Физико-математические

Основные результаты исследований бездислокационных монокристаллов кремния, выращенных методами бестигельной зонной плавки и Чохральского:


1) введены понятия первичных и вторичных ростовых микродефектов;

2) экспериментально и теоретически подтверждено отсутствие рекомбинации собственных точечных дефектов при температурах, близких к температуре плавления;

3) введено понятие и построена математическая модель высокотемпературной преципитации;

4) построены математические модели, описывающие процесс образования вакансионных микропор и межузельных дислокационных петель;

5) построена диффузионная модель образования ростовых микродефектов;

6) разработан программный продукт для анализа и расчёта дефектной структуры;

7) проведён расчёт дефектной структуры в рамках модели твёрдого тела А.А.Власова и показано, что модель Власова применима не только для идеальных кристаллов, но и для описания образования дефектной структуры реальных кристаллов.


Посмотреть работы можно ниже:

Talanin V.I., Talanin I.E., Matsko O. Simulation of the creation of a defect structure of dislocation-free germanium single crystals // J. Cryst. Growth. — 2020. — Vol. 533. — Article 125472.

Базисом для модели высокотемпературной примесной преципитации является распад пересыщенного твёрдого раствора точечных дефектов вблизи фронта кристаллизации. Необходимое условие для высокотемпературной преципитации — отсутствие рекомбинационных процессов собственных точечных дефектов (СТД, вакансий и собственных межузельных атомов) при высоких температурах. При использовании терминов и концептов рекомбинационно-диффузионной модели Воронкова были оценены рекомбинационные параметры монокристаллов германия. Показано, что при высоких …

Talanin V.I., Talanin I.E., Matsko O., Yakymchuk D.I. Application Vlasov’s model for solids to the analysis of defect formation // The 7th Annual Conference of ANALYTIX-2019: Abstract Book. — Berlin, 2019. — P. 67.

Авторами подтверждена справедливость модели Власова для твёрдого тела на примере реального материала. Впервые показано, что модель Власова для плазмы и модель Власова для твёрдого тела дают идентичные результаты и являются, по сути, аналогом концепции «крупномасштабной структуры Вселенной». Показано, что в этом аспекте Власов подтвердил справедливость концепции силовых линий Фарадея-Томсона. Показано, что поскольку Власов развил свои …

Talanin V.I., Talanin I.E., Zhdanova V.V., Yakymchuk D.I., Rybalko A.V. The basic principle of calculation & analysis of defective structure of solids // Mechanical Design, Materials & Manufacturing / Ed. S.A. Kale. N.Y.: Nova Sci. Publ., 2019. P. 17-56.

Для описания дефектной структуры полупроводникового кремния создаётся триада: физическая плюс математическая модель — вычислительный алгоритм — программа. Это решение может быть использовано как при изучении свойств кристаллов, так и в промышленном производстве. Такое решение является основным принципом при исследовании структурных дефектов в любом твёрдом теле. Представлена структурная схема диффузионной модели образования структурных дефектов в кристалле …

Таланин В.И., Таланин И.Е. Высокотемпературная преципитация примесей в рамках модели Власова для твёрдых тел // Кристаллография. – 2019. – Т. 64, № 4. – С. 1-5.

Показано, что модель Власова для твёрдого тела описывает процессы комплексообразования при выращивании реальных кристаллов с учётом тепловых условий роста. Позволяет совместно с классической теорией зарождения и роста частиц второй фазы в твёрдых телах проводить расчёт дефектной структуры кристаллов, которая образовалась в процессе их роста. Установлено, что высокотемпературная преципитация примеси непосредственно связана с последующей трансформацией дефектной …

Таланин В.И., Таланин И.Е. Комплексообразование в полупроводниковом кремнии в соответствии с моделью твёрдого тела Власова // Физика твёрдого тела. – 2016. – Т. 58, № 10. – С. 1977-1981.

Проведён расчет образования комплексов кремний–углерод и кремний–кислород во время охлаждения после выращивания бездислокационных монокристаллов кремния с помощью модели образования кристалла Власова. Подтверждено, что процесс комплексообразования начинается вблизи фронта кристаллизации. Показано, что модель твёрдого тела Власова можно применять не только для изучения гипотетических идеальных кристаллов, но и для описания образования дефектной структуры реальных кристаллов.

