Preview

Вестник СибГУТИ

Расширенный поиск

Моделирование гетероэпитаксиального роста Ge на структурированной подложке Si(100) методом Монте-Карло и распараллеливание вычислений

https://doi.org/10.55648/1998-6920-2024-18-1-16-28

Аннотация

Рассмотрены методы и алгоритмы моделирования гетероэпитаксиального роста Ge на Si(100) методом Монте-Карло. Проведен анализ вычислительной сложности составляющих алгоритмы блоков моделирования и предложено распараллеливание трудоемких циклов с использованием директив открытого стандарта OpenMP. Проведено моделирование роста Ge на структурированной подложке Si(100), содержащей упорядоченный массив ямок. Анализ результатов моделирования показал, что расположение наноостровков Ge определяется конкуренцией между процессом зарождения трехмерных островков вследствие накопления упругой деформации в растущем слое и процессом диффузии Ge в ямки, которые служат для них стоком.

Об авторах

С. А. Рудин
Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН)
Россия

Рудин Сергей Алексеевич, младший научный сотрудник лаборатории неравновесных полупроводниковых систем, Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН   (ИФП   СО   РАН)

 



К. В. Павский
Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН); Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ)
Россия

Павский Кирилл Валерьевич, д.т.н., доцент, заведующий лабораторией вычислительных систем, Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН); профессор кафедры вычислительных систем, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ)

 



А. Л. Ревун
Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН); Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ)
Россия

Ревун Артем Леонидович, инженер-программист лаборатории вычислительных систем, Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН); старший преподаватель кафедры вычислительных систем, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ)

 



А. В. Двуреченский
Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН); Новосибирский государственный университет (НГУ)
Россия

Двуреченский Анатолий Васильевич, чл.-корр РАН, профессор, д.ф.-м.н, заведующий лабораторией неравновесных полупроводниковых систем, Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН); профессор кафедры физики полупроводников, Новосибирский государственный университет (НГУ)

 



Список литературы

1. Shmidt O. G. and Eberl K. Self-assembled Ge/Si dots for faster field-effect transistors // IEEE Trans. El. Dev. 2001. V. 48, № 6. P. 1175.

2. Stangl J., Holy V., and Bauer G.. Structural properties of self-organized semiconductor nanostructures // Rev. Mod. Phys. 2004. V. 76. P. 725.

3. Tsybeskov L. and Lockwood D. J. Silicon-Germanium Nanostructures for Light Emitters and On-Chip Optical Interconnects // Proc. IEEE. 2009. V. 76, № 7. P. 1284.

4. Eaglesham D. J. and Cerullo M. Dislocation-free Stranski-Krastanow growth of Ge on Si(100) // Phys. Rev. Lett. 1990. V. 64. P. 1943.

5. Mo Y.-W., Savage D. E., Swartzentruber B. S., and Lagally M. G. Kinetic pathway in StranskiKrastanov growth of Ge on Si(001) // Phys. Rev. Lett. 1990. V. 65. P. 1020.

6. Zhong Z. and Bauer G. Site-controlled and size-homogeneous Ge islands on prepatterned Si (001) substrates // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. P. 1992.

7. Zhong Z., Schwinger W., Schaffler F., Bauer G., Vastola G., Monalenti F., and Migilo L. Delayed Plastic Relaxation on Patterned Si Substrates: Coherent SiGe Pyramids with Dominant {111} Facets // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 176102.

8. Hackl F., Grydlik M., Brehm M., Groiss G., Schaffler F., Fromherz T., and Bauer G. Microphotoluminescence and perfect ordering of SiGe islands on pit-patterned Si(001) substrates // Nanotechnology. 2011. V. 22. P. 165302.

9. Pezzoli F., Stoffel M., Merdzhanova T., Rastelli A., and Schmidt O. G. Alloying and Strain Relaxation in SiGe Islands Grown on Pit-Patterned Si(001) Substrates Probed by Nanotomography // Nanoscale Res. Lett. 2009. V. 4. P. 1073.

