Динамическая модель процессов формирования трехмерных кластеров в кремнии

Можаев, Алексей Владиславович

Динамическая модель процессов формирования трехмерных кластеров в кремнии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Можаев, Алексей Владиславович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ярославль МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Динамическая модель процессов формирования трехмерных кластеров в кремнии»

Автореферат диссертации на тему "Динамическая модель процессов формирования трехмерных кластеров в кремнии"

На правах рукописи

Можаев Алексей Владиславович

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ КЛАСТЕРОВ В КРЕМНИИ

Специальность 01.04.10 - Физика полупроводников

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Ярославль - 2010

- 2 ПРЧ 7010

004615053

Работа выполнена на кафедре теоретической физики ГОУ ВПО "Ярославский государственный университет им. П.Г, Демидова".

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, доцент Проказников Александр Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дрейзин Валерий Элезарович; доктор физико-математических наук, доцент Бачурин Владимир Иванович

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии Наук Физико-технологический институт РАН

Защита состоится 9 декабря 2010 г. в 15:00 па заседании специализированного диссертационного совета Д 212.105.04 при Юго-западном государственном университете по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮЗГУ.

Автореферат разослан 3 ноября 2010 г. Размещён на сайте www.kurskstu.ru 3 ноября 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние десятилетия ведётся множество научных и технических разработок, связанных с объектами микро- и наномасштаба, в частности, значительно возрос интерес к исследованиям структур с пониженной размерностью, проявляющих ряд необычных свойств, которые не были присущи исходному материалу. Наиболее часто используемые методы получения структуры с пониженной размерностью основываются на электрохимическом травлении полупроводника в режиме порообразования [1, 2] или в его химической обработке в специальных составах. Оба метода приводят к формированию в полупроводнике пористого пространства, которое состоит из объектов микро- и наномасштаба в виде кластеров различной формы и разных размеров. Подобная модификация пространственно-структурных характеристик материала приводит к существенным изменениям его физико-химических свойств. Одним из наиболее широко используемых материалов такого типа является пористый кремний, он служит основой для изучения широкого спектра перспективных для практического использования эффектов. Пористый кремний является хорошим модельным объектом дая исследования фото- и электролюминесценции при комнатных температурах, дая изучения свойств фотонных кристаллов, для исследования квантово-размерных эффектов и фрактальных явлений. Этот материал, сформированный на основе базового материала современной электропики, обладает рядом оригинальных свойств и считается перспективным для микроэлектроники [3]. Люминесцентные свойства ПК открывают перспективу создания на основе кремниевой технологии оптоэлектронных приборов. Благодаря развитой поверхности пористый кремний окисляется с высокой скоростью по всему объёму, что позволяет получать толстые изоляционные слои с хорошими характеристиками [4]. Окисленный пористый кремний имеет высокий коэффициент преломления света и может использоваться при создании "встроенных" в кремний световодов [5]. Высокая "прозрачность" пористого кремния для различных примесей во время диффузионных и окислительных процессов делает его перспективным для легирования глубоких слоев [6] или геттерирования подвижных металлических примесей [7], что позволяет в целом удешевить технологию изготовления полупроводниковых приборов и повысить их качество. Развитая, химически активная поверхность пористого кремния позволяет рассматривать его в качестве адсорбционной матрицы для микросенсоров [8]. Структуры на основе пористого кремния можно использовать в качестве газового сенсора, в качестве LED (Light Emitted Diode), оптоволокна, фотонного кристалла и линз в рентгеновском диапазоне [9].

Несмотря на большое количество экспериментальных работ, число которых

насчитывает более тысячи, к настоящему времени отсутствует исчерпывающая теория формирования, в частности, пористых кластеров [1]. Не разработаны также детальные представления о механизмах формирования кластеров. Все это делает необходимым развитие теоретических подходов к описанию процессов формирования пористых кластеров в указанной системе.

Цель диссертационной работы заключалась в построении компьютерной модели для исследования динамики процесса порообразования и характеристик образующихся структур микро- и наномасштабов в полупроводниковых кристаллах кремния при взаимодействии с фтор-содержащими реагентами с учётом мпогоста-дийности процесса и его локализации в различных местах кристалла (на поверхности и в объёме кристалла).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Построение трёхмерной математической модели физико-химических процессов формирования пор внутри полупроводниковых кристаллов кремния при электрохимическом травлении с учётом процессов, протекающих на поверхности кристалла кремния, а именно, адсорбции атомов фтора на поверхности и изменения их зарядового состояния, а также стадии предварительного окисления кремния и последующей реакции электрохимического растворения с образовал нием пор.

2. Разработка компьютерной программы, эффективно реализующей математическую модель процесса порообразования и предоставляющей пользователю следующие средства:

a) визуализация процессов, происходящих на поверхности математической модели кремниевой пластины;

b) визуализация процессов, протекающих внутри кристалла кремния;

c) отображение распределения электрического потенциала внутри кристалла кремния;

(1) оценка средней глубины пор, объёма структуры, площади поверхности кластера, а также фрактальной, корреляционной и массовой фрактальной размерностей получаемых пористых структур;

е) возможность исследования влияния приложенного электрического напряжения, освещённости и температуры на динамику процесса порообразования и на характеристики получаемых пор.

Научная новизна.

1. Исследованы закономерности процесса формирования трехмерных пористых кластеров различной фрактальной размерности в полупроводниковых кристаллах кремния при его электрохимическом травлении в растворах плавиковой кислоты с помощью методов математического моделирования за счет воздействия электрического тока, освещения и температуры.

2. Представлено решение задачи расчета пространственного распределения электрического потенциала в ограниченном пространстве при хаотически меняющейся границе, базирующееся на разработанном эффективном алгоритме.

3. С помощью математического моделирования доказана возможность получения пористой структуры кремния с заданными характеристиками пор.

Практическая значимость работы состоит в следующем;

1. С помощью созданной системы математического моделирования появляется возможность исследования влияния на процесс порообразования ряда параметр ров, с помощью которых можно управлять технологическим процессом.

2. С помощью разработанной компьютерной модели расчета потенциала может быть решен более общий класс задач с хаотически изменяющейся со временем разделяющей границей между жидкой средой (электролитом) и полупроводниковым кристаллом кремния, на которой электрический потенциал имеет постоянное значение.

3. Разработанная система математического моделирования позволяет наглядно отображать динамику процесса порообразования с оценкой характеристик получаемых пор.

4. При дальнейшем развитии математической модели возможно получение рекомендаций по оптимизации технологических параметров процесса порообразования для получения заданных характеристик пористой структуры.

5. Разработан алгоритм динамического расчета фрактальной, корреляционной и массовой фрактальной размерностей трехмерных кластеров, который позволяет анализировать характер изменения даппых размерностей в процессе развития кластера.

Работа выполнялась в рамках программы "Развитие научного потенциала высшей школы" (проект 2.1.1/466), а также поддержана, гос. контрактами Роснауки N 02.552.11.7068, N 02.516.11.6201. Результаты исследований используются а Ярославском филиале Физико-технологического института Российской Академии Наук (ЯФ ФТИ РАН), в Ярославском государственном университете им П.Г. Демидова, а также могут найти применение в учреждениях, связанных с разработкой современных технологий для создания электронной техники.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Построена модель процесса формирования пористых кластеров в полупроводниковых кристаллах кремния, учитывающая анизотропию кристаътов, изо энергетические поверхности дырок (в сферическом приближении), адсорбционные процессы на границе, участие реагентов в химических реакциях, изменение распределения электрического потенциала со временем в ходе роста кластеров, а также доставку заряженных компонентов из глубины кристалла к поверхности.

2. Разработан эффективный алгоритм расчёта динамически меняющегося электрического потенциального поля внутри полупроводникового кристалла кремния, позволяющий на основе принципа суперпозиции электрического поля перейти от полномасштабных вычислений к локальным, что существенно повышает производительность вычислений.

3. Создана система визуализации процессов порообразования, позволяющая отображать двумерные и трехмерные динамические процессы формирования пористых кластеров в системе раствор электролита - полупроводник, включающая отображение вертикальных и горизонтальных срезов модели, а также трёхмерное отображение динамического моделирования, имитирующее вращение ракурса отображаемой структуры.