Таланин В.И., Таланин И.Е. Диффузионная модель образования ростовых микродефектов: новый поход к дефектообразованию в кристаллах (Обзор) // Физика твёрдого тела. – 2016. – Т. 58, № 3. – С. 417-427.

Теоретические исследования дефектообразования в полупроводниковом кремнии играют важнейшую роль в продуцировании прорывных идей для технологий следующего поколения. Проведён краткий сравнительный анализ современных теоретических подходов к описанию взаимодействия точечных дефектов и формирования исходной дефектной структуры бездислокационных монокристаллов кремния. Представлены основы диффузионной модели формирования структурных несовершенств во время роста кремния. Показано, что диффузионная модель базируется на процессе …

Таланин В.И., Таланин И.Е. К вопросу о соответствии модели высокотемпературной преципитации классической теории зарождения // Физика твёрдого тела. – 2014. – Т. 56, № 10. – С. 1978-1984.

Рассмотрен вопрос об адекватности модели высокотемпературной преципитации в бездислокационных монокристаллах кремния классической теории зарождения и роста частиц второй фазы в твёрдых телах. Показано, что введение и учёт тепловых условий роста кристалла в исходных уравнениях классической теории зарождения позволяют объяснить процессы преципитации в области высоких температур и расширяют таким образом теоретическую базу применения классической теории зарождения. …

Talanin V.I., Talanin I.E. The formation of structural imperfections in semiconductor silicon. – Newcastle: Cambridge Scholars Publ., 2018

Сегодня трудно представить все сферы человеческой деятельности без персональных компьютеров, твердотельных электронных устройств, микро- и наноэлектроники, фотопреобразователей и устройств мобильной связи. Основным материалом современной электроники для всех этих отраслей является полупроводниковый кремний. Его свойства и применение определяются дефектами его кристаллической структуры. Однако до сих пор не было полного и достоверного описания образования и преобразования такой …

Talanin V.I. (Editor). New Research on Silicon – Structure, Properties, Technology. – Rijeka: InTECH, 2017. – 294 p.

Знание фундаментальных вопросов о кремнии и всех аспектов кремниевой технологии даёт возможность усовершенствовать как исходный кремниевый материал, так и устройства на кремниевой основе. Статьи для этой книги были предоставлены очень уважаемыми исследователями в этой области и охватывают самые последние разработки и применения кремниевой технологии и некоторые фундаментальные вопросы. В этой книге представлены последние исследования важных …

Таланин В.И., Таланин И.Е. Применение диффузионной модели образования ростовых микродефектов для описания дефектообразования в термообработанных монокристаллах кремния // Физика твёрдого тела. – 2013. – Т. 55, № 2. – С. 247-252.

Рассмотрено применение диффузионной модели образования ростовых микродефектов для описания дефектообразования в монокристаллах кремния, прошедших термическую обработку. Показано, что предложенная кинетическая модель дефектообразования даёт возможность рассмотреть образование и развитие дефектной структуры во время роста кристалла и его термических обработок с единых позиций. Математический аппарат диффузионной модели может быть положен в основу программного комплекса для анализа и …

Talanin V.I., Talanin I.E., Ustimenko N.Ph. Analysis and calculation of the formation of grown-in microdefects in dislocation-free silicon single crystals // Crystallography Reports. – 2012. – Vol. 57, N. 7. – P. 898-902.

Проанализирована физическая модель образования ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния. Математические модели, используемые для описания процесса дефектообразования в кристаллах во время их роста, подтверждают адекватность физической модели. Предложена техника определения и расчёта дефектной структуры в зависимости от условий роста кристалла (метода выращивания, скорости роста, температурных градиентов, скорости охлаждения). Показано, что теоретическое изучение реальной кристаллической структуры …

Talanin V.I., Talanin I.E. The diffusion model of grown-in microdefects formation during crystallization of dislocation-free silicon single crystals // Advances in Crystallization Processes / Ed. Y. Mastai. – Rijeka: INTECH Publ., 2012. – P. 611-632.

Представлены основные аспекты диффузинной модели образования ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния.

Talanin V.I., Talanin I.E. A kinetic model of the formation and growth of interstitial dislocation loops in dislocation-free silicon single crystals // J. Crystal Growth. – 2012. – Vol. 346, N. 1. – P. 45-49.

