Формирование структуры многокомпонентных твердых растворов замещения в гетеросистемах с резко различающимся ковалентными радиусами

Попов, Александр Иванович

Формирование структуры многокомпонентных твердых растворов замещения в гетеросистемах с резко различающимся ковалентными радиусами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Попов, Александр Иванович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Волгодонск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Формирование структуры многокомпонентных твердых растворов замещения в гетеросистемах с резко различающимся ковалентными радиусами»

Автореферат диссертации на тему "Формирование структуры многокомпонентных твердых растворов замещения в гетеросистемах с резко различающимся ковалентными радиусами"

На правах рукописи

ПОПОВ Александр Иванович

УДК 621.315.592:548.55

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ ЗАМЕЩЕНИЯ В ГЕТЕРОСИСТЕМАХ С РЕЗКО РАЗЛИЧАЮЩИМИСЯ КОВАЛЕНТНЫМИ РАДИУСАМИ

01.04.07 - "Физика конденсированного состояния"

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Ставрополь 2004

Работа выполнена на кафедре физики Волгодонского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Научный руководитель - заслуженный деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук, профессор ЛУНИН Леонид Сергеевич

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

Ведущая организация - Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе РАН, г. Санкт-Петербург.

Зашита состоится "24 " декабря 2004 года в 14 часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.245.06 по физико-математическим наукам при Северо-Кавказском Государственном Техническом Университете по адресу: 355038, г. Ставрополь, проспект Кулакова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевКавГТУ

Автореферат разослан ноября 2004 г.

Ученый секретарь

профессор Алтухов Виктор Иванович

- доктор физико-математических наук, профессор

Резниченко Лариса Андреевна

Диссертационного Совета к ф.-м.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Потребностью современного развития электроники является развитие новых подходов в теории и практике получения кристаллических структур с необходимыми для приборной реализации физическими свойствами. Создание новых конструкционных материалов с наперёд заданными свойствами и характеристиками в твердотельной микроэлектронике зачастую основано на использовании многокомпонентных твёрдых растворов, что обусловливает актуальность их изучения. Повышенные требования, предъявляемые к свойствам новых материалов, в том числе многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов, связаны, в частности, со спецификой их получения и эксплуатации. Указанные материалы интересны в первую очередь тем, что в процессе градиентной жидкофазной кристаллизации таких структур [1] принципиально возможно перманентное управление их составом и, как следствие - распределением упругих напряжений. Поле напряжений, как свидетельствуют работы последнего десятилетия [2,3], может выступать как эффективный фактор, формирующий электронный спектр кристалла; последний же, как известно, определяет оптические, электрофизические и прочие свойства многокомпонентных гетероструктур, значимые с точки зрения их использования в приборах оптоэлектроники и электронной техники в целом.

Проблема изучения многокомпонентных конденсированных систем занимает одно из центральных мест среди широкого круга вопросов, исследуемых в современной физике твёрдого тела. Несмотря на значительные теоретические и экспериментальные достижения в этой области физики, трудности в адекватном описании реальных твёрдых растворов окончательно не преодолены, что обусловлено исключительной сложностью предмета исследования. Одним из возможных путей обхода трудностей в описании реального раствора является

имеет адекватность модели реальному объекту, которая достигается путём учёта наиболее существенных свойств раствора.

Отметим две такие особенности, присущие твёрдым растворам с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов. Первая состоит в том, что вследствие медленности процессов перестройки в данных твёрдых растворах неравновесная конфигурация является для них типичной [4,5]. Другими словами, времена релаксации растворов, как правило, настолько велики, что раствор можно считать неравновесным практически на любом рассматриваемом масштабе времён с момента последнего изменения внешних термодинамических условий. А поскольку эксплуатация материалов сопряжена с постоянными внешними воздействиями на твёрдые растворы, важность учёта этой особенности становится очевидной. Вторая особенность состоит в существовании иерархии времён релаксации [6,7], обусловленная существенными различиями в атомных подвижностях компонентов. Это означает, что в целом неравновесный твёрдый раствор, приближаясь к полному равновесию, на гидродинамической стадии эволюции проходит последовательность состояний, характеризующихся локальными равновесными распределениями более активных компонентов и неравновесными - имеющих меньшую активность. Эти особенности данных твёрдых растворов обусловлены сложным взаимодействием компонентов и сильным различием их ковалентных радиусов.

Для исследований были выбраны соединения также гетеросистема так как анализ структурных изменений в

кристаллизующейся гетеросистеме с большим различием ковалентных радиусов компонентов был бы неполным при рассмотрении соединений только одного класса. В отношении получения и исследования гетеросистем Ga-P-Bi, Pb-Sn-Te в литературе имеется ограниченная информация. Приведённые выше соображения и указанные особенности делают настоящую работу актуальной с научной и практической точки зрения.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование структурных преобразований в ходе кристаллизации твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов; определение теоретических критериев, разграничивающих различные режимы кристаллизации из жидкой фазы в поле температурного градиента; экспериментальное изучение процессов получения эффективной элементной базы приборов оптоэлектроники; разработка технологических рекомендаций для процессов получения приборных структур на основе многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов.

Для реализации поставленной целирешались следующие задачи:

- теоретический анализ фазовых превращений и устойчивости в многокомпонентных гетеросистемах с резко различающимися ковалентными радиусами;

- рассмотрение гидродинамической стадии эволюции многокомпонентного твёрдого раствора с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов к первому квазиравновесному состоянию;

- экспериментальные исследования кинетики роста эпитаксиальных слоев InSbBi, GaPBi, PbSnTe на подложках GaP и PbTe;

- анализ распределения компонентов в слоях многокомпонентных твёрдых растворов

- анализ динамики развития морфологической нестабильности границ растворения и кристаллизации при ЗПГТ в многокомпонентной ростовой системе с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов.

Научная новизна работы

В работе в рамках единого подхода построена феноменологическая теория формирования структуры многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов. При этом впервые в рамках обобщённой решёточной модели с учётом локальных эффектов:

- сформулирован механизм эволюции многокомпонентных твёрдых растворов к квазиравновесным состояниям;

- предложен механизм гидродинамической стадии эволюции химически неравновесных диффундирующих и распадающихся многокомпонентных гетеросистем с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов;

- для гетеросистем InSbBi-InSb, GaPBi-GaP и PbSnTe-PbTe экспериментально обоснована возможность квазилинейного описания структурной динамики перекристаллизации при определённом соотношении между размерами возмущений и характерным масштабом ростовой композиции;

- теоретически исследовано влияние величины упругих напряжений, температуры роста, химического состава твёрдых растворов на положение и размеры областей термодинамической неустойчивости гетероструктур ГпЭЬихВ^ЛпБЬ, СаР^В^ЛЗаР и РЬ8п,.хТех/РЬТе.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Предложенное термодинамическое описание фазовых превращений, основанное на точечной аппроксимации квазихимического приближения регулярных растворов, позволяет определить исходные данные для получения

требуемых составов эпитаксиальных слоев 1п8Ь|_хВ1х/1пЗЬ, СаР^ВЦ/СаР и РЬ8п,.хТех/РЬТе.

2. Полученные замкнутые системы уравнений, описывающих распределение локальных концентраций компонентов в многокомпонентных ростовых средах, на характерных масштабах времён фазовых переходов адекватно описывают эволюцию многокомпонентных гетеросистем с резко различающимися радиусами компонентов через последовательность квазиравновесных состояний к устойчивым структурным формам.

3. Разработанная модель эволюции случайных возмущений в трёхкомпонентной гетерофазной системе позволяет в квазилинейном приближении адекватно описать структурную динамику процесса роста.

4. Выявленные критерии спинодального распада твёрдых растворов с резко различающимися радиусами компонентов с учётом локальных эффектов и микрораспределений компонентов вблизи гетерограниц, рассматриваемые как обобщение модели Пригожина на случай тройных твёрдых растворов, позволяют определять области устойчивости неравновесных гетероструктур с резко различающимися радиусами компонентов.

5. Обогащение жидкой зоны висмутом при кристаллизации в системах и Ga-P-Bi обеспечивает морфологическую стабильность межфазных границ. Аналогичный эффект в гетеросистемах Pb-Sn-Te достигается при преобладании в растворителе свинца, что свидетельствует о стабилизирующей роли компонентов-растворителей с существенно большим, нежели у атомов растворяющихся компонентов, ковалентным радиусом.

6. Вблизи гетерограниц при кристаллизации многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися радиусами компонентов в поле температурного градиента формируются квазиравновесные микрообласти с повышенным содержанием растворителя, причём коэффициенты диффузии основных компонентов внутри указанных областей имеют значения, на один-два порядка меньшие, чем в основном объёме кристалла.

Научная и практическая значимость работы связана с возможностью применения её результатов для расчёта и исследования термодинамических и кинетических свойств квазиравновесных многокомпонентных растворов с резко различающимися радиусами компонентов, что особенно важно для таких областей науки, как твердотельная микроэлектроника, химия, технология, металлургия. В частности, учёт эволюции упругих напряжений и их компенсации является ключевым аспектом в развитии теории формирования структуры многокомпонентных твёрдых растворов.

Использование предложенного подхода в описании эволюции квазиравновесных систем через последовательность фаз с критическими значениями коэффициентов упругости к локально устойчивым состояниям решает проблему выбора малых параметров при применении методов теории возмущений для решения нелинейных уравнений, описывающих эволюцию сильно неоднородных систем. Разработанный метод даёт принципиальную возможность применения теории возмущений по отклонениям химических потенциалов, а также существенно упрощает описание и исследование поведения диффундирующих и распадающихся гетеросистем с резко различающимися радиусами компонентов.

Достоверность теоретических результатов обеспечивается использованием апробированных методов теоретической и математической физики, физической химии, а также строгой обоснованностью приближений и модельных допущений в соответствии с экспериментальными данными. Критерием достоверности служит совпадение предельных случаев с существующими теориями, согласие с результатами других авторов.