Апробация работы. Основные положения и результата работы докладывались на международных конференциях: IX международная научно-практическая конференция "Современные информационные и электронные технологии" (Одесса. 2008), V международная конференция и IV школа молодых учёных и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе (Черноголовка, 2008), XXI международная научная конференция "Математические методы в технике и технологиях" (Саратов, 2008), V международный междисциплинарный симпозиум

"Прикладная синергетика в нанотехнологиях" (Москва, 2008); а также на расширенном семинаре "Компьютерное моделирование актуальных задач" (Таруса, 2009).

Публикации. По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 11 работ, в том числе 7 статей, 3 из которых опубликованы в центральных печатных изданиях из списка ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 104 наименования. Основная часть работы изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 8 таблиц и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследований, формулируется цель работы, кратко излагаются основные решаемые задачи и полученные результаты, включая научную и практическую значимость работы, выдвигаются научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведено описание процесса порообразования в кремнии при его электрохимическом травлении в растворах плавиковой кислоты и описано устройство электролитической ячейки, в которой происходит процесс травлепия. Приведены экспериментальные результаты, положенные в основу компьютерной модели: характеристики четырёх морфологических типов пористых кластеров и вольт-амперная характеристика (ВАХ) процесса травления, а также указана зависимость между положением рабочей точки на ВАХ и морфологическим типом получаемой пористой структуры. Представлены уравнения модельных химических реакций, лежащих в основе процесса травления (см. [1, 2, 3, 10] и ссылки в них), и описан принцип моделирования данных реакций, использованный в настоящей работе.

В этой же главе рассмотрена форма и расположение элементарных активных ячеек. Описано строение кристалла кремния, учтен тот факт, что по своим макроскопическим свойствам кристалл кремния обладает кубической симметрией [11]. Обсуждается сферическое (изотропное) приближение изоэнергетических зон дырок в кремнии, описана ориентация плоскостей элементарных модельных ячеек в случае кристалла кремния с ориентацией (100), (110) и (111).

В первой главе описана проблема согласования процессов, протекающих на разных масштабах. Показано, что, функция, связанная с вероятностью прыжка случайно блуждающей частицы в соседнее состояние, инварианта на разных масшта-

бах. Также показано, как можно определить масштабное преобразование электрического заряда я таким образом, чтобы оставалась неизменной сила Кулона для различных масштабов при указанном масштабном преобразовании координат. В этом случае инвариантным относительно подобных масштабных преобразований остается электрический потенциал. В диссертации также показана инвариантность уравнения ФоккерагПланка относительно масштабных преобразований расстояния, времени и заряда. Сделан вывод о том, что для разработки адекватной физической модели, пригодной для различных масштабов, можно использовать перемасштабированные величины. При этом ряд фундаментальных формул и величин останутся инвариантными на различных масштабах.

Далее в работе изложено исследование статистических характеристик кластеров пор. Сделан вывод о том, что с ростом приложенного потенциала дисперсия распределения пор по глубине кремния убывает, что соответствует более однородному формированию кластеров вследствие их меньшего ветвления.

Во второй главе описываются основные элемепты моделирования, вводятся базовые обозначения, описывается модель процессов, происходящих на поверхности кремниевой пластины, на которой моделируются два независимых процесса: блуждание заряженных и незаряженных молекул электролита, которые могут адсорбироваться на поверхности кремния, и второй процесс - окисление поверхности кремния.

Далее в главе приводится общее описание двух моделей процессов, происходящих внутри кремния, формулируется понятие порообразования и условие зарождения поры в приложении к рассматриваемой модели. Первая модель представляет собой трёхмерный вероятностный клеточный автомат. Моделирование диффузионных процессов с помощью клеточных автоматов рассматривалось, например, в работах [12, 13], а в работе [14] описаны способы повышения производительности таких моделей с помощью использования асинхронных алгоритмов. Во второй модели внутренних процессов рассчитываются потенциальное поле и заряженные частицы, блуждающие в этом поле. При этом рассматриваются частицы двух видов - положительно заряженные (дырки) и отрицательно заряженные (ионы фтора). Движение обоих видов частиц создаёт электрический ток, сила которого зависит от заданной разности потенциалов и вычисляется по ВАХ, которая получается па основании физического эксперимента для кремния п-типа.

Движение дырок и ионов фтора происходит в потенциальном поле, которое изменяется вместе с ростом кластера пор. Таким образом, при моделировании процесса порообразования приходится решать две задачи: рассчитывать потенциал в ограниченном пространстве и рассчитывать движение блуждающих в потенциаль-

ном поле заряженных частиц (при этом взаимное влияние блуждающих заряженных частиц друг на друга не учитывается). Математически задача расчёта потенциала и случайных блужданий с дрейфом связана с диффузией во внешнем потенциальном поле. Подобные задачи рассматривались, например, в работах |15, 16, 17, 18, 19], однако полученные результаты не позволяют применить их к задаче расчёта потенциала в ограниченном пространстве с динамической дискретной границей постоянного потенциала в связи с отсутствием аналитического представления этой границы и изменением её во времени. Данная задача составляла предмет исследования настоящей работы. Также в этой главе поставлена и решена самосогласованная заг дача расчёта блуждания заряженных частиц внутри кремния с учетом изменения внешней границы. Моделирование осуществлялось с использованием тактов времени (шагов моделирования), а также было принято допущение, что в пределах одного такта потенциальное поле внутри кремния остаётся постоянным, что означает медленное движение границы постоянного потенциала по сравнению с характерными скоростями блуждания частицы. После изменения границы постоянного потенциала конфигурация поля пересчитывается.

Следующая часть главы посвящена расчёту динамически меняющегося потенциала. Рассмотрены два способа решения проблемы, для чего ставилась непрерывная краевая задача для уравнения Пуассона: Дф = —4пр. Краевая задача может быть решена численно, что требует значительного объёма оперативной памяти и не подходит для большинства современных компьютеров. По этой причине задача расчёта потенциала решалась в рамках абсолютно иного подхода. Благодаря принципу суперпозиции можно отслеживать только изменения потенциала, а не пересчитывать его полностью. Данный способ расчёта потенциала не требователен к компьютерных! ресурсам и поэтому вполне применим для расчёта потенциала на большинстве персональных компьютеров современного поколения.

В конце главы приводятся результаты моделирования, а также методика расчёта числовых характеристик кластера по его фотографии. Был разработан алгоритм, трансформирующий фотографию скола кластера в монохромное изображение, для которого вычислялась фрактальная размерность. Обработанные фотографии кластеров пор, а также вычисленные фрактальные размерности были сопоставлены с модельными кластерами и их размерностями.

В третьей главе описан ряд задач, решение которых необходимо для построения адекватной математической модели процесса порообразования.

Для числовой оценки характера получаемых пор были использованы фрактальная, корреляционная и массовая фрактальная размерности. Фрактальная раз-

мерность вычислялась согласно общепринятой формуле (см., например, [20]): D0 = limr_,0 ^, где s - диаметр шаров, которыми покрывается структура; N(e) - минимальное количество шаров с диаметром е, необходимых дая покрытия измеряемой структуры.

Корреляционная размерность вычислялась согласно общепринятой формуле [20] : D2 — lime_,o i гДе - вероятность того, что два произвольных элемента пористой структуры находятся друг от друга на расстоянии не большем, чем е.

Массовая фрактальная размерность вычислялась по формуле [21]:

1пЛ/(е)

Дп = 1™ —¡— 1 £-►0 In е

где М(е) - масса (объём) части фрактала, находящейся внутри области П£, а качестве которой был взят верхний слой пластинки кремния толщиной е.

Был разработан алгоритм динамического расчёта фрактальных размерностей, который учитывает состояние модели и фрактальную размерность на предыдущем шаге моделирования и позволяет рассчитать текущую фрактальную размерность исходя из произошедших в структуре изменений, что существенно сокращает вычисления. Это позволило определять данные размерности по ходу процесса моделирования, а также дало возможность провести анализ динамики изменения размерностей получаемых пористых кластеров, который показал, что фрактальная, корреляционная и массовая фрактальная размерности, как правило, монотонно увеличиваются с ростом кластера. Это свидетельствует о топологическом усложнении кластера и вертикальной направленности его роста. При достижении границ модели корреляционная размерность достигает насыщения, в то время как две других размерности продолжают монотонно возрастать.

