Научная тема: «ЭЛЕКТРОННЫЕ СОСТОЯНИЯ В КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ И ДЕФЕКТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ»
Специальность: 01.04.10
Год: 2011
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Состояния глубоких уровней вакансий Al, Ga и As в сверхрешетке (GaAs)3(AlAs)1(001) зависят от положения дефектов. Понижение симметрии сверхрешеток по сравнению с бинарными кристаллами приводит к частичному (полному) снятию вырождения глубоких уровней вакансий, находящихся в средних (крайних) по отношению к Al слоях, и различной ориентации электронных плотностей, вызывающей поляризационную зависимость поглощения с участием глубоких уровней, что может быть использовано для анализа геометрического распределения вакансий. Наибольшие изменения (~0.1 эВ) имеют место для состояний вакансии As, расположенной на гетерогранице.
  2. В арсениде галлия с кластерами из атомов галлия с ростом размеров кластеров уровень Ферми быстро достигает своего предельного значения Flim=0.6 эВ, близкого к величине барьера Шоттки для плоской границы металл/полупроводник. Положение по энергии и "хвосты" металл-индуцированных состояний в окрестности уровня Ферми определяются интерфейсными слоями из антиструктурных дефектов GaAs.
  3. В кремнии с германиевыми кластерами дырочный уровень размерного квантования с ростом размеров кластеров монотонно смещается вглубь запрещенной зоны Si, вызывая красный сдвиг края оптического поглощения. Наиболее интенсивное поглощение связано с непрямыми в прямом и обратном пространствах электронными переходами с резонансного интерфейсного состояния на дно зоны проводимости кремниевой матрицы.
  4. В малых пирамидальных квантовых точках w-GaN/AlN(0001) эффекты размерного квантования приводят к интенсивному поглощению света, поляризованного в базальной плоскости E⊥c. Оно связано с электронными переходами в зоне проводимости с нижнего уровня Г1 на два близких уровня Г3, возникающих в результате смешивания зонных состояний U долин и линии Σ бинарных кристаллов.
  5. Полное отражение электронов от гетерограницы GaAs/AlAs(001) в интервале энергии между Х - долинами AlAs и GaAs обусловлено взаимной компенсацией вкладов от „виртуальных процессов" с участием Г, Х1 и Х3 состояний. В среде, из которой электрон налетает на границу, из падающей и отраженной волн формируется стоячая волна. Появление нуля в коэффициенте прохождения не связано с каким-либо интерфейсным резонансным состоянием, а является следствием многодолинного характера зонного спектра GaAs, AlAs.
  6. В несимметричных двухбарьерных структурах w-GaN/Ga1-xAlxN(0001) внутренние электрические поля, вызванные спонтанной и пьезоэлектрической поляризацией, приводят к красному или голубому сдвигу резонансных энергий в зависимости от толщины и расположения барьеров по отношению к полярной оси. В сверхрешетках (GaN)n(Ga1-xAlxN)m внутренние поля формируют штарковскую лестницу электронных состояний при небольшом числе ультратонких слоев в отсутствии внешнего поля.
  7. Сверхрешеточная модель интерфейсного потенциала в гетероструктурах, в которой междолинное смешивание происходит не на одной границе, как в стандартной модели с резким на границе потенциалом, а на двух границах и в области переходного слоя. В структурах GaAs/AlAs учет плавного потенциала приводит к наиболее существенным изменениям при туннелировании электронов с участием коротковолновых состояний в области междолинного Г-Х смешивания для границы (001) и Г-L смешивания для границы (111). Плавный интерфейсный потенциал вызывает уменьшение междолинного смешивания на гетерограницах, приводит к заужению Фано-резонансов, исчезновению интерфейсных состояний на одной границе, сдвигам нижних резонансов.
  8. В сверхрешетках (AlAs)1(GaAs)3, (AlAs)2(GaAs)2, (AlAs)3(GaAs)1(001) эффекты размерного квантования приводят к росту интенсивности междолинных переходов по сравнению с аналогичными переходами в твердых растворах. Сильная локализация волновых функций в глубоких Г ямах GaAs вызывает немонотонное изменение деформационных потенциалов переходов типа Г-Х и Г-L в этом ряду сверхрешеток. Междолинные переходы электронов в зоне проводимости сверхрешеток Г1-M5, Г11, Г13, Х11, Х13, Г35 происходят в основном за счет колебаний катионов, переходы Х15, Х35, Г31, Г33 - за счет колебаний анионов, а наиболее интенсивные каналы рассеяния Г35 и Z35 связаны с оптическими колебаниями легких атомов Al.
  9. Глубокий уровень наиболее локализованного дефектного состояния наименьшим образом зависит от химического строения кристалла, в котором находится дефект. В группе соединений А3В5 такой уровень имеет среднюю энергию <ЕВabs> = 4.63 эВ (ниже уровня вакуума) с небольшой дисперсией 0.08 эВ, благодаря чему он играет роль уровня Ферми в облученных, сильно дефектных полупроводниках.
Список опубликованных работ
1.Чалдышев, В.А. Расчет электронного спектра соединений А3В5 и твердых растворов на их основе методом модельного псевдопотенциала / В.А.Чалдышев, С.Н. Гриняев // Известия вузов. Физика -1983. - Т.26, №3. - С.38-61.

