Помощь студентам в учебе
НАНОГЕТЕРОСТРУКТУРЫ GE НА SI ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ
|
РЕФЕРАТ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Тенденция развития технологии получения наногетероструктур Ge на Si 11
2 Гетероструктуры Ge/Si с квантовыми точками Ge 16
3 Молекулярно-лучевая эпитаксия, как метод получения гетероструктур Ge/Si с
квантовыми точками Ge 19
3.1 Установка молекулярно-лучевой эпитаксии 19
3.2 Методы исследований наноструктур 23
3.2.1 Дифракция быстрых электронов 23
3.2.2 Масс-спектрометрия 27
3.2.3 Атомная силовая микроскопия 28
3.2.4 Рентгеновская дифрактометрия 31
4 Ростовые параметры технологических режимов синтеза наноостровков Ge на Si36
4.1 Рост квантовых точек Ge на Si(100) и Si(111) 36
4.1.1 Эпитаксия Ge на поверхности Si(100) 36
4.1.2 Эпитаксия Ge на поверхности Si(111) 37
4.2 Рост твердых растворов SiGe на Si(100) 39
4.2.1 Физические особенности гетероэпитаксиального роста слоев SiGe на
подложке Si 39
4.2.2 Выращивание методом МЛЭ твердых растворов SiGe на подложке
Si(100) 40
4.3 Применение структур со слоями Si и SiGe 45
4.4 Классификация наноостровков Ge на Si 46
4.5 Способы управления процессом эпитаксии в системе Ge/Si 52
4.5.1 Температура и скорость осаждения 52
4.5.2 Присутствие дополнительных химических элементов 54
4.5.3 Рост наноструктур на фасетированных поверхностях 55
5 Экспериментальная работа на установке МЛЭ «Катунь 100» 60
5.1 Установка МЛЭ «Катунь-100» 60
5.1.1 Цифровой инфракрасный пирометр IS 50-LO plus 62
5.2 Предэпитаксиальная очистка поверхности 67
5.3 Предварительный отжиг подложек 70
5.4 Контроль состояния поверхности методом ДБЭ 72
5.5 Калибровка температуры нагревателя 75
5.6 Измерение скоростей напыления Si и Ge с помощью кварцевого измерителя
толщины 77
5.7 Измерение скоростей напыления Ge по полученным осцилляциям
интенсивности отраженного пучка 79
5.8 Оценка состава твердого раствора SiivGe.v методом рентгеновской
дифрактометрии 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 89
ПРИЛОЖЕНИЕ А 93
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Тенденция развития технологии получения наногетероструктур Ge на Si 11
2 Гетероструктуры Ge/Si с квантовыми точками Ge 16
3 Молекулярно-лучевая эпитаксия, как метод получения гетероструктур Ge/Si с
квантовыми точками Ge 19
3.1 Установка молекулярно-лучевой эпитаксии 19
3.2 Методы исследований наноструктур 23
3.2.1 Дифракция быстрых электронов 23
3.2.2 Масс-спектрометрия 27
3.2.3 Атомная силовая микроскопия 28
3.2.4 Рентгеновская дифрактометрия 31
4 Ростовые параметры технологических режимов синтеза наноостровков Ge на Si36
4.1 Рост квантовых точек Ge на Si(100) и Si(111) 36
4.1.1 Эпитаксия Ge на поверхности Si(100) 36
4.1.2 Эпитаксия Ge на поверхности Si(111) 37
4.2 Рост твердых растворов SiGe на Si(100) 39
4.2.1 Физические особенности гетероэпитаксиального роста слоев SiGe на
подложке Si 39
4.2.2 Выращивание методом МЛЭ твердых растворов SiGe на подложке
Si(100) 40
4.3 Применение структур со слоями Si и SiGe 45
4.4 Классификация наноостровков Ge на Si 46
4.5 Способы управления процессом эпитаксии в системе Ge/Si 52
4.5.1 Температура и скорость осаждения 52
4.5.2 Присутствие дополнительных химических элементов 54
4.5.3 Рост наноструктур на фасетированных поверхностях 55
5 Экспериментальная работа на установке МЛЭ «Катунь 100» 60
5.1 Установка МЛЭ «Катунь-100» 60
5.1.1 Цифровой инфракрасный пирометр IS 50-LO plus 62
5.2 Предэпитаксиальная очистка поверхности 67
5.3 Предварительный отжиг подложек 70
5.4 Контроль состояния поверхности методом ДБЭ 72
5.5 Калибровка температуры нагревателя 75
5.6 Измерение скоростей напыления Si и Ge с помощью кварцевого измерителя
толщины 77
5.7 Измерение скоростей напыления Ge по полученным осцилляциям
интенсивности отраженного пучка 79
5.8 Оценка состава твердого раствора SiivGe.v методом рентгеновской
дифрактометрии 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 89
ПРИЛОЖЕНИЕ А 93
Интенсивное развитие микро-, нано- и оптоэлектроники обусловлено усилением взаимодействия фундаментальных наук и новейших направлений технологии. К последним относится и метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), который превращается из экзотического лабораторного метода исследования процессов роста тонких слоев и специальных многослойных структур в одну из весьма перспективных базовых технологий твердотельной электроники.
