Эпитаксиальные фториды кальция и кадмия на Si(111) и Si(001), рост и свойства низкоразмерных гетероструктур

• Автор: Сутурин, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 147 с. : ил

Оглавление
Введение

Актуальность проблемы

Основные задачи

Научная новизна и практическая значимость

Основные положения, выносимые на защиту

Апробация работы

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Эпитаксиальные диэлектрики

1.2. Рост фторидов из молекулярных пучков

1.3. Эпитаксия СаРг/Si(l 11)
1.3.1. Режимы роста при высокой температуре
1.3.2. Режимы роста при низкой температуре
1.3.3. Атомная структура интерфейса СаБг/ Si(lll)
1.3.4. Электронная структура интерфейса CaF2 / Si( 111)
1.4. Особенности роста CdFj на Si(lll)
1.5. Эпитаксия CaF?/ Si(OOl)
1.6. Эпитаксия CaF2/ Si(110)
1.7. Фотолюминесценция редкоземельных ионов во фторидах
1.7.1. Метод люминесцентного зонда
1.7.2. Нестационарные эффекты в фотолюминесценции
Глава 2. Экспериментальные методики
2.1. Технологическая установка для выращивания фторидов
2.1.1. Вакуумное оборудование
2.1.2. Держатель образца
2.1.3. Молекулярные источники
2.1.4. Дифракция электронов

2.1.5. Калибровка скорости роста по осцилляциям ДБЭ
2.1.6. Калибровка скорости роста по лазерному интерферометру
2.1.7. Калибровка скорости роста по кварцевому толщиномеру
2.1.8. Програмное обеспечение для управления технологической установкой
2.2. Фотоэлектроная спектроскопия
2.3. Спектроскопия девозбуждения метастабтъных атомов Не
2.4. Фотолюминесценция
2.5. Атомно-силовая микроскопия
2.5.1. Принцип работы атомно-силового микроскопа
2.5.2. Оптимизация параметров измерения
2.5.3. Особенности проведения измерений на воздухе
2.5.4. Разрешение микроскопа
2.6. Физико-химическая подготовка подложек
Глава 3. Неравновесный характер формирования ростовой поверхности (111) фторидов кальция и кадмия
3.1. Структура исходной поверхности Si(l 11)
3.2. Влияние температуры роста на морфологию слоев CaF2(lll)
3.3. Образование пирамидальной структуры CdF2(lll)
3.4. Морфология гетероструктур СаРг/CdF2 (111)
3.5. Выводы
Глава 4. Люминесцентные свойства сверхрешегок CaF2 :RE / CdF
4.1. Нестационарное поведение фотолюминесценции Еи+ в сверхрешетках CaFy.Eu / CdF
4.2. Модель туннельной фотоионизации ионов Ей*
4.3. Сопоставление экспериментальныхрезулыпатов с модельным представлением
4.4. Особенности эффекта затухания фотолюминесценции Sm2+ в сверхрешетках CaFySm / CdFi
4.5. Выжигание спектральных провалов в сверхрешетках CaF2:Eu7 CdF
4.6. Выводы

Глава 5. Наноструктуры СаГг / Si(OOl)

5.1. Поверхность подложки Si(OOl)
5.2. Рост наноразмерных островков Сар2(001) при низких температурах
5.2.1. Морфология наноструктур
5.2.2. Дифракционные данные
5.2.3. Электронные свойства
5.2.4. Атомная структура низкотемпературного интерфейса
5.3. Рост нитей СаРг(1Ю) при высоких температурах
5.3.1. Морфология наноструктур
5.3.2. Дифракционные данные
5.3.3. Высокотемпературный интерфейсный слой
5.3.4. Электронные свойства
5.3.5. Атомная структура высокотемпературного интерфейса
5.4. Особенности роста при промежуточных температурах
5.5. Фотолюминесценция Sm2+ в наноструктурах
5.6. Выводы
Основные результаты и выводы
Благодарности
Список работ, вошедших в диссертацию
Список цитируемой литературы

Спектр от когерентного слоя СаР2 приведен в правой части Рис. 14. Этот слой был получен за две стадии - слой толщины 1 нм выращен при 700°С, а остальные 5 нм при 100°С. Такой тип структур имеет преимущество, поскольку с одной стороны при высокой температуре образуется структурно совершенный интерфейс, а с другой стороны можно вырастить достаточно толстый когерентный слой СаЛ2. Эти исследования дали, в частности, величины максимальной когерентной толщины слоя СаР2 для различных температур роста.
1.7.2. Нестационарные эффекты в фотолюминесценции
При изучении ФЛ редкоземельных ионов кроме наблюдения статических во времени сдвигов и уширения линий ФЛ, большой интерес представляет динамика ФЛ, наблюдаемая в некоторых системах 65'65’66'68. Эффект заключается в том, что при стационарном оптическом возбуждении интенсивность ФЛ уменьшается с течением времени. Такое явление обычно объясняется перезарядкой люминесцирующих ионов в процессе оптического возбуждения. При этом часть ионов переходит по той или иной причине в состояние с другим зарядом и перестает давать вклад в ФЛ, наблюдаемую для иона в исходном зарядовом состоянии. Уменьшение количества ионов с исходным зарядом вызывает общий спад интенсивности фотолюминесценции.
Этот эффект наблюдался 65,66 в объемных кристаллах СаЛг, легированных двумя редкоземельными ионами - Ей и Эт. Под действием излучения, электрон возбуждался из основного состояния Еи2+ в зону проводимости СаЛг, после чего захватывался ионом Зт3+. В результате подобной перезарядки уменьшалась общая концентрация ионов Еи2+. Была отмечена возможность обратного процесса, когда вобуждению подвергались ионы Зт2+, а в качестве ловушек выступали ионы Еи3+. Изменение концентрации ионов контролировалось по спектру их поглощения. Сходный эффект также наблюдался в объемных кристаллах ВаР2 67 и ЭгБг68, легированных Ей и Эт, а также в объемных кристаллах СаЛг, легированных Эт и N6 69.
В эпитаксиальных пленках эффект угасания ФЛ наблюдался впервые 70 для системы СаЕ2:Зт на 31(111). В этих структурах наблюдалось уменьшение интенсивности ФЛ Зт2+ под действием постоянного во времени излучения Не-Ие лазера с длиной волны А.=633 нм (Рис. 16). Спад интенсивности ФЛ объяснялся двухступенчатой фотоионизацией ионов Зт2+, при которой на первой ступени под действием оптического излучения электрон переходит в возбужденное состояние