Дислокации в тонких пленках

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Дислокации в тонких пленках

Содержание

2. Работа создания дислокации Creation work of dislocation Энергия дислокации равна работе, затраченной на ее создание -
3. Сила, действующая на дислокацию вблизи поверхности Force acting on a dislocation near surface Энергия дислокации вблизи
4. Упругая энергия напряженной тонкой пленки Elastic energy of stressed thin film Энергия на единицу площади Elastic
5. Работа по созданию дислокации в напряженной пленке Creation work for a dislocation in stressed film Поверхность
6. Критическая толщина для формирования дислокаций в напряженной пленке: Critical thickness Representative graphs of Wd(η)=μfb2 and Wm(η)=μfb2
7. Критическая толщина для формирования дислокаций в напряженной пленке Matthews-Blakeslee critical thickness for dislocation formation in a
8. Критическая толщина. Теория Critical thickness with different dislocation cores Normalized critical thickness ln(hcr/b) versus mismatch strain
9. Критическая толщина. Эксперимент Critical thickness. Experiment Experimentally observed critical thickness versus mismatch strain for the SiGe/Si(100)
10. Зависимость критической толщины от кристаллографической ориентации Critical thickness for different crystallographic orientations Разным ориентациям отвечают разные
11. Дислокации несоответствия на гетерогранице Si/SiGe A plan-view, bright-feld transmission electron microscopy (TEM) image of misfit dislocations
12. Критическая толщина для GeSi/Si (001) Critical thickness for GeSi/Si (001) Кристаллография: вектор Бюргерса, плоскости скольжения; Силы,
13. Дислокации несоответствия на гетерогранице GaAs/CdTe Misfit dislocations at GaAs/CdTe interface Atomic resolution transmission electron micrograph of
14. Механизмы формирования дислокаций несоответствия в гетероэпитаксиальных системах Mechanisms of formation of misfit dislocations Зарождение дислокаций на
15. Зарождение дислокаций на поверхности и скольжение к интефейсу Dislocations gliding to the interface
16. Зарождение дислокаций непосредственно на интерфейсе на начальных стадиях роста Dislocations in quantum dots Bright-field cross-sectional TEM
17. Дислокации на гетероэпитаксиальном интерфейсе GaN(0001)/GaAs(111) Cross-sectional bright-field TEM micrographs of a GaAs/GaN hetrostructure. Vertical black arrows
18. Изгиб прорастающих дислокаций Bending of threading dislocations Сила, действующая на дислокацию в напряженной пленке
19. Плотность дислокаций несоответствия Density of misfit dislocations Энергия системы: Приближение среднего поля. Mean field approximation Одновременное
20. Методы понижения плотности дислокаций в структурах Reduction of dislocation density in heterostructures Блокирование движения дислокаций Blocking
21. Сверхрешетка как средство борьбы с прорастающими дислокациями Supelattice as a tool to block dislocations (a) Сверхрешетка
22. Lateral epitaxial overgrowth technique GaN sapphire GaN buffer SiN SiN Advantage: Reduced density of threading dislocations
23. Заключение Conclusion Дислокации могут быть равновесными в напряженных гетероструктурах. Dislocations can be equilibrium defects in heterostructures.
25. Скачать презентацию

Слайд 2

Работа создания дислокации Creation work of dislocation
Энергия дислокации равна работе, затраченной

на ее создание

- принцип Коши (Cauchy priciple)

Slip plane

Слайд 3

Сила, действующая на дислокацию вблизи поверхности Force acting on a dislocation near

surface

Энергия дислокации вблизи поверхности (Energy)

Собственная сила, притягивающая дислокацию к поверхности (Force)

G=1011Pa, b=0.2 nm, ν=0.3, η=20 nm, F=0.02 N/m

Слайд 4

Упругая энергия напряженной тонкой пленки Elastic energy of stressed thin film
Энергия на

единицу площади
Elastic energy

= 1011 (0.01)2 50 10-9 = 0.5J/m2

Работа по созданию дислокации в полоске шириной w=hf: WD= 2.5 10-8J/m2
Dislocation self-energy

Слайд 5

Работа по созданию дислокации в напряженной пленке Creation work for a dislocation

in stressed film

Поверхность surface

Пленка film

Подложка substrate

Сила, действующая на дислокацию в напряженной пленке Force acting on dislocation

Слайд 6

Критическая толщина для формирования дислокаций в напряженной пленке: Critical thickness
Representative graphs

of Wd(η)=μfb2 and Wm(η)=μfb2 versus η/b for a case where the strained film thickness hf is exactly the critical thickness hcr. The dashed curve represents the sum of these two energies, and the dislocation position η = hcr is evidently the only possible equilibrium position in the closed system. For purposes of illustration, the plot is drawn for νf = 0.25, ro = b/2, bz = 0, bx = by and εm = 0.005.

Слайд 7

Критическая толщина для формирования дислокаций в напряженной пленке Matthews-Blakeslee critical thickness

for dislocation formation in a stressed thin film

Matthews-Blakeslee critical thickness

Слайд 8

Критическая толщина. Теория Critical thickness with different dislocation cores
Normalized critical thickness ln(hcr/b)

versus mismatch strain magnitude
εm for three values of core cutoff radius ro = 1/2 b; b; 2b

Слайд 9

Критическая толщина. Эксперимент Critical thickness. Experiment
Experimentally observed critical thickness versus mismatch strain

for the SiGe/Si(100) system is shown as discrete points. The solid curve represents the
predicted critical thickness for this material system and the dashed curve is the predicted condition simplified by retaining only the logarithmic term, both for νf = 0.25 and ro = 1/2 b. Adapted from Houghton (1991).

Слайд 10

Зависимость критической толщины от кристаллографической ориентации Critical thickness for different crystallographic

orientations

Разным ориентациям отвечают разные векторы Бюргерса
Different crystallographic orientations correspond to different Burgers vectors

Слайд 11

Дислокации несоответствия на гетерогранице Si/SiGe
A plan-view, bright-feld transmission electron microscopy (TEM)

image of misfit dislocations within the interface between a 200-nm thick Si0.9Ge0.1 film and a much thicker (001) Si substrate. The dislocations form a crossed-grid pattern which is oriented along two <110> directions on the (001) interface plane. After Fukuda et al. (1988).

Слайд 12

Критическая толщина для GeSi/Si (001) Critical thickness for GeSi/Si (001)
Кристаллография:
вектор Бюргерса,

плоскости скольжения;
Силы, дествующие на дислокацию

Слайд 13

Дислокации несоответствия на гетерогранице GaAs/CdTe Misfit dislocations at GaAs/CdTe interface
Atomic resolution transmission

electron micrograph of an interface between CdTe and GaAs where the misfit strain is relaxed by the introduction of edge dislocations. The letters ‘S' and ‘F' refer to ‘start' and ‘finish' for the Burgers
circuit around the dislocation. The bright white spots correspond to atomic positions and the fuzzy white clusters at the interface correspond to the cores of the dislocations. After Schwartzman and Sinclair (1991).

Слайд 14

Механизмы формирования дислокаций несоответствия в гетероэпитаксиальных системах Mechanisms of formation of misfit

dislocations

Зарождение дислокаций на поверхности и скольжение к интефейсу. Nucleation at growth surface and gliding to the interface
Зарождение дислокаций непосредственно на интерфейсе на начальных стадиях роста. Direct formation at the interface during initial stage of growth
Изгиб дислокаций, прорастающих из подложки. Bending of threading dislocations

Слайд 15

Зарождение дислокаций на поверхности и скольжение к интефейсу Dislocations gliding to

the interface

Слайд 16

Зарождение дислокаций непосредственно на интерфейсе на начальных стадиях роста Dislocations in quantum

dots

Bright-field cross-sectional TEM images (Zou et al. 2002) showing Ge island on Si: (a) coherent; (b) incoherent.

Слайд 17

Дислокации на гетероэпитаксиальном интерфейсе GaN(0001)/GaAs(111)
Cross-sectional bright-field TEM micrographs of a GaAs/GaN

hetrostructure. Vertical black arrows show the directions in the zinc blende
and wurtzite lattices. A horizontal black arrow marks the location of the
heterointerface. White arrows indicate nanocavities located in the GaAs
layer near the interface. Chaldyshev et al. 2005

Слайд 18

Изгиб прорастающих дислокаций Bending of threading dislocations
Сила, действующая на дислокацию в напряженной

пленке

Слайд 19

Плотность дислокаций несоответствия Density of misfit dislocations
Энергия системы:
Приближение среднего поля. Mean field

approximation

Одновременное образование системы дислокаций несоответствия.
Thermodynamically preferable.

Последовательное образование дислокаций несоответствия
Consecutive formation

Энергия системы:

Слайд 20

Методы понижения плотности дислокаций в структурах Reduction of dislocation density in heterostructures
Блокирование

движения дислокаций Blocking the dislocation motion
Изгиб дислокаций в плоскость интефейса и вывод на боковые грани кристалла Bending the dislocations into interface
Блокирование источников дислокаций Blocking the dislocation sources

Слайд 21

Сверхрешетка как средство борьбы с прорастающими дислокациями Supelattice as a tool to

block dislocations

(a) Сверхрешетка не препятствует латеральному движению дислокаций
(b) Сверхрешетка препятствует вертикальному движению дислокаций
(c) Сверхрешетка блокирует работу источника дислокаций
(d) Результат работы источника в отсутствии сверхрешетки

Слайд 22

Lateral epitaxial overgrowth technique
GaN
sapphire
GaN buffer
SiN
SiN
Advantage:
Reduced density of threading dislocations
Disadvantage:
Spatial modulation

of material properties:
Dislocation density
Residual strains
Background doping

Desired result

Слайд 23

Заключение Conclusion
Дислокации могут быть равновесными в напряженных гетероструктурах. Dislocations can be equilibrium

defects in heterostructures.
Дислокации в гетероструктурах обеспечивают релаксацию энергии упругой деформации. Dislocations reduce total elastic energy in heterostructures.
Формирование дислокаций несоответствия носит пороговый характер. Formation of dislocations has a threshold.
Механизм формирования дислокаций в гетероструктурах зависит от величины собственных деформаций, характера их распределения, кристаллогеометрии гетероструктуры, наличия источников дислокаций и точечных дефектов. Dislocation formation mechanism depends on eigenstrain value and distribution, crystallography and geometry, presence of dislocation sources and point defects.

Дислокации в тонких пленках

Содержание

Работа создания дислокации Creation work of dislocation Энергия дислокации равна работе, затраченной

Сила, действующая на дислокацию вблизи поверхности Force acting on a dislocation near

Упругая энергия напряженной тонкой пленки Elastic energy of stressed thin filmЭнергия на

Работа по созданию дислокации в напряженной пленке Creation work for a dislocation

Критическая толщина для формирования дислокаций в напряженной пленке: Critical thicknessRepresentative graphs

Критическая толщина для формирования дислокаций в напряженной пленке Matthews-Blakeslee critical thickness

Критическая толщина. Теория Critical thickness with different dislocation coresNormalized critical thickness ln(hcr/b)

Критическая толщина. Эксперимент Critical thickness. ExperimentExperimentally observed critical thickness versus mismatch strain

Зависимость критической толщины от кристаллографической ориентации Critical thickness for different crystallographic

Дислокации несоответствия на гетерогранице Si/SiGeA plan-view, bright-feld transmission electron microscopy (TEM)

Критическая толщина для GeSi/Si (001) Critical thickness for GeSi/Si (001)Кристаллография: вектор Бюргерса,

Дислокации несоответствия на гетерогранице GaAs/CdTe Misfit dislocations at GaAs/CdTe interfaceAtomic resolution transmission