10. Vastola G., Grydlik M., Brehm M., Fromherz T., Bauer G., Boioli F., Miglio L., and Montalenti F. How pit facet inclination drives heteroepitaxial island positioning on patterned substrates // Phys. Rev. B. 2011. V. 84. P. 155415.

11. Yang B., Liu F., and Lagally M. Local Strain-Mediated Chemical Potential Control of Quantum Dot Self-Organization in Heteroepitaxy // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. P. 025502.

12. Ma Y., Huang S., Zeng C., Zhou T., Zhong Z., Zhou T., Fan Y., Yang X., Xia J. and Jiang Z. Towards controllable growth of self-assembled SiGe single and double quantum dot nanostructures // Nanoscale. 2014. V. 6. P. 3941-3948.

13. Zhong Z., Schmidt O., and Bauer G. Increase of island density via formation of secondary ordered islands on pit-patterned Si (001) substrates // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 87. P. 133111.

14. Grydlik M., Brehm M., and Schaffler F. Morphological evolution of Ge/Si(001) quantum dot rings formed at the rim of wet-etched pits // Nanoscale Res. Lett. 2012. V. 7. P. 601.

15. Rudin S. A., Zinovyev V. A. Nenashev A. V., Polyakov A. Yu., Smagina Zh. V., and Dvurechenskii A. V. Three-dimensional model of heteroepitaxial growth of germanium on silicon // Optoelectronics Instr. and Data Proc. 2013. V. 49. P. 461.

16. Novikov P. L., Nenashev A. V., Rudin S. A., Polyakov A. S., and Dvurechenskii A. V. Simulating the nucleation and growth of Ge quantum dots on Si using high-efficiency algorithms // Nanotechnologies in Russia. 2015. V. 10. P. 192.

17. Smagina Zh. V., Zinovyev V. A., Rudin S. A., Novikov P. L., Rodyakina E. E., and Dvurechenskii A. V. Nucleation sites of Ge nanoislands grown on pit-patterned Si substrate prepared by electron-beam lithography // J. Appl. Phys. 2018. V. 123. P. 165302.

18. Rudin S. A., Zinovyev V. A., Smagina Zh. V., Novikov P. L., Nenashev A. V., Pavsky K. V. Groups of Ge nanoislands grown outside pits on pit-patterned Si substrates // J. of Crystal Growth. 2022. V. 593. P. 126763.

19. Smagina Zh. V., Zinovyev V. A., Rudin S. A., Novikov P. L., Rodyakina E. E., and Dvurechenskii A. V. Nucleation sites of Ge nanoislands grown on pit-patterned Si substrate prepared by electron-beam lithography // J. Appl. Phys. 2018. V. 123. P. 165302.

20. Keating P. N. Effect of Invariance Requirements on the Elastic Strain Energy of Crystals with Application to the Diamond Structure // Phys. Rev. 1966. V. 145. P. 637.

21. Открытый стандарт для распараллеливания программ на языках Си, Си++ и Фортран [Электронный ресурс]. URL: https://www.openmp.org/ (дата обращения: 22.06.2023).

22. Информационно-вычислительный центр Новосибирского государственного университета [Электронный ресурс]. URL: http://nusc.ru (дата обращения: 21.06.2023).


Рецензия

Для цитирования:


Рудин С.А., Павский К.В., Ревун А.Л., Двуреченский А.В. Моделирование гетероэпитаксиального роста Ge на структурированной подложке Si(100) методом Монте-Карло и распараллеливание вычислений. Вестник СибГУТИ. 2024;18(1):16-28. https://doi.org/10.55648/1998-6920-2024-18-1-16-28

For citation:


Rudin S.A., Pavsky K.V., Revun A.L., Dvurechenskii A.V. Monte Carlo Simulation of Heteroepitaxial Growth of Ge on Pit-patterned Si(100) Substrate and Parallelization of Calculations. The Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science. 2024;18(1):16-28. (In Russ.) https://doi.org/10.55648/1998-6920-2024-18-1-16-28

Просмотров: 1930


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-6920 (Print)