Розрахункова модель пружної енергії деформації шару з включеннями типу квантових точок

Abstract

Запропоновано математичну модель для розрахунку напружено-деформованого стану кристалічних шарів напівпровідникової наноструктури, зумовленого наявністю квантових точок, як сторонніх включень в основній матриці ізотропного матеріалу. Одержано та кількісно проаналізовано розв’язок задачі пружності для окремого включення, пари та ансамблю включень залежно від їх розміру, взаємного розташування, товщини покриваючого шару, пружних характеристик матеріалу тощо. Показано, що побудована модель якісно добре описує закономірності розподілу енергії пружної деформації на поверхні верхнього шару. Проілюстровано, зокрема, що розподіл енергії пружної деформації у покриваючому шарі сприяє формуванню великих квантових точок над великими, а малі квантові точки на цей процес практично не впливають (так званий фільтраційний ефект).

The mathematical model for calculating the stress-strained state of semiconductor nanostructure crystal layers, which induced by quantum dots as foreign inclusions in main isotropic material, is proposed. Solutions of elastic problems for unique inclusion, pair and ensemble of inclusions are received and quantitative analyzed according to inclusions size, their reciprocal disposition, thickness of overlying layer, material elastic constants etc. It is shown that received model qualitatively describe regularity of elastic strain energy distribution on the overlay surface. It is illustrated, in particular, that elastic strain energy distribution in overlay conduces generating big quantum dots over big ones and that small quantum dots don’t impact practically on this process (so-called filtration effect).

Предложена математическая модель для расчета напряженно-деформированного состояния кристаллических слоев полупроводниковой наноструктуры, обусловленного наличием квантовых точек, как сторонних включений в основной матрице изотропного материала. Получены и количественно проанализированы решения задач упругости для отдельного включения, пары и ансамбля включений в зависимости от их размера, взаимного размещения, толщины покрывающего слоя, упругих характеристик материала и т. д. Показано, что полученная модель качественно хорошо описывает закономерности распределения энергии упругой деформации на поверхности верхнего слоя. Проиллюстрировано, в частности, что распределение энергии упругой деформации в покрывающем слое способствует формированию больших квантовых точек над большими, а малые квантовые точки на этот процесс практически не влияют (так называемый фильтрационный эффект).