Тонкие структурные особенности напряженных гетероструктур

• Автор: Мартовицкий, Виктор Петрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Содержание
Введение
Г лава 1. Методики рентгенодифракционного анализа слоистых монокристаллов и
эпитаксиальных слоев на подложках (001)
Глава 2. Тонкие структурные особенности купратных ВТСП
Глава 3. Хрупко-пластическая релаксация напряжений несоответствия в
эпитаксиальных слоях 8ц_хСех/81(001)
Глава 4. Повышенная послеростовая диффузия в сверхрешетках с квантовыми
точками Се(81)
Глава 5. Структурные особенности напряженных сверхрешеток А2В6 и А3В5
Заключение
Литература

Введение.
Эффективность исследований в области физики твердого тела тесно связана с использованием новых и более сложных материалов, с повышением чистоты исходных веществ и с усовершенствованием методов получения монокристаллов, эпитаксиальных слоев и сверхрешеток. Например, открытие в 1986 году купратных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) позволило в течение нескольких лет повысить значение температуры сверхпроводящего перехода (Тс) более чем на 110 К [Gao], тогда как после открытия явления сверхпроводимости Камерлинг-Оннесом в 1911 за следующие 75 лет значение Тс возросло менее чем на 20 К. Основной платой за такое повышение Тс стала необходимость работы со сложными соединениями. В структурах ВТСП, как правило, содержится от четырех до шести различных элементов, тогда как большинство традиционных сверхпроводников были однокомпонентными или двухкомпонентными веществами. Сложный состав купратных ВТСП и необходимость управления регулярным ансамблем точечных дефектов для возникновения квантового явления сверхпроводимости, по нашему мнению, требует совместных усилий физиков и материаловедов для достижения воспроизводимых результатов.
Дело в том, что в купратных ВТСП не выполняется условие неизменности самого материала, что было убедительно показано методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии [Fischer]. Во всех исследованных этими методами материалах были выявлены микронеоднородности размерами от одного до нескольких десятков нанометров. В настоящее время большинство исследователей сходятся в том, что физика ВТСП - это физика легированных Мотт-изоляторов [Lee]. В этой модели предпринимаются попытки описать основные свойства ВТСП процессами, происходящими в плоскостях CuCV Такой подход не может ответить на вопрос: почему в одни Мотт-изоляторы могут быть введены только дырки, а в другие - только электроны. Это можно понять при учете несоответствия длин связей в двух чередующихся вдоль оси с структурных блоков при их объединении в единую структуру ВТСП: жесткого со структурой перовскита и мягкого со структурой хлористого натрия или флюорита. То есть, при учете внутренних напряжений, величину которых можно оценить по изменению длины сильнейшей связи Cu-O(l) в ай-плоскости при приложении внешнего

давления. Важная роль внутренних напряжений в явлении высокотемпературной сверхпроводимости стала еще более очевидной после исследований РеБе, принадлежащего к недавно открытому классу ВТСП на основе железа. В этом соединении отсутствует второй структурный блок и температура сверхпроводящего перехода равна всего 8 К, но при приложении внешнего давления в 36 кБар она возрастает до 37 К [Маг§абоппа].
Возрастание внутренних напряжений является основной тенденцией в расширении диапазона свойств уже известных полупроводниковых систем. Для высокоскоростных транзисторов на основе 8ц.хСех/81(001) требуется введение в состав эпитаксиального слоя не менее 50% германия. Вхождение 40-50% кадмия в решетку 2п[.хСс1х8с позволяет сдвинуть длину волны лазерного излучения из синей области спектра в зеленую область спектра, а 30 40% индия в Оа1_х1пхАз сдвигает длину волны лазера в область 1200-1300 нм, которая имеет наименьший коэффициент поглощения в световодах. Однако введение таких концентраций легирующих элементов вынуждает выращивать структуры в метасгабильной области роста, когда уже превышена равновесная критическая толщина генерации дислокаций несоответствия, но их размножения еще не происходит благодаря кинетическому барьеру. Для этого в методе молекулярно пучковой эпитаксии (МВЕ) используются все более низкие температуры роста, как можно более чистые исходные материалы и все более высокий вакуум. И, тем не менее, даже в таких условиях получения часть образцов с такой концентрацией легирующего элемента не люминесцирует или длина волны лазерного излучения сдвинута в нежелательную область.
Предельным случаем метастабильного роста является получение самоформирующихся квантовых точек (КТ), образующихся по механизму Странского-Крастанова. Рассмотрим это на примере КТ германия. Германий вблизи вершин островков имеет практически релаксированную структуру и выигрыш в упругой энергии превышает проигрыш в поверхностной энергии при потере плоского фронта роста [ТегБо£Г 2002]. В лучших образцах этот процесс происходит без генерации дислокаций. Но концентрация германия в КТ понижается до 30-50% в зависимости от температуры выращивания. Как правило, это связывается с повышенной диффузией кремния из напряженных участков

пик. Поэтому для каждого выбранного рефлекса в скользящей геометрии необходимо сначала найти дифракционный пик подложки в симметричном положении. Для этого образец устанавливается в кристаллодержатель таким образом, чтобы выбранная отражающая плоскость содержала ось ц/. Тогда при повороте гониометрической головки на угол ф, равный табличному значению угла между плоскостью (001) и искомой плоскостью, отражающая плоскость займет примерно вертикальное положение. Затем находится дифракционный пик при сканировании образца вокруг оси со и далее образец юстируется по осям ф и ф для вывода отражающей плоскости в оптимальное положение симметричной дифракции. И лишь после этого постепенно уменьшается угол падения ю с одновременным уменьшением угла ф для удержания отражающей плоскости в вертикальном положении. В таблице 3 приведены экспериментально определенные значения углов и глубина проникновения на излучении Си Ка для слоя Zno.8Mgo.2Seo.8S0 2 на рефлексе (-3-33).
Таблица 3. Расчетные глубины проникновения излучения Си К« для Zno.8Mgo.2Seo »80 2 на
рефлексе (-3-33) с брэгговским углом 9 45.068° при различных углах асимметрии.
Угол падения со, град. Угол асимметрии Ф=0в-со, град. Угол наклона Ф, град. Глубина проникновения /, нм
45.068 0 64.74 4
7.96 -37.11 57.9 1
4.04 -41.03 55.3 1
2.00 —43.07 54.1
1.01° —44.06 53.0
0.81 —44.26 52.8
0.61 —44.46 52.6
В скользящей геометрии дифракции рентгеновских лучей от напряженных сверхрешеток хорошо выявляется вклад отдельных слоев в формирование общей сателлитной структуры. Из-за тетрагональной деформации и наклонного расположения отражающей плоскости, кристаллические плоскости (111) слоев Sio.8Ge02 разориентированы на 0.5° относительно плоскостей (111) кремния (рис. I-20). Поскольку рефлекс выводится в отражающее положение по пику подложки, то для спейсерных слоев кремния в сверхрешетке также будет соблюдаться условие вертикального расположения отражающих плоскостей (111). Тогда как для вывода в вертикальное положение отражающих плоскостей (111) от слоев SiGe образец