E-Locus - Ιδρυματικό Καταθετήριο Πανεπιστημίου Κρήτης

Αρχική Αναζήτηση

Αποτελέσματα - Λεπτομέρειες

Εντολή Αναζήτησης : Συγγραφέας="Παπανικολάου" Και Συγγραφέας="Γεώργιος"

Τρέχουσα Εγγραφή: 4 από 7

[Προσθήκη στο καλάθι]

Κωδικός Πόρου

000390000

Τίτλος

Theory and simulations of silicon nanocomposite systems

Άλλος τίτλος

Θεωρία και προσομοιώσεις νανοσύνθετων συστημάτων πυριτίου

Συγγραφέας

Κλεοβούλου, Κωνσταντίνος

Σύμβουλος διατριβής

Ζώτος, Ξενοφών

Μέλος κριτικής επιτροπής

Κελίρης, Παντελής
Φλυτζάνης, Νικόλαος
Παπανικολάου, Νικόλαος
Ρεμεδιάκης, Ιωάννης
Κοπιδάκης, Γεώργιος

Περίληψη

Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη νανοσύνθετων συστημάτων πυριτίου χρησιμοποιώντας θεωρία και προσομοιώσεις σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Το μεγαλύτερο μέρος είναι αφιερωμένο στη μελέτη των νανοκρυστάλλων πυριτίου (Si-NC) ενσωματωμένων σε άμορφο διοξείδιο του πυριτίου ( a-SiO₂) δίνοντας μεγάλη έμφαση προς τις μηχανικές ιδιότητες και τη χωρική διάταξη του συστήματος. Η ανάλυση αυτή είναι ζωτικής σημασίας όχι μόνο για τη σταθερότητα του συστήματος, αλλά και για την αποκάλυψη της προέλευσης των οπτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων, οι οποίες σχετίζονται άμεσα με τη μηχανική απόκριση του συστήματος σε χωρικές αλλαγές καθώς και σε αλλαγές στην μικροδομή του συστήματος. Αναπτύσσεται επίσης μια προσέγγιση ευρείας κλίμακας για εφαρμογές ανίχνευσης αερίων κατά την οποία προσομοιώνεται το πρώιμο στάδιο ξηρής οξείδωσης της επιφάνειας Si (100) προβόλου που τελικά θα παρέχει ένα πλαίσιο για την επιστήμη που βασίζεται στην βελτιστοποίηση του αισθητήρων προβόλου. Η μέθοδος ευρείας κλίμακας συνδέει στοχαστικές Monte Carlo προσομοιώσεις για την προσομοίωση της διαδικασίας οξείδωσης με προσομοιώσεις πεπερασμένων στοιχείων για τον υπολογισμό της απόκλισης προβόλου. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιούνται Monte Carlo προσομοιώσεις και η προσέγγιση εμπειρικού δυναμικού. Για τις αλληλεπιδράσεις, χρησιμοποιείται το εμπειρικό δυναμικό Tersoff παραμετροποιημένο για να περιγράφει συστήματα SiO₂. Το δυναμικό αυτό περιγράφει καλά τις ιδιότητες του στοιχειακού Si, τις πολύτυπικες μορφές του SiO₂ και τις μεταβάσεις φάσεως μεταξύ τους, καθώς και τη δομή και την ενέργεια του α-Si0₂. Προκείμενου να δικαιολογηθεί περαιτέρω η χρήση του δυναμικού για την τρέχουσα εφαρμογή και να εξασφαλιστεί η εγκυρότητα των αποτελεσμάτων, οι ελαστικές ιδιότητες του συστήματος και των συστατικών του υπολογίζονται και συγκρίνονται με προηγούμενες θεωρητικές και πειραματικές μετρήσεις. Η κατάσταση του στρες του Si-NC/α-Si0₂ διερευνάται και η φύση και η προέλευση του ξεδιπλώνονται και εξηγούνται. Αυτό επιτυγχάνεται με τη δημιουργία λεπτομερών χαρτών του στρες και με τον υπολογισμό του προφίλ του στρες ως συνάρτηση του μεγέθους των NC. Για κανονικές πυκνότητες μήτρας οξειδίου, η μέση τάση στον πυρήνα NC βρίσκεται να είναι υπό συμπίεση σε άριστη συμφωνία με πειραματικές μετρήσεις. Μειώνεται ωστόσο δραστικά στην ετεροεπιφάνια, παρά την ύπαρξη αρκετών, εξαιρετικά τεταμένων γεωμετριών. Αντίθετες συνθήκες στρες επικρατούν σε