Предложена кинетическая модель образования и роста дислокационных петель в процессе охлаждения выращенного кристалла. Показано, что дислокационные петли образуются в результате процесса высокотемпературной преципитации фоновых примесей кислорода и углерода в процессе роста кристалла. Упругая деформация, вызванная растущим преципитатом, высвобождается за счёт образования и роста дислокационных петель. Межузельные дислокационные петли образуются, когда Vg/G < Ccrit. Сравнивались расчётные …

Talanin V.I., Talanin I.E. A selective review of the simulation of the defect structure of dislocation-free silicon single crystals // Open Condensed Matter Physics Journal – 2011. – Vol. 4. – P. 8-32.

Проведён краткий обзор современного состояния теоретического описания дефектной структуры бездислокационных монокристаллов кремния. Акцент был сделан на новую диффузионную модель образования ростовых микродефектов. Показано, что диффузионная модель может описать высокотемпературную преципитацию примесей при охлаждении кристалла после выращивания. Показано, что модель динамики точечных дефектов может рассматриваться как составная часть диффузионной модели образования ростовых микродефектов.

Таланин В.И., Таланин И.Е. Кинетическая модель роста и коалесценции преципитатов кислорода и углерода во время охлаждения кристалла кремния после выращивания // Физика твёрдого тела. – 2011. – Т. 53, № 1. – С. 114-120.

Предложена кинетическая модель роста и коалесценции преципитатов кислорода и углерода. Её сочетание с кинетической моделью образования преципитатов кислорода и углерода представляет собой единую модель процесса преципитации в бездислокационных монокристаллах кремния во время их охлаждения в температурном интервале 1683–300 К после выращивания. Показано, что результаты расчётов хорошо согласуются с экспериментальными данными по исследованию ростовых микродефектов.

Таланин В.И., Таланин И.Е., Устименко Н.Ф. Программный комплекс для анализа и расчёта образования ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния // Известия вузов. Материалы электронной техники. – 2010. — № 4. – С. 62-67.

В качестве виртуального экспериментального прибора для анализа и расчета образования ростовых микродефектов в нелегированных бездислокационных монокристаллах кремния предложен программный комплекс. С помощью программного комплекса, используя параметры роста (скорость роста кристалла, диаметр кристалла, температурные градиенты, скорость охлаждения), можно рассчитать характеристики процесса преципитации кислорода и углерода во время охлаждения кристалла после выращивания от температуры кристаллизации до комнатной …

Таланин В.И., Таланин И.Е. Кинетика процесса высокотемпературной преципитации в бездислокационных монокристаллах кремния // Физика твёрдого тела. – 2010. – Т. 52, № 10. – С. 1925-1930.

Проведён расчёт дефектной структуры бездислокационных монокристаллов кремния на основе приближённого решения дифференциальных уравнений в частных производных типа Фоккера–Планка. Показано, что процесс преципитации начинается вблизи фронта кристаллизации и обусловлен исчезновением избыточных собственных точечных дефектов на стоках, роль которых играют примеси кислорода и углерода.

Таланин В.И., Таланин И.Е. Кинетика образования вакансионных микропор и междоузельных дислокационных петель в бездислокационных монокристаллах кремния // Физика твёрдого тела. – 2010. – Т. 52, № 9. – С. 1751-1757.

Проведён расчёт образования вакансионных микропор и A-микродефектов в соответствии с моделью динамики точечных дефектов при условии отсутствия рекомбинации собственных точечных дефектов при высоких температурах. Предполагается, что такое решение возможно в случае начала процесса преципитации примеси вблизи фронта кристаллизации. Показано, что процесс образования вакансионных микропор носит гомогенный характер, а образование междоузельных дислокационных петель определяется в основном …

Talanin V.I., Talanin I.E. Modelling of the defect structure in dislocation-free silicon single crystals // Crystallography Reports. – 2008. – Vol. 53, N 7. – P. 1124-1132.

Представлена математическая модель образования первичных ростовых микродефектов на основе диссоциативной диффузии. Для бездислокационных монокристаллов кремния, выращенных методами бестигельной зонной плавки и Чохральского, вблизи фронта кристаллизации рассмотрены случаи «вакансия-кислород» (V + O) и «углерод – межузельный атом» (C + I). Аналитические аппроксимационные выражения, полученные посредством введения в кристалл 1D и 2D температурных полей, хорошо согласуются с …

Talanin V.I., Talanin I.E., Voronin A.A. About the simulation of primary grown-in micro-defects in dislocation-free silicon single crystals formation // Canadian Journal of Physics. – 2007. – Vol. 85, № 12. – Р. 1459-1471.