В основе этого метода лежит возможность роста по существу в кинетическом режиме в отличие от более традиционных методов, где рост идет в условиях, близких к термодинамическому равновесию.
Особенности, присущие методу МЛЭ, делают его удобным для исследовательских целей и для демонстрации новых идей, связанных с тонкими слоями и резкими границами раздела.
Одним из важнейших полупроводниковых материалов, используемых в настоящее время, является кремний. На основе кремния изготовляется 90 % всех видов полупроводниковых устройств, с помощью которых усиливают и регулируют электрические токи и напряжения, обрабатывают и хранят информацию, преобразуют солнечную энергию в электрическую и многое другое.
Широкое применение кремния объясняется достаточно большой шириной запрещенной зоны, уникальными особенностями травления, высокими механическими свойствами его оксида и практически неограниченными природными запасами последнего.
В производстве самых разнообразных приборов на основе кремния широкое распространение получили процессы формирования моно- и поликристаллических пленок кремния на кремниевых и других подложках. Получение монокристаллических пленок на монокристаллических подложках называется эпитаксиальным наращиванием или просто эпитаксией. В технологии кремния метод эпитаксии желательно использовать по многим причинам. В частности, с его помощью можно легко получать пленки, отличающиеся от подложки как по типу легирующей примеси, так и по уровню концентрации (а следовательно, и по удельному сопротивлению). Возможно также непрерывное изменение легирования эпитаксиальной пленки в процессе ее наращивания, что приводит к постепенному изменению уровня легирования по толщине пленки.
Другое важное применение эпитаксия находит также при изготовлении в кремнии замкнутых областей, которые отличаются от окружающей массы кремния величиной удельного сопротивления или типом проводимости. Такие “скрытые”, или “захороненные”, слои широко используются в технологии интегральных схем для создания ограниченных сильно легированных областей, расположенных под транзисторами, которые изготавливаются в наращиваемом сверху эпитаксиальном слое.
Третья важная область применения эпитаксии связана с возможностью использования изолирующих подложек. В качестве подложек для эпитаксиального наращивания кремния можно использовать монокристаллические пластины сапфира (оксида алюминия) и шпинели определенной ориентации, при которой их кристаллические решетки “совместимы” с решеткой кремния в том смысле, что позволяют получать монокристаллические эпитаксиальные пленки хорошего качества. Изолирующая природа подложки обеспечивает большую технологическую гибкость при создании в вышележащих слоях кремния интегральных схем с повышенной плотностью упаковки. Эпитаксиальное наращивание пленок на подложке из того же материала, в частности рост кремния, называется изо- или гомоэпитаксией. Эпитаксиальное наращивание материала на инородной подложке называется гетероэпитаксией (рост кремния на сапфире).
Гетероструктуры (ГС) SiGe/Si привлекают внимание в связи с использованием их при изготовлении приборов с улучшенными характеристиками, а также с научной точки зрения. Использование ГС со слоями SiGe значительно улучшает параметры кремниевых приборов, особенно сверхбольших интегральных схем (СБИС). Кроме этого, наличие механических напряжений в таких ГС модифицирует зонную структуру полупроводника, что приводит к появлению новых полезных оптических и электрических свойств, что делает возможным реализацию светоизлучающих приборов даже в непрямозонном материале. Биполярные транзисторы, изготовленные на основе ГС SiGe/Si, в настоящее время стали коммерчески доступными приборами.
Большое внимание уделяется исследованию этих ГС для приборов типа полевой транзистор (FET), которые широко применяются в технологии изготовления СБИС. На основе ГС SiGe/Si становится осуществленной также реализация оптических межсоединений и оптоэлектронных интегральных схем. Все эти замечательные свойства этих ГС в значительной степени зависят от условий выращивания этого материала и особенно от контроля поверхностных реакций, формирования дислокаций и резкости границы раздела, которые сильно влияют на характеристики приборов.
