Анотація до роботи:

Моісеєнко Н.В. Наночастинки кремнію в кристалічній решітці алюмінію. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2004.

Дисертація присвячена дослідженню механізмів зародкоутворення та росту Si преципітатів в кристалічній решітці алюмінію. За допомогою ab initio розрахунків отримані міжатомні потенціали для Si–Al взаємодії в алюмінії. Ці потенціали, разом з одержаними іншими авторами потенціалами для Al-Al та Si-Si взаємодії були використані для вивчення релаксації малих Si кластерів, що відіграють важливу роль в формуванні зародків в процесах Si преципітації. Встановлено, що Si₃ кластер є початковою атомною конфігурацією, що призводить до зародкоутворення та росту Si преципітатів. Запропонована спеціальна модель для вивчення природи хімічного зв’язку між Si та Al. Головним результатом є пояснення алмазоподібного гібридного характеру зв’язку Si-Al, у випадку коли атоми Si створюють Si₂ кластер в решітці Al. Ці зв’язки подібні до ковалентних зв’язків в кристалі Si. В умовах загартовування та нейтронного опромінювання дифузійні процеси, що обумовлюють преципітацію атомів Si протікають при відносно низьких температурах. Дано пояснення низькотемпературної дифузії з використанням механізму дивакансійної дифузії. Було також встановлено, що ріст Si преципітатів в умовах нейтронного опромінювання алюмінію обмежується дифузією атомів Si до преципітатів в Al решітці.

1. На основі ab initio розрахунків повної енергії системи Al–Si отримані адіабатичні потенціали для пари атомів Si–Al в решітці алюмінію. Це створило можливість комп’ютерного моделювання методом молекулярної динаміки атомних структур Si–Al. Розраховані малі релаксації Al решітки в околі атомів Si. Встановлено, що найбільш енергетично вигідним є положення атому Si у вершині елементарної комірки в решітці алюмінію.

2. Вперше встановлена можливість утворення ковалентного зв’язку атомів Al з атомами Si в решітці Al, що пояснюється можливістю виникнення sp^k (k>1) гібридної конфігурації в атомі Al за рахунок притягання додаткового електрона металу. При виникненні Si преципітатів в кристалах Al формуються просторово-орієнтовані гібридні хімічні зв’язки між Si та Al. Це означає, що використання сферично-симетричних потенціалів для моделювання в цих випадках неправомірне.

3. Релаксаційна деформація оточення Si кластерів в алюмінії приводить до того, що стала решітки Al зменшується при введенні одиночних атомів Si в Al і збільшується при утворенні Si кластерів.

4. Si₃ кластер з тетраедричними кутами є найбільш стабільним і виступає в ролі підкритичного зародка при формуванні Si преципітатів в Al. Si кластери в Al решітці виконують роль центрів гетерогенного зародкоутворення. Показано, що в системі Si–Al реалізується модель комбінованого гетерогенно-гомогенного зародкоутворення.

5. Розраховані енергії змішання в розчині Si–Al на основі обчислених повних енергій для Si (алмазоподібного), Si (ГЦК) і сплаву Si–Al. Одержані методами ab initio енергетичні параметри узгоджуються с фактом малої розчинності Si в Al.

6. Проведені розрахунки дифузійних бар’єрів у випадках дифузії Si в Al з участю моновакансій та дивакансій дозволяють стверджувати, що низькотемпературна дифузія Si в Al має дивакансійний характер. Особливості процесів росту Si кластерів в алюмінії при його загартуванні та опромінюванні нейтронами пояснюються дивакансійним характером низькотемпературної дифузії кремнію в алюмінії.

7. Розроблені моделі малих кластерів Si в Al та низькотемпературної дифузії Si в Al дають можливість інтерпретувати класичні експерименти Турнбулла та Озава по загартовуванню розчинів Al–Si. Виявлено, що стадія попереднього відпалу при температурі 0С необхідна для активації переходу спотворених Si₃ кластерів в стабільні кластери з тетраедричними кутами.

8. Знайдені кінетичні особливості утворення Si кластерів в умовах повільного накопичування атомів кремнію в алюмінії під впливом нейтронів. Встановлено, що швидкість росту Si преципітатів в Al залежить від дифузії атомів Si до преципітатів.

Публікації автора:

1. Jacobs P.W., Kiv A.E., Balabay R.M., Grishchenko N.V., Chislov V.V., Donchev I.I., Prihodnaya S.V. Atomic configurations in a-Si obtained by ion implantation // Computer Modeling & New Technologies. – 1998. – V.2. – P.15-20.

2. Балабай Р.М., Грищенко Н.В. Комплекс программ для расчетов ab initio твердотельных структур // Фотоелектроника. – 1999. – №8. – С. 47-49.

3. Грищенко Н.В. Використання чисельного об’єктно–орієнтованого програмного забезпечення для розрахунків твердотільних структур // Вісник Черкаського університету. – 2000. – №19. – С. 114-123.

4. Грищенко Н.В. Неразделенные пары Френкеля в алмазоподобных структурах // Фотоелектроника. – 2000. – №9. – С. 98-99.

5. Kiv A.E., Fuks D., Moiseenko N.V., Solovyov V.N. Silicon-aluminum bonding in Al alloys // Computer Modelling&New Technologies. – 2002. – V.6, №1. – P. 47-50.

6. Kiv A.E., Maksymova T.I., Moiseenko N.V., Soloviev V.N. High-temperature configurations of dimers in Si (001) surface layers // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2003. – V.6, №1. – P. 14-18.

7. Balabay R.M., Grishchenko N.V. Configurations of Point Defects in Silicon Under Critical Concentrations // Computer Modelling of Electronic and Atomic Processes in Solids. 3. High Technology. – 1997. – V. 22. – P.173-182.

8. Грищенко Н.В. Моделювання точкових дефектів у кремнії: нероз’єднані пари Френкеля // Комп’ютерне моделювання та інформаційні технології в освітній діяльності: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг. – 1999. – С. 78-85.

9. Балабай Р.М., Грищенко Н.В. Программное обеспечение для расчетов ab initio твердотельных структур Зб. наук. пр. Східноукр. держ. університету, Серія Машинобудування. – Луганськ. – 1998. – С.124-128.

10. Грищенко Н.В. Використання чисельного об’єктно-орієнтованого програмного забезпечення для розрахунків твердотільних структур // Інформаційні технології в науці та освіті (ІТОН 2000). – Черкаси: Редакційно-видавничий відділ ЧДУ. – 2000. – С.9-10.

11. Balabay R.M., Grishchenko N.V. Utilization of Electronic Density Functional Method in Molecular Dynamics of Atoms. – Кривой Рог: КГПИ, 1998. – 43 p.