2.Гриняев, С.Н. Переносимый модельный псевдопотенциал: расчет спектров изолированных ионов / С.Н.Гриняев, С.Г.Катаев, А.В.Нявро, В.А.Чалдышев // Известия вузов. Физика - 1985. - Т.28, №8. - С.122-124.

3.Гриняев, С.Н. Псевдопотенциальный расчет междолинных потенциалов рассеяния / С.Н.Гриняев, Г.Ф.Караваев, В.Г.Тютерев, В.А.Чалдышев // Физика твердого тела - 1988. Т.30, №9. - С.2753-2756.

4.Гриняев, С.Н. Расчет параметров междолинного рассеяния на фононах в полупроводниковых кристаллах А3В5 / С.Н.Гриняев, Г.Ф.Караваев, В.Г.Тютерев // Физика и техника полупроводников – 1989. - Т.23, №8. - С.1458-1461.

5.Гриняев, С.Н. Электронная структура графитоподобного и ромбоэдрического нитрида бора / С.Н.Гриняев, В.В.Лопатин // Известия вузов. Физика – 1992. - Т.35, №2. - С.27-32.

6.Гриняев, С.Н. Рассеяние электронов в многобарьерных cтруктурах GaAs/Al(x)Ga(1-x)As / С.Н.Гриняев, В.Н.Чернышов // Физика и техника полупроводников - 1992. - Т.26, №12. -С.2057-2067.

7.Brudnyi, V.N. Local neutrality conception: Fermi level pinning in defective semiconductors / V.N.Brudnyi, S.N.Grinyaev, V.E.Stepanov // Physica B:Cond.Matter. – 1995. - V.212. - P.429- 435.

8.Grinyaev, S.N. Intervalley deformation potentials in (AlAs)1(GaAs)1 superlattice / S.N.Grinyaev, G.F.Karavaev, V.G.Tyuterev // Physica B:Cond.Matter. – 1996. - V.228, N3-4. - P.319-328.

9.Гриняев, С.Н. Исследование глубоких уровней антиструктурных дефектов AsGa, GaAs и гетероантиструктурных дефектов InAs, SbGa в GaAs методом расширенной элементарной ячейки 4&#215;4&#215;4 / С.Н.Гриняев, В.А.Чалдышев // Известия вузов. Физика - 1996. - Т.39, №8. - С.13-21.

10.Гриняев, С.Н. Расчет электронного энергетического спектра арсенида галлия с мышьяковыми кластерами / С.Н.Гриняев, В.А.Чалдышев // Физика и техника полупроводников – 1996. - Т.30, №12. - С.2195-2202.

11.Гриняев, С.Н. Распределение валентного заряда и уровень электронейтральности в графитоподобном и ромбоэдрическом нитриде бора / С.Н.Гриняев, В.В.Лопатин // Физика твердого тела – 1996. - Т.38, №12. - С.3576-3584.

12.Гриняев, С.Н. Глубокие уровни вакансий в сверхрешетке AlAs)1(GaAs)3 / С.Н.Гриняев, Г.Ф.Караваев // Физика и техника полупроводников – 1997. - Т.31, №5. -С.545-555.

13.Гриняев, С.Н. Анизотропия химической связи и электронной структуры в графитоподобном и ромбоэдрическом нитриде бора / С.Н.Гриняев, В.В.Лопатин // Журнал структурной физики – 1997. - Т.38, №1. - С.32-41.

14.Гриняев, С.Н. Локализованные состояния вблизи запрещенной зоны GaAs, вызванные тетраэдрическими мышьяковыми кластерами / С.Н.Гриняев, В.А.Чалдышев // Физика и техника полупроводников – 1998. - Т.32, №9. - С.1094-1099.