Так же был проведён анализ зависимости размерностей полученных пористых кластеров от внешнего напряжения. Анализ показал, что фрактальная и корреляционная размерности убывают с увеличением приложенного напряжения в диапазоне от 1 до 100 вольт. Этот факт свидетельствует о том, что при меньшем напряжении получаются более сложные, разветвлённые структуры. В то же время массовая фрактальная размерность, как правило, убывает на промежутке от 1 до S вольт и возрастает на промежутке от 5 до 100 вольт, что указывает на то, что при низких (порядка 1-3 вольт) и высоких (порядка 10-100 вольт) напряжениях получаются кластеры более однородные по глубине, нежели кластеры, полученные при средних напряжениях (порядка 3-10 вольт). Среди 79 проанализированных кластеров фрактальная, корреляционная и массовая фрактальная размерности принимали значения от 1.38 до 2.16, от 1.70 до 2.29 и от 0.17 до 0.73 соответственнно. Таблицы с результами исследования представлены в приложении к диссертации.

г - у чу «■

Рис. 1. Двумерная модель размера 1280 х 720. На рисунке отображены образовавшиеся поры, а также эквипотенциальные линии электрического поля.

Далее в главе следует описание различных способов отображения текущего состояния трехмерной модели. В первую очередь рассматривается отображение вертикальных и горизонтальных срезов модели, на которых отображаются поры, блуждающие заряженные частицы, а также эквипотенциальные линии электрического поля (см. рисунок 1).

Рис. 2: Двумерная кластерная структура 1-го типа, полученная компьютерным моделированием (слева). Поперечный скол экспериментально полученной структуры пористого кремния, сформированной путём электрохимического травления кремниевой пластины в растворах плавиковой кислоты (справа) [22, 23].

В данной главе также описан принцип работы и реализация использованного в работе быстрого менеджера памяти для объектов фиксированного размера. Его использование позволяет значительно ускорить работу программы моделирования за счёт более эффективного использования динамически распределяемой памяти компьютера. Это позволяет проводить моделирование микро и нано-процессов на настольных компьютерах, не используя мощные кластерные системы. Данный менеджер памяти был протестирован на трёх операционных системах: Windows ХР, GNU/Linux Debian Etch и Solaris 10. Результаты тестирования представлены в ра^ боте виде таблиц, а в приложениях приведён исходный код специализированного менеджера памяти и тестовой программы на языке С++.

Кластерные структуры, полученные моделированием физической системы с учётом распределения электрического потенциала, а также типичные структуры,

Рис. 3: Трёхмерные кластерные структуры, полученные компьютерным моделированием (сверху). Фотографии экспериментально полученных структур пористого кремния, сформированных путём электрохимического травления кремниевой пластины в растворах плавиковой кислоты (снизу) [22, 23].

получаемые при электрохимическом травлении кремния в растворе плавиковой кислоты, представлены на рисунках 2, 3 (см. также [22, 23, 24]).

В заключении приведены основные выводы по диссертационной работе, которые являются обобщением результатов, полученных в каждой главе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан и реализован в качестве пакета компьютерных программ алгоритм трехмерных процессов формирования пористых кластеров в полупроводниковых кристаллах кремния, учитывающий процессы на границе, участие реагентов в химических реакциях, изменение внутреннего потенциала со временем в ходе роста кластеров, а также доставку заряженных компонентов из глубины кристалла. Данная компьютерная модель позволяет лучше уяснить динамику формирования пор, визуально отобразить процесс формирования их структуры и наиболее интересные динамические объекты моделирования, проанализировать зависимость характера пористой структуры от параметров процесса порообразования, а также позволяет проанализировать численные характеристики кластеров, такие как средняя глубина пор, объём структуры, площадь поверхности кластера, фрактальная, корреляционная и массовая фрактальная размерности.

2. В целях оптимизации числепных расчетов разработан эффективный алгоритм вычисления динамически меняющегося потенциального поля внутри полупроводниковых кристаллов кремния. В основе данного алгоритма лежит принцип суперпозиции электрического поля, который позволяет перейти от полномасштабных вычислений к локальным, тем самым существенно повышая производительность вычислений. Данный алгоритм может быть использован и для решения других задач расчёта потенциального поля, в которых граница постоянного потенциала изменяется со временем, и известно количественное изменение электрического заряда на данной границе. Если граница постоянного потенциала представлена аналитически, то для расчёта потенциала следует решить краевую задачу доя уравнения Пуассона и найти явное представление функции потенциала. В случае, если граница потенциального поля не представлена аналитически и неизвестно количественное изменение заряда на этой границе, то можно воспользоваться полученной в данной работе системой уравнений, которая соответствует численной краевой задаче для уравнения Пуассона.

3. Разработана и реализована графическая система визуализации процесса моделирования, включающая в себя отображение вертикальных и горизонтальных двумерных срезов кремниевой пластины, а также трехмерное отображение динамического процесса моделирования с постоянным вращением камеры. Объектами отображения являются динамически формируемые пористые кластеры, блуждающие внутри кристалла кремния заряженные частицы, а также меняющееся со временем потенциальное поле внутри полупроводника. Данная система может быть использована в компьютерной модели для исследования двумерной или трёхмерной модели динамических процессов любой природы, происходящих в области произвольного поля.

4. Проведённая оценка эффективности работы разработанного пакета программ показала, что использование специализированного менеджера памяти для объектов фиксированного размера связано со спецификой различных операционных систем. Компьютерное моделирование ускоряется в операционной системе Windows ХР в 16 раз, в операционной системе Solaris 10 - в 14 раз и в операционной системе GNU/Linux Debian Etch - в 4 раза. Выявленные различия также показывают разницу в эффективности работы системных менеджеров памяти в указанных операционных системах. Данные результаты могут быть использованы для разработки эффективных компьютерных программ, оперирующих большим количеством объектов фиксированного размера. Полученные оценки производительности помогут в выборе папболее эффективной операционной си-

стемы для разработки нового программного обеспечения.

5. Разработан алгоритм динамического расчёта фрактальных размерностей трехмерных пористых структур. Проанализированы размерности 79 трехмерных кластеров, полученных с помощью компьютерного моделирования при внешнем напряжении от 1 до 100 В: фрактальная размерность принимала значения от 1.38 до 2.16, корреляционная размерность - от 1.70 до 2.29, а массовая фрактальная размерность - от 0.17 до 0.73. Фрактальная и корреляциопная размерности убывают с увеличением приложенного напряжения, что свидетельствует о том, что при меньшем напряжении получаются более сложные, разветвлённые структуры. В то же время массовая фрактальная размерность, как правило, убывает на промежутке от 1 до 5 В и возрастает на промежутке от 5 до 100 В, что указывает на то, что при низких (порядка 1-3 В) и высоких (порядка 10-100 В) напряжениях получаются кластеры более однородные по глубине, нежели кластеры, полученные при средних напряжениях (порядка 3-10 В).

Список цитированной литературы

[1] Smith, R.L. Porous silicon formation mechanisms / R.L. Smith, S.P. Collins // J. Appl. Phys. - 1992. - V. 71, No. 8. - PP. R1-R22.

[2] John, Y.C. Porous silicon: theoretical studies / У.С. John, V.A. Singh // Physics Reports. - 1995. - V. 263. - PP. 93-151.

[3] Kochergin, V. Porous Semiconductors - Optical Properties and Applications / V. Kochergin, H. Foell - Springer-Verlag, London, 2009. - 207 p.

[4] Unagami, J. Oxidation of porous silicon and properties of its oxide film / J. Unagami Ц Jpn. J. Appl. Phys. - 1980. - V. 19. No. 2. - PP. 231-241.

[5] Joubert, P. Porous silicon micromachining to position optical fibres in silicon integrated optical circuits / P. Joubert, M. Guendouz, N. Pedrono, J. Charrier // Journal of Porous Materials. - 2000. - V. 7, Nos. 1-3. - PP. 227-231.

[6] Бондаренко, В. П. Новые области применения пористого кремния в полупроводниковой электронике / В. П. Бондаренко, В.Е. Борисенко, J1.H. Глипенко, В.А. Рай ко /1 Зарубежная электронная техника. - 1989. - №9, С. 55-84.

[7] Бондаренко, В. П. Перераспределение золота в монокремнии на границе с пористым кремнием при секундном отжиге некогерентным светом / В. П. Бондаренко, В.Е. Борисенко, Л.В. Горская // ЖТФ. - 1984. - Т. 54, №10. - С. 2021-2026.

[8] Демидович, Г.Б. Газочувствительный диод Шоттки на пористом кремнии / Г.Б. Демидович, С.Н. Козлов, А.П. Гребенкин // Электронная техника, серия 3 "Микроэлектроника". - 1980. - №3. - С. 25-31.

