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 ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
Email: m.y.gutkin@gmail.com, smirnov.mech@gmail.com
Поступила в редакцию: 26 января 2016 г.
Выставление онлайн: 20 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).
  1. J. Millan, P. Godignon, X. Perpin\`a, A. Perez-Tomas, J. Rebollo. IEEE Trans. Power Electron. 29, 2155 (2014)
  2. L.Y. Kuritzky, J.S. Speck. MRS Commun. 5, 463 (2015)
  3. Z. Alaie, S. Mohammad Nejad, M.H. Yousefi. Mater. Sci. Semicond. Proc. 29, 16 (2015)
  4. S. Fujita. Jpn. J. Appl. Phys. 54, 030 101 (2015)
  5. S. Kumar, R. Singh. Phys. Status. Solidi (RRL) 7, 781 (2013)
  6. M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, S. Yamakoshi. Phys. Status Solidi A 211, 21 (2014)
  7. W. Tian, H. Lu, L. Li. Nano Res. 8, 382 (2015)
  8. E.G. Vi llora, K. Shimamura, K. Aoki, K. Kitamura. Thin Solid Films 500, 209 (2006)
  9. E.G. Vi llora, K. Shimamura, K. Kitamura, K. Aoki, T. Ujiie. Appl. Phys. Lett. 90, 234 102 (2007)
  10. 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)
  11. K. Shimamura, E.G. Vi llora, K. Domen, K. Yui, K. Aoki, N. Ichinose. Jpn. J. Appl. Phys. 44, L7 (2005)
  12. S. Ohira, N. Suzuki, H. Minami, K. Takahashi, T. Araki, Y. Nanishi. Phys. Status Solidi C 4, 2306 (2007)
  13. 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)
  14. 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)
  15. 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)
  16. 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)
  17. R. Korbutowicz, J. Wnek, P. Panachuda, J. Serafinczuk, R. Srnanek. Opt. Appl. XLIII, 73 (2013)
  18. H.H. Hsueh, S.L. Ou, D.S. Wuu, R.H. Horng. Vacuum 118, 8 (2015)
  19. H.S. Oon, K.Y. Cheong. Mater. Sci. Semicond. Proc. 16, 1217 (2013)
  20. S. Nakagomi, T. Sato, Y. Takahashi, Y. Kokubun. Sensors and Actuators A 232, 208 (2015)
  21. C. Tang, Y. Bando, Z. Liu. Appl. Phys. Lett. 83, 3177 (2003)
  22. J.H. Choi, M.H. Ham, W. Lee, J.M. Myoung. Solid State Commun. 142, 437 (2007)
  23. S. Lee, M.H. Ham, J.M. Myoung, W. Lee. Acta Mater. 58, 4714 (2010)
  24. L.W. Chang, J.H. Chang, J.W. Yeh, H.N. Lin, H.C. Shih. AIP Adv. 1, 032 114 (2011)
  25. Y.K. Lee, H. Medina, P.W. Chiu. J. Vac. Sci. Technol. B 30, 011 802 (2012)
  26. 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)
  27. C.K. Li, P.C. Yeh, J.W. Yu, L.H. Peng, Y.R. Wu. J. Appl. Phys. 114, 163 706 (2013)
  28. 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)
  29. H. Xiao, H. Pei, W. Hu, B. Jiang, Y. Qiu. Mater. Lett. 64, 2399 (2010)
  30. 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)
  31. 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)
  32. 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)
  33. J.W. Matthews, In: Dislocations in Solids / Ed. F.R.N. Nabarro. North-Holland, Amsterdam (1979). V. 2. P. 461
  34. Ю.А. Тхорик, Л.С. Хазан. Пластическая деформация и дислокации несоответствия в гетероэпитаксиальных системах. Наук. думка, Киев (1983). 304 с
  35. M.Yu. Gutkin, A.L. Kolesnikova, A.E. Romanov. Mater. Sci. Eng. A 164, 433 (1993)
  36. L.B. Freund, S. Suresh. Thin film materials: stress, defect formation and surface evolution. Cambridge University Press (2004). 820 p
  37. M.Yu. Gutkin, A.M. Smirnov. Acta Mater. 88, 91 (2015)
  38. L.I. Trusov, M.Yu. Tanakov, V.G. Gryaznov, A.M. Kaprelov, A.E. Romanov. J. Cryst. Growth 114, 133 (1991)
  39. M.Yu. Gutkin. Int. J. Eng. Sci. 61, 59 (2012)
  40. M.Yu. Gutkin. Nanomater. Energy 2, 180 (2013)
  41. М.Ю. Гуткин, А.М. Смирнов. ФТТ 56, 703 (2014)
  42. М.Ю. Гуткин, А.Л. Колесникова, С.А. Красницкий, А.Е. Романов. ФТТ 56, 695 (2014)
  43. M.Yu. Gutkin, A.L. Kolesnikova, S.A. Krasnitckii, A.E. Romanov, A.G. Shalkovskii. Scripta Mater. 83, 1 (2014)
  44. A.L. Kolesnikova, M.Yu. Gutkin, S.A. Krasnitckii, A.E. Romanov. Int. J. Solids Struct. 50, 1839 (2013)
  45. М.Ю. Гуткин, С.А. Красницкий, А.М. Смирнов, А.Л. Колесникова, А.Е. Романов. ФТТ 57, 1158 (2015)
  46. Дж. Хирт, И. Лоте. Теория дислокаций. Атомиздат, М., (1972). 600 с
  47. B. Cheng, E.T. Samulski. J. Mater. Chem. 11, 2901 (2001)
  48. J. Hu, Q. Li, J. Zhan, Y. Jiao, Z. Liu, S.P. Ringer, Y. Bando, D. Golberg. ACS Nano 2, 107 (2008)
  49. G. Guzm\`an-Navarro, M. Herrera-Zaldvar, J. Valenzuela-Benavides, D. Maestre. J. Appl. Phys. 110, 034 315 (2011)
  50. T.Y. Tsai, S.L. Ou, M.T. Hung, D.S. Wuu, R.H. Horng. J. Electrochem. Soc. 158, H1172 (2011)
  51. Ga2O3 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.