Оптические свойства и электронная структура системы кремний-германий

• Автор: Шушков, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 270 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Некоторые свойства кремния, германия, сплава БЮе, аморфного кремния, нанокремния и олова

1.1.1. Кремний, германий, сплавы БЮе

1.1.2. Аморфный кремний, нанокремний

1.1.3. Олово

1.2. Обзор теоретических расчетов зон и оптических спектров по электронной структуре 81, Ое, БМЗе, олова
1.3. Экспериментальные оптические спектры 81, Ое, БМЗе, БЮХ, кремния без окисной пленки, аморфного кремния, нанокремния, /З-Бп и а-Бп

1.3.1. Экспериментальные спектры отражения Я(Е) Б1 и Ое в области

0-21 эВ
1.3.2. Экспериментальные спектры отражения Я(Е) БЮ* при ж=0.034,
0.003 в области 2-5 эВ и Б1 без окисной пленки в области 0-24 эВ
1.3.3. Экспериментальные спектры £(Е), £ч{Е) в области 1.7-5.6 эВ и п,
к в области 1.6-5.0 эВ Б^Ое!-*
1.3.4. Экспериментальные Спектры £1(Е), £г(^) й1 при Т=10, 297, 465,
676, 874, 972 К в области 1.5-5.0 эВ и Ое при Т=100, 300, 500, 825 К
в области 1.0-5.5 эВ
1.3.5. Экспериментальные спектры Е1{Е) и {Е) аморфного Б1 в области
0-20 эВ
1.3.6. Экспериментальные спектры £{Е), £2{Е) в области 1.0-5.0 эВ и
Я(Е) в области 2.5-5.0 эВ нанокремния
1.3.7. Экспериментальные спектры Я{Е) /З-Бп в области 0-20 эВ и £{Е),
с2(£) а-Бп в области 1-6 эВ
1.4. Выводы. Постановка задачи
2. Методы расчетов комплекса оптических функций
2.1. Оптические функции
2.2. Соотношения Крамерса.-Кронига
2.3. Правила сумм

2.4. Методы расчетов комплекса оптических функций
2.4.1. Методы расчетов оптических функций по сх, г2 или п, к
2.4.2. Расчет фазы отраженной волны на основе известного спектра отражения
2.4.3. Усовершенствованный метод расчета 9{Е)
2.5. Разложение интегральных спектров е2{Е) и
—1тс_1(£) на компоненты с помощью объединенных диаграмм Арганда
2.5.1. Модель лорентцевских осцилляторов
2.5.2. Разложение спектров диэлектрической проницаемости
2.5.3. Разложение спектров характеристических потерь
3. Моделирование комплексов оптических спектров кристаллических кремния и германия
3.1. Спектры оптических функций кристаллического кремния
3.2. Разложение интегральных спектров е2 и — 1т с-1 кристаллического кремния
3.3. Спектры оптических функций кристаллического германия
3.4. Разложение интегральных спектров е2 и —1т г-1 кристаллического германия
3.5. Сопоставление спектров оптических функций кристаллических кремния
и германия
3.6. Выводы
4. Моделирование комплексов оптических спектров при х=0.034,
0.003 и кремния без окисной пленки
4.1. Сопоставление оптических функций при
т=0.034, 0.003 и кремния без окисной плёнки
4.2. Выводы
5. Моделирование комплексов оптических спектров аморфного кремния [42]
5.1. Спектры оптических функций аморфного кремния
5.2. Сопоставление спектров оптических функций кристаллического и аморфного кремния
5.3. Выводы

