14 Farrer N, Bellaiche L, Properties of hexagonal ScN versus wurtzite GaN and InN, Phys. Rev. B 66(2002) 20120315 Kruger MB, Nguyen JH, Li YM, Caldwell WA, Manghnani MH, Jeanloz R, Equation of state of α-Si 3 N 4 , Phys. Rev. B 55 (1997) 3456-346016 Ching WY, Ouyang L, Gale JD, Full ab initio geometry optimization of all known crystallinephases of Si 3 N 4 , Phys. Rev. B 61 (2000) 8696-870017 Li YM, Kruger MB, Nguyen JH, Caldwell WA, Jeanloz R, Equation of state of β-Si 3 N 4 , Solid StateCommun. 103 (1997) 107-11218 Jiang JZ, Lindelov H, Gerward L, Ståhl K, Recio JM, Mori-Sánchez P, Carlson S, Mézouar M,Dooryhee E, Fitch A, Frost DJ, Compressibility and thermal expansion of cubic silicon nitride,Phys. Rev. B 65 (2002) 16120219 Dong J, Sankey OF, Deb SK, Wolf G, McMillan PF, Theoretical study of β-Gi 3 N 4 and its highpressurespinel γ phase, Phys. Rev. B 61 (2000) 11979-1199220 Wang H, Chen Y, Kaneta Y, Iwata S, First-principles investigation of the structural, electronic andoptical properties of olivine-Si 3 N 4 and olivine-Ge 3 N 4 , J. Phys.: Condens. Matter 18 (2006) 10663-1067690
Rozdział VII. Podsumowanie i wnioskiWłasności strukturalne i elastyczne azotków III-V i IV-V nie były dotąd wystarczająco dobrze znane iusystematyzowane - celem niniejszej pracy było wypełnienie tej luki. W wyniku wykonanych pomiarów iobliczeń uzyskano wysokiej dokładności dane pozwalające usystematyzować wiedzę w zakresie strukturyi własności elastycznych azotków pierwiastków grupy III i IV.W pracy zastosowano podejście pomiarowe i obliczeniowe w zasadniczych aspektach jednakowe dlawszystkich siedmiu badanych związków. W szczególności, użycie technik pomiarowych z wzorcamiwewnętrznymi pozwoliło na określenie bezwzględnych wartości parametrów sieciowych badanychmateriałów i wykonanie pomiarów temperaturowych w szerszych zakresach i z istotnie większą precyzjąniż we wcześniejszych eksperymentalnych pracach innych autorów. Argumentami świadczącymi owysokiej jakości danych są niewielkie odchylenia standardowe punktów pomiarowych, gładkośćkrzywych eksperymentalnych i dobra zgodność z nimi krzywych teoretycznych dopasowanych wedługmodelu Debye'a-Grüneisena (dla zależności V(T)) i Bircha-Murnaghana (dla zależności V(P)). Wartościmodułu ściśliwości wyznaczano w zakresie ciśnień stosunkowo niewielkim, jednak dzięki znacznejliczbie punktów eksperymentalnych otrzymane dane są wiarygodne. Wartości wcześniejsze opierały sięna niewielkiej liczbie punktów zmierzonych w szerszych zakresach ciśnień.W pracy, dla udokładnionych wartości parametrów sieci, objętości komórki i stosunku osiowegoszczególnie staranie wyznaczono odchylenia standardowe. W pomiarach niskotemperaturowych są onestosunkowo duże, zwłaszcza dla faz mniejszościowych. Jednak ze względu na znaczną liczbę punktóweksperymentalnych jakość dopasowania w tych zakresach nie ustępuje jakości dopasowania w zakresachwysokotemperaturowych.W eksperymentalnej części pracy przedstawiono i omówiono wyniki badań własności <strong>strukturalnych</strong>i elastycznych w warunkach nisko- i wysokotemperaturowych i w warunkach wysokiego ciśnienia, dlaazotków GaN i InN, o strukturze wurcytu, oraz dla faz α, β i γ Si 3 N 4 , oraz faz α i β Ge 3 N 4 .Metodami dyfrakcyjnymi przeprowadzono pełną charakteryzację strukturalną wszystkich badanychmateriałów w temperaturze pokojowej i ciśnieniu atmosferycznym. W oparciu o wyniki analizy fazowejzbudowano modele startowe do obliczeń rietveldowskich. Modele te wykorzystano dla wyznaczeniawłasności <strong>strukturalnych</strong> faz składowych (w tym parametrów sieciowych i pozycji atomów w komórceelementarnej) oraz ich procentową zawartość za pomocą bezwzorcowej analizy ilościowej. Dlaprzeprowadzenia wszystkich wyżej wymienionych obliczeń zastosowano metodę Rietvelda.Wykonano badania parametrów <strong>strukturalnych</strong> wyżej wymienionych azotków w warunkach niskiej iwysokiej temperatury, wykorzystując jako technikę pomiarową wysokorozdzielczą i średniorozdzielcządyfrakcję proszkową, a w obliczeniach - metodę Rietvelda. Otrzymane wartości parametrów sieciowychpozwoliły na wyznaczenie zależności objętości komórek elementarnych badanych azotków odtemperatury. Na podstawie zależności V(T), przez dopasowanie modelu Debye'a-Grüneisena wyznaczonorozszerzalność termiczną w szerokim zakresie temperatur oraz temperaturę Debye'a, Θ D , dla każdego zezwiązków będących przedmiotem badań. O anizotropii rozszerzalności wnioskowano na podstawiezależności stosunku osiowego od temperatury: dla wszystkich azotków III –V stosunek osiowy c/a ztemperaturą maleje (wzrost anizotropii), a dla azotków IV-V rośnie, z wyjątkiem fazy α-Ge 3 N 4 , dla którejjest stały. Wyznaczono położenia atomowe w funkcji temperatury - dla większości związków nieobserwuje się temperaturowej zmienności pozycji atomowych. Według wiedzy autora, dla niektórych zbadanych związków zależności stałych sieci i współczynnika rozszerzalności od temperatury orazwartość Θ D metodą dyfrakcyjną wyznaczono po raz pierwszy. Dla pozostałych, dzięki wykorzystaniuodpowiedniej metodyki i zbadaniu szerokich zakresów temperatury, własności strukturalne i elastyczne(oraz temperatura Debye’a) wyznaczono z dokładnością znacznie lepszą niż w pracach wcześniejszych.Określono modułu ściśliwości dla InN oraz faz α-Ge 3 N 4 i β-Ge 3 N 4 poprzez dopasowanie równaniastanu Bircha-Murnaghana do zależności objętości komórek elementarnych od ciśnienia. <strong>Zale</strong>żności teotrzymano, stosując metodę Le Baila do widm energodyspersyjnych zmierzonych w warunkach wysokichciśnień w dostępnym zakresie od 0.1 MPa do około 5 GPa. Wartości modułów ściśliwości są zgodne z91
Change language