Морфологические свойства нано- и микроструктур, сформированных на подложках кристаллического и пористого кремния

• Автор: Горлачев, Егор Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Глава 1. Формирование пленок и наноструктур

на пористых и кристаллических подложках

1.1. Формирование и свойства слоев пористого кремния

1.2. Получение полупроводниковых пленок на буферных слоях пористого кремния

1.3. Методы формирования наноструктур на поверхности

твердых тел

1.3.1. Методы “bottom-up”

1.3.2. Методы “top-down”

1.4. Свойства и практическое применение полупроводников

А4В6 и наноструктур на их основе :7

1.5. Выводы
Глава 2. Характеристика образцов и методика проведения эксперимента
2.1. Методика формирования слоев пористого кремния
2.2. Формирование структур с буферными слоями
пористого кремния
2.3. Формирование эпитаксиальных пленок А4В6 на монокристаллическом кремнии
2.4. Методика плазменной обработки поверхности образцов
2.5. Атомно-силовая микроскопия как метод исследования морфологии поверхности
Глава 3. Морфологические свойства пленок А4Вб, А1, ХСП на подложках монокристаллического и пористого кремния
3.1. Морфология пленок А4Вб
3.1.1. Морфология поверхности пленок А4Вб на пористом кремнии
3.1.2. Морфология поверхности пленок А4Вб на CaF2/Si(l 11)
3.2. Морфология поверхности алюминиевой металлизации на пористом кремнии
3.2.1. Морфология пленок А1 на подложках мезопористого кремния
3.2.2. Морфология пленок А1 на подложках макропористого кремния
и ее модификация в ходе высокотемпературного отжига
3.3. Морфология пленок ХСП на пористом кремнии
3.4. Выводы
Глава 4. Морфология поверхности пленок А4В6 после
плазменной обработки
4.1. Морфология поверхности пленок А4В6 на подложках
пористого кремния после обработки в аргоновой плазме
4.2. Формирование микро- и наноструктур на поверхности эпитаксиальных пленок А4Вб на подложках монокристаллического кремния в ходе обработки в аргоновой плазме
4.3. Зависимость морфологии поверхности эпитаксиальных пленок
А4Вб от энергии ионов плазмы
4.4. Эволюция рельефа пленок А4В6 при увеличении длительности обработки
4.5. Модель микромаскирования при формировании микровыступов
4.6. Выводы
Глава 5. Формирование наноструктур А4Вб на подложках Si
по методу “top-down”
5.1. Зависимость параметров нановыступов на поверхности A4B6/CaF2/Si(l 11) от режимов обработки в аргоновой плазме
5.2. Свойства массивов нановыступов на поверхности A4B6/CaF2/Si(l 11)
5.3. Выводы
Основные результаты работы
Список использованных источников.

Актуальность темы. В современной технологии полупроводников крайне важным вопросом является изучение физических процессов, имеющих место в тонких пленках и гетероэпитаксиальных структурах в ходе процессов формирования и обработки. Напряжения и деформации в гетероструктурах являются актуальной темой исследований в последние годы. Релаксация напряжений способна привести к микро- и наноструктурированию пленок, что позволяет целенаправленно формировать микро- и наноструктуры с заданными свойствами, представляющими фундаментальный интерес и широкие перспективы практического использования.
Одной из главных проблем современной полупроводниковой технологии является создание высококачественных гетероэпитаксиальных систем на кремниевых основаниях, что позволяет совместить рабочие элементы и блок обработки информации в рамках одного кристалла. Как правило, материалы, выращиваемые на кремниевой подложке, имеют рассогласование постоянных решеток и температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР). Это приводит к появлению значительных механических напряжений в пленках и как следствие возникновению ряда структурных дефектов, таких как дислокации, которые серьезно сказываются на качестве работы полупроводниковых приборов. Напряжения в гетероструктуре могут быть релаксированы посредством деформации податливого пористого буферного слоя [1-2 и др.]. С другой стороны, пористые слои могут сами выступать в качестве активных элементов полупроводниковых приборов, в связи с чем актуальными становятся вопросы-роста и изучения физических свойств пленок полупроводников, металлов и других материалов на пористых основаниях. Наибольший интерес с данной точки зрения представляет пористый кремний (ПК), совместимый с традиционной Бьтехнологией. Высокая упругость ПК наряду с сохранением монокри-сталлической структуры кремния при невысокой пористости позволяет использовать ПК в качестве буферных слоев для эпитаксии.

ки А4В6. Установлено, что морфология пленок А4Вб не зависела от их толщины и величины пористости буферного слоя.
Характерное трехмерное АСМ-изображение морфологии поверхности пленки А4Вб/ПК на примере РЬ8е на буферном слое макропористого ПК приведено на рис. 3.1. На поверхности пленки наблюдаются кристаллиты размером 150-300 мкм различной формы и ориентации с плотностью (2-4)-109 см“2. Ориентация кристаллитов является смешанной, присутствуют кристаллиты ориентации (100) и ориентации (110), что было подтверждено методами рентгеновской дифрактометрии. На поверхности пленок РЬТе присутствовали кристаллиты ориентации (100) размером 0,5-1,5 мкм, плотность которых составляла (3-5)' 108 см“2. Необходимо отметить, что размер кристаллитов значительно превышает длину свободного пробега носителей заряда в данных материалах, что позволяет использовать пленки для создания оптоэлектронных приборов.
Установлено, что в зависимости от условий выращивания пленки могут быть блочными (ЮО)-текстурированными для пленок, выращенных по методу «горячей стенки», или поликристаллическими с размерами кристаллитов 150— 1500 мкм. Появление ориентации (100) для пленок РЬТе на 81(111) не удивительно, так как ориентация (100) отвечает минимуму суммарной свободной энергии и часто является преимущественной при росте пленок теллурида свинца на неориентированных подложках.
Представленный низкотемпературный метод роста на проводящих слоях ПК может являться альтернативой применению изолирующего подслоя фторида кальция или бария с точки зрения создания оптоэлектронных приборов с использованием свойств гетерограницы узкозонный полупроводник/ПК/Зг Результаты проведенных исследований показывают, что применение буферных слоев ПК позволяет получать высококачественные слои А4Вб, которые в зависимости от условий выращивания пленки могут быть блочными или поликристаллическими с размерами кристаллитов 150-1500 мкм.