[9] Fauchet, P.M. Porous silicon physics and device applications / P.M. Fauchet, J. Von Behren, K.D. Hirschman, L. Tsybeskov, S.P. Duttagupta //A status report. - 1998. - V. 165.

- PP. 3-13.

[10] Foell, H. A New View of Silicon Electrochemistry / H. Foell, J. Carstensen, M. Christcphersen, G. Hasse // Physica Status Solidi (a). - 2000. - V. 182. - PP. 7-16.

[11] Анселъм, А.И. Введение в теорию полупроводников / А.И. Апселъм - СПб: Лань, 2008. - 624 с.

[12] Малинецкий, Г. Г. Моделирование диффузионных процессов с помощью клеточных автоматов с окрестностью Марголуса /Г.Г. Малинецкий, М.Е. Степанцов II Журнал вычислительной математики и математической физики. - 1998. -Т. 38, №6. - С. 1017-1020.

[13] Тоффоли, Г. Машины клеточных автоматов / Г. Тоффоли, Н. Маргол5/с-М.:Мир, 1991. - 280 с.

[14] Левченко, В.Д. Асинхронные параллельные алгоритмы как способ достижения 100% эффективности вычислений / В.Д. Левченко // Будущее вычислительной математики. - М.: УРСС, 2004. - С. 1-25.

[15] Полянин, А.Д. Точные решения нелинейных систем уравнений диффузии pear тирующих сред и математической биологии / А.Д. Полянин // Доклады РАН.

- 2004. - Т. 400, №5. - С. 1-7.

[16] Bassler, К.Е. Hurst exponents, Markov processes, and nonlinear diffusion equations / K.E. Bassler, E. Kevin, G.H. Gunaratne, H. Gemunu andJ.L. McCauley, L. Joseph 11 Munich Personal RePEc Archive (MPRA). - 2005. - Paper No. 2152. - 23 p. -URL: http://mpra.ub.uni-muenchen.de/2152/

[17] Boon, J. P. Nonlinear diffusion from Einstein's master equation / J.P. Boon, J.F. Lutsko // Europhysics Letters (EPL). - 2007. - V. 80, No. 6, 60006 - PP. 1-4.

[18] Weiser, M. Pointwise Nonlinear Scaling for Reaction-Diffusion-Equations / M. Weiser Ц ZIB-Report. - 2007. - V. 7, No. 45. - 19 p.

[19] Nachaoui, A. Iterative solution of the drift-diffusion equations / A. Nachaoui // Numerical Algorithms. - 1999. - V. 21. Nos. 1-4. - PP. 323-341.

[20] Кузнецов, С.П. Динамический хаос / С.П Кузнецов - М.: Физматлит, 2001. -296 с.

[21] Russ, J. С. Fractal Surfaces / J.С. Russ - Plenum Press, N.-Y. and London, 1994. -309 p.

[22] Можаев, A.B. Динамическая модель формирования трехмерных кластеров / A.B. Можаев, Э.Ю. Бунин, A.B. Проказников // Письма в ЖТФ. - 2008. -Т. 34, №10. - С. 53-60.

[23] Можаев, A.B. Трехмерное моделирование динамических процессов формирования микрокластеров в кристаллической матрице / A.B. Можаев, Э.Ю. Бунин, A.B. Проказников // ЖТФ. - 2009. - Т. 79, №3. - С. 1-7.

[24] Aravamudhan, S. Porous silicon templates for electrodeposition of nanostructures / S. Aravamudhan, K. Luongo, P. Poddar, H. Srikanth, S. Bhansali j/ Appl. Physics A. - 2007. - V. 87, No. 4. - PP. 773-780.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Можаев, A.B. Трехмерное моделирование динамических процессов формирования микрокластеров в кристаллической матрице / A.B. Можаев, Э.Ю. Бунин, A.B. Проказников // ЖТФ. - 2009. - Т. 79, №3. - С. 1-7.

2. Можаев, A.B. Компьютерное моделирование процессов формирования микрокластеров на основе масштабной инвариантности случайных блужданий / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Микроэлектроника. - 2009. - Т. 38, №4. -С. 323-330.

3. Можаев, A.B. Динамическая модель формирования трехмерных кластеров / A.B. Можаев, Э.Ю. Бунин, A.B. Проказников // Письма в ЖТФ. - 2008. -Т. 34, №10. - С. 53-60.

4. Можаев, A.B. Расчёт потенциала в моделях кластерного роста / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Вычислительные методы и программирование. - 2009. -Т. 10 - С. 24-27.

5. Можаев, A.B. Компьютерное моделирование формирования кластеров на основе масштабной инвариантности случайных блужданий / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Сборник трудов V международного междисциплинарного симпозиума "Прикладная синергетика в нанотехнологиях" (ФиПС-08), 17-20 ноября 2008 г. - Москва, 2008 - С. 204-208.

6. Можаев, A.B. Динамическая трёхмерная модель формирования микрокластеров в кристаллической матрице / A.B. Можаев, Э.Ю. Бунин, A.B. Проказ-нихоа Ц Труды ФТИАН. Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника. М.: Наука - 2008. - С. 185-192.

7. Можаев, A.B. Динамические модели трехмерных стохастических процессов в задачах современной микроэлектроники / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Сборник трудов XXI международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-21), 27-31 мая 2008 г. - Саратов, 2008 - Т. 7. - С. 262-264.

8. Проказников, A.B. Трехмерное моделирование динамических стохастических процессов в задачах микроэлектроники / A.B. Проказников, A.B. Можаев, М.И. Маковий-чук // Труды девятой международной научно-практической конференции, "Современные информационные и электронные технологии" (СИЭТ-2008), 19-23 мая 2008 г. - Одесса, 2008. - Т. 2 - С. 168.

9. Можаев, A.B. Компьютерное моделирование роста трехмерных кластероз, интегрированных в матрицу / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Тезисы докладов V Международной конференции и IV школы молодых учёных и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "Кремний-2008", 1-4 июля 2008 г. - Черноголовка, 2008. - С. 57.

10. Можаев, A.B. Динамическая дискретная трёхмерная модель формирования кластеров с нестационарными граничными условиями / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Вестник ЯрГУ, серия "Физика". - Ярославль, 2008 - №9(1). - С. 1923.

11. Можаев, A.B. Динамическая дискретная трёхмерная модель порообразования в кремнии / A.B. Можаев, A.B. Проказников, В.В. Тимофеев // Исследовано в России. Электронный многопредметный научный журнал. - 2006. - Т. 9. -С. 687-694. - URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/069.pdf.

Печ.л.1. Заказ 1374. Тираж 100. Отпечатано в типографии Ярославского государственного технического университета г. Ярославль, ул. Советская, 14 а, тел. 30-56-63.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Можаев, Алексей Владиславович

Введение

1 Постановка задачи

1.1 Разработка модели порообразования на основе физических закономерностей процесса.

1.2 Форма и расположение элементарных активных ячеек .'

1.3 Масштабная инвариантность случайных блужданий

2 Модель порообразования

2.1 Формализация процесса порообразования.

2.2 Модель процессов, происходящих на поверхности кремния

2.3 Две альтернативные модели процессов, происходящих внутри кремния.

2.3.1 Общая часть для обеих моделей.

2.3.2 Первая модель - клеточный автомат.

2.3.3 Вторая модель - блуждание частиц в потенциальном поле.

2.4 Расчёт потенциала в ограниченном пространстве.

2.5 Результаты моделирования, расчёт числовых характеристик кластера по его фотографии

3 Алгоритмы

3.1 Вычисление размерности пористой структуры.

3.1.1 Фрактальная размерность

3.1.2 Корреляционная размерность.

3.1.3 Массовая фрактальная размерность.

3.1.4 Нахождение прямой среднеквадратичного приближения множества точек.

3.1.5 Динамика изменения фрактальных размерностей и их зависимость от внешнего напряжения.

3.2 Графическое отображение модели.

3.2.1 Отображение сечений.

3.2.2 Отображение электрического поля.

3.3 Быстрый менеджер памяти для объектов фиксированного размера.