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на Международных научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии машиностроения и

современность» - Севастополь, 1997 г., «Прогрессивные технологии и системы машиностроения» - Севастополь, 1998 г., межвузовских научно-технических

конференциях, а также на конференциях, совещаниях, семинарах лаборатории физики полупроводников ВИ ЮРГТУ и кафедры физики ЮРГТУ.

Публикации и вклад автора

По результатам работы опубликовано 9 печатных работ, в которых отражены наиболее важные положения диссертации. Основные результаты работы получены автором самостоятельно.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и выводов. Её содержание изложено на 204 печатных страницах текста, проиллюстрировано 32 рисунками и .17 таблицами. Список литературы включает 201 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулирована цель и выделены основные задачи исследования, представлены научная новизна и практическая значимость работы, изложены основные положения, выносимые на защиту. Дано краткое содержание основных разделов диссертации.

В первой главе приведён обзор литературных данных по процессам, происходящим в твёрдых растворах при нарушении условий фазового и химического равновесия и приводящим к изменению их структуры, имеющих непосредственное отношение к тематике диссертации. К этим процессам можно отнести диффузию и критические явления, такие как разрыв взаимной растворимости в твёрдой фазе, образование неустойчивых компонентных фаз, приводящее, как правило, к их распаду на две сосуществующие твёрдые фазы различного состава, спинодальный распад твёрдых растворов. Кратко рассмотрены общие принципы равновесной термодинамики растворов. Излагаются основные вопросы, касающиеся иерархии времён релаксации в неравновесных конденсированных системах.

Дана краткая характеристика одного из методов градиентной жидкофазной кристаллизации - метода зонной перекристаллизации градиентом температуры, являющегося одним из эпитаксиальных методов получения твёрдых растворов с заданными свойствами, необходимых для приборов полупроводниковой электроники. Перспективность данного способа выращивания кристаллов связана с контролируемостью термодинамического и морфологического состояния межфазных границ, а также концентрации центров рекомбинации, что является важным для оптоэлектронных приборов.

Рассмотрены литературные данные по физико-химическим свойствам твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов, методам их получения и выделены технологические трудности и преимущества, связанные со спецификой данных соединений.

Из обзора литературных источников следуют основные задачи диссертационной работы, сформулированные во введении.

Во второй главе проведен термодинамический анализ фазовых превращений и кинетики в многокомпонентных системах с существенно различающимися радиусами компонентов.

Уравнения, описывающие равновесие твёрдой и жидкой фаз, для тройной системы, состоящей из компонентов А,В,С, в общем случае имеют вид:

где параметры взаимодействия, коэффициенты активности,

мольные концентрации компонентов соответственно.

Используя модель регулярных растворов и квазихимическое приближение парного взаимодействия, получены уравнения для определения коэффициентов активности в жидких трёхкомпонентных растворах:

^л"лс + х1(аАВ + авс)+(\-хА-хв^аАС + хАхв(аАС + авс -аАВ)+ + хв$-хА-хвХалв + аАС~авс)+ППпЬл<1-хА-хя)}-Р1(х,Т)=0;

х2л(ало +алс)+х1ак + ([-хА-хв^авс+хАхв(алс+авс-аАвУ +хлЧ-хл-хвХалв+авс-аАС)+КТ\п^-хл-хв)УР1Ос,Т)= О

Данные уравнения позволяют определить исходные данные для получения требуемых составов эпитаксиальных слоев.

Методы жидкофазной эпитаксии характеризуются процессами на границе жидкой и твёрдой фаз, близкими к равновесным. Строго говоря, процесс жидкофазной эпитаксии не протекает в равновесных условиях хотя бы потому, что для кристаллизации требуется пересыщение, что уже само по себе является отклонением от равновесия. Рассмотрение таких процессов требует привлечения неравновесной термодинамики, что создаёт определённые теоретические трудности, так как процессы, протекающие в реальных растворах, настолько многообразны и сложны, что их точное описание представляет практически неразрешимую проблему. Одним из возможных способов преодоления трудностей является рассмотрение квазиравновесных состояний, через последовательность которых происходит переход многокомпонентного твёрдого раствора, достигшего гидродинамической стадии эволюции, к полному равновесию.

Феноменологическая теория процессов перестройки в неравновесных многокомпонентных конденсированных системах была построена с использованием следующих основных предположений: во-первых, считалось, что с момента последнего изменения внешних термодинамических условий прошло достаточное время, чтобы система, пройдя собственно кинетическую стадию эволюции, достигла гидродинамической стадии, то есть стала локально равновесной; во-вторых, полагалось, что неравновесность системы обусловлена исключительно химической неравновесностью, а механическая и тепловая формы равновесия уже достигнуты (применимость такого предположения связана с малостью времен релаксации конденсированных систем к механическому и тепловому равновесиям по сравнению со временем

релаксации к химическому равновесию); в-третьих, исходили из предположения о существовании различия атомных подвижностей компонентов конденсированной системы. С учётом этих допущений дано термостатическое описание квазиравновесных состояний многокомпонентного твёрдого раствора в приближении простой решёточной модели и получена система уравнений, описывающая произвольное квазиравновесное состояние раствора, в котором z компонентов достигли равновесия:

где локальная концентрация /-го компонента, В, - константы,

и^г-г), -г",г"-г,г -/■"),...- двух-, трёх-, ... -частичные потенциалы

взаимодействия, начальные распределения компонентов в растворе.

В рамках обобщённой решёточной модели описан тройной квазиравновесный раствор с учётом объёмных эффектов, теоретически исследована его устойчивость и определена неравновесная критическая температура фазового перехода.

Получены условия спинодального распада раствора, находящегося в произвольном квазиравновесном состоянии, в рамках простой и обобщённой решёточных моделей. Найдено уравнение равновесного спинодального распада трёхкомпонентного микрогетерогенного твёрдого раствора с учётом собственных объёмов компонентов:

П, - удельные объёмы атомов, р,0 - равновесные локальные плотности числа частиц.

Уравнение спинодали тройного твердого раствора (4) является обобщением известного уравнения Пригожина.

Выведены системы уравнений, описывающие перестройку раствора к первому квазиравновесному состоянию, получены асимптотические распределения быстрых компонентов раствора, достигшего первого квазиравновесного состояния.

Проведён численный анализ фазовых равновесий и областей термодинамической устойчивости для гетеросистем InSbBi/InSb, GaPBi/GaP и PbSnTe/PbTe. В таблице 1 приведены результаты расчета состава жидкой фазы, равновесной твёрдой фазе, при оптимальных температурах процесса кристаллизации.

Таблица 1.

Система Температура, К Состав жидкой фазы, ат % Состав твердой фазы, ат %

1пБЬВ1 700 Х\„=0.22; Хь5Ь=0.23; Хьв,= 0.55 Х55Ь=0.975; Х^, =0.025

720 ХЬ[„=0.19; ХЬ5Ь=0.21; Хьв,=0.6 Х55ь=0.966; Х5в,=0.034

СаРВ1 1250 Хьоа=0.23; ХЬР=0.12; Х1в,=0.65 Хьр=0.9982; Х5в,=0.0018

1300 ХьОа=0.19;ХьР=0.11; Хьв,=0.7 Х"Р=0.9971; Х^,=0.0029

РЬБпТе 750 Хьрь=0.7;Х,-5П=0.23; ХиТе=0.07 Х5рь=0.73; Х55п=0.27

800 ХьРЬ=0-75; Хь5л=0.16; ХьТг=0.09 ХьрЬ=0.67; Хь5„=0.33

В третьей главе выполнено теоретическое исследование эволюции межфазных границ в процессе эпитаксиального роста твёрдых растворов в

поле температурного градиента, поскольку моделирование структурообразующих процессов без рассмотрения вопросов морфологической устойчивости является неполным.

Исследования динамики межфазных границ относятся к классу задач Стефана, которые поддаются точному решению только для простых симметричных поверхностей: плоскости, сферы, цилиндра. Задача Стефана является начально-краевой задачей, в которой часть начальных условий задаётся на границах, форма и положение которых неизвестны и должны быть найдены в процессе решения. В общем случае точное аналитическое решение подобных задач невозможно существующими методами, а их численное решение затруднено. Однако в большинстве практически важных случаев некоторые параметры, входящие в задачу, малы, так что можно найти приближённое аналитическое решение в виде асимптотических рядов по степеням малых параметров или упростить первоначальную задачу.

В процессе ЗПГТ с использованием плоской зоны система состоит из кристалла-подложки, кристалла-источника, и расположенной между ними плоской жидкой зоны раствора-расплава, то есть имеется одновременно две границы раздела фаз - кристаллизации и растворения (рис.1).

> г

1 ! з ^-"Г-------г „^ 1

---- 1 1 - 1 1

! 1 ^------^----- 10

Рис.1. Схема композиции при ЗПГТ с использованием плоской зоны 1 - область кристалла-подложки, 2 -область зоны раствора-расплава (жидкая зона); 3 - область кристалла-источника

При построении математической модели предполагалось, что кристаллы двухкомпонентны и одинаковы; жидкая зона состоит из растворителя и двух компонентов, образующих кристалл-подложку и кристалл-источник (трёхкомпонентна). Типичная толщина композиции порядка 1 мм; её размер вдоль жидкой зоны - порядка нескольких сантиметров, а толщина жидкой зоны - порядка сотых или десятых долей миллиметра. Композиция располагается в вакууме и нагревается излучением двух или одного нагревателя, токовые спирали которых расположены сверху и снизу композиции. Образующееся внутри композиции температурное поле вызывает перемещение жидкой зоны в сторону более высоких температур. Считалось, что всё излучение поглощается на внешних границах композиции. В этом случае распределения температуры в композиции и концентрации компонентов в жидкой зоне удовлетворяют, соответственно, однородным нестационарным уравнениям теплопроводности и диффузии:

где - номер компонента в жидкой зоне; безразмерные

координаты, отнесённые к размеру композиции - безразмерное

время, отнесённое ко времени релаксации температурного поля; время;

коэффициенты температуропроводности кристаллов и раствора-расплава; коэффициент взаимной диффузии в жидкой

зоне.