Объектом исследования являются квантовые точки Ge, предметом - модели, описывающие процессы островкового роста квантовых точек Ge в системе материалов Ge/Si.
Целью данной работы являются отработка технологических режимов получения наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge, а также исследование влияния параметров синтеза на свойства структур.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Обзор научно-технической по методам получения наногетероструктур Ge/Si, обзор по методам контроля роста и состояния поверхности с помощью дифракции быстрых электронов, обзор о выращивание твердых растворов SiGe методом МЛЭ на подложке Si(100);
2. Анализ научно-технической литературы по влиянию параметров технологических режимов синтеза наногетероструктур Ge/Si на свойства наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge.
3. Изучение основ технологии получения наногетероструктур методом МЛЭ.
4. Экспериментальная работа на установке молекулярно-лучевой эпитаксии «Катунь-100»: калибровка температуры нагревателя; измерение скоростей напыления Si и Ge на Si(100) и Si(111) с помощью кварцевых измерителей толщины и методом осцилляций интенсивности рефлексов на картине ДБЭ; оценка состава синтезированного твердого раствора SiivGe.v с помощью метода рентгеновской дифрактометрии.
Для проведения исследований были привлечены следующие методики: молекулярно-лучевая эпитаксия, масс-спектрометрия, дифракция быстрых электронов, атомная силовая микроскопия, рентгеновская дифрактометрия.
В результате выполнения поставленных в работе задач было сформулировано два научных положения, выносимых на защиту.
1. В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии при синтезе квантовых точек Ge на подложке Si(111) при её температуре в диапазоне 350-550°С, при изменении тока эмиссии от 180 до 210 мА имеет место экспоненциальная зависимость (и = ае^1) скорости осаждения Ge от тока эмиссии в диапазоне скоростей 0,023-0,107 А/с с а=2-10-6 А/с и 0=0,051 мА-1.
2. В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии при синтезе пленок твердого раствора Si1-xGex на подложке Si(100) при её температуре 550°С формируется двумерная пленка твердого раствора Si1-xGex с заданным процентным соотношением компонент 0
Достоверность второго научного положения доказывают совпадения пиков интенсивности на рентгеновских дифрактограммах структур с твердыми растворами Si1-xGex полученных с помощью компьютерного моделирования с заданным процентным соотношением компонент в диапазоне 0
Практическая значимость результатов работы: полученные результаты позволяют разрабатывать конкретные технологические операции по синтезу эпитаксиальных пленок (гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge с различными морфологическими параметрами массива квантовых точек, а так же гетероструктур с твердыми растворами Si1-xGex с различным процентным содержанием х) для создания на их основе конкретных приборов электроники и оптоэлектроники.
Магистерская диссертация состоит из 5 глав. Первая глава посвящена тенденции развития технологии получения наногетероструктур Ge на Si. Во второй главе рассмотрены типы гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge. В третьей главе рассмотрена технология синтеза гетероструктур методом молекулярнолучевой эпитаксии, методики проведения исследований: дифракция быстрых электронов для определения структуры поверхности, масс-спектрометрия для анализа остаточных газов в камере эпитаксии, атомная силовая микроскопия для анализа морфологии поверхности и рентгеновская дифрактометрия для оценки состава твердого раствора. В четвертой главе содержится обзор параметров технологических режимов синтеза наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge, а именно: влияние температуры синтеза на размеры и плотность островков Ge, влияние скорости напыления Ge на размеры и плотность островков Ge, влияние сурьмы на морфологию массивов Ge/Si. Пятая глава посвящена экспериментальной работе. Проведены эксперименты по предэпитаксиальной подготовке кремниевых подложек, отработана технология отжига с непрерывным контролем при помощи масс-спектрометрии и дифракции быстрых электронов, проведен контроль состояния поверхности методом дифракции быстрых электронов, проведена калибровка температуры нагревателя и определены скорости роста кремния и германия с помощью кварцевых измерителей толщины и определена скорость напыления германия методом осцилляций интенсивности рефлексов на картине ДБЭ и проведена оценка состава твердого раствора Sii-xGex с помощью метода рентгеновской дифрактометрии. Сформулировано два научных положения.
В основе этого метода лежит возможность роста по существу в кинетическом режиме в отличие от более традиционных методов, где рост идет в условиях, близких к термодинамическому равновесию.
Особенности, присущие методу МЛЭ, делают его удобным для исследовательских целей и для демонстрации новых идей, связанных с тонкими слоями и резкими границами раздела.
Одним из важнейших полупроводниковых материалов, используемых в настоящее время, является кремний. На основе кремния изготовляется 90 % всех видов полупроводниковых устройств, с помощью которых усиливают и регулируют электрические токи и напряжения, обрабатывают и хранят информацию, преобразуют солнечную энергию в электрическую и многое другое.