Благодарности

Введение диссертация по физике, на тему "Динамическая модель процессов формирования трехмерных кластеров в кремнии"

В последнее время значительно возрос интерес к исследованиям структур с пониженной размерностью, проявляющих ряд необычных свойств, которыми не обладал исходный полупроводниковый кристалл. Простейшими возможностями создания такого материала с пониженной размерностью являются электрохимическое травление полупроводника в режиме порообразования или его химическая обработка в специальных составах, приводящие к формированию пористого пространства, которое включает в себя объекты квантовых размеров [1, 2, 3]. Подобная модификация пространственно-структурных характеристик приводит к существенным изменениям физико-химических свойств исходного материала [4, 5, б, 7]. При плазмохимическом травлении в определённых режимах и составах, содержащих фтористые соединения, происходит структурирование кремния в виде массива изолированных "игольчатых" объектов на поверхности, то есть также имеет место тенденция к понижению размерности. Одним из наиболее ярких и широко распространённых материалов такого типа является пористый кремний (ПК), который служит основой для изучения широкого спектра новых, перспективных для практического использования эффектов [4, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]. Пористый кремний является хорошим модельным объектом для исследования фото- и электролюминесценции при комнатных температурах, квантово-размерных эффектов, фрактальных явлений. Этот материал, сформированный на основе базового материала современной электроники, обладает рядом оригинальных свойств и считается перспективным для микроэлектроники [1]. Люминесцентные свойства пористого кремния [16] открывают перспективу создания на основе кремниевой технологии оптоэлектронных приборов [17, 18, 19]. Благодаря развитой поверхности пористый кремний окисляется с высокой скоростью по всему объёму, что позволяет получать толстые изоляционные слои с хорошими характеристиками [20]. Окисленный пористый кремний имеет высокий коэффициент преломления света и может использоваться при создании "встроенных" в кремний световодов [21, 22]. Высокая "прозрачность" пористого кремния для различных примесей во время диффузионных и окислительных процессов делает его перспективным для легирования глубоких слоев [23] или генерирования подвижных металлических примесей [24], что позволяет в целом удешевить технологию изготовления полупроводниковых приборов и повысить их качество. Развитая, химически активная поверхность пористого кремния позволяет рассматривать его в качестве адсорбционной матрицы для микросенсоров [25, 26]. Структуры на основе пористого кремния можно использовать в качестве газового сенсора, в качестве детектора электромагнитного излучения [27, 28], в качестве светоизлучающего диода [29, 30], оптоволокна, оптического фильтра [31, 32], фотонного кристалла [33, 34, 35, 36] и линз в рентгеновском диапазоне [4].

Формирование пористого пространства сложной топологии по сути создает новый интересный объект, в котором теснейшим образом переплетаются различные классы явлений как физической, так и химической природы. Поверхностные и объёмные свойства такого вещества становятся трудно разделимыми. Исследование закономерностей отклика системы электролит/полупроводник на разных масштабах и для различных компонентов позволяет пролить свет на природу явления порообразования. Важным классом проблем, решение которых позволит получать вещества с заданными характеристиками, является исследование корреляций между структурными особенностями пористого кремния и его физическими свойствами. Фрактальные свойства сформированных пористых пространств обуславливают сложное поведение оптических и электрофизических характеристик структур на основе пористого кремния. Возможность формирования пористых структур с регулярным распределением пор различной правильной формы в поперечном сечении позволяет достаточно легко создавать фотонные кристаллы, то есть объекты для трансформации излучения.

Электрохимическое травление кремния во фтор-содержащих средах, наряду с эпитаксией и литографией входит в арсенал методов современной микроэлектроники, позволяющих формировать объекты с пониженной размерностью. Базовый элемент электроники - кремний, подвергнутый анодной обработке в растворах плавиковой кислоты, модифицируется в широкий класс веществ с пониженной размерностью, обозначаемых общим названием - пористый кремний. Разновидности пористого кремния, составляющие новый класс веществ, обладают различными физико-химическими свойствами: фото- и электролюминесценцией, адсорбционной чувствительностью, свойствами фотонных кристаллов и т.д. Наличие фото- и электролюминесцентных свойств связано напрямую с понижением размерности исходного полупроводникового кристалла. Адсорбционная чувствительность обусловлена тем фактом, что пористые тела хорошо адсорбируют вещества из окружающей среды благодаря развитой поверхности. Формирование сверхрешёток пор позволяет создавать фотонные кристаллы, которые могут быть использованы в оптических цепях, аналогично обычным электронным цепям. Это позволяет управлять потоками света, что может найти применение в современных информационных технологиях. Перспективным является включение пористого кремния в технологии создания практически бездислокационных структур на пористом кремнии, устойчивых'к воздействию радиации и используемых при создании электронных приборов нового поколения, в частности, радиационно-стойких, быстродействующих интетральных схем. Создание массивов квазинульмерных объектов при формировании пористого кремния является результатом самоорганизации, приводящей к образованию множества квантовых точек. Исследование систем, состоящих из квантовых точек, вызывает значительный интерес, благодаря их использованию для создания миниатюрных квантовых оптических генераторов (лазеров). Приближение к пределам миниатюризации классических микроэлектронных приборов усиливает интерес к устройствам, способным обеспечить дальнейший прогресс электроники. Одним из возможных путей такого прогресса является разработка и создание систем, в которых контролируется перемещение определённого количества электронов, вплоть до одного электрона. Создание так называемых одноэлектронных приборов открывает заманчивые перспективы цифровой одноэлектроники, в которой бит информации будет представлен одним электроном.

Компьютерное моделирование процессов порообразования осуществлялось, например, в работах [37, 38, 39], а также в цикле работ [40, 41, 42, 43]. Подробный обзор современных техник и средств компьютерного моделирования, которые могут быть использованы при разработке модели диффузионных процессов, дан в работе [44].

В настоящей работе на основе теории вероятностных клеточных автоматов и стохастических блужданий построена компьютерная модель формирования трехмерных кластеров в полупроводниковых кристаллах кремния при взаимодействии с растворами плавиковой кислоты. В основу модели положено представление взаимодействующих компонентов исследуемой системы в виде активных ячеек конечного размера, состояние которых меняется в зависимости от окружения. Универсальность модели базируется на том, что в её основу положен алгоритм случайных блужданий, который инвариантен относительно масштабных преобразований пространственных координат и времени. Выводы теоретической модели подтверждаются сравнением полученных результатов с реальными структурами и оценками их фрактальных размерностей.

В данной работе используется модель случайного блуждания частиц в электростатическом потенциале. Подобные задачи стохастического блуждания в различного вида потенциалах привлекают внимание исследователей ввиду распространённости подобных явлений. Диффузия (случайное блуждание) в ассиметричных периодических потенциалах типа "stochastic ratchets" привлекает внимание ввиду того, что движение в подобных потенциалах создает направленное движение частиц, причём частицы с разной массой движутся по-разному [45]. Подобные процессы встречаются в биологических объектах и в процессах микроэлектроники [7, 45, 46].

Основные положения и результаты работы докладывались на международных конференциях [47, 48, 49, 50]. По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 11 работ, в том числе 7 статей [51, 52, 53, 54, 55, 56, 57], 3 из которых опубликованы в центральных печатных изданиях из списка ВАК [51, 52, 53].

Цель диссертационной работы заключалась в построении компьютерной модели для исследования динамики процесса порообразования и характеристик образующихся структур микро- и наномасштабов в полупроводниковых кристаллах кремния при взаимодействии с фтор-содержащими реагентами с учётом многостадийности процесса и его локализации в различных местах кристалла (на поверхности и в объёме кристалла).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

2. Разработка компьютерной программы, эффективно реализующей математическую модель процесса порообразования и предоставляющей пользователю следующие средства: a) визуализация процессов, происходящих на поверхности математической модели кремниевой пластины; b) визуализация процессов, протекающих внутри кристалла кремния; с) отображение распределения электрического потенциала внутри кристалла кремния; с!) оценка средней глубины пор, объёма структуры, площади поверхности кластера, а также фрактальной, корреляционной и массовой фрактальной размерностей получаемых пористых структур; е) возможность исследования влияния приложенного электрического напряжения, освещённости и температуры на динамику процесса порообразования и на характеристики получаемых пор.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1*. Исследованы закономерности процесса формирования трехмерных пористых кластеров различной фрактальной размерности в полупроводниковых кристаллах кремния при его электрохимическом травлении в растворах плавиковой кислоты с помощью методов математического моделирования за счет воздействия электрического тока, освещения и температуры.

Научно-практическая значимость работы состоит в следующем:

1. С помощью созданной системы математического моделирования появляется возможность исследования влияния на процесс порообразования ряда параметров, с помощью которых можно управлять технологическим процессом.

5. Разработан алгоритм динамического расчета фрактальной, корреляционной и массовой фрактальной размерностей трехмерных кластеров, который позволяет анализировать характер изменения данных размерностей в процессе развития кластера.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Построена модель процесса формирования пористых кластеров в полупроводниковых кристаллах кремния, учитывающая анизотро пию кристаллов, изоэнергетические поверхности дырок (в сферическом приближении), адсорбционные процессы на границе, участие реагентов в химических реакциях, изменение распределения электрического потенциала со временем в ходе роста кластеров, а также доставку заряженных компонентов из глубины кристалла к поверхности.

Работа выполнялась в рамках программы "Развитие научного потенциала высшей школы" (проект 2.1.1/466), а также поддержана гос. контрактами Роснауки N 02.552.11.7068, N 02.516.11.6201. Результаты исследований используются в Ярославском филиале Физико-технологического института Российской Академии Наук (ЯФ ФТИ РАН), в Ярославском государственном университете им П.Г. Демидова, а также могут найти применение в учреждениях, связанных с разработкой современных технологий для создания электронной техники.

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Заключение

Таким образом, в представленной работе разработан и реализован в виде пакета компьютерных программ алгоритм трехмерных процессов формирования пористых кластеров в полупроводниковых кристаллах кремния, учитывающий процессы на границе, участие реагентов в химических реакциях, изменение внутреннего потенциала со временем в ходе роста кластеров, а также доставку заряженных компонентов из глубины кристалла. Данная компьютерная модель позволяет понять специфику процессов, приводящих к образованию пористых кластеров внутри кристаллов кремния: она даёт возможность визуально отобразить наиболее интересные динамические объекты моделирования, проанализировать зависимость характера пористой структуры от параметров процесса порообразования, а также позволяет проанализировать численные характеристики кластеров, такие как средняя глубина пор, площадь поверхности и объём кластера, фрактальная, корреляционная и массовая фрактальная размерности.

В целях оптимизации численных расчетов разработан эффективный алгоритм вычисления динамически меняющегося потенциального поля внутри полупроводниковых кристаллов кремния. В основе данного алгоритма лежит принцип суперпозиции электрического поля, который позволяет перейти от полномасштабных вычислений к локальным, тем самым существенно повышая производительность вычислительной системы. Данный алгоритм может быть использован для расчёта потенциального поля в компьютерных моделях, в которых граница постоянного потенциала изменяется со временем, и известно количественное изменение электрического заряда на данной границе. Если граница постоянного потенциала представлена аналитически, то для расчёта потенциала следует решить краевую задачу для уравнения Пуассона и найти явное представление функции потенциала. В случае, если граница потенциального поля не представлена аналитически и не известно количественное изменение заряда на этой границе, то можно воспользоваться полученной в данной работе системой уравнений, которая соответствует численной краевой задаче для уравнения Пуассона.

Разработана и реализована графическая система визуализации процесса моделирования, включающая в себя отображение вертикальных и горизонтальных двумерных срезов кремниевой пластины, а также трехмерное отображение динамического процесса моделирования с постоянным вращением камеры. Объектами отображения являются динамически формируемые пористые кластеры, блуждающие внутри кристалла кремния заряженные частицы, а также меняющееся со временем потенциальное поле внутри полупроводника. Данная система может быть использована в компьютерной модели для исследования двумерной или трёхмерной модели динамических процессов любой природы, происходящих в области произвольного поля.

Проведённая оценка эффективности работы разработанного пакета программ показала, что использование специализированного менеджера памяти для объектов фиксированного размера связано со спецификой различных операционных систем. Решение тестовой задачи ускоряется в операционной системе Windows ХР в 16 раз, в операционной системе Solaris 10 - в 14 раз и в операционной системе GNU/Linux Debian Etch -в 4 раза. Выявленные различия также показывают разницу в эффективности работы системных менеджеров памяти в указанных операционных системах. Данные результаты могут быть использованы для разработки эффективных компьютерных программ, оперирующих большим количеством объектов фиксированного размера. Полученные оценки производительности могут помочь в выборе наиболее эффективной операционной системы для разработки нового программного обеспечения.

Разработан эффективный алгоритм динамического расчёта фрактальных размерностей трехмерных пористых структур. Проанализированы размерности 79 трехмерных кластеров, полученных при различных параметрах модели: фрактальная размерность принимала значения от 1.38 до 2.16, корреляционная размерность - от 1.70 до 2.29, а массовая фрактальная размерность - от 0.17 до 0.73.

Результаты настоящих исследований могут быть полезными при решении фундаментальных проблем, связанных с изучением физических свойств наноматериалов, а также могут быть использованы в современных информационных технологиях при разработке эффективных алгоритмов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Можаев, Алексей Владиславович, Ярославль

1. Kochergin, V. Porous Semiconductors - Optical Properties and Applications / V. Kochergin, H. Foell - Springer-Verlag, London, 2009. - 207 p.

2. Foell, H. A New View of Silicon Electrochemistry / H. Foell, J. Carstensen, M. Christophersen, G. Hasse // Physica Status Solidi (a). 2000. - V. 182. - PP. 7-16.

3. Anderson, R.C. Chemical surface modification of porous silicon / R.C. Anderson, R.S. Muller, C.W. Tobias // J. Electrochem. Soc.1993. V. 140, No. 5. - PP. 1393-1396.

4. Fauchet, P.M. Porous silicon physics and device applications: A status report / P.M. Fauchet, J. Von Behren, K.D. Hirschman, L. Tsybeskov, S.P. Duttagupta // Physica Status Solidi (a). 1998. - V. 165, No. 1. -PP. 3-13.

5. Аверкиев, H.C. Дрейфовая подвижность носителей заряда в пористом кремнии / И.С. Аверкиев, Л.П. Казакова, Э.А. Лебедев, H.H. Смирнов // Физика и техника полупроводников. 2001. - Т. 35, №5. - С. 609-611.

6. Лаптев, А.Н. Автоколебательные процессы в структурах на основе пористого кремния / А.Н. Лаптев, A.B. Проказников, H.A. Рудь // Письма в ЖТФ. 2000. - Т. 26, №23. - С. 47-54.

7. Nallet, P. Interface characterization in electrodeposited Cu-Co multilayers / P. Nallet, E. Chassaing, M.G. Walls, M.J. Hytch // J. Appl. Phys. 1996. - V. 79, No. 9. - PP. 6884-6889.

8. Bisi, 0. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based electronics / 0. Bisi, S. Osicini, L. Pavesi // Surf. Sci. Reports. 2000.• V. 38. - PP. 1-126.

9. Carstensen, J. Mapping of defect related silicon bulk and surface properties with the ELYMAT technique / J. Carstensen, W. Lippik, H. Foil // Semiconductor Silicon/1994, ECS Proc. 1994. - V. 94, No. 10. - PP. 1105-1122.

10. Benson, T.M. Progress towards achieving integrated circuit functionality using porous silicon optoelectronic components / T.M. Benson, H.F. Arrand, P. Sewell et al. // Materials Science and Engineering: B. 2000. - V. 69-70. - PP. 92-99.

11. Angelucci, R. Permeated porous silicon suspended membrane as sub-ppm benzene sensor for air quality monitoring / R. Angelucci, A. Poggi, L. Dori et al. // Journal of Porous Materials. 2000. - V. 7, Nos. 1-3. -PP. 197-200.

12. Imai, K. A new dielectric isolation method using porous silicon / K. Imai // Solid State Electronics. 1981. - V. 24, No. 2. - PP. 159-164.

13. Lehmann, V. A new capacitor technology based on porous silicon / V. Lehmann, W. Honlein, H. Reisinger et a,I. // Solid State Technology 1995. - V. 38, No. 11. - PP. 99-102.

14. Kleinmann, P. Formation of wide and deep pores in silicon by electrochemical etching / P. Kleinmann, J. Linnros, S. Petersson // Mater. Sci. Eng. B 2000. - V. 69-70. - PP. 29-33.

15. Miiller, F. Structuring of macroporous silicon for applications as photonic crystals / F. Miiller, A. Birner, U. Gosele et al. // Journal of Porous Materials. 2000. - V. 7, Nos. 1-3. - PP. 201-204.

16. Dubin, V.M. Preparation and characterization of surface-modified luminescent porous silicon / V.M. Dubin, C. Vieillard, F. Ozanam, J.-N. Chazalviel // Phys. Status Solidi B. 1995. - V. 190, No. 1. -PP. 47-52.