Граничные и начальные условия, необходимые для решения данных уравнений, состоят в том, что на внешних границах композиции должны выполняться условия баланса потоков излучения и тепла, а также на границах

'3!С, д1С)) _ дС,

1кГ + 1уГ ~дгГ\~~д7

(9)

кристаллизации и растворения должны выполняться условия непрерывности температур, непрерывности нормальных составляющих теплового потока и потока вещества. При этих условиях жидкая зона будет в механическом равновесии с кристаллами, которое выразиться равенством давлений в разных фазах вблизи возмущённых границ с учётом эффекта Гиббса-Томсона. Применительно к ЗПГТ, сформулированная начально-краевая задача может быть упрощена. При тех характерных размерах, которые имеет рельеф межфазных границ, и типичных значениях коэффициента поверхностного натяжения, эффект Гиббса-Томсона сравнительно невелик.

С учётом вышеназванных упрощений, аналитическое решение и расчёты показали, что характер изменения во времени амплитуд гармонических членов решения описывается дисперсионными кривыми. Их анализ позволяет сделать вывод о том, что в общем случае жидкая зона неустойчива относительно произвольного возмущения. Однако существует некоторый критический размер возмущения, который оценивает предельные релаксирующие геометрические неоднородности межфазных границ.

А(мкм)

40 -30 -20-" 10 -0

Рис.2. Теоретическая зависимость величины критического возмущения А гетеросистемы 1п5Ь<В1>/1п5Ь от: а) градиента температуры при 1 - Т=740 К; 2 - Т=700 К (толщина жидкой зоны 100 мкм); б) от толщины жидкой зоны при градиентах температуры 1-0=15 К/см; 2-0=20К/СМ (средняя температура композиции 720 К). Экспериментальные точки при Т=740К(а) Н0=15 К/см(б): • - устойчивый и ♦ - неустойчивый рост.

А(мкм)

25 I

А (мкм)

10-

Ю 20 30 40 С(К/см)

50 100 150 200Д«к«)

а)

б)

Рис.3. Теоретическая зависимость величины критического возмущения А гетеросистемы 0аР<Б1>/0аР от : а) градиента температуры при 1 - Т=1300 К; 2 - Т=1200 К (толщина жидкой зоны 100 мкм); б) от толщины жидкой зоны при градиентах температуры 1 - 0=10 К/см; 2-0=30К/СМ (средняя температура композиции 1200 К). Экспериментальные точки при Т=1300К(а) и 0=10 К/см(б): • - устойчивый и ♦ - неустойчивый рост.

А(мкм)

Рис.4. Теоретическая зависимость величины критического возмущения А гетеросистемы РЪ8пТе/РЪТе от : а) градиента температуры при 1 - Т=800 К; 2 - Т=750 К (толщина жидкой зоны 100 мкм); б) от толщины жидкой зоны при градиентах температуры 1 - 0=10 К/см; 2-0=20К/СМ (средняя температура композиции 750 К). Экспериментальные точки при Т=800К(а) Н0=10 КУсм(б): »-устойчивый и ♦ - неустойчивый рост.

Используя решение исходной системы дифференциальных уравнений (8), (9) методом асимптотических разложений и дисперсионные кривые, описывающие характер динамики возмущённой системы, полученные результаты применены к реальным гетеросистемам 1п8Ъ<Б1>/1п8Ъ, 0аР<Б1>/0аР и РЪ8пТе/РЪТе. Результаты расчёта величины критического возмущения для данных гетеросистем приведены на рис.2,3,4.

Ю 20 30 40 С(К/сч)

а)

Из рисунков видно, что с ростом градиента температуры устойчивость системы снижается, а рост средней температуры и концентрации висмута в жидкой фазе оказывает на неё стабилизирующее действие. Морфологическая устойчивость возрастает с увеличением толщины жидкой зоны.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что в области малых отклонений волнового вектора возмущения от его критической величины структурная динамика системы определяется амплитудой возмущения межфазной границы.

Важнейшим условием выращивания совершенных эпитаксиальных слоев методом ЗПГТ является стабильное движение зоны, когда ее форма и размеры существенно не меняются в процессе движения. Нестабильность может быть обусловлена как плохим смачиванием подложки расплавом и дефектностью исходных кристаллов (наличие раковин, микротрещин, включений второй фазы), так и анизотропией скоростей растворения и кристаллизации, а также проявлением динамической неустойчивости межфазных границ - факторов, присущих самому процессу ЗПГТ. Многофакторность процессов роста, возрастающая ещё и с увеличением числа компонентов твёрдого раствора, обуславливает необходимость экспериментального исследования кинетики роста эпитаксиальных слоев в поле температурного градиента. Была исследована зависимость скорости роста эпитаксиальных слоев от различных факторов. Установлено, что зависимость скорости роста от толщины жидкой зоны имеет две характерные области: быстрый рост в интервале до значений мкм (преобладание кинетического режима, максимальное значение 75 мкм/час) и медленное убывание (диффузионный механизм роста) при больших толщинах зон.

Экспериментально исследовано влияние температурных условий на темп кристаллизации. Особенностью кристаллизации гетеросистем с резко различающимися ковалентными радиусами является немонотонная зависимость скорости роста от температурных характеристик (Т и G) за счёт формирования квазиравновесных микрообластей вблизи поверхностей раздела фаз. Таким образом, различие в ковалентных

радиусах может быть интерпретировано как дополнительная степень свободы в поле управления характеристиками растущего слоя.

Исследована зависимость скорости роста от состава. Показано, что увеличение содержания висмута в жидкой фазе повышает скорость роста слоев, что можно объяснить уменьшением характерных времён релаксации и согласуется с теоретическими оценками, сделанными во второй главе. Выявленные закономерности объяснены на основе теории ЗПГТ.

В четвёртой главе изложены результаты исследования состава полученных твёрдых растворов методом электронной оже-спектроскопии и рассмотрены вопросы применения результатов работы. Профили распределения элементов по глубине получены с помощью оже-электронного спектрометра ЭСО-3 методом послойного травления. Исследование поверхности данных образцов показало хорошую повторяемость получаемых результатов.

Также рассмотрены возможности формирования элементной базы полупроводниковых приборов на упругонапряжённых гетероструктурах. Внутренние механические напряжения возникают в твёрдом теле в результате локальных деформаций межатомных связей, которые задаются уровнем легирования и условиями формирования твёрдого тела. Локальная деформация межатомных связей обусловливает локальное изменение зонной структуры твёрдого тела, что может проявляться в широкой вариации его электрофизических характеристик. Следовательно, существует возможность управления фотоэлектрическими параметрами полупроводников с помощью упругих напряжений. Твёрдые растворы привлекательны в качестве

материала для фотоприёмных устройств, действие которых основано на эффекте собственного оптического поглощения. Традиционные трёхкомпонентные твёрдые растворы не дают возможности расширить

волновой диапазон за границу (для твёрдых растворов

1пАЗ].х5Ьх с шириной запрещенной зоны Ев77К= 0,14 эВ при х=0,6). Твёрдые растворы можно использовать в качестве приборной базы в далёкой

инфракрасной области так как имеется возможность получения

ширины запрещённой зоны меньшей, чем в за счёт эффекта

изменения под действием упругих напряжений, генерируемых в неизопериодных гетероструктурах. GaP<Bi> относится к полупроводникам с непрямыми переходами. Длина волны его электромагнитного излучения зависит от энергетических уровней излучательной рекомбинации. Для светодиодов, испускающих красное свечение, такие уровни создают путём легирования цинком и кислородом, или кадмием и кислородом. Светодиоды со свечением в зелёной области спектра получают легированием азотом. Благодаря этим свойствам, твёрдый раствор GaP<Bi> находит применение в производстве светодиодов. Практический интерес к твёрдым растворам обусловлен возможностью их применения для изготовления приёмников инфракрасного излучения, термоэлектрических преобразователей и создания лазеров. Наиболее интересным приборным качеством халькогенидных соединений является зависимость ширины запрещенной зоны от температуры. Ширина запрещённой зоны соединений РЬ^хБихТе может варьироваться в пределах эВ. Кроме этого, низкая

теплопроводность халькогенидов свинца (0,07-0,13 Вт/(см-К)) приводит к значительному их разогреву при прохождении электрического тока через приборную структуру на их основе. При работе приборов в импульсном режиме к концу прохождения импульса тока температура рабочей области прибора меняется на десятки градусов. Поэтому, изменяя длительность импульсов, частоту их следования или скважность сигнала, можно добиться достаточно точного изменения ширины запрещённой зоны и, как следствие, изменения спектральных характеристик прибора. Более грубого изменения излучаемых длин волн можно добиться варьированием состава трёхкомпонентного твёрдого раствора С увеличением содержания

олова ширина запрещённой зоны уменьшается и даже обращается в ноль. С дальнейшим увеличением х зоны начинают расходиться, поменявшись при этом местами.

Однако при конструировании полупроводниковых приборов на основе рассмотренных соединений необходимо учитывать, что присутствие

некомпенсированных градиентов внутренних механических напряжений делает их структуру принципиально неустойчивой и предопределяет различные деградационные эффекты, являющиеся следствием релаксации внутренних механических напряжений при хранении или эксплуатации прибора. Кроме того, наличие когерентной границы при несоответствии периодов решёток материалов гетеропары приводит к возникновению в системе полей упругих напряжений, которые смещают все виды фазовых равновесий (см. раздел 2.1) и существенно влияют на температуру фазовых превращений и характер кристаллизации, особенно на начальных стадиях жидкостной эпитаксии.

По результатам диссертационного исследования предложены технологические рекомендации применительно к процессу ЗПГТ. Основными технологическими параметрами зонной перекристаллизации градиентом температуры являются температура процесса, градиент температуры, величина переохлаждения и температурно-временной режим.