Широкое применение кремния объясняется достаточно большой шириной запрещенной зоны, уникальными особенностями травления, высокими механическими свойствами его оксида и практически неограниченными природными запасами последнего.
В производстве самых разнообразных приборов на основе кремния широкое распространение получили процессы формирования моно- и поликристаллических пленок кремния на кремниевых и других подложках. Получение монокристаллических пленок на монокристаллических подложках называется эпитаксиальным наращиванием или просто эпитаксией. В технологии кремния метод эпитаксии желательно использовать по многим причинам. В частности, с его помощью можно легко получать пленки, отличающиеся от подложки как по типу легирующей примеси, так и по уровню концентрации (а следовательно, и по удельному сопротивлению). Возможно также непрерывное изменение легирования эпитаксиальной пленки в процессе ее наращивания, что приводит к постепенному изменению уровня легирования по толщине пленки.
Другое важное применение эпитаксия находит также при изготовлении в кремнии замкнутых областей, которые отличаются от окружающей массы кремния величиной удельного сопротивления или типом проводимости. Такие “скрытые”, или “захороненные”, слои широко используются в технологии интегральных схем для создания ограниченных сильно легированных областей, расположенных под транзисторами, которые изготавливаются в наращиваемом сверху эпитаксиальном слое.
Третья важная область применения эпитаксии связана с возможностью использования изолирующих подложек. В качестве подложек для эпитаксиального наращивания кремния можно использовать монокристаллические пластины сапфира (оксида алюминия) и шпинели определенной ориентации, при которой их кристаллические решетки “совместимы” с решеткой кремния в том смысле, что позволяют получать монокристаллические эпитаксиальные пленки хорошего качества. Изолирующая природа подложки обеспечивает большую технологическую гибкость при создании в вышележащих слоях кремния интегральных схем с повышенной плотностью упаковки. Эпитаксиальное наращивание пленок на подложке из того же материала, в частности рост кремния, называется изо- или гомоэпитаксией. Эпитаксиальное наращивание материала на инородной подложке называется гетероэпитаксией (рост кремния на сапфире).
Гетероструктуры (ГС) SiGe/Si привлекают внимание в связи с использованием их при изготовлении приборов с улучшенными характеристиками, а также с научной точки зрения. Использование ГС со слоями SiGe значительно улучшает параметры кремниевых приборов, особенно сверхбольших интегральных схем (СБИС). Кроме этого, наличие механических напряжений в таких ГС модифицирует зонную структуру полупроводника, что приводит к появлению новых полезных оптических и электрических свойств, что делает возможным реализацию светоизлучающих приборов даже в непрямозонном материале. Биполярные транзисторы, изготовленные на основе ГС SiGe/Si, в настоящее время стали коммерчески доступными приборами.
Большое внимание уделяется исследованию этих ГС для приборов типа полевой транзистор (FET), которые широко применяются в технологии изготовления СБИС. На основе ГС SiGe/Si становится осуществленной также реализация оптических межсоединений и оптоэлектронных интегральных схем. Все эти замечательные свойства этих ГС в значительной степени зависят от условий выращивания этого материала и особенно от контроля поверхностных реакций, формирования дислокаций и резкости границы раздела, которые сильно влияют на характеристики приборов.
Объектом исследования являются квантовые точки Ge, предметом - модели, описывающие процессы островкового роста квантовых точек Ge в системе материалов Ge/Si.
Целью данной работы являются отработка технологических режимов получения наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge, а также исследование влияния параметров синтеза на свойства структур.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Обзор научно-технической по методам получения наногетероструктур Ge/Si, обзор по методам контроля роста и состояния поверхности с помощью дифракции быстрых электронов, обзор о выращивание твердых растворов SiGe методом МЛЭ на подложке Si(100);
2. Анализ научно-технической литературы по влиянию параметров технологических режимов синтеза наногетероструктур Ge/Si на свойства наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge.
3. Изучение основ технологии получения наногетероструктур методом МЛЭ.
4. Экспериментальная работа на установке молекулярно-лучевой эпитаксии «Катунь-100»: калибровка температуры нагревателя; измерение скоростей напыления Si и Ge на Si(100) и Si(111) с помощью кварцевых измерителей толщины и методом осцилляций интенсивности рефлексов на картине ДБЭ; оценка состава синтезированного твердого раствора SiivGe.v с помощью метода рентгеновской дифрактометрии.
