Разработка и исследование технологических основ формирования наноструктур на основе арсенида галлия методом молекулярно-лучевой эпитаксии для элементов микро- и наноэлектроники

• Автор: Солодовник, Максим Сергеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОСТРУКТУР

1.1 Применение полупроводниковых наноструктур

1.1.1 Транзисторные структуры

1.1.2 Чувствительные элементы газовых сенсоров

1.1.3 Элементы памяти

1.1.4 Оптоэлектронные устройства

1.1.5 Фотоэлектрические преобразователи

1.2 Методы формирования полупроводниковых наноструктур
1.2.1 Методы позиционирования наноструктур
1.2.2 ФИП-профилирование поверхности
1.2.3 СЗМ-профилирование поверхности
1.3 Структура и удаление собственного оксида ваАв
1.4 Особенности и механизмы роста ННК
1.4.1 Материалы катализатора
1.4.2 Адсорбционно- и диффузионно-стимулированный рост
1.4.3 Зависимость параметров ННК от условий осаждения
1.5 Выводы и постановка задач
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
2.1 Термодинамический анализ процессов межфазного взаимодействия
при локальном анодном окислении ОаАэ
2.2 Термодинамический анализ процессов межфазного взаимодействия на поверхности ваАв в условиях МЛЭ
2.2.1 Анализ процессов взаимодействия в системе ва-Аз-
2.2.2 Анализ процессов взаимодействия в системе ва-Аз-ЕпО
2.2.3 Разработка методики выбора материала подслоя

2.3 Моделирование роста автокаталитических ННК ОаАз
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
3.1 Используемое оборудование и подготовительные операции
3.2 Исследование режимов формирования автокаталитических ННК ОаАз
3.2.1 Исследование режимов формирования ННК ваЛь на собственном оксиде
3.2.2 Исследование режимов формирования ННК ваАв на слое 2п
3.2.3 Закономерности начальной стадии формирования ННК ОаАэ
3.3 Разработка методик анализа и исследование характеристик ННК ваАз на
основе метода АСМ
3.3.1 Разработка АСМ-методики анализа механических свойств ННК ОаАэ
3.3.2 Разработка АСМ-методики анализа электрических свойств ННК СаАя
3.4 Исследование режимов наноразмерного профилирования поверхности ОаАз методом ЛАО
3.4.1 Исследование влияния влажности на характеристики ОНС СаАв
3.4.2 Исследование влияния параметров процесса ЛАО на режимы
наноразмерного профилирования поверхности ОаАв
3.5 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ НАНОСТРУКТУР АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ В
ЭЛЕМЕНТАХ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
4.1 Разработка конструкции элемента памяти
4.2 Разработка конструкции газочувствительного сенсора
4.3 Разработка технологических маршрутов формирования элементов микро- и наноэлектроники с использованием комплекса НАНОФАБ НТК-
4.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А «Документы о внедрении и использовании результатов диссертационной работы»

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ППНС - полупроводниковая наноструктура
ННК - нитевидный нанокристалл
КТ - квантовая точка
МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия
АСМ - атомно-силовая микроскопия
ЛАО - локальное анодное окисление
ОНС - оксидная наноразмерная структура
РЭМ - растровая электронная микроскопия
ПТ — полевой транзистор
КЦ - каталитический центр
ХЛЭ — химическая лучевая эпитаксия
ВАХ - вольтамперная характеристика
ZB — кубическая структура кристаллической решетки (цинковой обманки, сфалерита) - гексагональная структура кристаллической решетки (вюрцита)
СЛГТ - селективно-легированный гетероструктурный транзистор
МСКЯ - многослойная структура с квантовыми ямами
МОГФЭ - газофазная эпитаксия из металлорганических соединений
ФИП — фокусированные ионные пучки
СЗМ - сканирующая зондовая микроскопия
МС - монослой
СТМ - сканирующая туннельная микроскопия

ННК ОаАэ в подавляющем большинстве случаев обладали чистой кубической структурой, не содержащей политипов [139, 140].
1.4.2 Адсорбционно- и диффузионно-стимулированный рост
Вне зависимости от типа используемого катализатора в процессе роста ННК по ПЖК-механизму существенную роль играют поверхностная диффузия и размерные эффекты. В связи с этим выделяют два основных режима роста по ПЖК-механизму: адсорбционно- и диффузионно-стимулированный рост [123,124].
В первом случае ключевую роль играют размерные эффекты, в частности, эффект Гиббса-Томпсона, связывающий химический потенциал в капле с кривизной ее поверхности. Скорость роста ННК в этом случае определяется выражением [5, 123]:

квт квт
(1.3)
где Ь - длина ННК, К - коэффициент кристаллизации, цуш - разница химических потенциалов в паре и кристаллической фазе ННК, 0$ — элементарный объем в кристалле, Ушу — поверхностная энергия на границе пар/кристалл, Я - радиус.
Выражение (1.3) дает возрастающую зависимость длины ННК от эффективного пересыщения и радиуса капли катализатора, что подтверждается экспериментально. Этот механизм характерен в большей степени для высокотемпературных процессов, существенно ограничивающих время жизни адатомов на поверхности и, как следствие, их диффузионную длину.
В области относительно низких температур преобладающую роль начинают играть диффузионные процессы [123, 141, 142]. Фактором, лимитирующим рост ННК, в этом случае является транспорт адатомов в каплю катализатора за счет поверхностной диффузии. Зависимость длины ННК от эффективной толщины осаждения имеет вид [143]: