Издателям
Вышедшие номера
Начальные стадии релаксации напряжений несоответствия путем образования призматических дислокационных петель в композитных наноструктурах GaN-Ga2O3
Гуткин М.Ю.1,2,3, Смирнов А.М.3
1Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
3Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия .y.gutkin
Email: m.y.gutkin@gmail.com, smirnov.mech@gmail.com
Поступила в редакцию: 26 января 2016 г.
Выставление онлайн: 21 июля 2016 г.

-1 Рассмотрены начальные стадии релаксации напряжений несоответствия путем зарождения прямоугольных призматических дислокационных петель (ПДП) в модельных композитных наноструктурах, представляющих собой сферические или цилиндрические оболочки GaN, выращенные на сплошных или полых ядрах beta-Ga2O3, а также плоские тонкие пленки GaN на подложках beta-Ga2O3. Исследованы три характерные конфигурации ПДП: квадратные петли и петли, вытянутые вдоль и поперек границы раздела GaN/Ga2O3. При этом изучалось зарождение ПДП от границы раздела в оболочку (пленку) GaN, со свободной поверхности в оболочку (пленку) GaN и от границы раздела в ядро (подложку) beta-Ga2O3. Показано, что при наименьшей известной оценке решеточного несоответствия (2.6%) в некоторых из рассмотренных наноструктур не могут зародиться никакие ПДП. Если же зарождение ПДП возможно, то во всех рассмотренных наноструктурах энергетически выгоднее случай, когда ПДП вытянуты вдоль границ GaN/Ga2O3, причем предпочтительнее их зарождение со свободной поверхности GaN. Определены наноструктуры GaN/Ga2O3, наиболее и наименее устойчивые к образованию ПДП. Наиболее устойчивой к зарождению петель наноструктурой оказалась плоская двухслойная пластина GaN/Ga2O3, что объясняется действием альтернативного механизма релаксации напряжений несоответствия за счет изгиба пластины. Наименее устойчивой наноструктурой оказалась плоская трехслойная пластина GaN/Ga2O3/GaN, в которой пленки GaN имеют одинаковую толщину и отсутствует изгиб пластины как целого. Для всех исследованных наноструктур и трех известных оценок решеточного несоответствия (2.6, 4.7 и 10.1%) выполнены расчеты критических толщин оболочки (пленки) GaN, которые необходимо превысить при выращивании этих оболочек (пленок), чтобы избежать образования в них ПДП. Работа выполнена за счет средств Российского научного фонда (грант РНФ N 14-29-00086).
  • J. Millan, P. Godignon, X. Perpin\`a, A. Perez-Tomas, J. Rebollo. IEEE Trans. Power Electron. 29, 2155 (2014)
  • L.Y. Kuritzky, J.S. Speck. MRS Commun. 5, 463 (2015)
  • Z. Alaie, S. Mohammad Nejad, M.H. Yousefi. Mater. Sci. Semicond. Proc. 29, 16 (2015)
  • S. Fujita. Jpn. J. Appl. Phys. 54, 030 101 (2015)
  • S. Kumar, R. Singh. Phys. Status. Solidi (RRL) 7, 781 (2013)
  • M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, S. Yamakoshi. Phys. Status Solidi A 211, 21 (2014)
  • W. Tian, H. Lu, L. Li. Nano Res. 8, 382 (2015)
  • E.G. Vi llora, K. Shimamura, K. Aoki, K. Kitamura. Thin Solid Films 500, 209 (2006)
  • E.G. Vi llora, K. Shimamura, K. Kitamura, K. Aoki, T. Ujiie. Appl. Phys. Lett. 90, 234 102 (2007)
  • M.M. Muhammed, M. Peres, Y. Yamashita, Y. Morishima, S. Sato, N. Franco, K. Lorenz, A. Kuramata, I.S. Roqan. Appl. Phys. Lett. 105, 042 112 (2014)
  • K. Shimamura, E.G. Vi llora, K. Domen, K. Yui, K. Aoki, N. Ichinose. Jpn. J. Appl. Phys. 44, L7 (2005)
  • S. Ohira, N. Suzuki, H. Minami, K. Takahashi, T. Araki, Y. Nanishi. Phys. Status Solidi C 4, 2306 (2007)
  • Z.L. Xie, R. Zhang, C.T. Xia, X.Q. Xiu, P. Han, B. Liu, H. Zhao, R.L. Jiang, Y. Shi, Y.D. Zheng. Chin. Phys. Lett. 25, 2185 (2008)
  • S. Ito, K. Takeda, K. Nagata, H. Aoshima, K. Takehara, M. Iwaya, T. Takeuchi, S. Kamiyama, I. Akasaki, H. Amano. Phys. Status Solidi C 9, 519 (2012)