Для проведения исследований были привлечены следующие методики: молекулярно-лучевая эпитаксия, масс-спектрометрия, дифракция быстрых электронов, атомная силовая микроскопия, рентгеновская дифрактометрия.
В результате выполнения поставленных в работе задач было сформулировано два научных положения, выносимых на защиту.
1. В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии при синтезе квантовых точек Ge на подложке Si(111) при её температуре в диапазоне 350-550°С, при изменении тока эмиссии от 180 до 210 мА имеет место экспоненциальная зависимость (и = ае^1) скорости осаждения Ge от тока эмиссии в диапазоне скоростей 0,023-0,107 А/с с а=2-10-6 А/с и 0=0,051 мА-1.
2. В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии при синтезе пленок твердого раствора Si1-xGex на подложке Si(100) при её температуре 550°С формируется двумерная пленка твердого раствора Si1-xGex с заданным процентным соотношением компонент 0
Достоверность второго научного положения доказывают совпадения пиков интенсивности на рентгеновских дифрактограммах структур с твердыми растворами Si1-xGex полученных с помощью компьютерного моделирования с заданным процентным соотношением компонент в диапазоне 0
Практическая значимость результатов работы: полученные результаты позволяют разрабатывать конкретные технологические операции по синтезу эпитаксиальных пленок (гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge с различными морфологическими параметрами массива квантовых точек, а так же гетероструктур с твердыми растворами Si1-xGex с различным процентным содержанием х) для создания на их основе конкретных приборов электроники и оптоэлектроники.
Магистерская диссертация состоит из 5 глав. Первая глава посвящена тенденции развития технологии получения наногетероструктур Ge на Si. Во второй главе рассмотрены типы гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge. В третьей главе рассмотрена технология синтеза гетероструктур методом молекулярнолучевой эпитаксии, методики проведения исследований: дифракция быстрых электронов для определения структуры поверхности, масс-спектрометрия для анализа остаточных газов в камере эпитаксии, атомная силовая микроскопия для анализа морфологии поверхности и рентгеновская дифрактометрия для оценки состава твердого раствора. В четвертой главе содержится обзор параметров технологических режимов синтеза наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge, а именно: влияние температуры синтеза на размеры и плотность островков Ge, влияние скорости напыления Ge на размеры и плотность островков Ge, влияние сурьмы на морфологию массивов Ge/Si. Пятая глава посвящена экспериментальной работе. Проведены эксперименты по предэпитаксиальной подготовке кремниевых подложек, отработана технология отжига с непрерывным контролем при помощи масс-спектрометрии и дифракции быстрых электронов, проведен контроль состояния поверхности методом дифракции быстрых электронов, проведена калибровка температуры нагревателя и определены скорости роста кремния и германия с помощью кварцевых измерителей толщины и определена скорость напыления германия методом осцилляций интенсивности рефлексов на картине ДБЭ и проведена оценка состава твердого раствора Sii-xGex с помощью метода рентгеновской дифрактометрии. Сформулировано два научных положения.
Сейчас очень трудно представить современную физику твердого тела без полупроводниковых гетероструктур. Если возможность управления типом проводимости полупроводника с помощью легирования различными примесями и идея инжекции неравновесных носителей заряда были теми семенами, из которых выросла полупроводниковая электроника, то гетероструктуры дают возможность решить значительно более общую проблему управления фундаментальными параметрами в полупроводниковых кристаллах и приборах: шириной запрещенной зоны, эффективными массами носителей и их подвижностями, показателем преломления, электронным энергетическим спектром и т. д.
Полупроводниковые гетероструктуры и, особенно, двойные
гетероструктуры, включая квантовые ямы, и точки (КТ), являются сегодня предметом исследований 2/3 исследовательских групп в области физики полупроводников. Наиболее многообещающим методом формирования упорядоченных массивов КТ является метод, использующий явление самоорганизации на кристаллических поверхностях. Релаксация упругих напряжений, в случаях роста на рассогласованных по параметру решетки материалах, может приводить к формированию упорядоченных массивов КТ. Основной методикой формирования Ge островков на поверхности Si является метод молекулярно-лучевой эпитаксии.
Таким образом, в ходе выполнения данной работы были получены следующие результаты:
1. Проведен обзор научно-технической литературы по методам получения наногетероструктур Ge/Si, по методам контроля роста и состояния поверхности с помощью дифракции быстрых электронов (ДБЭ), обзор о выращивание твердых растворов Sii-xGex методом МЛЭ на подложке Si(100).
2. Изучены основы технологии получения наногетероструктур методом МЛЭ.