Рекомендуемые технологические параметры приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Гетеросистема Рабочая область температур (К) Градиент температуры (К/см) Величина переохлаждения (К)

1п8Ь|.хВ1х/1п8Ь 690-740 15-20 5-8

ОаР|.хВьД}аР 1253-1323 25-35 7-10,5

РЬ|.х8пхТе/РЬТе 753-813 20-30 2-7

Температуру процесса следует выбирать исходя из максимумов кривых зависимости скорости кристаллизации от температуры, но избегая участка интенсивного роста кривых при больших переохлаждениях, связанного с объёмной кристаллизацией расплава и образованием поликристалла. При этом необходимо обеспечить требуемое качество подложечного материала, так как затруднённость смачивания приведет к образованию пустот и объёмной кристаллизации. При оптимальных условиях технологического процесса рост

слоев идёт со скоростью 0.5-1 мкм/мин. Рост слоя начинается по истечении времени ~1 мин после смачивания композиции расплавом, которое требуется для достижения критического значения пересыщения, вызывающего кристаллизацию твёрдого раствора. Особенностью технологии получения твёрдых растворов на основе ЬЙЪ является низкая температура плавления антимонида индия, что ухудшает процесс гомогенизации расплава, проводимый в одном технологическом цикле с перекристаллизацией твёрдого источника.. Низкотемпературный режим процесса накладывает ограничение на возможность варьирования температурного градиента (максимальное значение градиента, соответствующее рабочим температурам 690-725К, 0=20 град/см), что связано с особенностями морфологии поверхности раздела фаз, как показано в третьей главе. Применение висмутовых зон (до 60% Б1) позволяет увеличить градиент температуры до 30 град/см за счёт уменьшения теплопроводности расплава. Целесообразно разделение этапов гомогенизации и кристаллизации. Гомогенизацию рекомендуется осуществлять при 850-950К без подложек 1п8Ъ, а рост гетероструктур - при 690-740К.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Термодинамическое рассмотрение эволюции многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов показывает, что переход к устойчивым структурным формам происходит через последовательность квазиравновесных состояний, характеризующихся предельными равновесными распределениями быстрых компонентов в среде неравновесных медленных. Показано, что в тройных растворах с крупномасштабной неоднородностью в распределении малоподвижного компонента возможны неравновесные фазовые переходы с критической температурой, имеющей локальный характер. В этих системах существует температурный интервал, в котором одновременно протекают как процессы гомогенизации, так и процессы формирования границ раздела микрофаз. Теоретически исследована устойчивость тройного квазиравновесного раствора к бесконечно малым флуктуациям состава.

2. С использованием метода статических концентрационных волн получены критерии спинодального распада многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися радиусами компонентов, находящихся в произвольном квазиравновесном состоянии. Показано, что условия спинодального распада квазиравновесного раствора существенно отличаются от равновесной системы. Выведено и исследовано уравнение спинодали равновесного тройного раствора с учетом объёмных эффектов, обобщающее известное уравнение Пригожина.

3. Результаты численного анализа фазовых равновесий и областей термодинамической устойчивости твёрдых растворов InSbBi/InSb, GaPBi/GaP и PbSnTe/PbTe показывают, что предельная растворимость висмута в твёрдой фазе не превышает нескольких процентов для гетеросистемы Ь^^^/Ь^Ь и десятых процента для GaP<Bi>/GaP. Расчет устойчивости систем к спинодальному распаду приводит к снижению содержания висмута в твёрдых растворах для в области температур процессов роста. Получение гетероструктур InSb<Bi>/InSb, GaP<Bi>/GaP возможно из висмут - галлиевых зон. Превышение содержания висмута в жидкой фазе более -75% приводит к расслаиванию раствора -расплава.

структурная динамика системы определяется амплитудой возмущения межфазной границы. Определены критерии структурной устойчивости для полупроводниковых соединений 1п8ЪБ1/1п8Ъ, 0аРБ;/0аР и РЪ8пТе/РЪТе. Установлено, что введение третьего компонента приводит к снижению критического размера возмущения по сравнению с двухкомпонентной системой, что объясняется усложнением характера взаимодействия стабилизирующих и дестабилизирующих факторов.

5. Показано, что в гетеросистемах с резко различающимися ковалентными радиусами формируются значительные упругие напряжения (до 150 кг/см2), с помощью которых осуществимо управление фотоэлектрическими параметрами полупроводников.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лунин Л.С., Овчинников ВА, Попов А.И., Разумовский П.И. Некоторые особенности выращивания твёрдых растворов 1пА10аА88Ъ на подложках антимонида галлия. // Проблемы современных технологий:Сб.науч.ст./ Волгодон. ин-т НГТУ. - Новочеркасск: НГТУ, 1996.-Вып.1. - С. 17-19.

2. Ратушный В. И., Труфманов А. П., Попов А. И., Разумовский П. И. Кристаллизационная очистка полупроводниковых соединений А3 В5 методом движущегося растворителя. // Прогрессивные технологии машиностроения и современность: Сб. тр. междунар. науч.-техн. конф., 9-12 сент. 1997 г., г. Севастополь. - Донецк: ДонГТУ, 1997. - С. 206-207.

3. Благин А.В., Попов А.И., Кодин В.В., Труфманов А.П. Исследование взаимодействия фаз при кристаллизации твёрдых пятикомпонентных растворов А3В5 в поле температурного градиента. // Прогрессивная техника и технологии: Тез. докл. X науч. конф. Волгодонского ин-та НГТУ, г. Волгодонск, май 1997г. -Новочеркасск: Набла, 1997. - Вып. 2. - С. 44 - 45.

4. Ратушный В.И., Благин А.В., Благина Л.В., Попов А.И. Структурные и фотоэлектрические характеристики многокомпонентных висмутсодержащих твёрдых растворов А3В5. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. тр. / Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века: Материалы V Междунар. науч.-техн. конф., 8-11 сент. 1998 г., г. Севастополь. - Донецк: ДонГТУ, 1998 - Т.З., Вып. 6. -С. 23 - 26.

5. Благин А.В., Кодин В.В., Попов А.И., Баранник А.А. Исследование электрических свойств варизонных гетероструктур 1п8ЪБ1/1п8Ъ. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2002. - Спецвып. - С. 93 - 95.

6. Благин А.В., Попов А.И., Лунина М.Л. Процессы диффузионного распада в твёрдых растворах Са8ЪБ1 и СаРБ1, полученных в поле температурного

градиента. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2004. - Спецвып. -С.61-62.

7. Лунин Л.С., Киреев Е.И., Попов А.И., Русинов СВ. Свойства многокомпонентных халькогенидов, сформированных в поле температурного градиента. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2004. - Спецвып. -С.69-72.

8. Попов А.И. Взаимодействие компонентов в системах на основе соединений АШБ¥ с резко различающимися ковалентными радиусами. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2004. - Спецвып. - С. 73 - 74.

9. Лунин Л.С., Русинов СВ., Попов А.И., Севостьянов А.С Электрофизические характеристики гетероструктур РЪ1-х8пхТе(1п), полученных методом жидкофазной градиентной кристаллизации. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2004. - Спецвып. - С 75 - 77.

Цитированная литература

1. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Благин А.В. Градиентная жидкофазная кристаллизация многокомпонентных полупроводниковых материалов. -Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003.37б с.:ил.

2. Акчурин Р.Х, Акимов О В Тонкослойные упругонапряженные гетероструктуры расчет некоторых физических параметров. // Физика и техника полупроводников. 1995. Т.29. Вып.2. С.3б2-3б9.

3. Марончук ИЕ, Шутов С В, Кулюткина Т.Ф. Выращивание эпитаксиальных слоев арсенида галлия из раствора в расплаве висмута // Изв. РАН. Неорганические материалы. 1995. т.31.№12. С. 1520-1522.

4. Faulkner J.S. The modern theory of alloys// Progr.Mat. Sci.-1982.-Vol.27.-P.l-187.

5. Arenzon J.J. Replica theory ofgranular media// J. Phys. A: Math. Gen. - 1999. -Vol.32.-P.L107-L113.

6. Бокштейн B.C., Бокштейн С.З., Жуховицкнй А.А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. — M.: Металлургия, 1974. — 280 с.

7. Любов Б.Я. Диффузионные процессы в неоднородных твердых средах. — М.:Мир, 1981. —29б с.

8. Алфёров Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур. //ФТП, 1998. Т.32,№ 1.С. 3-19.

9. Алфимова Д.Л. Многокомпонентные висмутсодержащие твёрдые растворы А3В5, полученные в поле температурного градиента: Дис.... канд. техн. наук. -Новочеркасск, 2000.

10. Овчаренко А.Н. Нелинейные явления в процессе эволюции межфазных границ при ЗПГТ: Дис.... канд. техн. наук. - Новочеркасск, 1988.-175 с.

11. Бестаев М.В.,Гацоев К.А. и др. Инжекционные лазеры на основе монокристаллов соединений PbSe-SnSe и PbTe-SnTe. Изв. Вузов. Сев.-Кавк. регион. Ест. Науки. 1997. №1. С. 48-53.

12. Захаров А.Ю., Терехов СВ. Обобщенная решеточная модель фазовых равновесий в многокомпонентных системах// Математические задачи химической термодинамики. —Новосибирск: Наука, 1985. — С. 173-181.

»24764

Подписано в печать 5.11.2004. Объём 1,24 п.л Печать оперативная Тираж 100 экз Заказ 928

Южно-Российский государственный технический университет Типография ЮРГТУ (НПИ) Адрес ун-та и типографии- 346428. Новочеркасск, ул Просвещения. 132

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Попов, Александр Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Краткий анализ статистической теории твёрдых растворов замещения.

1.2. Процессы формирования структуры твёрдых растворов.

1.3. Особенности процесса градиентной жидкофазной кристаллизации твёрдых растворов.

