion. A system of kinetic equations has been obtained that explains the occurrence of radial periodic instability in filamentous crystals. A numerical evaluation conducted using the obtained system of kinetic equations confirmed the possibility of developing radial periodic instability in filamentous crystals.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.