Dynamics of dark energy in collapsing halo of dark matter

We investigate the non-linear evolution of spherical density and velocity perturbations of dark matter and dark energy in the expanding Universe. For that we have used the conservation and Einstein equations to describe the evolution of gravitationally coupled inhomogeneities of dark matter, dark energy and radiation from linear stage in the early Universe to the non-linear one at the current epoch. The simple method of the numerical integration of the system of non-linear differential equations for evolution of the central part of halo is proposed. The results are presented for halo of cluster ($k=2$ Mpc$^{-1}$) and supercluster scales ($k=0.2$ Mpc$^{-1}$) and show that quintessential scalar field dark energy with small value of effective speed of sound $c_s<0.1$ can give noticeable impact on the formation of large scale structures in the expanding Universe.Comment: 6 pages, 6 figures; accepted by Advances in Astronomy and Space Physic

Voids in the Cosmic Web as a probe of dark energy

The formation of large voids in the Cosmic Web from the initial adiabatic cosmological perturbations of space-time metric, density and velocity of matter is investigated in cosmological model with the dynamical dark energy accelerating expansion of the Universe. It is shown that the negative density perturbations with the initial radius of about 50 Mpc in comoving to the cosmological background coordinates and the amplitude corresponding to the r.m.s. temperature fluctuations of the cosmic microwave background lead to the formation of voids with the density contrast up to $-$0.9, maximal peculiar velocity about 400 km/s and the radius close to the initial one. An important feature of voids formation from the analyzed initial amplitudes and profiles is establishing the surrounding overdensity shell. We have shown that the ratio of the peculiar velocity in units of the Hubble flow to the density contrast in the central part of a void does not depend or weakly depends on the distance from the center of the void. It is also shown that this ratio is sensitive to the values of dark energy parameters and can be used to find them based on the observational data on mass density and peculiar velocities of galaxies in the voids.Comment: 10 pages, 3 figure

Технологічні способи формування тонких напівпровідникових шарів. Частина 2

Features and basic technological methods of formation of thin layers of semiconductor materials in a vacuum with the method of thermal spraying in a quasi-closed volume are analyzed. The disadvantages of thermal spraying of thin films of multicomponent semiconductor compounds in an open vacuum are indicated. The designs of special collapsible evaporator chambers for thermo-vacuum sputtering in a quasi-closed volume containing the raw material and substrate in quasi-isolated conditions are presented. They allow to create and manage the necessary temperature corrections between the evaporator, lining, walls and other structural elements. The designs of special collapsible evaporator chambers for thermo-vacuum sputtering in a quasi-closed volume containing the raw material and substrate in quasi-isolated conditions are presented. They allow to create and manage the necessary temperature corrections between the evaporator, lining, walls and other structural elements. It is shown that the spatial temperature distribution in the discussed constructs provides the evaporation (sublimation) of the source material, the reflection of vapor from the heated walls, the intensive exchange interaction between the gas phase and the condensation surfaces and the prevailing condensation on the substrate surface, which contributes to the diffusion mechanism of the transfer of matter and to the thermodynamically balanced growth process for films. It is shown that for all modifications, to a greater or lesser extent, the conditions for the isolation of the localized volume and the equilibrium of the condensation process are fulfilled by creating the necessary temperature gradient. It is indicated that it is problematic to use such structures for mass production due to their complexity and technological features. That is why the method of thermal spraying of thin films in the quasi-closed volume is most often used in the production of epitaxial monocrystalline layers for scientific research and experimental development, and for industrial production it is very effective to develop methods for obtaining thin films, which from one hand combine universality of thermal spraying in opened vacuum and from another hand allow to bring the processes of evaporation (sublimation) and condensation closer to thermodynamic equilibrium, for example, various types of “hot walls”. It is noted that the analyzed methods or their modifications are these necessary methods of creating thin-film semiconductor structures with predetermined properties.Проаналізовано особливості та основні технологічні способи формування тонких шарів напівпровідникових матеріалів у вакуумі методом термічного напилення в квазізамкненому об’ємі. Вказано недоліки термічного напилення тонких плівок у відкритому вакуумі для багатокомпонентних напівпровідникових сполук. Представлено конструкції спеціальних розбірних випарних камер для термовакуумного напилення у квазізамкненому об’ємі, які містять вихідний матеріал та підкладку в квазіізольованих умовах і дозволяють створювати та керовано змінювати необхідні співвідношення температур між випарником, підкладкою, стінками та іншими конструкційними елементами. &nbsp;Показано, що просторовий розподіл температури у наведених конструкціях забезпечує випаровування (сублімацію) вихідного матеріалу, відбивання парів від нагрітих стінок, інтенсивну обмінну взаємодію між газовою фазою та поверхнями конденсації і переважаючу конденсацію на поверхні підкладки, що сприяє дифузійному механізмові перенесення речовини і термодинамічно врівноваженому процесу росту плівки. Показано, що для всіх модифікацій в більшій чи меншій мірі виконуються умови ізольованості локалізованого об’єму та рівноважності процесу конденсації за рахунок створення необхідного температурного ґрадієнту. Разом із тим, проблематичним є використання таких конструкцій для серійного виробництва через їхню складність і технологічні особливості. Тому метод термічного напилення тонких плівок в квазізамкненому об’ємі найчастіше використовують при виготовленні епітаксіальних монокристалічних шарів для наукових досліджень та експериментальних розробок, а для промислових виробництв дуже ефективними є розробки методів отримання тонких плівок, які поєднують в собі, з одного боку, універсальність термічного напилення у відкритому вакуумі, а з іншого – дозволяють наблизити процеси випаровування (сублімації) – конденсації до термодинамічної рівноваги, наприклад, різні варіанти “гарячих стінок”. Зазначено, що проаналізовані способи чи їхні модифікації є таким необхідним сьогодні засобом створення тонкоплівкових напівпровідникових структур із наперед заданими властивостями