  • K. Kachel, M. Korytov, D. Gogova, Z. Galazka, M. Albrecht, R. Zwierz, D. Siche, S. Golka, A. Kwasniewski, M. Schmidbauer, R. Fornari. CrystEngComm 14, 8536 (2012)
  • V.I. Nikolaev, A.I. Pechnikov, V.N. Maslov, A.A. Golovatenko, V.M. Krymov, S.I. Stepanov, N.K. Zhumashev, V.E. Bougrov, A.E. Romanov. Mater. Phys. Mech. 22, 59 (2015)
  • R. Korbutowicz, J. Wnek, P. Panachuda, J. Serafinczuk, R. Srnanek. Opt. Appl. XLIII, 73 (2013)
  • H.H. Hsueh, S.L. Ou, D.S. Wuu, R.H. Horng. Vacuum 118, 8 (2015)
  • H.S. Oon, K.Y. Cheong. Mater. Sci. Semicond. Proc. 16, 1217 (2013)
  • S. Nakagomi, T. Sato, Y. Takahashi, Y. Kokubun. Sensors and Actuators A 232, 208 (2015)
  • C. Tang, Y. Bando, Z. Liu. Appl. Phys. Lett. 83, 3177 (2003)
  • J.H. Choi, M.H. Ham, W. Lee, J.M. Myoung. Solid State Commun. 142, 437 (2007)
  • S. Lee, M.H. Ham, J.M. Myoung, W. Lee. Acta Mater. 58, 4714 (2010)
  • L.W. Chang, J.H. Chang, J.W. Yeh, H.N. Lin, H.C. Shih. AIP Adv. 1, 032 114 (2011)
  • Y.K. Lee, H. Medina, P.W. Chiu. J. Vac. Sci. Technol. B 30, 011 802 (2012)
  • J.W. Yu, P.C. Yeh, S.L. Wang, Y.R. Wu, M.H. Mao, H.H. Lin, L.H. Peng. Appl. Phys. Lett. 101, 183 501 (2012)
  • C.K. Li, P.C. Yeh, J.W. Yu, L.H. Peng, Y.R. Wu. J. Appl. Phys. 114, 163 706 (2013)
  • J. Miao, C.C. Chen, C. Song, Y. Nishino, Y. Kohmura, T. Ishikawa, D. Ramunno-Johnson, T.K. Lee, S.H. Risbud. Phys. Rev. Lett. 97, 215 503 (2006)
  • H. Xiao, H. Pei, W. Hu, B. Jiang, Y. Qiu. Mater. Lett. 64, 2399 (2010)
  • J.Q. Ning, S.J. Xu, P.W. Wang, Y.P. Song, D.P. Yu, Y.Y. Shan, S.T. Lee, H. Yang. Mater. Charact. 73, 153 (2012)
  • H.D. Xiao, H.L. Ma, C.S. Xue, H.Z. Zhuang, J. Ma, F.J. Zong, W.R. Hu. Mater. Lett. 59, 4041 (2005)
  • P. Sahoo, J. Basu, S. Dhara, H.C. Fang, C.P. Liu, T.R. Ravindran, S. Dash, A.K. Tyagi. J. Mater. Sci. 47, 3447 (2012)
  • J.W. Matthews, In: Dislocations in Solids / Ed. F.R.N. Nabarro. North-Holland, Amsterdam (1979). V. 2. P. 461
  • Ю.А. Тхорик, Л.С. Хазан. Пластическая деформация и дислокации несоответствия в гетероэпитаксиальных системах. Наук. думка, Киев (1983). 304 с
  • M.Yu. Gutkin, A.L. Kolesnikova, A.E. Romanov. Mater. Sci. Eng. A 164, 433 (1993)
  • L.B. Freund, S. Suresh. Thin film materials: stress, defect formation and surface evolution. Cambridge University Press (2004). 820 p
  • M.Yu. Gutkin, A.M. Smirnov. Acta Mater. 88, 91 (2015)
  • L.I. Trusov, M.Yu. Tanakov, V.G. Gryaznov, A.M. Kaprelov, A.E. Romanov. J. Cryst. Growth 114, 133 (1991)
  • M.Yu. Gutkin. Int. J. Eng. Sci. 61, 59 (2012)
  • M.Yu. Gutkin. Nanomater. Energy 2, 180 (2013)
  • М.Ю. Гуткин, А.М. Смирнов. ФТТ 56, 703 (2014)
  • М.Ю. Гуткин, А.Л. Колесникова, С.А. Красницкий, А.Е. Романов. ФТТ 56, 695 (2014)
  • M.Yu. Gutkin, A.L. Kolesnikova, S.A. Krasnitckii, A.E. Romanov, A.G. Shalkovskii. Scripta Mater. 83, 1 (2014)
  • A.L. Kolesnikova, M.Yu. Gutkin, S.A. Krasnitckii, A.E. Romanov. Int. J. Solids Struct. 50, 1839 (2013)
  • М.Ю. Гуткин, С.А. Красницкий, А.М. Смирнов, А.Л. Колесникова, А.Е. Романов. ФТТ 57, 1158 (2015)
  • Дж. Хирт, И. Лоте. Теория дислокаций. Атомиздат, М., (1972). 600 с
  • B. Cheng, E.T. Samulski. J. Mater. Chem. 11, 2901 (2001)
  • J. Hu, Q. Li, J. Zhan, Y. Jiao, Z. Liu, S.P. Ringer, Y. Bando, D. Golberg. ACS Nano 2, 107 (2008)
  • G. Guzm\`an-Navarro, M. Herrera-Zaldvar, J. Valenzuela-Benavides, D. Maestre. J. Appl. Phys. 110, 034 315 (2011)
  • T.Y. Tsai, S.L. Ou, M.T. Hung, D.S. Wuu, R.H. Horng. J. Electrochem. Soc. 158, H1172 (2011)
  • Ga-=SUB=-2-=/SUB=-O-=SUB=-3-=/SUB=- Technical Data. Tamura Corporation (2014); http://www.tamura-ss.co.jp/en/index.html.
  • Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

    Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.