1.4.Сравнительный анализ физико-химических свойств твёрдых растворов, изопериодных подложкам InSb, GaSb,

GaP, РЬТе и BiTe.

1.5.Поведение висмута в многокомпонентных системах на основе антимонида индия и фосфида галлия.

1.6. Постановка задачи исследования.

Выводы.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕШЁТОК МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ.

2.1.Система уравнений, описывающих равновесие многокомпонентной гетеросистемы.

2.2.Случаи однородного и неоднородного распределения в многокомпонентной гетеросистеме.

2.3.Спинодальный распад в многокомпонентных гетеросистемах с резко различающимися ковалентными радиусами.

2.4.Локальные эффекты в процессах структурного преобразования, захватывающих весь объём гетеросистемы.

2.5.Термодинамический анализ фазовых равновесий и устойчивости гетеросистем InSbBi/InSb,AlInSbBi/InSb,GaPBi/GaP, PbSnTe/PbTe.

Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ.

3.1. Задача Стефана для жидкофазной кристаллизации систем с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов.

3.2. Моделирование структуры межфазных границ в процессе ЗПГТ.

3.3. Исследование морфологической устойчивости плоской зоны раствора-расплава при ЗПГТ гетеросистем InSb<Bi>/InSb,

GaP<Bi>/GaP и PbSnTe/PbTe.

3.4. Экспериментальное исследование кинетики роста эпитаксиальных слоев InSbBi, GaPBi на подлжках InSb и GaP.

Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ И

ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

4.1 .Оже-спектроскопия гетероструктур с резко различающимися радиусами компонентов.

4.2.Возможности формирования элементной базы полупроводниковых приборов на упругонапряжённых гетероструктурах.

4.3. Технологические рекомендации по результатам работы.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Формирование структуры многокомпонентных твердых растворов замещения в гетеросистемах с резко различающимся ковалентными радиусами"

Актуальность темы

Одним из основных методов получения оптоэлектронных гетероструктур является жидкофазная эпитаксия. Метод зонной перекристаллизации градиентом температуры (ЗПГТ) [1] наиболее технологичен среди жидкофазных эпитаксиальных методов, так как для него характерны малое пересыщение на фронте кристаллизации, высокая изотермичность и низкие значения концентрационного переохлаждения, что позволяет выращивать совершенные эпитаксиальные слои. Выбор той или иной системы и использование метода градиентной жидкостной эпитаксии для получения твёрдых растворов определяются зонной структурой (типом межзонных переходов, шириной запрещённой зоны) и кристаллохимической природой (близостью параметров решётки, энергией химической связи), что соответствует термодинамическим свойствам растворов и характеру фазовых равновесий в данных системах.

Повышенные требования, предъявляемые к свойствам новых материалов, в том числе многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов, связаны, в частности, со спецификой их получения и эксплуатации. Указанные материалы интересны в первую очередь тем, что в процессе градиентной жидкофазной кристаллизации таких структур принципиально возможно перманентное управление их составом и, как следствие - распределением упругих напряжений. Поле напряжений, как свидетельствуют работы последнего десятилетия [2], может выступать как эффективный фактор, формирующий электронный спектр кристалла; последний же, как известно, определяет оптические, электрофизические и прочие свойства многокомпонентных гетероструктур, значимые с точки зрения их использования в приборах оптоэлектроники и электронной техники в целом.

Отметим две такие особенности, присущие твёрдым растворам с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов. Первая состоит в том, что вследствие медленности процессов перестройки в данных твёрдых растворах неравновесная конфигурация является для них типичной [3]. Другими словами, времена релаксации растворов, как правило, настолько велики, что раствор можно считать неравновесным практически на любом рассматриваемом масштабе времён с момента последнего изменения внешних термодинамических условий. А поскольку эксплуатация материалов сопряжена с постоянными внешними воздействиями на твёрдые растворы, важность учета этой особенности становится очевидной. Вторая особенность состоит в существовании иерархии времён релаксации [4], обусловленная существенными различиями в атомных подвижностях различных компонентов. Это означает, что в целом неравновесный твёрдый раствор, приближаясь к полному равновесию, на гидродинамической стадии эволюции проходит последовательность состояний, характеризующихся локальными равновесными распределениями более активных компонентов и неравновесными - имеющих меньшую активность. Эти особенности данных твёрдых растворов обусловлены сложным взаимодействием компонентов и сильным различием их ковалентных радиусов.

Для исследований были выбраны соединения А3В5 In-Sb-Bi, Ga-P-Bi, а также гетеросистема А4В6 - Pb-Sn-Te, так как анализ структурных изменений в кристаллизующейся гетеросистеме с большим различием ковалентных радиусов компонентов был бы неполным при рассмотрении соединений только одного класса. В отношении получения и исследования гетеросистем Ga-P-Bi, Pb-Sn-Te в литературе имеется ограниченная информация. Приведенные выше соображения и указанные особенности делают настоящую работу актуальной с научной и практической точки зрения.

Цель и задачи работы

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- формулировка основных положений теории формирования структуры многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов и последовательное термостатическое описание квазиравновесных растворов на произвольных характерных масштабах времён; рассмотрение гидродинамической стадии эволюции многокомпонентного твёрдого раствора с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов к первому квазиравновесному состоянию;

- экспериментальные исследования кинетики роста эпитаксиальных слоёв InSbBi, GaPBi, PbSnTe на подложках InSb, GaP и PbTe;

- анализ распределения компонентов в слоях многокомпонентных твёрдых растворов InSbi.xBix/InSb, GaPixBix/GaP , Pb|.x SnxTe/PbTe;

Научная новизна

- сформулирован механизм эволюции многокомпонентных твёрдых растворов к квазиравновесным состояниям;

- исследованы механизмы, обеспечивающие устойчивость квазиравновесных твёрдых растворов с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов к бесконечно малым флуктуациям состава, определены условия и критерии спинодального распада таких квазиравновесных систем с учётом подвижности малоподвижных неравновесных компонентов; предложен механизм гидродинамической стадии эволюции химически неравновесных диффундирующих и распадающихся многокомпонентных гетеросистем с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов;

Также для исследованных гетеросистем:

- экспериментально обоснована возможность квазилинейного описания структурной динамики перекристаллизации при определённом соотношении между размерами возмущений и характерным масштабом ростовой композиции;

Достоверность результатов исследования

Практическая ценность работы

Научная и практическая значимость работы связана с возможностью применения её результатов для расчета и исследования термодинамических и кинетических свойств квазиравновесных многокомпонентных растворов с резко различающимися радиусами компонентов, что особенно важно для таких областей науки как твердотельная микроэлектроника, химия, технология, металлургия. В частности, учёт эволюции упругих напряжений и их компенсации является ключевым аспектом в развитии теории формирования структуры многокомпонентных твёрдых растворов.

Использование предложенного подхода в описании эволюции квазиравновесных систем через последовательность метастабильных фаз с критическими значениями коэффициентов упругости к локально устойчивым состояниям решает проблему выбора малых параметров при применении методов теории возмущений для решения нелинейных уравнений, описывающих эволюцию сильно неоднородных систем. Разработанный метод даёт принципиальную возможность применения теории возмущений по отклонениям химических потенциалов, а также существенно упрощает описание и исследование поведения диффундирующих и распадающихся гетеросистем с резко различающимися радиусами компонентов.

Научные положения, выносимые на защиту

2. Полученные замкнутые системы уравнений, описывающих распределение локальных концентраций компонентов в многокомпонентных ростовых средах, на характерных масштабах времён фазовых переходов адекватно описывают эволюцию многокомпонентных гетеросистем с резко различающимися радиусами компонентов через последовательность метастабильных состояний к устойчивым структурным формам.

4. Выявлены критерии спинодального распада твёрдых растворов с резко различающимися радиусами компонентов с учётом локальных эффектов и микрораспределений компонентов вблизи гетерограниц, которые можно рассматривать как обобщение модели Пригожина на случай тройных твёрдых растворов.

5. Обогащение жидкой зоны висмутом (XLBi«65aT.%) при кристаллизации в системах Ih -Sb-Bi и Ga-P-Bi обеспечивает морфологическую стабильность межфазных границ. Аналогичный эффект в гетеросистемах Pb-Sn-Te достигается при преобладании в растворителе свинца, что свидетельствует о стабилизирующей роли компонентов-растворителей с существенно большим, нежели у атомов растворяющихся компонентов, ковалентным радиусом.

6. Установлено, что вблизи гетерограниц при кристаллизации многокомпонентных твёрдых растворов с резко различающимися радиусами компонентов в поле температурного градиента формируются квазиравновесные микрообласти с повышенным содержанием растворителя, причём коэффициенты диффузии основных компонентов внутри указанных областей имеют значения, на один-два порядка меньшие, чем в основном объёме кристалла.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на Международных научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии машиностроения и современность» - Севастополь, 1997 г., «Прогрессивные технологии и системы машиностроения» - Севастополь, 1998 г., межвузовских научно-технических конференциях, а также на конференциях, совещаниях, семинарах лаборатории физики полупроводников ВИ ЮРГТУ и кафедры физики ЮРГТУ.

Публикации

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и выводов. Её содержание изложено на 204 печатных страницах текста, проиллюстрировано 32 рисунками и Г7 таблицами. Список литературы включает 201 наименование.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Основные выводы работы

3. Результаты численного анализа фазовых равновесий и областей термодинамической устойчивости твёрдых растворов InSbBi/InSb, GaPBi/GaP показывают, что предельная растворимость висмута в твёрдой фазе не превышает нескольких процентов для гетеросистемы In Sb<Bi>/l «Sb и десятых процента для GaP<Bi>/GaP. При рассмотрении гетерофазных равновесий необходимо учитывать влияние упругих напряжений на границе эпитаксиальный слой - подложка. Расчет устойчивости систем к спинодальному распаду приводит к снижению содержания висмута в твёрдых растворах для In Sb1x<Bi>x/J'1 Sb х<0,01, GaP1.x<Bi>x/GaP - х<0,001 в области температур процессов роста. Получение гетероструктур In Sb<Bi>/7w Sb, GaP<Bi>/GaP возможно из висмут -галлиевых зон. Превышение содержания висмута в жидкой фазе более -75% приводит к расслаиванию раствора - расплава.

