Саріков А. В. Структурно-фазові перетворення при формуванні плівок і нанокомпозитів на основі Si та 3C-SiC

Дисертаційну роботу присвячено з’ясуванню механізмів дії зовнішніх чинників на формування структури та фазового складу при отриманні плівок і нанокомпозитів на основі кремнію та кубічного карбіду кремнію. Розроблено кінетичну модель процесу обміну шарами, індукованого алюмінієм, для вирощування плівок полікристалічного кремнію на сторонніх неорієнтуючих підкладинках. З’ясовно фізичні механізми, що визначають перебіг цього процесу, та їх залежність від характеристик вихідних структур і температури відпалу. Також показано, що механізм метал-індукованої кристалізації, який лежить в основі обміну шарами, має істотне значення для пояснення особливостей каталізованого металами росту нитковидних кристалів кремнію у процесі пара-рідина-тверде тіло та споріднених йому. Розроблено термодинамічну теорію фазового розділення плівок SiOx (x < 2) при високотемпературних відпалах. Отримано вираз для вільної енергії оксиду кремнію як функцію його складу та температури. Теоретично обґрунтовано залежність фазово-структурних характеристик нанокомпозитів Si/SiOx, отримуваних як результат фазового розділення, від початкової стехіометрії оксиду кремнію та температури відпалу. Теоретично обґрунтовано явище повного або часткового перемішування шарів у надґратках, що складаються з SiOx та SiO2 нанометрових товщин, та його залежність від характеристик вихідних надґраток і температури відпалу. Методом молекулярної динаміки промодельовано еволюцію протяжних дефектів у плівках кубічного карбіду кремнію при вирощуванні на кремнієвих підкладинках. Зокрема встановлено, що утворення стабільних комплексів часткових дислокацій Шоклі та анігіляція дефектів пакування у таких плівках обумовлені еволюцією напружень на різних стадіях стандартної двостадійної технології їх вирощування. Також з’ясовано, що експериментально спостережені часткові дислокації з видимими напрямками ліній <132> та <143> у кубічному карбіді кремнію складаються з сегментів стабільних ліній дислокацій <011> та <121>. Запропоновано механізм, згідно з яким формування таких дислокацій обумовлено тенденцією до мінімізації їх енергії шляхом зменшення довжини лінії з одного боку та формуванням сегментів, що мають найменші значення енергії з іншого боку. Виявлено структуру типового протяжного дефекту у нитковидних кристалах GaP/Si гексагональної фази. Також встановлено існування критичного радіуса нитковидних кристалів кремнію, що дорівнює приблизно 7 нм, нижче за який більш стабільними є кристали з гексагональною структурою, а вище – з кубічною. Існування критичного радіуса обумовлено більшою поверхневою та меншою об’ємною енергією кубічної фази кремнію порівняно з гексагональною