15.Брудный, В.Н. Физика сложных полупроводниковых кристаллов и структур / В.Н.Брудный, О.В.Воеводина, В.Г.Воеводин, С.Н.Гриняев, И.В.Ивонин, Г.Ф.Караваев, Л.Г.Лаврентьева // Известия вузов. Физика – 1998. - Т.41, №8. - C.26-38.

16.Гриняев, С.Н. Резонансное туннелирование электронов в структурах GaAs/AlAs(111) / С.Н.Гриняев, Г.Ф.Караваев // Известия вузов. Физика - 1998. – Т.41, №9. - С.89-99.

17.Брудный, В.Н. Локальная электронейтральность и закрепление химического потенциала в твердых растворах соединений III-V: границы раздела, радиационные дефекты / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев // Физика и техника полупроводников - 1998. - Т.32, №3. - С.315-318.

18.Гриняев, С.Н. Туннелирование электронов через тонкий барьер с плавным потенциалом на гетерограницах GaAs/AlAs(001) / С.Н.Гриняев, Г.Ф.Караваев // Физика твердого тела - 2000. - Т.42, №4. - С.752-758.

19.Гриняев, С.Н. Глубокие уровни кластеров из атомов галлия в GaAs / С.Н.Гриняев, В.А.Чалдышев // Физика и техника полупроводников – 2001. - Т.35, №1. - С.84-88.

20.Гриняев, С.Н. Резонансное туннелирование электронов в напряженных структурах GaN/Ga(1-x)Al(x)N(0001) c учетом спонтанной поляризации и пьезоэффекта / С.Н.Гриняев, А.Н.Разжувалов // Физика твердого тела – 2001. - Т.43, №3. - С.529-535.

21.Voevodin, V.G. Deep levels of antisite defects clusters in ZnGeP2 / V.G.Voevodin, S.N.Grinyaev // Material Research Society Symposium Proceedings – 2001. - V.677. -P.AA4.6.1- AA4.6.6.

22.Гриняев, С.Н. Глубокие уровни комплексов вакансий азота в графитоподобном нитриде бора / С.Н.Гриняев, Ф.В.Конусов, В.В.Лопатин // Физика твердого тела – 2002. -Т.44, №2. - С.275-282.

23.Брудный, В.Н. Электронные свойства облученных полупроводников, модель закрепления уровня Ферми / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев, Н.Г.Колин // Физика и техника полупроводников – 2003. - Т.37, №5. - С.557-564.

24.Voevodin, V.G. Nonstoichiometry and point defects in nonlinear optical crystals A2B4C52 / V.G.Voevodin, S.N.Grinyaev, O.V.Voevodina // Materials Science in Semiconductor Processing - 2003. - V.6, N5-6. - P.385-388.

25.Гриняев, С.Н. Особенности рассеяния электронов на гетерограницах AlxGa1-xAs/AlAs(001) / С.Н.Гриняев, Г.Ф.Караваев, В.Н.Чернышов // Физика и техника полупроводников – 2003. - Т.37, №4. - С.435-442.

26.Гриняев, С.Н. Влияние внутренних полей на туннельный ток в напряженных структурах GaN/AlxGa1-xN(0001) / С.Н.Гриняев, А.Н.Разжувалов // Физика и техника полупроводников – 2003. - Т.37, №4. - С.450-455.

27.Брудный, В.Н. Модель межфазных границ для полупроводниковых систем: численные оценки / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев, Н.Г.Колин // Материаловедение – 2003. - Т.72, №3. - С.17-25.

28.Брудный, В.Н. Закрепление уровня Ферми в полупроводниках (границы раздела, кластеры, радиационное модифицирование) / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев, Н.Г.Колин // Известия вузов. Физика - 2003. - Т.46, №6. - С.59-66.

29.Гриняев, С.Н. Оптическое поглощение гексагонального нитрида бора с участием вакансий азота и их комплексов / С.Н.Гриняев, Ф.В.Конусов, В.В.Лопатин, Л.Н.Шиян // Физика твердого тела – 2004. - Т.46, №3. - С.424-429.

30.Брудный, В.Н. Кремний-германиевые наноструктуры: электронные параметры и оптические характеристики / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев // Известия вузов. Физика – 2004. – Т.47, №6. - С.3-7.

31.Brudnyi, V.N. A model for Fermi-level pinning in semiconductors: radiation defects, interface boundaries / V.N.Brudnyi, S.N.Grinyaev, N.G.Kolin // Physica B – 2004. - V.348. -P.213-225.