4. Сформулированная физико-математическая модель процесса перекристаллизации трёхкомпонентных твёрдых растворов в поле температурного градиента и аналитическое решение, полученное методом асимптотических разложений, позволяет оценить морфологическую стабильность межфазных границ кристаллизации и растворения. Установлено, что морфологическая устойчивость плоских межфазных границ при ЗПГТ нарушается в том случае, если характерный размер возмущений вдоль жидкой зоны превысит некоторый критический предел. При характерных размерах возмущений фронта кристаллизации и растворения вдоль жидкой зоны много больше критического, их эволюция будет протекать крайне медленно и можно считать, что имеет место метастабильное состояние системы. В области малых отклонений волнового вектора возмущения от его критической величины структурная динамика системы определяется амплитудой возмущения межфазной границы. Определены критерии структурной устойчивости для полупроводниковых соединений InSbBi/InSb, GaPBi/GaP и PbSnTe/PbTe. Установлено, что введение третьего компонента приводит к снижению критического размера возмущения по сравнению с двухкомпонентной системой, что объясняется усложнением характера взаимодействия стабилизирующих и дестабилизирующих факторов.

5. Анализ влияния величины упругих напряжений на электрофизические свойства многокомпонентных гетероструктур показывает, что с их помощью в гетеросистемах с резко различающимися ковалентными радиусами компонентов существует возможность управления фотоэлектрическими параметрами полупроводников.

187

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Попов, Александр Иванович, Волгодонск

1. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Попов В.П. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов. - М: Металлургия, 1987, 232 с.

2. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Благин А.В. Градиентная жидкофазная кристаллизация многокомпонентных полупроводниковых материалов. Ростов-на-Дону: издательство СКНЦ ВШ, 2003. -376 с.

3. Arenzon J.J. Replica theory of granular media// J. Phys. A: Math. Gen. — 1999. — Vol. 32. — R L107-L113.

4. Терехов С.В. Равновесное распределение компонентов в неоднородной системе и диффузионная кинетика его достижения// Изв. АН СССР, сер. металлы. — 1991. — Вып. 4. — С. 144-151.

5. Исихара А. Статистическая физика. — М.: Мир, 1973. — 472 с.

6. Фейнман Р. Статистическая механика. — М.: Мир. 1975. — 408 с.

7. Киттель Ч.Статистическая термодинамика. — М.:Наука, 1977. 336 с.

8. Балеску Р. Равновесная и неравновесная статистическая механика. Т. 1. —М.: Мир, 1978. —408 с.

9. Гиббс Дж. Термодинамика. Статистическая механика. — М.: Наука, 1982. — 584 с.

10. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория равновесных систем. — М.: Изд-во МГУ, 1991. — 800 с.

11. Н.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая механика. Ч. 1. — М.: Наука, 1995, —608 с.

12. Магалинский В.Б., Сидоренко С.Н. Статистические и термодинамические подходы в приближенной теории конденсированного состояния. — М.: Наука, 1996. — 203 с.

13. Физическая химия /под ред. Б.П. Никольского- Л.: Химия, 1987. -880 с.

14. Лесник А.Г. Модели межатомного взаимодействия в статистической теории сплавов. — М.: Физматгиз, 1962. — 100 с.

15. Егорушкин В.Е., Хон Ю.А. Электронная теория сплавов переходных металлов. — Новосибирск: Наука, 1985. -184 с.

16. Бугаев В.Н., Татаренко В.А. Взаимодействие и распределение атомов в сплавах внедрения на основе плотноупакованных металлов. — Киев: Наукова думка, 1989. — 184 с.

17. Локтионов И.К. Критические параметры однокомпонентных классических систем с парными потенциалами взаимодействия// ФТВД. — 1998, —Т. 8. —Вып. 1. —С. 70-74.

18. Dijkstra М., van Roij R. Vapour-liquid coexistence for repulsive point-Yukawa fluids//J. Phys.: Cond. Matter. — 1998. —Vol. 10.

19. У. Харрисон. Псевдопотенциалы в теории металлов.М: Мир, 1968.-236с.

20. Боголюбов Н.Н. Вычисление свободной энергии для модельных систем//УМЖ, — 1965. —Т. 17, —Вып. 3, —С. 3-15.

21. Боголюбов Н.Н., Бранков И.Г., Загребнов В.А., Курбатов A.M., Тончев Н.С. Некоторые классы точно решаемых модельных задач квантовой статистической механики: метод аппроксимирующего гамильтониана// УМН. — 1984. — Т. 39.— Вып. 2. — С. 3-46.

22. Бэкстер Р. Точно решаемые модели в статистической механике. — М.: Мир, 1985. —488 с.

23. Н. A. Kramers, G. Н. Wannier, Phys. Rev. 60, 252 (1941).

24. L. Onsager, Phys. Rev. 65, 117 (1944).

25. V. Gorsky, Z. Phys. 50, 64 (1928).

26. W. L. Bragg, E. J. Williams, Proc. Roy. Soc. A152, 231 (1935).

27. E. A. Guggenheim, Proc. Roy. Soc. A148, 304 (1935).

28. R. H. Fouler, E. A. Guggenheim, Statistical Thermodynamics, Cambridge, University Press, 1939.

29. H. A. Bethe, Proc. Roy. Soc. A150, 552 (1935).

30. R. Peierls, Proc. Roy. Soc. A154, 207 (1936).

31. J. G. Kirkwood, J. Chem. Phys. 6, 70 (1938).

32. M.А.Кривоглаз, А.А. Смирнов, Теория упорядочивающихся сплавов.— М.: Физматгиз, 1958.—324 с.

33. И. Л. Аптекарь, ДАН СССР 130, 562 (1960).

34. В. В. Гейченко, А. А. Смирнов, сб. «Вопросы физики металлов и металловедения», т. II, стр. 36, Киев, 1960.

35. В. В. Гейченко, В. М. Даниленко, А. А. Смирнов, ФММ 13, 321 (1962).

36. В. В. Гейченко, В. И. Рыжков, Укр. физ. журнал 8, 1223 (1963).

37. Маннинг Дж. Кинетика диффузии атомов в кристаллах. — М.: Мир, 1971. —277 с.

38. Старк Дж.П. Диффузия в твердых телах. — М.: Энергия, 1980.— 240 с.

39. Смирнов А.А. Теория диффузии в сплавах внедрения. — Киев: Наукова думка, 1982.— 168 с.

40. Гольцов В.А., Смирнов Л.И. Кинетические эффекты взаимодействия подсистем внедрения в металлической матрице. II Неидеальный многокомпонентный решеточный газ// ФММ. — 1987. — Т. 63. — Вып. 2. — С. 238-244.

41. Смирнов Л.И., Филоненко С.М. О концентрационной зависимости коэффициента диффузии водорода в палладии// ФММ.- 1989. Т. 67. — Вып. 2. —С. 240-243.

42. Смирнов Л.И. Применение метода конфигураций к расчету коэффициента диффузии атомов в сплавах внедрения// УФЖ. — 1989. — Т. 34. — Вып. 2. — С. 259-264.

43. Бокштейн Б.С., Бокштейн С.З., Жуховицкнй А.А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. М.: Металлургия, 1974. -280 с.

44. Смирнов А. А. Молекулярно-кинетическая теория металлов. — М.: Наука, 1966. —488 с.

45. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. JL: Наука, 1972.- 424 с.

46. Смирнов А.А. Теория сплавов внедрения. — М.: Наука, 1979.— 368 с.

47. Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. — М.: Металлургия, 1990. — 336 с.

48. Де Гроот С. Термодинамика необратимых процессов. — М.: ГИТТЛ, 1956.— 280 с.

49. Де Гроот С., Мазур Р. Неравновесная термодинамика. — М.: Мир, 1964.— 456 с.

50. Пригожий И. Неравновесная статистическая механика. — М.: Мир, 1964. —314с.

51. Де Донде Т., ван Риссельберг П. Термодинамическая теория сродства: книга принципов. — М.: Металлургия, 1984. — 136 с.

52. Николис Дж. Динамика иерархических систем. Эволюционное представление. — М.: Мир, 1989. — 488 с.

53. Кляцкин В.И. Стохастические уравнения и волны в случайно-неоднородных средах. — М.: Наука, 1980. — 336 с.

54. Кога Т. Введение в кинетическую теорию стохастических процессов в газах. — М.: Наука, 1983. — 272 с.

55. Лиггетт Т. Марковские процессы с локальным взаимодействием. — М.: Мир, 1989.— 550 с.

56. Ван Кампен Н.Г. Стохастические процессы в физике и химии. — М.: ВШ, 1990,—376с.

57. Haus J.W., Kehr K.W. Diffusion in regular- and disordered lattices// Phys. Reports. — 1987. —Vol. 150, —P. 263-406.

58. Больцман JI. Лекции по теории газов. — М.: Гостехиздат, 1956.— 554с.

59. Толпыго К.Б. Термодинамика и статистическая физика. — Киев: Изд-во КГУ, 1966, —364 с.

60. Хуанг К. Статистическая механика. — М.: Мир, 1966. — 520 с.

61. Зубарев Д. Н. Неравновесная статистическая термодинамика.— М.: Наука, 1971, —416 с.

62. Либов Р. Введение в теорию кинетических уравнений. — М.: Мир, 1974. — 372 с.

63. Власов А.А. Нелокальная статистическая механика. — М.: Наука,1978.—264с.

64. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. — М.: Наука,1979. — 527 с.

65. Глазов В.М., Павлова Л.М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия. — М.: Металлургия, 1981. — 336 с.

66. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Теория неравновесных систем. — М.: Изд-во МГУ, 1987. — 559 с.

