Дослідження поведінки атомів нікелевої примісі в кристалічній рішітці кремнію на основі перших принципів
Анотація
Ця робота представляє всебічне теоретичне та експериментальне дослідження поведінки атомів нікелевої домішки в кристалічній решітці кремнію. Основна увага приділяється аналізу механізмів дифузії, енергетичних характеристик міжвузлових атомів нікелю, їх взаємодії з дефектами та іншими домішками, а також утворенню стабільних кластерів у об'ємі кристала. Для моделювання з першопринципним підходом застосовувалося квантово-механічне програмне забезпечення QuantumATK із використанням методу лінійної комбінації атомних орбіталей (LCAO) та функціоналу обміну-кореляції локальної густини (LDA). Особливу увагу було приділено розрахунку енергії зв’язку атомів нікелю у міжвузлових положеннях та оцінці енергії активації їх міграції вздовж різних кристалографічних напрямків ([100] та [010]). Результати моделювання показали, що атоми нікелю переважно дифундують у міжвузлових положеннях з енергією активації близько 0,31 еВ, що добре узгоджується з раніше опублікованими експериментальними даними. Виявлено, що взаємодія нікелю з киснем, вуглецевими домішками та точковими дефектами має незначний вплив на процеси дифузії. Однак взаємодія з вакансіями призводить до утворення стабільних силіцидів нікелю та збільшення концентрації нікелю поблизу поверхні. Експериментальна частина дослідження підтвердила утворення кластерів нікелю при термічній обробці за високих температур. Методами скануючої електронної мікроскопії (SEM), вторинної іонної мас-спектрометрії (SIMS) та інфрачервоної (ІЧ) мікроскопії було виявлено високу щільність і рівномірний розподіл кластерів по всьому об’єму кристала. Розміри кластерів варіювалися від 20 до 100 нм, а концентрації досягали приблизно 10¹⁰ см⁻³. Ці результати демонструють, що нікель виступає як ефективна геттеруюча домішка, покращуючи електрофізичні властивості кремнію. Отримані дані є цінним внеском для оптимізації технологічних процесів виготовлення високоефективних кремнієвих сонячних елементів та мікроелектронних пристроїв.
Завантаження
Посилання
B.K. Ismaylov, N.F. Zikrillayev, K.A. Ismailov, and Z.T. Kenzhaev, Physical Sciences and Technology, 10(1), 13 (2023). https://doi.org/10.26577/phst.2023.v10.i1.02
M.K. Bakhadyrkhanov and S.Z. Zaynobidinov, Semiconductors, 14, 412 (1980). (in Russian)
S.Z. Zaynabidinov and N.А. Turgunov, Uzbek Journal of Physics, 5(5), 371 (2003). (in Russian)
H. Kitagawa, Sol. Stat. Phenom. 71, 51 (2000). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.71.51
A.A. Istratov, P. Zhang, R.J. McDonald, A.R. Smith, M. Seacrist, J. Moreland, J. Shen, et al., Journal of Applied Physics, 97, 023505 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1836852
J. Lindroos, D.P. Fenning, D.J. Backlund, E. Verlage, A. Gorgulla, S.K. Estreicher, H. Savin, and T. Buonassisi, Journal of Applied Physics, 113, 204906 (2013). http://dx.doi.org/10.1063/1.4807799
J. Lindroos, D. Sc. Thesis, “Copper-related light-induced degradation in crystalline silicon”, Aalto University, 2015.
H. Kitagawa, and Sh. Tanaka, Physica B: Condensed Matter, 273, 391 (1999). https://doi.org/10.1016/S0921-4526(99)00487-1
M.K. Bakhadyrkhanov, B.K. Ismaylov, S.A. Tachilin, K.A. Ismailov, and N.F. Zikrillaev, Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics, 23(4), 361 (2020). https://doi.org/10.15407/spqeo23.04.361
B.K. Ismaylov, N.F. Zikrillayev, K.A. Ismailov, and Z.T. Kenzhaev, Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 27(3), 294 (2024). https://doi.org/10.15407/spqeo27.03.294
Z.T. Kenzhaev, Kh.M. Iliev, K.A. Ismailov, G.Kh. Mavlonov, S.V. Koveshnikov, B.K. Ismaylov, and S.B. Isamov, Physical Sciences and Technology, 11(1), 13 (2024). https://doi.org/10.26577/phst2024v11i1a2.
K.A. Ismailov, N.F. Zikrillaev, B.K. Ismaylov, Kh. Kamalov, S.B. Isamov, and Z.T. Kenzhaev, J. Nano- Electron. Phys. 16(5), 05022 (2024). https://doi.org/10.21272/jnep.16(5).05022
Z.T. Kenzhaev, H.M. Iliev, V.B. Odzhaev, G.H. Mavlonov, V.S. Prosolovich, E.I Kosbergenov, B.K. Ismailov, et al., Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 60(6), 851 (2024). https://doi.org/10.3103/S1068375524700467
N.A. Turgunov, Sh.K. Akbarov, N.B. Khaytimmetov, and R.M. Turmanova, J. Nano- Electron. Phys. 16(1), 01004 (2024). https://doi.org/10.21272/jnep.16(1).01004
I. Bayrambay, I. Kanatbay, K. Khayratdin, and S. Gulbadan, AIP Conference Proceedings, 2552, 060015 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0129486
N.F. Zikrillaev, S.V. Koveshnikov, X.S. Turekeev, and B.K. Ismailov, Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 18(1), 69 (2024). https://doi.org/10.1134/S102745102401021X
X.M. Iliyev, V.B. Odzhaev, S.B. Isamov, B.O. Isakov, B.K. Ismaylov, K.S. Ayupov, S.I. Hamrokulov, and S.O. Khasanbaeva, East Eur. J. Phys. (3), 363 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-3-38
N.F. Zikrillaev, F.E. Urakova, A.R. Toshev, G.A. Kushiev, T.B. Ismailov, Y.A. Abduganiev, and N. Norkulov, East Eur. J. Phys. (1), 184 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-18
Авторське право (c) 2025 Байрамбай К. Ісмаїлов, Канатбай А. Ісмаїлов, Нурулла Ф. Зікрілаєв, Атабек Е. Атамуратов, Сергій В. Ковєшніков, Зоір Т. Кензхаєв, Махкам М. Халіллоєв, Парахат К. Ділімбетов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