3. Проведен анализ научно-технической литературы по определению основных параметров режима синтеза наногетероструктур Ge/Si на свойства наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge, а именно: влияние температуры синтеза на размеры и плотность островков Ge, влияние скорости напыления Ge на размеры и плотность островков Ge, влияние сурфактантов на морфологию массивов Ge квантовых точек.
4. Отработана технология напыления кремниевых и германиевых нанослоев при работе на установке МЛЭ «Катунь-100».
5. Проведен эксперимент по калибровке температуры нагревателя с использованием образцов металлов и цифрового инфракрасного пирометра IS 50- LO plus. Построена калибровочная кривая зависимости температуры нагревателя от мощности.
6. Проведены эксперименты по измерению скорости напыления Si и Ge на Si(100) и Si(111). Измерение скорости напыления проводились с помощью кварцевых измерителей толщины и методом осцилляций интенсивности рефлексов на картине ДБЭ. При изменении тока эмиссии от 180 до 210 мА скорость роста Ge увеличивается от 0,023 до 0,105 А/с.
7. Проведена оценка состава синтезированного твердого раствора Sii-xGex с помощью метода рентгеновской дифрактометрии.
В дальнейшем планируется проведение экспериментов по управляемому синтезу наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge и синтезу твердого раствора Sii-xGex с использованием цифрового инфракрасного пирометра IS 50-LO plus, измеренной скорости напыления и проведенной оценки состава твердого раствора Sii-xGex.
По итогам работы сформулированы два научных положения:
1. В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии при синтезе квантовых точек Ge на подложке Si(111) при её температуре в диапазоне 350-550°С, при изменении тока эмиссии от 180 до 210 мА имеет место экспоненциальная зависимость (и = ае^1) скорости осаждения Ge от тока эмиссии в диапазоне скоростей 0,023-0,107 А/с с а=2-10-6 А/с и 0=0,051 мА-1.
2. В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии при синтезе пленок твердого раствора Si1-xGex на подложке Si(100) при её температуре 550°С формируется двумерная пленка твердого раствора Si1-xGex с заданным процентным соотношением компонент 0
1. Пищагин А.А., Серохвостов В.Ю. Влияние параметров синтеза гетероструктур Si/Ge с квантовыми точками Ge на морфологию массива квантовых точек Ge. // Сборник тезисов, материалы конференции ВНКСФ-21. - 2015. - Екатеринбург-Омск: Изд-во АСФ России. - С. 201-202.
2. Пищагин А.А., Серохвостов В.Ю. Совершенствование технологии синтеза гетеросктруктур Ge/Si с квантовыми точками Ge методом молекулярнолучевой эпитаксии // Материалы 53-й международной научной студенческой конференции: Квантовая физика. - 2015. - ИГУ, Новосибирск. - С. 43.
3. Серохвостов В.Ю., Пищагин А.А. Исследование влияния основных параметров эпитаксиального роста на свойства гетероструктур Si/Ge с квантовыми точками Ge. // Труды XII Всероссийской конференции студенческих научноисследовательских инкубаторов. - 2015. - Томск: Изд-во НТЛ. - С. 97-99.
4. Pishchagin A.A, Serokhvostov V.Yu., Kokhanenko A.P., Voitsekhovskii
A. V., Nikiforov A.I., Dzyadukh S.M. Investigation of Ge/Si with Ge quantum dots structures using the methods of admittance spectroscopy // 3rd International School and Conference “Saint-Petersburg OPEN 2016”. Book of abstracts. 2016. St. Petersburg Academic University RAS. Pp. 82-83.
5. Серохвостов В.Ю., Пищагин A.A. Наногетероструктуры Ge на Si полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии. // Материалы 54-й международной научной студенческой конференции МНСК-2016: Квантовая физика. - 2016. - ИГУ, Новосибирск.- С. 30.
6. Pishchagin A.A, Izhnin I. I. , Fitsych E. I., Voitsekhovskii A.V., Kokhanenko A.P., Serokhvostov V.Yu., Dzyadukh S.M., Nikiforov A.I. Temperature spectra of conductance of Ge/Si p-i-n structures with Ge quantum dots. // Abstract Book of participants of the International Summer School and International research and practice conference, 24-17 August 2016. - Lviv: Eurosvit, 2016. - Pp. 387.
7. Pishchagin A.A, Voitsekhovskii A.V., Kokhanenko A.P., Serokhvostov V.Yu., Dzyadukh S.M., Nikiforov A.I. Admittance spectroscopy of Ge/Si p-i-n structures with Ge quantum dots // Journal of Physics: Conference Series 741 (2016) 012015.