6. Моделирование комплексов оптических спектров кристаллов 31хСе1_
[46,47]
6.1. Сопоставление спектров оптических функций кристаллов 81хСе1_х в зависимости от концентрации гг=0.0; 0.086; 0.169; 0.250; 0.365; 0.487; 0.611;
0.782; 1, рассчитанных на основе спектров эллипсометрических функций
С] И С
6.2. Разложение интегральных спектров с2 и —1те-1 кристаллов Б^Се^я для концентраций ж=0; 0.086; 0.169; 0.250; 0.365; 0.487; 0.611; 0.782; 1..
6.3. Сопоставление спектров оптических функций кристаллов Э1хСе1_1 в зависимости от концентрации ,т=0.11; 0.20; 0.28; 0.47; 0.65; 0.85; 0.98, рассчитанных на основе спектров эллипсометрических функций пик
6.4. Разложение интегральных спектров е2 и —1т г-1 кристаллов Б^Сех-э, для концентраций х = 0.11; 0.20; 0.28; 0.47; 0.65; 0.85; 0.
6.5. Выводы
7. Моделирование комплексов оптических спектров кристаллического кремния при температуре Т=10, 297, 465, 676, 874, 972 К
7.1. Спектры оптических функций кристаллического кремния при Т = 10 К
7.2. Спектры оптических функций кристаллического кремния при Т = 297 К
7.3. Спектры оптических функций кристаллического кремния при Т = 465 К
7.4. Спектры оптических функций кристаллического кремния при Т = 676 К
7.5. Спектры оптических функций кристаллического кремния при Т = 874 К
7.6. Спектры оптических функций кристаллического кремния при Т = 972 К
7.7. Разложение интегральных спектров с2 и — 1т £-1 кристаллического кремния при Т = 10 К
7.8. Разложение интегральных спектров е2 и —1т г-1 кристаллического кремния при Т = 297 К
7.9. Разложение интегральных спектров с2 и — 1т кристаллического кремния при Т = 465 К
7.10. Разложение интегральных спектров е2 и —1те-1 кристаллического кремния при Т = 676 К
7.11. Разложение интегральных спектров е2 и —1те-1 кристаллического кремния при Т = 874 К

зуя высокотемпературный СУБ процесс (химическое парофазное осаждение). Сплавы с большими значениями х (.т=0.98, 0.85, 0.65 и 0.47) были выращены на кремниевой подложке, а сплавы с малыми значениями х (я:=0.28, 0.20, и 0.11) были выращены на германиевой подложке. Плёнки были очень толстые (между 4 и 8 мкм). Составы плёнок были определены электронным микрозондом и измерениями обратного рассеивания Резерфорда. Хорошее кристаллическое качество было подтверждено ионным туннелированием и высокоразрешающей рентгеновской дифракцией. Чтобы удалить загрязнитель с поверхности, образцы были очищены до измерения; использовались лабораторные растворители.
1.3.4. Экспериментальные Спектры £(Е), (Е) при Т—10,
297, 465, 676, 874, 972 К в области 1.5—5.0 эВ и Се при Т—100, 300, 500, 825 К в области 1.0—5.5 эВ
Э! при Т=10, 297, 465, 676, 874, 972 К [10]. Эллипсометрические данные были получены в зависимости от температуры и длины волны с помощью эллипсо-метра поляризационной модуляции. Есть две основные проблемы с осуществлением использования высоких температур эллипсометрических измерений кремния. Во-первых, скорость окисления поверхности 31 экспоненциально возрастает с температурой. Поместили образец в камеру из нержавеющей стали, которая была закрыта, за исключением небольших оптических портов, что позволяет свету войти и выйти, минуя окно. В камере было избыточное давление газа 4 % Н, 96 % Аг, чтобы уменьшить окисление поверхности. Эллипсометрические измерения показали минимальный дополнительный рост оксидов при высоких температурах [10].
Во-вторых, сам образец выступает в качестве источника света при высокой температуре, при этом общий коэффициент излучения возрастает, как Т4 и пик излучения смещается в видимую область. Оптические функции были получены из эллипсометрических данных с использованием аппроксимации эффективной толщины оксида; основная неопределенность заключается в оценке толщины оксида. Эффективная толщина оксида была 17 А при температуре ниже или равной 400 °С и повышается до ~ 27 А при 700 °С. Можно заключить, что ошибки Е и гд зависят от длины волны фотонов [10] (рис. 1.16).