Особливості отримання і властивостей тонких плівок органічних напівпровідників

In recent decades, thin films of organic semiconductors (OS), or, as they are also called, organic molecular crystals, have attracted special attention in connection with a number of proposals for their use in functional units of modern electronics, and therefore in modern technological equipment. At the same time, the optical, electrophysical and photoelectric properties of OS are very important, which are determined both by the structure of organic molecules, that is, the starting material, and by the crystal structure of condensates, that is, by the technological conditions of film production. In this regard, this article presents the results of studies of some properties of OS and the technology of obtaining thin films based on them. OS are characterized by weak intermolecular bonds of the Van der Baals type, which causes the low energy of their crystal lattice. In this regard, the electronic structure of individual molecules during the formation of a crystal does not change significantly, and the properties of the crystals almost completely preserve the individual features of the molecules in combination with new properties caused by their collective interaction. This determines the main features of optical and electrophysical properties of OS, their energy structure of neutral and ionized states. In this article, it is experimentally confirmed that the planar structure of atoms of molecular crystals, in particular, linear acenes, and therefore the number of π-electrons responsible for exciton absorption in the visible region of the spectrum determines the position of the edge of their own optical absorption. It was also confirmed that the long-wavelength shift of the optical absorption edge of thin films of phthalocyanines is observed when atoms of heavy elements, for example, lead, are introduced into the molecule. When atoms of lighter elements are introduced into the phthalocyanine molecule, their planarity is not disturbed, and the long-wavelength shift of the edge is much smaller. An explanation of such changes is presented based on the interaction of foreign atoms with the π-electron system of phthalocyanine rings of neighboring molecules. The significant influence of the technological parameters of production, in particular the temperature of the substrate during thermal sputtering, on the crystal structure and optical properties of thin films of linear polyacenes and metallophthalocyanines has been demonstrated and substantiated. The possibility of controlling and presetting the necessary properties of thin-film condensates of molecular crystals is shown.В останні десятиліття привернули до себе особливу увагу тонкі плівки органічних напівпровідників (ОН), або, як їх ще називають, органічних молекулярних кристалів у зв’язку із цілим рядом пропозицій щодо їх використання у функціональних вузлах сучасної електроніки, а отже в сучасному технологічному обладнанні. При цьому дуже важливими є оптичні, електрофізичні та фотоелектричні властивості ОН, які визначаються як будовою органічних молекул, тобто вихідним матеріалом, так і кристалічною структурою конденсатів, тобто технологічними умовами отримання плівок. У зв’язку із цим, в даній статті викладені результати досліджень деяких властивостей OH і технології отримання тонких плівок на їхній основі. OH характеризуються слабкими міжмолекулярними зв’язками типу Ван-дер-Bаальсівських, що зумовлює низьку енергію їх кристалічної ґратки. У зв’язку із цим електронна структура окремих молекул при утворенні кристалу суттєво не змінюється, і у властивостях кристалів майже повністю зберігаються індивідуальні особливості молекул у поєднанні з новими властивостями, зумовленими їх колективною взаємодією. Це визначає головні особливості оптичних і електрофізичних властивостей ОН, їхню енергетичну структуру нейтральних та іонізованих станів. В даній статті експериментально підтверджено, що планарна структура атомів молекулярних кристалів, зокрема, лінійних аценів, а отже і&nbsp; кількість π-електронів, які відповідають за екситонне поглинання у видимій області спектру визначає положення краю їх власного оптичного поглинання. Підтверджено також, що довгохвильовий зсув краю оптичного поглинання тонких плівок фталоціанінів спостерігається при введенні в молекулу атомів важких елементів, наприклад, свинцю. При введенні в молекулу фталоціаніну атомів легших елементів їхня планарність не порушується, і довгохвильовий зсув краю значно менший. Представлено пояснення таких змін на основі взаємодії чужорідних атомів з π-електронною системою фталоціанінових кілець сусідніх молекул. Продемонстровано і обґрунтовано суттєвий вплив технологічних параметрів отримання, зокрема, температури підкладки при термічному напиленні на кристалічну структуру і оптичні властивості тонких плівок лінійних поліаценів та металофталоціанінів. Показано можливість керувати і наперед задавати необхідні властивості тонкоплівкових конденсатів молекулярних кристалів