8. Пищагин A.A., Серохвостов В.Ю., Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Никифоров А.И., Тимофеев В.А. Температурные спектры проводимости гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge. // XI Конференция и X Школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе КРЕМНИЙ 2016. Тезисы докладов. - 2016. - ИФП СО РАН, Новосибирск. - С.178.
9. Pishchagin A.A, Lozovoy K.A., Serokhvostov V.Yu., Kokhanenko A.P., Voitsekhovskii A.V., Nikiforov A.I. Investigation of Si/Ge p-i-n structures with Ge quantum dots by admittance spectroscopy methods // Actual problems of radiophysics. Proceeding of the VI International Conference “APR-2015”. - 2016. - London : Red Square Scientific. - Pp. 45-48.
10. Серохвостов В.Ю., Пищагин A.A., Кравцова H.C. Режимы синтеза наногетероструктур Ge на Si на установке молекулярно-лучевой эпитаксии. // Молодежь XXI века: образование, наука, инновации. Материалы V Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием. - 2016. - НГПУ, Новосибирск. - С. 290-292.
11. Серохвостов В.Ю., Пищагин А. А., В.Ю., Дирко В.В. Синтез квантовых точек Ge на Si(100) и Si(111) методом молекулярно-лучевой эпитаксии. // Материалы 55-й международной научной студенческой конференции МНСК-2017: Квантовая физика. - 2017. - Новосибирск: НГУ- С. 15.
12. Серохвостов В.Ю., Пищагин А.А., В.Ю., Дирко В.В. Исследование эпитаксиального роста германия методом дифракции электронов. // Материалы 55й международной научной студенческой конференции МНСК-2017: Квантовая физика. - 2017. - Новосибирск: НГУ- С. 15.
Полупроводниковые гетероструктуры и, особенно, двойные
гетероструктуры, включая квантовые ямы, и точки (КТ), являются сегодня предметом исследований 2/3 исследовательских групп в области физики полупроводников. Наиболее многообещающим методом формирования упорядоченных массивов КТ является метод, использующий явление самоорганизации на кристаллических поверхностях. Релаксация упругих напряжений, в случаях роста на рассогласованных по параметру решетки материалах, может приводить к формированию упорядоченных массивов КТ. Основной методикой формирования Ge островков на поверхности Si является метод молекулярно-лучевой эпитаксии.
Таким образом, в ходе выполнения данной работы были получены следующие результаты:
1. Проведен обзор научно-технической литературы по методам получения наногетероструктур Ge/Si, по методам контроля роста и состояния поверхности с помощью дифракции быстрых электронов (ДБЭ), обзор о выращивание твердых растворов Sii-xGex методом МЛЭ на подложке Si(100).
2. Изучены основы технологии получения наногетероструктур методом МЛЭ.
3. Проведен анализ научно-технической литературы по определению основных параметров режима синтеза наногетероструктур Ge/Si на свойства наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge, а именно: влияние температуры синтеза на размеры и плотность островков Ge, влияние скорости напыления Ge на размеры и плотность островков Ge, влияние сурфактантов на морфологию массивов Ge квантовых точек.
4. Отработана технология напыления кремниевых и германиевых нанослоев при работе на установке МЛЭ «Катунь-100».
5. Проведен эксперимент по калибровке температуры нагревателя с использованием образцов металлов и цифрового инфракрасного пирометра IS 50- LO plus. Построена калибровочная кривая зависимости температуры нагревателя от мощности.
6. Проведены эксперименты по измерению скорости напыления Si и Ge на Si(100) и Si(111). Измерение скорости напыления проводились с помощью кварцевых измерителей толщины и методом осцилляций интенсивности рефлексов на картине ДБЭ. При изменении тока эмиссии от 180 до 210 мА скорость роста Ge увеличивается от 0,023 до 0,105 А/с.
7. Проведена оценка состава синтезированного твердого раствора Sii-xGex с помощью метода рентгеновской дифрактометрии.
В дальнейшем планируется проведение экспериментов по управляемому синтезу наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge и синтезу твердого раствора Sii-xGex с использованием цифрового инфракрасного пирометра IS 50-LO plus, измеренной скорости напыления и проведенной оценки состава твердого раствора Sii-xGex.
По итогам работы сформулированы два научных положения:
1. В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии при синтезе квантовых точек Ge на подложке Si(111) при её температуре в диапазоне 350-550°С, при изменении тока эмиссии от 180 до 210 мА имеет место экспоненциальная зависимость (и = ае^1) скорости осаждения Ge от тока эмиссии в диапазоне скоростей 0,023-0,107 А/с с а=2-10-6 А/с и 0=0,051 мА-1.
