Статья

Название статьи МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЛЕГИРОВАННЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК КРЕМНИЙ – УГЛЕРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Автор М. Н. Григорьев, Н. К. Плуготаренко, Т. А. Бедная
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 51–74
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-94-104
Аннотация Проведено моделирование процесса роста легированных кремний – углеродных пленок. В основу моделирования была положена модель образования структуры тонких пленок кремний - углеродных соединений фрактальной природы. Для моделирования исследуемых структур использовались: метод Монте-Карло, алгоритм Ванга – Ландау, диффузионно-лимитируемая модель Виттена-Сэндера, модель «кластер-кластерной» агрегации, метод Хошена-Копельмана для определения характеристик перколяционного кластера. Метод Монте – Карло применялся для реализации процесса случайного блуждания, необходимого для образования структуры полученных фракталов из кремний – углеродных соединений. В процессе моделирования также учитывался pH среды. Моделирование структуры проводилось в программной среде MatLab. Используя стандартные средства MatLab, был создан удобный интерфейс для ввода необходимых данных и отображения получаемой структуры, легированных кремний – углеродных пленок. С помощью созданной программы в MatLab были получены структуры с различной размерностью подложки, различным числом частиц в исходной матрице и различным числом частиц легирующего компонента. Основываясь на алгоритме Хошена-Копельмана, был определен момент возникновения перколяционного перехода и установлен порог протекания. Установлена зависимость структуры фрактальных кластеров и зависимость наступления перколяции от pH среды. Выявлено, что при одном и том же количестве частиц фрактальная размерность кластеров больше в идеальных условиях, чем у фрактальных структур полученных моделированием с учетом фактора pH. Определено, что концентрация легирующего компонента 0,2 мольных % достаточна для образования перколяционного кластера. Полученные с помощью моделирования данные можно использовать при проведении процессов легирования кремний – углеродных пленок.

Скачать в PDF

Ключевые слова Кремний – углеродные пленки; метод Монте – Карло; нанокомпозиты; фрактальные кластеры.
Библиографический список 1. Чаплыгин Ю.А. Нанотехнологии в электронике. – М.: Техносфера, 2004. – 448 с.
2. Малинкович М.Д. Структура поверхности нанокомпозитов на основе кремний–углеродной матрицы, выявленная методами сканирующей зондовой микроскопии // Материалы электронной техники. – 2010. – № 1. – С. 41-45.
3. Dorfman V.F. Diamond-like nanocomposites (DLN) // Thin Solid Films. – 1992. – Vol. 212.
– P. 267-273.
4. Ibrahim F., Wilson J.I.B., John P., Fitzgerald A.G., Cook A. Structural analysis of amorphous hydrogenated silicon-carbon thin films from silane/propane mixtures // Journal of Non-Crystalline Solids. – 1994. – Vol. 175, No. 2-3. – P. 195-203.
5. Музафаров А.М, Горбацевич О.Б., Ребров Е.А. и др. Кремнийорганические дендримеры. Объемнорастущие полиаллилкарбосиланы // Высокомолекулярные соединения. – 1993. – Т. 35, № 11. – С. 1867-1872.
6. Шикунов С.Л., Курлов В.Н. Получение композиционных материалов на основе карбида кремния силицированием углеродных матриц // Журнал технической физики. – 2017.
– T. 87, № 12. – С. 1871-1878.
7. Шишов М.А. Самоорганизующиеся слои полианилина и их применение в электронике // Молодой ученый. – 2012. – №11. – С. 4-13.
8. Бахмацкая А.И., Плуготаренко Н.К. Исследование влияния технологических параметров на рост фрактальных структур нанокомпозитных материалов методами математического моделирования // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 8 (169). – С. 175-184.
9. Бахмацкая А.И., Плуготаренко Н.К. Моделирование роста фрактальных структур нанокомпозитных материалов для сенсоров газов // Известия ЮФУ. Технические науки.
– 2014. – № 9 (158). – С. 118-124.
10. Witten T.A., Sander L.M. Diffusion-limited aggregation, a kinetic critical phenomenon // Physical Review Letters. – 1981, – Vol. 47 (19). – P. 1400-1403.
11. Miyazima S., Stanley H.E., Hasegawa Y., Bunde A.A Generalized Diffusion-Limited Aggregation where Aggregate Sites Have a Finite Radical Time // Journal of the Physical Society of Japan. – 1988. – Vol. 57 – № 10. – P. 3376-3380.
12. Moruzzi R.B., de Oliveira A.L., da Conceição F.T., Gregory J., Campos L.C. Fractal dimension of large aggregates under different flocculation conditions // Science of the Total Environment. – 2017. – Vol. 609. – P. 807-814.
13. Song Y., Zheng, Q. Concepts and conflicts in nanoparticles reinforcement to polymers beyond hydrodynamics // Progress in Materials Science. – 2016. – Vol. 84. – P. 1-58.
14. Shilov I.Y. Molecular dynamics simulation of dielectric constant and cluster structure of liquid methanol: The role of cluster-cluster dipole correlations // Molecular Physics. – 2015.
– Vol. 113. – № 6. – P. 570-576.
15. Lyubartsev, A.P., Martsinovski A.A., Shevkunov S.V., Vorontsov-Velyaminov P.N. New approach to Monte Carlo calculation of the free energy: Method of expanded ensembles //
J. Chem. Phys. – 1992. – Vol. 96. – P. 1776-1783.
16. Шефер Д., Кефер К. Структура случайных силикатов: полимеры, коллоиды и пористые твердые тела // Сб. Фракталы в физике. – М.: Мир, 2008. – С. 62-71.
17. Deng Y., Blöte H.W.J. Monte Carlo study of the site-percolation model in two and three dimensions // Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. – 2005.
– Vol. 72, No. 1. – N.A. 016126.
18. Tiggemann D. Simulation of percolation on massively-parallel computers // International Journal of Modern Physics C. – 2001. – Vol. 12, No. 6. – P. 871-878.
19. Поздеев Е.В., Воронова Л.И. Моделирование эффекта перколяции методом многократной маркировки кластеров // Международный журнал: Программные продукты и системы. – 2011. – № 4. – С. 75-79.
20. Shojaee S.A.,Wang Y.Q., Mehner A., Lucca D.A. Microstructural evolution of ion-irradiated sol–gel-derived thin films // Journal of Materials Science. – 2017. – Vol. 52, No. 20.
– P. 12109-12120.

Comments are closed.