67. Дьярмати И. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы. — М.: Мир, 1974. — 304 с.

68. Бахарева И.Ф. Нелинейная неравновесная термодинамика. — Саратов: Изд-во СГУ, 1976. — 140 с.

69. Стратонович P.JI. Нелинейная неравновесная термодинамика.— М.: Наука, 1985, —480 с.

70. Кубо Р. Некоторые вопросы статистико-механической теории необратимых процессов. В кн. Термодинамика необратимых процессов. — М.: Иностранная литература, 1962. — С. 345-421.71 .Жирифалько Л. Статистическая физика твердого тела. — М.: Мир, 1975, —382 с.

71. Майер Дж., Гиппёрт-Майер М. Статистическая механика. — М.: Мир, 1980.— 544с.

72. Базаров И.П., Геворкян Э.В. Статистическая теория твердых и жидких кристаллов. — М.: Изд-во МГУ, 1983. — 262 с.

73. Лариков Л.Н., Исайчев В.И. Диффузия в металлах и сплавах.— Киев: Наукова думка, 1987. — 511 с.

74. Слезов В.В., Сагалович В.В. Диффузионный распад твер дых растворов. Теория. Ч. 1. Однокомпонентные выделения// Харьков: Препринт ХФТИ АН УССР 82-41, 1982. — 48 с; Многокомпонентные выделения// Харьков: Препринт ХФТИ АН УССР 82-42, 1982. —48 с.

75. Слезов В.В., Сагалович В.В. Диффузионный распад твердых растворов//УФН. — 1987, —Т. 151. —Вып. 1. —С. 67-104.

76. Анцыпина Т.Н., Слюсарев В.А., Чишко К.А. Особенности поведения теплоемкости распадающихся твердых растворов 3Не 4Не// ФТТ. — 1998. — Т. 40. — Вып. 2. — С. 355-361.

77. НГТУ, г. Волгодонск, май 1997г.-Новочеркасск: Набла, 1997. Вып. 2. -С. 44-45.

78. Благин А.В., Попов А.И., Лунина М.Л. Процессы диффузионного распада в твёрдых растворах GaSbBi и GaPBi, полученных в поле температурного градиента. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. - Спецвып. - С. 61 - 62.

79. Абросимова Г.Е., Аронин А.С., Гуров А.Ф., Кирьянов Ю.В., Молоканов В.В. Начальные стадии распада аморфной фаз ы в массивном металлическом стекле Zr—Си—Ti// ФТТ. — 1999.— Т. 41.1. Вып. 7, —С. 1129-1 133.

80. Брик В.В. Диффузионные и фазовые превращения в металлах и сплавах. — Киев: Наукова думка, 1985. — 232 с.

81. Слезов В.В., Сагалович В.В. Диффузионный распад твердых растворов. Эксперимент: обзор. — М.: ЦНИИатоминформ, 1984. -81 с.

82. Гегузин Я.Е. Восходящая диффузия и диффузионное последействие// УФН. — 1986.— Т. 149. —Вып. 1. —С. 149-159.

83. Любов Б.Я., Фастов Н.С. Влияние концентрационных напряжений на процессы диффузии в твердых растворах// ДАН СССР.— 1952,- Т. 84.1. Вып. 5. —С. 939-941.

84. Краско Г.Л., Любов Б.Я. К теории поведения концентрационных неоднородностей в регулярных твердых растворах// ФММ. — 1961. — Т. П. —Вып. 2. —С. 186-193.

85. Любов Б.Я. Диффузионные процессы в неоднородных твердых средах.1. М.: Мир, 1981. —296 с.

86. Установщиков Ю.И. Выделение второй фазы в твердых растворах. — М.: Наука, 1988. — 172 с.

87. Установщиков Ю.И., Власов В.А. Восходящая диффузия при ближнем упорядочении разбавленных твердых растворов железа// ФММ. — 1976. — Т. 42. — Вып. 6. — С. 1182-1185.

88. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. — М.: Мир, 1978.— 808 с.

89. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. — М.: Мир, 1978,— 808 с.

90. Френкель Я.И. Собрание избранных трудов. Т. 3. Кинетическая теория жидкостей. — М. — Л.: Изд-во АН СССР, 1959. — 460 с.

91. Фольмер М. Кинетика образования новой фазы.-М.:Наука, 1986.-208 с.

92. Куни Ф.М. Проблема кинетики конденсации// Киев: Пре-принт ИТФ АН УССР ИТФ 83-79Р, 1983. — 26 с.

93. Куни Ф.М. Неизотермические эффекты конденсации// Киев: Препринт ИТФ АН УССР ИТФ 83-80Р, 1983. — 29 с.

94. Kuni P.M. The kinetics of the condensation under the dynamical conditions// Kiev: Preprint ITP Acad, of Sc. Ukrainian-SSR ITP 84-178E, 1983,—65 p.

95. Мартин Дж., Доэрти P. Стабильность микроструктуры металлических систем. — М.: Атомиздат, 1978. — 280 с.

96. Любов Б.Я. Кинетическая теория фазовых превращений. — М.: Металлургия, 1969. — 263 с.

97. Чуистов К.В. Модулированные структуры в стареющих сплавах. — Киев: Наукова думка, 1975. — 232 с.

98. Гольдштейн М.И., Фарбер В.М. Дисперсионное упрочнение стали. — М.: Металлургия, 1979. — 208 с.

99. ЮО.Фишман И.М. Стационарное и нестационарное зарождение новой фазы при фазовых переходах первого рода // УФН. — 1988. — Т. 155.1. Вып. 2, — С. 329-355.

100. ЮЗ.Лифшиц И.М., Слезов В.В. К теории коалесценции твердых растворов//ФТТ. — 1959, —Т. 1. — Вып. 9. — С. 1401-1411.

101. Слезов В.В., Шмельцер Ю. Максимальное число частиц новой фазы, зарождающихся при распаде твердых растворов// ФТТ. — 1997.-Т. 39.1. Вып. 12. —С. 2210-2216.

102. Слезов В.В., Рогожкин В.В., Абызов А.С. Конкуренция фаз на поздней стадии диффузионного распада// ФТТ. — 1998- Т. 40. — Вып. 4.

103. Binder К., Staufter D. Statistical theory of nucleation, condensation and coagulation//Adv. Phys. — 1976. — Vol. 25.-P. 343-396.

104. Mirold P., Binder K. Theory for the initial stages of grain growth and unmixing kinetics of binary alloys// Acta met.-1977.-Vol.25.-P. 1435-1444.

105. Ю8.Биндер К. Кинетика расслоения фаз. В кн.: Синергетика. — М.: Мир, 1984. —С. 64-79.

106. Брик В.Б., Лариков Л.Н., Фальченко В.М. О механизме роста центров а-модификации в монокристаллах олова высокой чистоты// ФММ. — 1977. —Т. 43. —Вып. 1. —С. 56-62.

107. Ю.Микквиллэн М.К. Фазовые превращения в титане и его сплавах. — М.: Металлургия, 1967. — 75 с.

108. Ш.Гиббс Дж.В. Термодинамические работы. — М. — Л.: Гос-техиздат, 1950, —350 с.

109. Делингер У. Теоретическое металловедение. — М.: Метал-лургиздат, 1960.—296 с.

110. Calm J.W. On spinodal decomposition// Acta met. — 1961. — Vol. 9.1. N 9, —P. 795-808.lM.Cahn J.W. On spinodal decomposition in cubic crystals// Acta met. — 1962,—Vol. 10. —N —3. P. 179-183.

111. Cahn J.W. On spinodal decomposition in cubic crystals// Acta met. — 1962.— Vol. 10. —N 10, —P. 907-913.

112. Cahn J.W. Phase separation by spinodal decomposition in isotropic systems// J. Chem. Phys. — 1965. — Vol. 42. — N 1 .-P. 93-99.

113. Cahn J.W. The later stages of spinodal decomposition and the beginnings of particle coarsening//Acta met.-1966. -Vol. 14.-N 12. P. 1685-1692.

114. Cahn J.W. Spinodal decomposition// Trans. Met. Soc. AIME.-1968. — Vol. 242. — N 2. — P. 166-179.

115. Hillert M. A solid-solution model for inhomogeneous systems// Acta met.1961. — Vol. 9. — N 6. — P. 525-535.

116. Hilliard J.E. The mechanism of phase transformation in crystalline solids// In book: Phase transformation. — Ohio: ASM, Metalls Park., 1970. 497 p.

117. Cook H.E. Brownian motion in spinodal decomposition// Acta met. — 1970. — Vol. 18. — P. 297-306.

118. Фельдман Э.П., Стефанович Л.И. Кинетика спинодалыюго распада стекол // ЖЭТФ. — 1990. — Т. 98. — Вып. 5(1.1).— С. 1695-1704.

119. Смирнов Л.И., Носенко В.Ю. О кинетике расслоения фаз в твердых растворах//ФММ. — 1993, —Т. 75. — Вып. 4. — С. 151-156.

120. Артеменко Ю.А., Гольцова М.В. Распад твердого раствора водорода в палладии при быстром охлаждении// ФММ. — 1995. — Т. 79.-Вып. 2.1. С. 61-64.

121. Коржавый П.А., Смирнова Е.А., Эйбелъман И.А., Абрикосов И.А., Рубан А.В., Векилов Ю.Х. Природа структурного спинодального распада в системе А1 — ZnII ФТТ. — 1997. — Т. 39. — Вып. 9.

122. Антонов Н.М., Гусаров В.В., Попов И.Ю. Модель спинодального распада в условиях гиперболической диффузии// ФТТ. — 1999.-Т. 41.1. Вып. 5. —С. 907-909.

123. Хачатурян А.Г. Теория фазовых превращений и структура твердых растворов. М.: Наука, 1974. - 384 с.

124. Cahn J.W., Hilliard J.E. Free energy of a nonuniform system. Interfacial free energy//J. Chem. Phys. — 1958. — Vol. 28,— P. 258-267.

