Исследование роста и свойств самоорганизующихся наноостровков GeSi на Si(001)

• Автор: Новиков, Алексей Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 136 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Гетероструктуры на основе вЮе с
самоорганизующимися наноостровками и квантовыми
точками (Обзор)
ГЛАВА 2. Рост Ое8і/8і(001) самоорганизующихся островков
методом МЛЭ: зависимость параметров островков от
количества осажденного ве
2.1. Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии структур
на основе Ое/Бі.
2.2. Методы подготовки подложек и характеризации
структур
2.3. Рост веві самоорганизующихся наноостровков на
подложках, подготовленных методом низкотемпературного термического травления
2.4. Особенности роста ОеБі самоорганизующихся островков
на подложках 81(001), подготовленных методом
высокотемпературного термического травления
2.5. Определение состава и упругих напряжений (іе8і/8і(()01)
самоорганизующихся наноостровков
ГЛАВА 3. Роль диффузии атомов кремния в формировании
наноостровков Ое81/81(001).
3.1. Рост Ое81 структур методом МЛЭ из газовых источников
и методы характеризации структур
3.2. Зависимость размеров, формы и поверхностной плотности Ое81/81(001) островков от температуры роста
3.3. Связь между размерами и составом Ое81/81(001) островков
ГЛАВА 4. Эволюция Ое8і/8і(001) островков в процессе отжига
4.1 Методика эксперимента
4.2 Оствальдовское созревание островков в процессе отжига
4.3 Влияние изменения состава на эволюцию Се8і/8і(001)
островков

ГЛАВА 5. Оптические свойства структур с Ое8і/8і(001)
наноостровками
5.1 Методика эксперимента
5.2 Зависимость спектров ФЛ структур от количества
осажденного Ое
5.3 Эволюция ОеЗі самоорганизующихся островков в
процессе их заращивания кремнием
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ "

ВВЕДЕНИЕ
Одним из активно развивающихся направлений современной микроэлектроники является микроэлектроника на основе полупроводниковых гетероструктур. Добавление в матрицу одного полупроводника других полупроводников, ширина запрещенной зоны которых зависит от их элементного состава, позволило в широком диапазоне управлять положением энергетических зон в полупроводниках и получать образцы, с заданной зонной структурой. Возможность локализации носителей заряда в квантово-размерных включениях (слоях, нитях, квантовых точках) узкозонного полупроводника в матрицу более широкозонного материала дало возможность наблюдать и исследовать физические эффекты, связанные с квантовым характером энергетического спектра носителей заряда в полупроводниках. Все это привело не только к значительному улучшению параметров существующих полупроводниковых приборов, но и к созданию на основе полупроводниковых гетероструктур новых приборов и устройств.
В настоящее время наибольшие успехи в области формирования и исследования полупроводниковых гетероструктур достигнуты в системе А3В5. Во многом это связано с тем, что в этой системе имеется широкий выбор полупроводниковых соединений, с близкими периодами кристаллических решеток и различными величинами запрещенной зоны. Однако, несмотря на бурное развитие технологии гетероструктур семейства А3В5, кремневая технология до сих пор остается основной полупроводниковой технологией. Германий является одним из немногих полупроводниковых материалов, который позволяет получать гетероструктуры на Б1 подложках с широким диапазоном состава и толщин слоев. К настоящему времени, за счет формирования в Ое81/81(001) структурах двумерного газа носителей заряда с высокой подвижностью, удалось создать на их основе быстродействующие биполярные и полевые транзисторы. Меньшая ширина запрещенной зоны слоев Оех8ц-х по сравнению с кремнием дает возможность расширить спектральный диапазон приборов на 81 подложках в область меньших длин волн.
Особенности формирования гетероструктур на основе Ое/81 связаны с рассогласованием кристаллических решеток этих полупроводников. Наличие упругих напряжений в слоях Оех8ц-х/81(001) накладывает ограничения на их состав и толщину при формировании планарных структур. При определенных параметрах слоев и условиях роста упругие напряжения приводят к срыву двумерного роста и образованию на поверхности самоорганизующихся трехмерных объектов. В довольно узком интервале

деталей установки, находящихся в горячей зоне. Этот разогрев может приводить к десорбции различных примесей с поверхности этих деталей и осаждению их на подложку.
2.2.2. Атомно-силовая и электронная микроскопия структур.
Исследования поверхности подложек и выращенных структур были выполнены с помощью атомно-силовой микроскопии (ACM) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). ACM использовалась для исследования размеров, формы и поверхностной плотности самоорганизующихся наноостровков, а также для определения шероховатости поверхности подложек и буферных слоев Si. ACM измерения проводились ex situ на воздухе, в контактном и бесконтактном режимах на двух различных микроскопах: «Solver»-P4 в Институте физики микроструктур РАН и «Topometrix»-TMX-2100 в Нижегородском региональном центре сканирующей зондовой микроскопии при НИФТИ ННГУ. При исследованиях на ACM образцы ориентировались таким образом, чтобы ось х на снимках совпадала с кристаллографическим направлением [110] подложки.
С целью получения количественной информации о параметрах островков была написана компьютерная программа обработки ACM снимков. Данная программа выделяла на ACM снимках отдельные островки и определяла латеральные размеры островка в двух перпендикулярных направлениях, высоту, объем и площадь, занимаемую островком. Кроме этих параметров вычислялась относительная площадь, занятая островками, и их поверхностная плотность.
Необходимо отметить, что атомно-силовая микроскопия из-за конечных размеров иглы не позволяет точно определить латеральные размеры островков [55]. Для более точного определения этого параметров островков использовался метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). СЭМ измерения были выполнены к.ф.-м.н. С.А. Гусевым на микроскопе «JEOL JEM-2000EX» в режиме вторичных электронов.
2.2.3. Рентгенодифракционный анализ
Рентгенодифракционные (РД) исследования структур с GeSi квантовыми ямами и самоорганизующимися островками выполнены в ИФМ РАН к.ф.-м.н. Ю.Н.Дроздовым и м.н.с. JI.Д.Молдавской.
Необходимость исследования тонких квантовых слоев и самоорганизующихся островков предъявляют специфические требования к РД аппаратуре. С одной стороны, слои с толщиной менее 5 нм удается надежно регистрировать с помощью лабораторных рентгеновских источников лишь за счет интерференции между покрывающим слоем и