32.Брудный, В.Н. Электрофизические и оптические свойства InAs, облученного электронами (~2 МэВ): энергетическая структура собственных точечных дефектов / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев, Н.Г.Колин // Физика и техника полупроводников - 2005. -Т.39, №4. - С.409-418.

33.Брудный, В.Н. Электронные свойства кремния с германиевыми кластерами ультрамалых размеров / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев, А.В.Двуреченский // Физика твердого тела - 2005. - Т.47, №11. - С.1941-1945.

34.Гриняев, С.Н. Междолинное рассеяние электронов на фононах в ультратонких сверхрешетках (AlAs)1(GaAs)3 / Л.Н.Никитина, В.Г.Тютерев // Физика твердого тела - 2006.- Т.48, №1.- С. 120-127.

35.Караваев, Г.Ф. “Сверхрешеточная” модель плавной гетерограницы (GaAs)/(AlAs)(001) / Г.Ф.Караваев, С.Н.Гриняев // Физика твердого тела – 2006. - Т.48, №5. - С.893-901.

36.Брудный, В.Н. Глубокие уровни собственных точечных дефектов и природа “аномального” оптического поглощения в ZnGeP2 / В.Н.Брудный, В.Г.Воеводин, С.Н.Гриняев // Физика твердого тела – 2006. - Т.48, №11. - С.1949-1961.

37.Брудный, В.Н. Уровень зарядовой электронейтральности в твердых растворах w-Al(x)Ga(1-x)N / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев, Н.Г.Колин // Известия вузов. Физика - 2006. -Т.49, №8. - С.75-78.

38.Брудный, В.Н. Корреляция положения глубоких уровней собственных точечных дефектов с «предельным» положением уровня Ферми в облученных полупроводниках группы III-V / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев, Н.Г.Колин // Известия вузов. Физика - 2007. -Т.50, №5. - С.17-22.

39.Гриняев, С.Н. Туннелирование электронов в структурах GaAs/AlAs(111)c плавным потенциалом на гетерограницах / С.Н.Гриняев, Г.Ф.Караваев // Известия вузов. Физика – 2007.- Т.50, №7. - С.7-13.

40.Караваев, Г.Ф. Модели рассеяния электронов на гетерогранице GaAs/AlAs(001) / Г.Ф.Караваев, С.Н.Гриняев // Известия вузов. Физика – 2007. - Т.50, №10. - С.34-43.

41.Tronc, P. Оptical properties of photodetectors based on wurtzite quantum dot arrays / P.Tronc, K.S.Zhuravlev, V.G.Mansurov, G.F.Karavaev, S.N.Grinyaev, I.Milosevic, M.Damnjanovic // Phys.Rev. B – 2008. -V.77, N16. - P.165328(7).

42.Журавлев, К.С. Материалы для фотоприемников на межподзонных переходах в GaN/AlGaN - квантовых точках / К.С.Журавлев, В.Г.Мансуров, С.Н.Гриняев, Г.Ф.Караваев, П.Тронк // Оптический журнал – 2009. - Т.76, № 12. - С.74-83.

43.Караваев, Г.Ф. Изучение спектра сверхрешеток GaAs/AlAs в рамках моделей с резкой и плавной границами / Г.Ф.Караваев, С.Н.Гриняев // Известия вузов. Физика - 2010. - Т.53, №1. - С.45-54.

44.Брудный, В.Н. Генезис дырочных состояний малых германиевых кластеров в кремнии / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев // Известия вузов. Физика – 2010. - Т.53, №5. - С.68-73.

45.Брудный, В.Н. Спектры оптического поглощения Si с квантовыми точками Ge / В.Н.Брудный, С.Н.Гриняев // Известия вузов. Физика – 2010. - Т.53, №7. - С.43-45.

46.Гриняев, С.Н. Междолинное рассеяние электронов на фононах в ультратонких сверхрешетках (GaAs)m(AlAs)n (001) / С.Н.Гриняев, Л.Н.Никитина, В.Г.Тютерев // Физика твердого тела - 2010. - Т.52, №8. - С.1498-1504.

47.Grinyaev, S.N. Intervalley Electron-Phonon Scattering in Ultra-Thin (GaAs)m(AlAs)n(001) Superlattices / S.N.Grinyaev, L.N.Nikitina, V.G.Tuyterev // Advances in Materials Science Research. Nova Publishers - 2011. -V.2, Chapter 9. - P.155-176.