mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-1-48-51mateltech-155Research ArticleМеждисциплинарный научно–практич. семинар «Математическое моделирование в материаловедении электронных наноструктур»INTERDISCIPLINARY SCIENTIFIC AND PRACTICAL SEMINAR «MATHEMATICAL MODELING IN MATERIALS ELECTRONIC NANOSTRUCTURES»ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКИХ ПЛЕНОК AlNTheoretical Investigation of Electronic and Structural Properties of AlN Thin FilmsАбгарянК. К.AbgaryanK. K.

кандидат физ.−мат. наук, зав. сектором

Сand. Sci. (Phys.− Math.), Head of the Section

kristal83@mail.ruБажановД. И.BazhanovD. I.

кандидат физ.−мат. наук

Сand. Sci. (Phys.− Math.)

dmibaz@sols347-5.phys.msu.ruМутигуллинИ. В.MutigullinI. V.

старший научный сотрудник, кандидат физ.−мат. наук

Сand. Sci. (Phys.− Math.), Senior Researcher

mutigul@ccas.ruФедеральное государственное бюджетное учреждение науки «Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына», ул. Вавилова, д. 40, Москва, 119333, РоссияРоссияInstitution of Russian Academy of Sciences Dorodnicyn Computing Centre of RAS, 40 Vavilov Str., Moscow 119333, RussiaRussian FederationМосковский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Ленинские горы, д. 1, Москва, 119991, РоссияРоссияLomonosov Moscow State University, 1 Leninskiye Gory, Moscow 119991, RussiaRussian Federation2015270620151814851Copyright © Абгарян К.К., Бажанов Д.И., Мутигуллин И.В., 20152015Абгарян К.К., Бажанов Д.И., Мутигуллин И.В.Abgaryan K.K., Bazhanov D.I., Mutigullin I.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/155

Тонкие пленки нитрида алюминия часто применяют в качестве буферного слоя при выращивании полупроводниковых многослойных гетероструктур на основе нитрида галлия на кремниевой подложке с целью минимизации напряжений между подложкой и пленкой. Важной задачей является изучение электронных и структурных свойств тонких пленок нитрида алюминия. С помощью первопринципных расчетов в рамках теории функционала плотности проведено теоретическое исследование свойств Al−терминированной поверхности AlN(0001). Осуществлены расчеты поверхностной энергии указанной поверхности при различных значениях деформации растяжения и сжатия. Показано, что при рассмотренных в статье значениях деформации поверхностная энергия уменьшается в случае сжатия ячейки и увеличивается в случае растяжения. Получены значения поверхностной энергии, которые позволили рассчитать значение поверхностного напряжения. В рамках теории эластичности для случая свободного роста рассчитана кривизна поверхности пленки нитрида алюминия для различных значений толщины этой пленки. Установлено, что полученные расчетные значения кривизны близки к известным экспериментальным данным.

Study of the electronic and structural properties of AlN thin films is an important problem because these films are widely used as buffer layers for GaN−based semiconductor heterostructures growth on Si substrates. In this paper we performed a theoretical investigation of the properties of Al−terminated AlN(0001) surface in the framework of density functional theory. Ab initio calculations allowed us to study the impact of in−plane lattice strain on the surface energy of this surface. We show that the presence of the compressive strain leads to a decrease of the AlN(0001) surface energy while tensile strain increases the surface energy of this surface. Surface energy values allowed us to calculate the stress value of the surface under investigation. Also we calculated the curvature of the AlN surface as a function of film thickness for free growth. The resultant curvature values are in a good agreement with known experimental results. 