2. В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии при синтезе пленок твердого раствора Si1-xGex на подложке Si(100) при её температуре 550°С формируется двумерная пленка твердого раствора Si1-xGex с заданным процентным соотношением компонент 0
1. Пищагин А.А., Серохвостов В.Ю. Влияние параметров синтеза гетероструктур Si/Ge с квантовыми точками Ge на морфологию массива квантовых точек Ge. // Сборник тезисов, материалы конференции ВНКСФ-21. - 2015. - Екатеринбург-Омск: Изд-во АСФ России. - С. 201-202.
2. Пищагин А.А., Серохвостов В.Ю. Совершенствование технологии синтеза гетеросктруктур Ge/Si с квантовыми точками Ge методом молекулярнолучевой эпитаксии // Материалы 53-й международной научной студенческой конференции: Квантовая физика. - 2015. - ИГУ, Новосибирск. - С. 43.
3. Серохвостов В.Ю., Пищагин А.А. Исследование влияния основных параметров эпитаксиального роста на свойства гетероструктур Si/Ge с квантовыми точками Ge. // Труды XII Всероссийской конференции студенческих научноисследовательских инкубаторов. - 2015. - Томск: Изд-во НТЛ. - С. 97-99.
4. Pishchagin A.A, Serokhvostov V.Yu., Kokhanenko A.P., Voitsekhovskii
A. V., Nikiforov A.I., Dzyadukh S.M. Investigation of Ge/Si with Ge quantum dots structures using the methods of admittance spectroscopy // 3rd International School and Conference “Saint-Petersburg OPEN 2016”. Book of abstracts. 2016. St. Petersburg Academic University RAS. Pp. 82-83.
5. Серохвостов В.Ю., Пищагин A.A. Наногетероструктуры Ge на Si полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии. // Материалы 54-й международной научной студенческой конференции МНСК-2016: Квантовая физика. - 2016. - ИГУ, Новосибирск.- С. 30.
6. Pishchagin A.A, Izhnin I. I. , Fitsych E. I., Voitsekhovskii A.V., Kokhanenko A.P., Serokhvostov V.Yu., Dzyadukh S.M., Nikiforov A.I. Temperature spectra of conductance of Ge/Si p-i-n structures with Ge quantum dots. // Abstract Book of participants of the International Summer School and International research and practice conference, 24-17 August 2016. - Lviv: Eurosvit, 2016. - Pp. 387.
7. Pishchagin A.A, Voitsekhovskii A.V., Kokhanenko A.P., Serokhvostov V.Yu., Dzyadukh S.M., Nikiforov A.I. Admittance spectroscopy of Ge/Si p-i-n structures with Ge quantum dots // Journal of Physics: Conference Series 741 (2016) 012015.
8. Пищагин A.A., Серохвостов В.Ю., Войцеховский A.B., Коханенко А.П., Никифоров А.И., Тимофеев В.А. Температурные спектры проводимости гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge. // XI Конференция и X Школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе КРЕМНИЙ 2016. Тезисы докладов. - 2016. - ИФП СО РАН, Новосибирск. - С.178.
9. Pishchagin A.A, Lozovoy K.A., Serokhvostov V.Yu., Kokhanenko A.P., Voitsekhovskii A.V., Nikiforov A.I. Investigation of Si/Ge p-i-n structures with Ge quantum dots by admittance spectroscopy methods // Actual problems of radiophysics. Proceeding of the VI International Conference “APR-2015”. - 2016. - London : Red Square Scientific. - Pp. 45-48.
10. Серохвостов В.Ю., Пищагин A.A., Кравцова H.C. Режимы синтеза наногетероструктур Ge на Si на установке молекулярно-лучевой эпитаксии. // Молодежь XXI века: образование, наука, инновации. Материалы V Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием. - 2016. - НГПУ, Новосибирск. - С. 290-292.
11. Серохвостов В.Ю., Пищагин А. А., В.Ю., Дирко В.В. Синтез квантовых точек Ge на Si(100) и Si(111) методом молекулярно-лучевой эпитаксии. // Материалы 55-й международной научной студенческой конференции МНСК-2017: Квантовая физика. - 2017. - Новосибирск: НГУ- С. 15.
12. Серохвостов В.Ю., Пищагин А.А., В.Ю., Дирко В.В. Исследование эпитаксиального роста германия методом дифракции электронов. // Материалы 55й международной научной студенческой конференции МНСК-2017: Квантовая физика. - 2017. - Новосибирск: НГУ- С. 15.