Технологічні способи формування тонких напівпровідникових шарів Частина 3. Катодне розпилення

The peculiarities and the basic technological ways of forming thin layers of semiconductor materials in vacuum by the method of thermal sputtering in quasi-closed volume are analyzed. The disadvantages of thermal deposition of thin films in open vacuum for multicomponent semiconductor compounds are indicated. We present designs of special collapsible evaporation chambers for quasi-closed volume thermal vacuum deposition, which contain the source material and the substrate in quasi-insulated conditions, and allow to create and control the necessary temperature ratios between the evaporator, substrate, walls and other structural elements. It is shown that the spatial distribution of temperature in the mentioned above chambers provides the evaporation (sublimation) of the starting material, the reflection of vapors from the heated walls, the intense exchange interaction between the gas phase and the condensation surfaces, which contributes to the diffusion mechanism of the transfer of matter and thermodynamically balanced process of film growth. It is shown that for all modifications the conditions of isolation of the localized volume and equilibrium of the condensation process are fulfilled to a greater or lesser extent by creating the required temperature gradient. However, it is problematic to use such designs for mass production because of their complexity and technological features. That is why, the method of thermal deposition of thin films in a quasi-closed volume is most often used in the manufacture of epitaxial single crystalline layers for research and experimental development, and for industrial production it is very effective to develop methods for obtaining thin films that combine on the one side universality of open vacuum, and on the other allow to approximate the processes of evaporation (sublimation) – condensation to thermodynamic equilibrium, for example, different variants of “hot walls”. It is stated that the analyzed methods or their modifications are today a necessary means of creating thin-film semiconductor structures with predetermined properties. It is stated that the analyzed methods or their modifications are today a necessary means of creating thin-film semiconductor structures with predetermined properties.Проаналізовано особливості нанесення напівпровідникових тонких плівок у вакуумі методом катодного розпилення. Вказано переваги і недоліки катодного розпилення для багатокомпонентних напівпровідникових сполук і зазначено, що для можливості отримання тонкоплівкових конденсатів із наперед заданими властивостями необхідно вдало поєднувати ці переваги і недоліки. Коротко охарактеризовано різновиди катодного розпилення у вакуумі, такі, як дво- і триелектродне, реактивне, магнетронне, високочастотне йонно-плазмове. Представлено перелік найважливіших технологічних параметрів катодного розпилення і обґрунтовано їх вплив на властивості тонких плівок. Обгрунтовано необхідність застосування низькоенергетичних різновидів катодного розпилення для того, щоб вибивання окремих молекул з мішені не спричинило розкладання молекул на атоми і конденсати зберегли максимальну відповідність складу мішені. Зазначено, що особливо прецизійно слід мінімізувати за енергією технологічні режими катодного розпилення у випадку синтезу органічних напівпровідників із Ван-дер-Ваальсівськими міжмолекулярними хімічними зв’язками, і при цьому слід формувати надійні суцільні мішені за розмірами електродів, наприклад, методом термічного спікання рідкофазних розчинів вихідних матеріалів. На основі проведеного аналізу зроблено висновок, що в ряді випадків метод катодного розпилення у вакуумі є універсальним і не замінимим способом формування напівпровідникових тонких плівок із наперед заданими специфічними властивостями