тонкие пленкиполупроводниковые гетероструктурыпервопринципные расчетыthin filmssemiconductor heterostructuresfirst principles calculations.ReferencesАбгарян,К.К.Применениеоптимизационныхметодовдля моделирования многослойных полупроводниковых наносистем / К. К. Абгарян // Тр. Ин−та системного анализа Рос. акад. наук. Динамика неоднородных систем. − 2010. − Т. 53(3).Абгарян,К.К.Применениеоптимизационныхметодовдля моделирования многослойных полупроводниковых наносистем / К. К. Абгарян // Тр. Ин−та системного анализа Рос. акад. наук. Динамика неоднородных систем. − 2010. − Т. 53(3).Meng,W.J.GrowthofaluminumnitridethinfilmsonSi(111) and Si(001): Structural characteristics and development of intrinsic stress / W. J. Meng, J. A. Sell, T. A. Perry, L. E. Rehn, P. M. Baldo // J. Appl. Phys. − 1994. − V. 75. − P. 3446—3456.Meng,W.J.GrowthofaluminumnitridethinfilmsonSi(111) and Si(001): Structural characteristics and development of intrinsic stress / W. J. Meng, J. A. Sell, T. A. Perry, L. E. Rehn, P. M. Baldo // J. Appl. Phys. − 1994. − V. 75. − P. 3446—3456.Blöchl, P. E. Projector augmented−wave method / P. E. Blöchl // Phys. Rev. − 1994. − V. 50, N 24. − P. 17953—17979.Blöchl, P. E. Projector augmented−wave method / P. E. Blöchl // Phys. Rev. − 1994. − V. 50, N 24. − P. 17953—17979.Kresse, G. Efficient iterative schemes for ab initio total− energy calculations using a plane−wave basis set / G. Kresse, J. Furthmuller // Phys. Rev. B. − 1996. − V. 54. − P. 11169—11186.Kresse, G. Efficient iterative schemes for ab initio total− energy calculations using a plane−wave basis set / G. Kresse, J. Furthmuller // Phys. Rev. B. − 1996. − V. 54. − P. 11169—11186.Monkhorst,H.SpecialpointsforBrillouin−zoneintegrations / H. Monkhorst, J. Pack // Phys. Rev. B. −1976. − V. 13. − P. 5188.Monkhorst,H.SpecialpointsforBrillouin−zoneintegrations / H. Monkhorst, J. Pack // Phys. Rev. B. −1976. − V. 13. − P. 5188.Kukushkin, S. A. Substrates for epitaxy of gallium nitride: new materials and techniques / S. A. Kukushkin, A. V. Osipov, V. N. Bessolov, B. K. Medvedev, V. K. Nevolin, K. A. Tcarik // Rev. Adv. Mater. Sci. − 2008. − V. 17. − P. 1—32.Kukushkin, S. A. Substrates for epitaxy of gallium nitride: new materials and techniques / S. A. Kukushkin, A. V. Osipov, V. N. Bessolov, B. K. Medvedev, V. K. Nevolin, K. A. Tcarik // Rev. Adv. Mater. Sci. − 2008. − V. 17. − P. 1—32.Litvinov,D.Transmissionelectronmicroscopyinvestigation of AlN growth on Si(111) / D. Litvinov, D. Gerthsen, R. Vöhringer, D. Z. Hu, D. M. Schaadt // J. Cryst. Growth. − 2012. − V. 338. − P. 283—290.Litvinov,D.Transmissionelectronmicroscopyinvestigation of AlN growth on Si(111) / D. Litvinov, D. Gerthsen, R. Vöhringer, D. Z. Hu, D. M. Schaadt // J. Cryst. Growth. − 2012. − V. 338. − P. 283—290.Batyrev,I.AbinitiocalculationsontheAl2O3(0001)surface/ I.Batyrev,A.Alavi,M.W.Finnis//FaradayDiscuss.−1999−V. 114. − P. 33—43.Batyrev,I.AbinitiocalculationsontheAl2O3(0001)surface/ I.Batyrev,A.Alavi,M.W.Finnis//FaradayDiscuss.−1999−V. 114. − P. 33—43.Holec,D.SurfaceenergiesofAlNallotropesfromfirstprinciples/D.Holec,P.H.Mayrhofer//ScriptaMaterialia.−2012.−V. 67. − P. 760—762.Holec,D.SurfaceenergiesofAlNallotropesfromfirstprinciples/D.Holec,P.H.Mayrhofer//ScriptaMaterialia.−2012.−V. 67. − P. 760—762.Zhu,D.Low−costhigh−efficiencyGaNLEDonlarge−area Si substrate / D. Zhu, C. J. Humphreys // Proc. CS MANTECH Conf. − New Orleans (Louisiana, USA), 2013. − P. 269—272.Zhu,D.Low−costhigh−efficiencyGaNLEDonlarge−area Si substrate / D. Zhu, C. J. Humphreys // Proc. CS MANTECH Conf. − New Orleans (Louisiana, USA), 2013. − P. 269—272.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.