Радиальная периодическая неустойчивость нитевидных кристаллов в модели роста, контролируемого гетерогенной химической реакцией

   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.

1. Антипов С.А., Дрожжин А.И., Рощупкин А.М. Релаксационные явления в нитевидных кристаллах полупроводников. Воронеж: ВГУ, 1987. 192 с.

2. Дрожжин А.И. Преобразователи на нитеных кристаллах P-Si <111> / Воронеж. политехн. ин-т. Воронеж, 1984. Деп. в ВИНИТИ. 29.06.1984. 241 с. № 6606-84.

3. Вагнер Р. Монокристальные волокна и армированные ими материалы / под ред. А.Т. Туманова. М.: Мир, 1973. 464 с.

4. Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. М.: Наука, 1977. 304 с.

5. Небольсин В.А., Щетинин А.А. Рост нитевидных кристаллов. Воронеж: ВГУ, 2003. 620 с.

6. Дубровский В.Г., Цырлин Г.Э., Устинов В.М. Кинетика самопроизвольного формирования структуры ядро-оболочка в нитевидных нанокристаллах (In,Ga)As // Физика и техника полупроводников. 2009. T. 43, № 12. С. 1585–1628.

7. Козенков О.Д., Жукалин Д.А., Бакланов И.О. Модель роста нитевидных кристаллов, контролируемого гетерогенной химической реакцией, с учетом размерного эффекта // Конденсированные среды и межфазные границы. 2019. T. 21, №4. С. 579-589.

8. Козенков О.Д., Сычев И.В., Журавлева Е.В. Модель роста нитевидного кристалла при физическом осаждении из пара // Вестник Воронежского института МВД России. 2019. № 2. С. 101-112.

9. Козенков О.Д., Сычев И.В., Журавлева Е.В. Экспериментальное подтверждение модели роста нитевидного кристалла, лимитируемого гетерогенной химической реакцией // Вестник Воронежского института ФСИН России. 2021. № 2. С. 44-51.

10. Козенков О.Д., Козьяков А.Б., Щетинин А.А. Зависимость скорости роста нитевидного кристалла, лимитируемого гетерогенной химической реакцией, от состава газовой фазы при больших концентрациях тетрахлорида кремния // Известия вузов. Физика. 1986. Т. 29, № 9. С. 115-117.

11. Даринский Б.М., Козенков О.Д., Щетинин А.А. О зависимости скорости роста нитевидных кристаллов от их диаметра // Известия вузов. Физика. 1986. T. 32, № 12. С. 18-22.

12. Козенков О.Д., Щетинин А.А., Косырева Л.Г. Формирование фронта кристаллизации нитевидного кристалла // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7, № 4. С. 31-35.

13. Козенков О.Д., Болдырева Я.А., Санников В.Г. Температурная зависимость скорости роста нитевидного кристалла кремния, контролируемого гетерогенной химической реакцией // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика. 2023. № 4. С. 30-42.

14. Козенков О.Д., Горбунов В.В., Косырева Л.Г. Оценка температуры на вершине конусного нитевидного кристалла в точке перехода к цилиндрическому росту // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2017. Т. 13, № 4. С. 125-130.

15. Козенков О.Д., Бакланов И.О., Сычев И.В. Модель теплового баланса нитевидного кристалла, растущего на толстой подложке // Вестник Воронежского института МВД России. 2021. № 4. С. 34-42.

16. Козенков О.Д., Болдырева Я.А., Санников В.Г. Модель роста, лимитируемого гетерогенной химической реакцией, наноразмерных нитевидных кристаллов кремния, при высокой плотности их расположения на подложке // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика. 2023. № 3. С. 5-17.

17. Козенков О.Д., Сычев И.В., Бакланов И.О. Модель роста, лимитируемого гетерогенной химической реакцией, нитевидных кристаллов кремния при высокой плотности их расположения на подложке // Вестник Воронежского института МВД России. 2024. № 1. С. 60-67.

18. Козенков О.Д. Конусность нитевидного кристалла, обусловленная гетерогенной химической реакцией // Неорганические материалы. 2016. Т. 52, № 3. С. 279-284.

19. Глинка Н.Л. Общая химия. М.: КноРус, 2016. 746 с.

20. Угай Я. А. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 1997. 527 с.

21. Некрасов В.Б. Основы общей химии. М.: Химия, 1993. 255 с.

22. Никольский Б.П. Справочник химика. Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1971. 600 с.

23. Козенков О.Д., Косырева Л.Г. Зависимость скорости роста нитевидного кристалла, лимитируемого гетерогенной химической реакцией, от состава газовой фазы // Неорганические материалы. 2015. Т. 51, № 11. С. 1255–1259.