17. Hunkel, D. Integrated photometer with porous silicon interference filters / D. Hunkel, M. Marso, R. Butz et al. // Materials Science and Engineering: B. 2000. - V. 69-70. - PP. 100-103.

18. Setzu, S. Optical properties of multilayered porous silicon / S. Setzu, p. Ferrand, R. Romestain // Materials Science and Engineering: B. -2000. V. 69-70. - PP. 34-42.

19. Steinem, C. DNA hybridization-enhanced porous silicon corrosion: mechanistic investigation and prospect for optical interferometric biosensing / C. Steinem, A. Janshoff, V.S.-Y. Lin et al. // Tetrahedron.- 2004. V. 60, No. 49. - PP. 11259-11267.

20. Unagami, J. Oxidation of porous silicon and properties of its oxide film / J. Unagami // Jpn. J. Appl. Phys. 1980. - V. 19. No. 2. - PP. 231-241.

21. Martn-Palma R.J. Development and characterization of porous silicon based photodiodes / R.J. Martn-Palma, R. Guerrero-Lemus, J.D. Moreno et al. // Materials Science and Engineering: B. 2000.- V. 69-70. PP. 87-91.

22. Joubert, P. Porous silicon micromachining to position optical fibres in silicon integrated optical circuits / P. Joubert, M. Guendouz, N. Pedrono, J. Charrier // Journal of Porous Materials. 2000. - V. 7, Nos. 1-3. - PP. 227-231.

23. Бопдаренко, В. П. Новые области применения пористого кремния в полупроводниковой электронике / В.П. Бондаренко, В.Е. Борисенко, JI.H. Глиненко, В.А. Райко // Зарубежная электронная техника. -1989. №9, С. 55-84.

24. Бондаренко, В. П. Перераспределение золота в монокремнии на границе с пористым кремнием при секундном отжиге некогерентным светом / В.П. Бондаренко, В.Е. Борисенко, Л.В. Горская // ЖТФ, 1984. - Т. 54, №10. - С. 2021-2026.

25. Демидович, Г. Б. Газочувствительный диод Шоттки на пористом кремнии / Г.Б. Демидович, С.Н. Козлов, А. П. Гребенкин // Электронная техника, серия 3 "Микроэлектроника". 1980. - №3. - С. 2531.

26. Вопаппо, L.M. Steric crowding effects on target detection in an affinity biosensor / L.M. Bonanno, L.A. DeLouise // Langmuir. 2007. - V. 23, No. 10. - PP. 5817-5823.

27. Archer, M. Macroporous silicon electrical sensor for DNA hybridization detection / M. Archer, M. Christopher sen, P.M. Fauchet // Biomedical Microdevices. 2004. - V. 6, No. 3 - PP. 203-211.

28. Ашмонтас, С. Детекторы сверхвысокочастотного электромагнитного излучения из пористого кремния / С. Ашмонтас, И. Градаускас, В. Загадский и др. // Письма в ЖТФ. 2006. - Т. 32, №14. - С. 8-14.

29. Lazarouk, S. Optical characterization of reverse biased porous silicon light emitting diode / S. Lazarouk, S. Katsouba, A. Tomlinson et al. // Materials Science and Engineering: B. 2000. - V. 69-70. - PP. 114-117.

30. Ossicini, S. Light emitting silicon for microphotonics / S. Ossicini, L. Pavesi, F. Priolo Springer, Berlin, 2003. - 282 p.

31. Lehrnann, V. Optical shortpass filters based on macroporous silicon / V. Lehmann, R. Stengl, H. Reisinger et al. // Appl. Phys. Lett. 2001.- V. 78, No. 5. PP. 589-591.

32. Avrutsky, I. Optical filtering by leaky guided modes in macroporous silicon / I. Avrutsky, V. Kochergin // Appl. Phys. Lett. 2003. - V. 82, No. 21 - PP. 3590-3592.

33. Griming, U. Macroporous silicon with a complete two-dimensional photonic band gap centered at 5 um / U. Grûning, V. Lehmann, S. Ottow, K. Busch // Appl. Phys. Lett. 1996. - V. 68, No. 6. -PP. 747-749.

34. Wehrspohn, R.B. Electrochemically-prepared 2D and 3D photonic crystals / R.B. Wehrspohn, J. Schilling, J. Choi, Y. Luo et al. // Photonic crystals: advances in design, fabrication, and characterization- Wiley-VCH, Weinheim, 2004. PP. 63-84.

35. Matthias, S. Large-area three-dimensional structuring by electrochemical etching and lithography / S. Matthias, F. Millier, C. Jamois et al. // Adv. Mater. 2004. - V. 16, Nos. 23-24 -PP. 2166-2170.

36. Xie, M. Silicon nanocrystals to enable silicon photonics invited paper / M. Xie, Z. Yuan, B. Qian, L. Pavesi 11 Chin. Opt. Lett. 2009. - V. 7, No. 4 - PP. 319-324.

37. Hong, Y. Interfacial dynamics and formation of porous structures / Y. Hong, H. Xiao // J. Appl. Phys. 1993. - V. 73, No. 9. - PP. 43244331.

38. Kobayashi, T. Boundary effect cluster growth in computer simulation / T. Kobayashi, K. Fukumura // Proceedings of the 17th International

39. Conference "Noise and fluctuations", ICNF-2003, Prague. 2003. -PP. 175-178.

40. Daccord, G. Chemical dissolution of a porous medium by a reactive fluid / G. Daccord // Phys. Rev. Lett. 1987. - V. 58. No. 5. - PP. 479-482.

41. Каплий, С.А. Формирование кластеров в детерминированных и стохастических полях / С.А. Каплий, А.В. Проказников, Н.А. Рудъ // ЖТФ. 2004. - Т. 74, №5. - С. 6-11.

42. Каплий, С.А. Кластеризация стохастически блуждающих частиц в потенциальных полях / С.А. Каплий, А.В. Проказников, Н.А. Рудъ // Известия ВУЗов. Физика. 2004. - №6. - С. 31-38.

43. Hartmann, А.К. A practical guide to computer simulations / А.К. Hartmann, H. Rieger Germany: University of Gottingen, 2006. -69 p.

44. Никитин, А.П. Влияние массы частиц на поведение "stochastic ratchets" / А.П. Никитин, Д.Э. Постное // Письма в ЖТФ. 1998. - Т. 24, №2. - С. 47-53.

45. Куликов, Д. В. Компьютерное моделирование вертикального роста подповерхностных напокластеров кобальта в золоте / Д.В. Куликов, О. Курносиков, М. Сико, Ю.В. Трушин // Письма в ЖТФ. 2009. - Т. 35, №2. - С. 8-14.

46. Можаев, A.B. Трехмерное моделирование динамических процессов формирования микрокластеров в кристаллической матрице /

47. A.B. Mooicaee, Э.Ю. Бунин, A.B. Проказников // ЖТФ. 2009. -Т. 79, №3. - С. 1-7.

48. Можаев, A.B. Динамическая модель формирования трехмерных кластеров /A.B. Можаев, Э.Ю. Бунин, A.B. Проказников // Письма в ЖТФ. 2008. - Т. 34, №10. - С. 53-60.

49. Можаев, A.B. Компьютерное моделирование процессов формирования микрокластеров на основе масштабной инвариантности случайных блужданий / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Микроэлектроника. 2009. - Т. 38, т. - С. 323-330.

50. Можаев, A.B. Динамическая дискретная трёхмерная модель порообразования в кремнии / A.B. Можаев, A.B. Проказников,

51. B.В. Тимофеев // Исследовано в России. Электронный многопредметный научный журнал. 2006. - Т. 9. - С. 687-694. -URL: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/069.pdf.

52. Можаев, A.B. Динамическая дискретная трехмерная модель формирования кластеров с нестационарными граничными условиями / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Вестник ЯрГУ, серия "Физика". Ярославль, 2008 - №9(1). - С. 19-23.

53. Можаев, A.B. Расчёт потенциала в моделях кластерного роста / A.B. Можаев, A.B. Проказников // Вычислительные методы и программирование. 2009. - Т. 10, т. - С. 24-27.

54. Можаев, A.B. Динамическая трехмерная модель формирования микрокластеров в кристаллической матрице / A.B. Mooicaee, Э.Ю. Бунин, A.B. Проказников // Труды ФТИАН. Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника. М.: Наука 2008. - Т. 201. C. 185-192.