Предложена математическая модель образования первичных ростовых микродефектов. Модель построена на базе диссоциативного процесса диффузии. Изучено взаимодействие между кислородом-вакансиями (O + V) и углеродом-межузельниками (C + I) вблизи фронта кристаллизации в бездислокационных монокристаллах кремния, выращенных методами бестигельной зонной плавки и Чохральского. Полученные формулы аппроксимации соответствуют гетерогенному механизму образования ростовых микродефектов.

Таланин В.И., Таланин И.Е. О рекомбинации собственных точечных дефектов с бездислокационных монокристаллах кремния // Физика твёрдого тела. – 2007. – Т. 49, № 3. – С. 450-453.

Экспериментально установлено и подтверждено термодинамическими расчётами, что в бездислокационных монокристаллах кремния вблизи фронта кристаллизации процесс рекомбинации собственных точечных дефектов затруднён в связи с наличием рекомбинационного барьера. В соответствии с гетерогенным механизмом образования и трансформации ростовых микродефектов произведена оценка рекомбинационных параметров (высота рекомбинационного барьера, время рекомбинации, фактор рекомбинации) модели динамики точечных дефектов при высоких и низких …

Talanin V.I., Talanin I.E. Mechanism of formation and physical classification of the grown-in microdefects in semiconductor silicon // Defect & Diffusion Forum. – 2004. – Vol. 230-232. – Р. 177-198.

В статье представлена схема механизма образования и трансформации ростовых микродефектов в кристаллах, выращенных методами бестигельной зонной плавки и Чохральского, как функция от скорости роста кристалла. Установлено и подтверждено экспериментально, что концентрации вакансий и собственных межузельных атомов у фронта кристаллизации вблизи точки плавления сравнимы, рекомбинация собственных точечных дефектов при высоких температурах отсутствует. Распад пересыщенного твёрдого раствора …

Talanin V.I., Talanin I.E. Physical nature of grown-in microdefects in Czochralski-grown silicon and their transformation during various technological effects // Physica Status Solidi (a). – 2003. – Vol. 200, № 2. – Р. 297-306.

С помощью селективного травления и просвечивающей электронной микроскопии тщательно исследовались бездислокационные кристаллы кремния диаметрами 50 и 80 мм, выращенные методом Чохральского. Кристаллы был выращены с различными скоростями роста и подвергались затем различным обработкам (термическим обработкам, ионной имплантации). Определена физическая природа (положительный/отрицательный знак искажения кристаллической решётки) ростовых микродефектов внутри и снаружи OSF-кольца. Обнаружено, что фоновые примеси …

Talanin V.I., Talanin I.E., Levinson D.I. Physical model of paths of microdefects nucleation in dislocation-free single crystals float-zone silicon // Crystal Research & Technology. – 2002. – Vol. 37, № 9. – Р. 983-1010.

С помощью селективного травления и просвечивающей электронной микроскопии проведены комплексные исследования бездислокационных монокристаллов бестигельного кремния диаметром 30 мм. Кристаллы были получены с различными скоростями роста и подвергались различным технологическим обработкам. Установлено, что процесс образования микродефектов в кремнии происходит одновременно по двум независимым механизмам: вакансионному и межузельному. Предложена физическая модель образования микродефектов в бездислокационных монокристаллах бестигельного …

Talanin V.I., Talanin I.E., Levinson D.I. Physics of the formation of microdefects in dislocation-free monocrystals of float-zone silicon // Semiconductor Science & Technology. – 2002. – Vol. 17, № 2. – Р. 104-113.

В работе посредством просвечивающей электронной микроскопии, оптической микроскопии и рентгеновской топографии исследовались нелегированные бездислокационные монокристаллы бестигельного кремния. Кристаллы были получены с различными скоростями роста (от 1.0 до 9.0 мм/мин) и подвергались различным термообработкам. Экспериментально определены температуры образования микродефектов различных типов, а также установлен механизм трансформации межузельных микродефектов. На основании литературных данных и новых результатов, полученных …