NC ενσωματωμένο σε μήτρες πυριτίου υψηλότερης πυκνότητας. Στην συνέχεια εξετάζεται η αλληλεπίδραση NC-NC σε διάφορες αποστάσεις. Η μείωση της απόστασης μεταξύ των νανοκρυστάλλων προκαλεί την δομική και χημική παραμόρφωση της μήτρας. Αυτό αποδίδεται στη δύναμη που ασκείται επί της μήτρας από τους περιβάλλοντες NC, η οποία ενισχύεται σημαντικά καθώς πλησιάζουν. Παρ 'όλα αυτά, φαίνεται ότι το σύστημα είναι σταθερό έναντι διαχωρισμού και διαχωρισμού φάσης, ακόμη και για κοντινές αποστάσεις. Επίσης διερευνάται η σταθερότητα διαφορετικών τρισδιάστατων διατάξεων Si-NC. Αυτό επιτυγχάνεται με τη σύγκριση της συμβατικής κυβικής διάταξης έναντι της εξαγωνικής διάταξης. Για το σκοπό αυτό, εισάγεται μια νέα υπολογιστική τεχνική για την παραγωγή εξαγωνικών διατάξεων ελαχιστοποιώντας παράλληλα την υπολογιστική προσπάθεια. Η μελέτη αυτή, λαμβάνοντας υπόψη τα δομικά χαρακτηριστικά και την ενέργεια του συστήματος σε θερμοδυναμική ισορροπία δεν δείχνει ιδιαίτερη προτίμηση σε οποιαδήποτε από τις δύο διατάξεις. Η μηχανική απόκριση του συστήματος στην μεταβολή του μεγέθους και της πυκνότητας των νανοκρυστάλλων μελετάται στην συνέχεια. Το πρόβλημα της τοπικής ακαμψίας διερευνάται. Η ανάλυση του μέτρου ελαστικότητας σε ατομικές συνεισφορές, έδειξε ότι είναι εξαιρετικά ανομοιογενές. Αποτελείται από μια σκληρή περιοχή στο εσωτερικό των νανοκρυστάλλων, και πολύ σκληρές και μαλακές περιοχές στην περιφέρεια νανοκρυστάλλου. Συνολικά, το μέτρο ελαστικότητας των νανοκρυστάλλων είναι σημαντικά αυξημένο σε σύγκριση με το αυτό του κρυσταλλικού πυριτίου. Επίσης το μέτρο ελαστικότητας των νανοκρυστάλλων είναι αντιστρόφως ανάλογο του μήκους δεσμού. Τα μέτρα ελαστικότητας της μήτρας και της ετεροεπιφάνειας είναι ανεξάρτητα του μεγέθους των νανοκρυστάλλων. Το μέσο οπτικό (ομοπολικό) χάσμα συνδέεται άμεσα με τις ελαστικές μεταβολές καθώς και με τις μεταβολές του μήκους δεσμών. Τα αποτελέσματα για την μηχανική απόκριση του συστήματος κατά την αύξηση της πυκνότητας NC είναι σε καλή αντιστοιχία με την πρόβλεψη του Self Consistent μοντέλου στην μικρομηχανική, γεγονός που υποδηλώνει τη μεγάλη σημασία της αλληλεπίδρασης NC-NC. Το πρόωρο στάδιο ξηράς οξείδωσης του Si (100) προσομοιώνεται χρησιμοποιώντας ένα πρόβολο c-Si. Οι τάσεις εφελκυσμού στην επιφάνεια που δημιουργούνται λόγω της οξείδωσης προκαλούν την κάμψη του προβόλου. Η διείσδυση του στρες περιορίζεται στα πρώτα τέσσερα στρώματα. Η απορρόφηση οξυγόνου φθάνει σε ένα πλατό για συγκεντρώσεις υψηλότερες από 20%. Η εκτροπή προβόλου υπολογίζεται με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιώντας το επιφανειακό στρες που υπολογίζεται από τις προσομοιώσεις Monte Carlo ως συνοριακή συνθήκη. Αναμένεται ότι αυτή η προσέγγιση ευρείας κλίμακας θα παρέχει τελικά ένα πλαίσιο για την μελέτη που βασίζεται στην βελτιστοποίηση των αισθητήρων προβόλου με βελτιωμένη σταθερότητα, ανθεκτικότητα, εύρος λειτουργίας, και ευαισθησία.

Φυσική περιγραφή

xviii, 154 σ. : πίν. (μερικοί έγχ.), εικ. (μερικές έγχ.) ; 30 εκ.

Γλώσσα

Αγγλικά

Θέμα

Cantilever sensors

Monte Carlo

Nanocrystals

Ανιχνευτές προβολού

Μόντε Κάρλο

Νανοκρύσταλλοι

Πυρίτιο