55. Бунин, Э.Ю. Закономерности образования пор различной морфологии / Э.Ю. Бунин, А.В. Проказников // Микроэлектроника. 1998.- Т. 27, №2. С. 107-113.

56. Бунин, Э.Ю. Управление морфологией пористого кремния п-типа / Э.Ю. Бунин, А.В. Проказников // Письма в ЖТФ. 1997. - Т. 23, №6. - С. 80-84.

57. Бунин, Э.Ю. Формирование пористого кремния различных морфо-логий / Э.Ю. Бунин, А.В. Проказников, А.Б. Чурилов // Вторая Российская Конференция по Физике Полупроводников (РКФП'96), 26 февраля-1 марта. Зеленогорск, 1996. - Т. 2. - С. 201.

58. Федер, Е. Фракталы / Е. Федер М.: Мир, 1991. - 254 с.

59. Горячев, Д.Н. Формирование толстых слоев пористого кремния при недостаточной концентрации неосновных носителей / Д.Н. Горлнев, Л.В. Беляков, О.М. Сресели // Физика и техника полупроводников.- 2004. Т. 38, №6. - С. 739-744.

60. Lehmann, К. Electrochemistry of Silicon / V. Lehmann Wiley-VCH, Weinheim, 2002. - 296 p.

61. Zhang, X. G. Electrochemistry of silicon and its oxide, Kluwer Academic / X.G. Zhang Plenum Publishers, New York, 2001. - 522 p.

62. Smith, R.L. Porous silicon formation mechanisms / R.L. Smith, S.P. Collins // J. Appl. Phys. 1992. - V. 71, No. 8. - PP. R1-R22.

63. John, Y.C. Porous silicon: theoretical studies / Y.C. John, V.A. Singh // Physics Reports. 1995. - V. 263. - PP. 93-151.

64. Ансельм, А.И. Введение в теорию полупроводников / А.И. Анселъм- СПб: Лань, 2008. 624 с.

65. Шалимова, К. В. Физика полупроводников / К. В. Шалимова -М.: Энергоатомиздат, 1985. 392 с.

66. Buchin, Е. Yu. Synchronization effects of microscopic regions during silicon anodization in HF solutions / E. Yu. Buchin, A.V. Prokazriikov 11 Physics of Low-Dimensional Structures. 2003. - V. 7-8. - PP. 69-76.

67. Wilson, M. Oscillating chemistry explains complex, self-assembled crystal aggregates / M. Wilson // Physics Today. 2009. - V. 62. No. 3.- PP. 17-18.

68. Хокни, P. Численное моделирование методом частиц / Р. Хокни, Дж. Иствуд М.: Мир, 1987. - 638 с.

69. Fujita, Н. Hall effect of photoelectrons in cadmium sulfide / H. Fujita, K. Kobayashi, T. Kawai, K. Shiga //J. Phys. Soc. Japan. 1965. -V. 20, No. 1. - PP. 109-122.

70. Гулд, X. Компьютерное моделирование в физике / X. Гулд, Я. То-бочник. М.: Мир, 1990. - 400 с.

71. Пъетронеро, Л. Фракталы в физике / Л. Пьетронеро, Э. Тозатти.- М.: Мир, 1988. 672 с.

72. Smith R.L. A theoretical model of the formation morphologies of porous silicon / Smith R.L., Chuang S.F., Collins S.P. //J. Electr. Mater. -1988. V. 17, No. 6. - PP. 533-541.

73. Chuang, S.F. Preferential propagation of pores during the formation of porous silicon: a transmission electron microscopy study / S.F. Chuang, S.P. Collins, R.L. Smith // Appl. Phys. Lett. 1989. - V. 55, No. 7. -PP. 675-677.

74. Квасников, И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория неравновесных систем. / И.А. Квасников Изд. МГУ, 1987. - 559 с.

75. Исихара, А. Статистическая физика. / А. Исихара М.: Мир, 1973.- 471 с.

76. Ландау, Л.Д. Гидродинамика/ Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц 3-е изд.- М.: Наука, 1986. Т. 6. - 736 с.

77. Кляцкин, В. И. Когерентные явления в стохастических динамических системах / В.И. Кляцкин, Д. Гурарий // УФН. 1999. - Т. 169, №2. - С. 171-207.

78. Каплий, С.А. Дискретная модель адсорбции с тремя состояниями / С.А. Каплий, A.B. Проказников, H.A. Рудъ // Письма в ЖТФ.2004. Т. 30, №14. - С. 46-52.

79. Каплий, С.А. Дискретная модель адсорбции с конечным числом состояний / С.А. Каплий, A.B. Проказников, H.A. Рудь // ЖТФ.2005. Т. 75, №12. - С. 1-9.

80. Ванаг, В. К. Исследование пространственно распределенных динамических систем методами вероятностных клеточных автоматов / В.К. Ванаг // УФН. 1999. - Т. 169, №5. - С. 481-505.

81. Prokaznikov, A. V. Fluorine penetration through the whole silicon wafer during anodization in HF solution /A. V. Prokaznikov, V.B. Svetovoy // Phys. Low-Dim. Structures. 2002. - V. 9/10. - PP. 65-69.

82. Lehmann, V. The physics of macropore formation in low-doped n-type silicon / V. Lehmann // J. Electrochem. Soc. 1993. - V. 140. No. 10.- PP. 2836-2843.

83. Соколов, A.B. Математические модели и алгоритмы оптимального управления динамическими структурами данных: автореф. дис. на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. / A.B. Соколов С.-Петербург, 2006. - 34 с.

84. Шкарупа, Е.В. Оценка погрешности и оптимизация функциональных алгоритмов блуждания по решетке, применяемых при решении задачи Дирихле для уравнения Гельмгольца / Е.В. Шкарупа // Сибирский математический журнал. 2003. - Т. 44, №5. - С. 1163-1182.

85. Малинецкий, Г. Г. Моделирование диффузионных процессов с помощью клеточных автоматов с окрестностью Марголуса /Г.Г. Малинецкий, М.Е. Степанцов // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1998. - Т. 38, №6. - С. 1017-1020.

86. Тоффоли, Г. Машины клеточных автоматов / Г. Тоффоли, П. Мар-голус М.: Мир, 1991. - 280 с.

87. Левченко, В.Д. Асинхронные параллельные алгоритмы как способ достижения 100% эффективности вычислений / В.Д. Левченко // Будущее вычислительной математики. '- М.: УРСС, 2004. С. 1-25.

88. Полянин, АД. Точные решения нелинейных систем уравнений диффузии реагирующих сред и математической биологии / А.Д. Полянин // Доклады РАН. 2004. - Т. 400, №5. - С. 1-7.

89. Boon, J.P. Nonlinear diffusion from Einstein's master equation / J.P. Boon, J.F. Lutsko // Europhysics Letters (EPL). 2007. - V. 80, No. 6, 60006 - PP. 1-4.

90. Weiser, M. Pointwise Nonlinear Scaling for Reaction-Diffusion-Equations / M. Weiser // ZIB-Report. 2007. - V. 7, No. 45. - 19 p.

91. Nachaoui, A. Iterative solution of the drift-diffusion equations / A. Nachaoui // Numerical Algorithms. 1999. - V. 21. Nos. 1-4. -PP. 323-341.

92. Ландау, Л. Д. Краткий курс теоретической физики. Т. 1 / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. М.: Наука, 1969. - 271 с.

93. Тихонов, А.Я. Уравнения математической физики / А.Н. Тихонов, А.А. Самарский 4-е изд. - М.: Наука, 1972. - 735 с.

94. Корн, Г. Справочник по математике / Г. Корн, Т. Корн М.: Наука, 1984. - 831 с.

95. Дотеффрис, Г. Методы математической физики. Выпуск 2 / Г. Доюеффрис, Б. Свирлс М.: Мир, 1970. - 352 с.

96. Aravamudhan, S. Porous silicon templates for electrodeposition of nanostructures / S. Aravamudhan, K. Luongo, P. Poddar, H. Srikanth, S. Bhansali // Appl. Physics A. 2007. - V. 87, No. 4. - PP. 773-780.

97. Кузнецов, С.П. Динамический хаос / С.П Кузнецов М.: Физмат-лит, 2001. - 296 с.

98. Russ, J.C. Fractal Surfaces / J.C. Russ Plenum Press, N.-Y. and London, 1994. - 309 p.