МОЛЕКУЛЯРНО–ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПОВ ПРОЦЕССА НИТРИДИЗАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ Si(111) В Атмосфере NH₃

Проведено молекулярно−динамическое (МД) моделирование процесса осаждения одиночной молекулы аммиака на поверхность (111) кремния. Для решения поставленной задачи применена процедура параметрической идентификации потенциалов межатомного взаимодействия для описываемой системы атомов. Для проведения МД−расчетов разработано программное обеспечение, позволяющее осуществлять оптимизацию геометрии исследуемых структур, а также визуализировать получаемые результаты. Для верификации результатов МД−моделирования проведены квантово−механические расчеты на супер−ЭВМ. Получены значения параметров потенциалов межатомного взаимодействия, которые позволяют строить потенциалы, пригодные для использования в дальнейших расчетах по моделированию процесса адсорбции молекулы аммиака на поверхности кремния. В частности, с их помощью корректно воспроизводятся результаты первопринципного моделирования взаимодействия адсорбированного атома азота с поверхностью кремния и энергетика процесса адсорбции. С помощью потенциала Терсофа со значениями параметров, полученными в результате параметрической идентификации, удалось смоделировать положение с наименьшей полной энергией. Это положение соответствует наиболее энергетически предпочтительному размещению адсорбированного атома азота при адсорбции. 

1. Abgaryan, K. K. The simulation of the nitridation of the sapphire surface (001) / K. Abgaryan, D. Bazanov, I. Mutigillin // Mater. XXI Internat. Conf. «Interaction of ions with the surface» (ISI−2013). − Yaroslavl, 2013. − V. 2. − P. 99—103.

2. Абгарян, К. К. Исследование адсорбции атомарного азота на поверхности Al2O3 (0001) / К. К. Абгарян, Д. И. Бажанов, И. В. Мутигуллин // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. − 2013. − № 1. − С. 80—85. DOI: 10.7868/ S0207352813010022

3. Hohenberg, P. Inhomogeneous electron gas / P. Hohenberg, W. Kohn // Phys. Rev. − 1964. − V. 136. − P. B864. DOI: 10.1103/PhysRev.136.B864

4. Kohn, W. Self−consistent equations including exchange and correlation effects / W. Kohn, L. J. Sham // Phys. Rev. − 1965. − V. 140. − P. A1133−A1138. DOI: 10.1103/PhysRev.140.A1133

5. Мансуров, В. Г. Образование упорядоченной фазы (88) SiN и аморфной фазы Si3N4 на поверхности (111)Si в потоке аммиака / В. Г. Мансуров, Ю. Г. Галицын, Т. В. Малин, К. С. Журавлев // Тез. докл. XII Российской конференции по физике полупроводников. − М. : Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, 2015. − C. 456.

6. Wang, X.−S. Nitridation of Si(111) / X.−S. Wang, G. Zhai, J.−S. Yang, L. Wang, Y. Hu, Z. Li, J. C. Tang, K. K. Fung, N. Cue // Surf. Sci. − 2001. − V. 494, N 2. − P. 83—94. DOI: 10.1016/S00396028(01)01409-1

7. Абгарян, К. К. Применение оптимизационных методов для решения задач параметрической идентификации потенциалов межатомного взаимодействия / К. К. Абгарян, М. А. Посыпкин // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. − 2014. − Т. 54, № 12. − С. 1994— 2001.

8. Абгарян, К. К. Математическое моделирование процессов формирования кластеров точечных дефектов на базе молекулярно−динамического подхода / К. К. Абгарян, О. В. Володина, С. И. Уваров // Известия вузов. Материалы электрон. техники. − 2015. − Т. 18, № 1. − С. 31—42. DOI: 10.17073/1609-35772015-1-37-42

9. Евтушенко Ю. Г. Параллельный поиск глобального экстремума функций многих переменных / Ю. Г. Евтушенко, В. У. Малкова, А. А. Станевичюс // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. − 2009. − Т. 49, № 2. − С. 255—269.

10. Tersoff, J. Empirical interatomic potential for silicon with improved elastic properties / J. Tersoff // Phys. Rev. B. − 1988. − V. 38, iss. 14. − P. 9902—9905. DOI: 10.1103/PhysRevB.38.9902

11. VASP. http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/

12. Евтушенко, Ю. Г. Оптимизация и быстрое автоматическое дифференцирование / Ю. Г. Евтушенко. − Препринт ВЦ РАН, 2013. − 144 с.

13. Panteleev, A. V. Optimization methods in examples and tasks / A. V. Panteleev, T. A. Letova − Moscow : Heigh school, 2005. − 544 p.

14. Powell, D. Elasticity, lattice dynamics and parameterisation techniques for the Tersoff potential applied to elemental and type III−V semiconductors: Ph.D. thesis / D. Powell. − University of Sheffield, 2006.

15. Зализняк, В. Е. Основы вычислительной физики. Ч. 2. Введение в метод частиц / В. Е. Зализняк. − М. ; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» ; Институт компьютерных исследований, 2006. − С. 26—45.

16. Кривцов, А. М. Метод частиц и его использование в механике деформируемого твердого тела / А. М. Кривцов, Н. В. Кривцова // Дальневосточный математический журнал ДВО РАН. − 2002. − Т. 3, № 2. − С. 254—276.