シリコンの局所応力誘起恋態とその物性

硅的局部应力诱导爱态及其物理性质

• 批准号: 06F06121
• 负责人: 北村 隆行
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06F06121/
• 关键词: 原子シミュレーション; 第一原理計算; Tersoffポテンシャル; シリコン; 相転移; 有限要素法

シリコン結晶は常圧において融点までダイヤモンド構造であることが知られているが,高圧力下でダイヤモンド構造(SiI)からベータ錫構造(SiII)へ転移し,電気的特性が大きく変化する.これは,コンタクトツールによって特定の局所に高応力を発生させるこにより実現できる.しかし,詳しい相転移条件は明らかになっていない.本研究では,複雑な応力条件下におけるシリコンの相転移クライテリオンを原子レベルで明らかにすることを目的とする.第一年度は,原子シミュレーションによってシリコンの相転移クライテリオンを評価し,得られたクライテリオンを基に有限要素法解析を行い,球状チップをシリコン基板表面に押し付けた場合のコンタクト部周辺の応力分布を評価した.原子シミュレーションでは,Tersoffポテンシャルを用い3軸応力下におけるSiI-SiII相転移クライテリオンを評価した.解析では[100]と[010]方向の応力を一定にし,[001]方向に圧縮応力を変化させ相転移応力を求めた.その結果,引張りの[100]・[010]方向応力がSiI-SiII相転移を促進することが明らかになった.ここで,ポテンシャルの信頼性を確認するために第一原理計算を用いて同様の解析を行ったが定性的には同様の結果を示した.原子シミレーションの結果を用いた有限要素法解析では,実験で観察されている表面近傍の特徴的な相転移挙動を説明することができた.これらの成果については,研究雑誌に投稿しており,掲載の予定である.また第二年度は,第一原理解析によって経験的ポテンシャルを用いた解析の有効性や適用範囲について検討した.第一原理には密度汎関数法に基づくウルトラソフト擬ポテンシャル・平面波を用いたVASPコードを用いた.代表的な条件について解析を終了し,定期的に上記の解析結果について肯定的な結論を得るとともに,相転移に関するシミュレーションを実施した.

The temperature of the crystal melts at normal pressure, and the temperature of the structure changes. Under high pressure, the temperature of the structure changes from SiI to SiII, and the electrical characteristics change greatly. This is the first time that a high level of power has been generated in a specific office. The conditions for phase shift are as follows. This study aims to investigate the phase shift of the complex forces. In the first year, the phase shift of the atomic structure was evaluated, and the finite element method analysis was carried out based on the atomic structure. The force distribution around the surface of the spherical structure was evaluated. The atom is in the middle of the three-axis force, and the SiI-SiII phase shift is in the middle of the three-axis force. The analysis is based on the force in the direction [100] and [010], and the force in the direction [001] is based on the pressure reduction and phase shift. As a result, the SiI-SiII phase shift is promoted by the force in the [100]·[010] direction. The first principle calculation is used to analyze the information and the result is shown. The results of the atomic equation are analyzed by the finite element method, and the phase shift of the characteristics near the surface is explained. The results of this research are published in the journal. In the second year, the first principle analysis was conducted to analyze the effectiveness of the application of the system. The first principle is to use the density function to calculate the number of particles in a plane wave. The analysis of the representative conditions is completed, and the analysis results are recorded regularly. The positive conclusions are obtained, and the phase shift is implemented.

项目成果

Atomistic simulation on the phase transformation of silicon under nonhydrostatic stress

• DOI: 10.1143/jjap.46.5924
• 发表时间: 2007-09-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS
• 作者: Jeong, Seong-Min;Kitamura, Takayuki
• 通讯作者: Kitamura, Takayuki

Structural Transformation of Single Crystal Silicon under Uniaxial Stress

单轴应力下单晶硅的结构转变

• 发表时间: 2007
• 期刊: Key Engineering Materials 345-346
• 作者: Seong-Min Jeong;et. al.
• 通讯作者: et. al.