Хімічне осадження та механічне нанесення напівпровідникових тонких плівок

Features and main technological methods of forming thin layers of semiconductor materials by methods of chemical deposition and mechanical application are analyzed. The disadvantages of thermal sputtering and cathodic sputtering of thin films in vacuum for multicomponent semiconductor compounds are indicated. Features of chemical deposition of semiconductor films from the gas (steam) phase are presented. Such deposition&nbsp; involves the transfer of source material from the evaporator zone with higher temperature in the form of volatile compounds to the colder surface of the substrate, where the film growth occurs as a result of reaction of transported compounds or their decomposition. It is shown that the growth of the film during chemical vapor deposition is a process of layer-by-layer condensation of atoms or molecules, with the advantageous difference that during chemical deposition the latter are formed as a result of a heterogeneous chemical reaction when there is no need for average free path length of the gas molecules to be larger than the size of the deposition chamber, i.e. no need for critical degree of vacuum. Chemical deposition of thin films from solution is characterized as a process of precipitation of solute which occurs due to the fact that the ionic product exceeds the product of solubility, i.e. it is greater than the constant value characteristic of a saturated solution in the equilibrium state. We emphasize, that chemical deposition from an water solution allows to obtain homogeneous in thickness and structure fine-grained non-textured mechanically stable polycrystalline films with good adhesion to substrates and the required set of properties. The method of pulverization with subsequent pyrolysis is described. This is deposition from intracomplex organometallic compounds, which is based on thermally stimulated reactions between clusters of atoms, chemically active substances of liquid or vapor phase. The method of electrolytic deposition on electrically conductive substrates is characterized. The method is using appropriate salt solutions by co-deposition of individual components, or by deposition on the cathode of one of the components with its subsequent interaction with others present in the solution. We also describe the method of obtaining epitaxial thin films of semiconductor deposition materials. We note that the analyzed methods or their modifications are&nbsp; necessary tool today to create thin-film semiconductor structures with predetermined properties. In the same time, in each particular case the features of each method of obtaining thin semiconductor films should be comprehensively evaluated and, depending on the chemical composition, structure, topology and complex of expected properties, the most effective method should be applied.Проаналізовано особливості та основні технологічні способи формування тонких шарів напівпровідникових матеріалів методами хімічного осадження та механічного нанесення. Вказано недоліки термічного напилення та катодного розпилення тонких плівок у вакуумі для багатокомпонентних напівпровідникових сполук. Висвітлено особливості хімічного осадження напівпровідникових плівок з газової (парової) фази, яке передбачає перенесення вихідного матеріалу із зони випаровувача з вищою температурою у вигляді летючих сполук до холоднішої поверхні підкладки, де відбувається ріст плівки в результаті реакції транспортованих сполук одна з одною, або їх розкладання. Показано, що ріст плівки при хімічному осадженні з парової фази є процесом пошарової конденсації атомів чи молекул при тій вигідній відмінності, що при хімічному осадженні останні утворюються в результаті гетерогенної хімічної реакції, коли не потрібно, щоби середня довжина вільного пробігу молекул газу була більшою від розмірів камери для осадження, тобто не настільки критичний ступінь вакууму. Охарактеризовано хімічне осадження тонких плівок з розчину як процес випадання в осад розчиненої речовини внаслідок того, що іонний добуток перевищує добуток розчинності, тобто більший від постійної величини, характерної для насиченого розчину в рівноважному стані. Підкреслено, що хімічне осадження з водного розчину дозволяє отримувати однорідні за товщиною і структурою, полікристалічні, дрібнозернисті, нетекстуровані, механічно стійкі плівки з доброю адгезією до підкладок і необхідним набором властивостей. Описано метод пульверизації з подальшим піролізом – осадження із внутрікомплексних металоорганічних сполук, який ґрунтується на термостимульованих реакціях між кластерами атомів, попередньо розпилених хімічно активних речовин рідкої чи парової фази. Охарактеризовано метод електролітичного осадження на електропровідні підкладки з використанням відповідних розчинів солей сумісним осадженням окремих компонентів, або шляхом осадження на катоді одного із компонентів з подальшою його взаємодією з іншими, наявними в розчині, та спосіб отримання епітаксіальних тонких плівок напівпровідникових матеріалів осадженням з рідкої фази. Зазначено, що проаналізовані способи чи їхні модифікації є таким необхідним на сьогодні засобом створення тонкоплівкових напівпровідникових структур із наперед заданими властивостями, а в кожному конкретному випадку слід всесторонньо оцінити особливості кожного способу отримання тонких напівпровідникових плівок і залежно від хімічного складу, структури, топології та комплексу очікуваних властивостей застосувати найефективніший метод