125. Langer J.S. Theory of the condensation point// Ann. Phys. — 1967. — Vol.41. —P. 108-157.

126. Langer J.S. Theory of spinodal decomposition in alloys// Ann. Phys. — 1971. —Vol. 65. —P. 53-86.

127. Langer J.S. Statistical methods in the theory of spinodal decomposition// Acta met. — 1973, — Vol. 21. — P. 1649-1658.

128. Langer J.S., Baron M. Theory of early-stage spinodal decomposition// Ann. Phys. — 1973. — Vol. 78. — P. 421-452.

129. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Попов В.П., Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов. -М.: Металлургия, 1987. 232 с.

130. Pfann W.G. Temperature gradient zone metting // J. Metals. 1955.

131. Вольф Г.А., Млавский А.И. Зонная плавка с растворителем // В кн.: Рост кристаллов.-М.: Мир, 1977. Т.1. С. 244-292.

132. Лозовский В.И., Константинова Г.С. Изотермический вариант метода движущегося растворителя // Кристаллография. 1978. Т.23. Вып.1. С. 288 -229.

133. Лозовский В.Н. Зонная плавка с градиентом температуры. М.: Металлургия, 1972. -240 с.

134. Huang S.C., Glicksman М.Е. Fundamentals of Dendritic Solidification. -1 Steady-State Tip Growth. // Acta Met. -1981.- V.29. -P. 701.

135. Долгынов Л. M., Елисеев П. Г., Мильвидский М. Г. Многокомпонентные полупроводниковые твердые растворы и их применение в лазерах // Квантовая электроника. 1976. Т.8. №7. С. 1381-1383.

136. Долгинов Л. М, Елисеев П. Г., Исмаилов И. Инжекционные излучательные приборы на основе многокомпонентных полупроводниковых твердых растворов // Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. Т.21. С. 3-115.

137. Марьев В.Б., Попов В.П. Жидкостная эпитаксия GaAsixPx при постоянной температуре //Кристаллография.1974.Т.19. Вып. 1 .С. 193-194.

138. Марьев В.Б. Зонная плавка с градиентом температуры в системах GaP и GaAsP: дис. .канд. ф.-м. наук. Новочеркасск, 1974.

139. Максимов С.К. Формирование диссипативных структур при кристаллизации эпитаксиальных слоев многокомпонентных соединений AmBv и аморфных пленок Ta-Si // Кристаллография. 1994. Т.39. №2. С. 315-321.

140. Мс. Groody J.C., Lorenz M.R., Plaskett T.S. The Gunn effect and conduction band structure in GaxIni.xSb alloys. // Solid State Communs, 1969. V.7. №9. P. 901-903.

141. Plaskett T.S. Woods J.E. The growth and some properties of GaxIni-xSb. // J. Crystall Growth, 1971. V.l 1. №3. P. 341-344.

142. G.C. Osborn. // J. Appl. Phys. 1982. V.53, P. 1586.

143. G.С. О shorn. // J.Vac. Sci. Technol. 1983. V.l. №2. P. 379.

144. G.C. Osborn .//J.Vac. Sci. Technol. 1984. V.2. №2. P. 176.

145. Хогарт К. Материалы, используемые в полупроводниковых приборах. М:. Мир, 1968.-350 с.

146. Благин А.В., Кодин В.В., Попов А.И., Баранник А.А. Исследование электрических свойств варизонных гетероструктур InSbBi/InSb. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2002. - Спецвып. - С. 93 - 95.

147. Д.Л.Алфимова. Исследование многокомпонентных висмутсодержащих соединений АЗВ5 в поле температурного градиента. Дис. . канд. техн. наук. Новочеркасск, 2000.- 186с.

148. Зиновьев В.Г., Моргун А.И., Уфимцев В.Б. Поведение висмута в эпитаксиальных слоях GaSb<Bi> // Изв. РАН: Неорган, материалы. 1993. Т.29. №2. С. 177-180.

149. Крапухин В.В., Соколов И.А., Кузнецов Г.Д. Физико-химические основы технологии полупроводниковых материалов. М.:1. Металлургия, 1982. 352 с.

150. Литвак A.M., Чарыков Н.А. Новый термодинамический метод расчета фазовых диаграмм двойных и тройных систем, содержащих In, Ga, As и Sb // Неорг. материалы. 1991. - Т.27, №2. С.225-230.

151. Кузнецов В.В., Москвин П.П., Сорокин B.C. Неравновесные явления при жидкостной гетероэпитаксии полупроводниковых твердых растворов. М.: Металлургия, 1991, 175 с.

152. Расчет фазовых равновесий в многокомпонентных системах. / А.И.Казаков, В.А.Мокрицкий, В.Н.Романенко, Л.Хитова. М.: Металлургия, 1987.- 136 с.

153. Таланов В.М. Теория изоструктурных фазовых переходов. -Новочеркасск: НГТУ, 1995.-43 с.169.0nabe К. Thermodinamics of type A^xBxCi-yDy III-V qurternary solid solutions II). Phis. Chem. Solids. 1982. - V.43, №11. - Pp. 1071-1086.

154. Jordan A .S., llegems M . Solid-Liquid Equilibria for Quaternary Solid Solution Involving Compound Semiconductors // J. Phys. and Cem Solids . 1975. V.36.№4. P. 329-342.

155. Faulkner J.S. The modern theory of alloys// Progr. Mat. Sci. — 1982. — Vol. 27, —P. 1-187.

156. Arenzon J.J. Replica theory of granular media// J. Phys. A: Math. Gen. — 1999. —Vol. 32. — R L107-L113.

157. Feldman E.P., Stefanovich L.I. Transition from spinodal decomposition to the stage of coalescence in undercooled glasses and solid solutions// Phys. Stat. Sol. (b).— 1996.— Vol. 195, —P. 137-148.

158. Гуров К.П. Феноменологическая термодинамика необратимых процессов. — М.: Наука, 1978. — 128 с.

159. Гуров К.П., Карташкин Б.А., Угастэ Ю.Э. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах. — М.: Наука, 1981. —351с.

160. Гуревич Л.Э. Основы физической кинетики. — Л.- М.: ГИТТЛ, 1940.244 с.

161. Лифшиц И.М., Степанова Г.И. Корреляция в твердых растворах // ЖЭТФ. — 1957. — Т. 33. — Вып. 2(8). — С. 485-494.

162. Кудрявцев И.К. Химические нестабильности. — М.: МГУ, 1987.254 с.

163. Кае М., Uhlenbeck G.E., Hemmer Р.С. On the van der Waals theory of the vapor-liquid equilibrium//.!. Math. Phys. I,II,III: 1963. — Vol. 4. — N2.

164. P. 216-228; 1963. — Vol. 4. — N2. — P. 229-240; 1964. — Vol. 5. — N1, —P. 60-72.

165. Захаров А.Ю., Терехов С.В. Обобщенная решеточная модель фазовых равновесий в многокомпонентных системах// Математические задачи химической термодинамики. —Новосибирск: Наука, 1985. — С. 173181.

166. Захаров А.Ю., Терехов С.В. Теория диффузии атомов в сплавах// ФММ. — 1985. — Т. 59. — Вып. 2. — С. 261-268.

167. Георги Х-О. Гиббсовские меры и фазовые переходы. — М.: Мир, 1992. —624 с.183. de Fontaine D. Configurational thermodynamics of solid solutions// Solid State Physics: Adv. Res. and Appl. — 1979. — Vol. 34. — P. 173-274.

168. Аносов В.Я., Погодин C.A. Основные начала физико-химического анализа. — М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1947. — 876с.

169. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико-химического анализа. — М.: Наука, 1976. — 504 с.

170. Лодиз Р., Паркер Р. Рост монокристаллов. -М.: Мир, 1974. -540с.

171. Хорвей Г., Инж.-физич. журн., 8, 779(1965)

172. Frank F.C., Proc. Roy. Soc., A201, 586 (1950)

173. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твёрдых тел. -М.: Наука, 1964

174. Овчаренко А.Н. Нелинейные явления в процессе эволюции межфазных границ при зонной перекристаллизации в поле температурного градиента: Дисс. . канд. физ.-мат. наук. Новочеркасск, 1988. 175 с.

175. Справочник химика. / Б.П.Никольский, О.Н.Григоров, М.Е.Позин и др. Т.2. Ленинград: Изд-во хим. лит., 1963 - 1 170 с.

176. Физические величины: Справочник. / А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина, А.М.Братковский и др. Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

177. Химическая энциклопедия. В 5 т. / И.Л.Кнунянц (гл. ред.) и др. М.: Сов. энцикл., 1988.

178. Справочник химика. / Б.П.Никольский, О.Н.Григоров, М.Е.Позин и др. Т. 1. Ленинград: Изд-во хим. лит., 1963. - 1072 с.

179. Сысоев И. А. Метод зонной перекристаллизации градиентом температуры в технологии оптоэлектронных приборов на основе многокомпонентных соединений AmBv: Дис на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1993.

180. Davis L.E., MacDonald N.C. et al., Handbook of Auger Electron Spectroscopy, 2nd edition, Physical Electronics inc., Eden Prarie, Minn, 1976.

181. Sommerjai G., Chemistry in Two Dimensions: Surfaces, Cornell University Press, Ithaca, New York, 1981.

182. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Под ред. Д. Бриггса, М.П. Сиха,- М.: Мир, 1987.-600 с.

183. Тхорик Ю.А., Хазан Л.С. Пластическая деформация и дислокации несоответствия в гетероэпитаксиальных системах. Киев: Наукова думка, 1983,304 с.

184. Ван-дер-Мерее Дж. X. //Монокристаллические пленки: Сб. статей. -М.: Мир. 1966. С.172- 201.

185. Уфимцев В.Б., Зиновьев В.Г., Раухман Н.Р. Гетерогенные равновесия в системе In-Sb-Bi и ЖФЭ твердых растворов на основе InSb // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1979. Т.15. № 10. С. 1740 1743.