Технологічні способи формування тонких напівпровідникових шарів. Частина 1

The review and analysis of the basic technological methods of formation of thin layers of semiconductor materials is presented. The timeframe for the occurrence of thin film technologies and the main centers of their localization are specified. It is shown that nowadays structure, properties and basic methods of obtaining thin films sufficiently well studied for not only simple but also complex, multi-component inorganic semiconductor materials, new areas of application and increase of requirements to the operational characteristics of devices on their basis require improvement of existing technologies and development of new methods for their synthesis, which involves a detailed analysis of the known, and the search for new, progressive methods of preparation. Due to the fact that the main methods for obtaining thin films of inorganic semiconductor materials are vacuum condensation and chemical precipitation, the first part of the review describes the methods of their vacuum application, in particular, thermal spraying in an open vacuum. It is shown that the most common way of obtaining thin films is the thermal spraying under resistive heating of the evaporator with the source material.We analyze the special structural and technological changes and improvement of traditional methods and systems of thermal spraying, which allow to equalize the ratio of the chemical composition of thin films and the source material, improve the stoichiometry of condensates, and ensure their homogeneity.The designs of thermal evaporators with resistive heating of crucibles in an open vacuum with sublimation or evaporation of one and two substances are presented. It is shown how these types of evaporators exclude the transfer of solid particles into evaporating or sublimation into the vapor phase and eliminate direct vapor deposition on the condensation surface, which more or less protects against heterogeneous condensate inclusions.It is shown that the methods analyzed or their modifications are nowadays the necessary means for the creation of thin-film semiconductor structures with predetermined properties, while vacuum deposition, in particular, traditional and modified thermal spraying in a vacuum due to its simplicity(but at the same time its ability to effectively control a large the number of technological factors and create the necessary conditions for the growth of condensates) remains one of the most common ways of obtaining thin films, including inorganic semiconductors.Представлено огляд і аналіз основних технологічних способів формування тонких шарів напівпровідникових матеріалів. Вказано часові рамки виникнення тонкоплівкових технологій та основні центри їх локалізацій. Показано, що на сьогоднішній день достатньо добре вивчена будова, властивості та основні методи отримання тонких плівок не тільки простих, але і складних, багатокомпонентних неорганічних напівпровідникових матеріалів, але нові сфери застосування і підвищення вимог до експлуатаційних характеристик пристроїв на їхній основі потребують покращення існуючих технологій і створення нових методів їх отримання, що передбачає детальний аналіз відомих, та пошук нових, прогресивних способів препарування. У зв’язку із тим, що основними методами отримання тонких плівок неорганічних напівпровідникових матеріалів є конденсація у вакуумі та хімічне осадження, в першій частині огляду охарактеризовано методи їх вакуумного нанесення, зокрема, термічне напилення у відкритому вакуумі. Показано, що найпоширенішим способом отримання тонких плівок залишається термічне напилення при резистивному нагріванні випарника із вихідним матеріалом. Проаналізовано спеціальні конструкційні і технологічні зміни та вдосконалення традиційних методів і систем термічного напилення, які дозволяють вирівнювати співвідношення хімічного складу тонких плівок і вихідного матеріалу, покращувати стехіометрію конденсатів, забезпечувати їхню однорідність. Представлено конструкції термічних випаровувачів із резистивним нагріванням тиглів у відкритому вакуумі із сублімацією чи випаровуванням однієї і двох речовини. Показано, як дані типи випарників виключають перенесення в парову фазу твердотільних частинок матеріалів, які випаровуються чи сублімують, та усувають пряме потрапляння пари на поверхню конденсації, що в більшій чи меншій мірі застерігає від неоднорідних включень у конденсатах. Показано, що проаналізовані способи чи їхні модифікації є таким необхідним на сьогоднішній день засобом створення тонкоплівкових напівпровідникових структур із наперед заданими властивостями, а вакуумне осадження, зокрема, традиційне та модифіковане термічне напилення у вакуумі завдяки своїй простоті, але, одночасно, і можливості ефективно керувати великою кількістю технологічних факторів і створювати необхідні умови росту конденсатів, залишається одним із найпоширеніших способів отримання тонких плівок, у т. ч. неорганічних напівпровідників.&nbsp