Атомно-силовая микроскопия заращенных Si,Ge наноразмерных островков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Физико-технический институт им АФ Иоффе

На правах рукописи

ДУНАЕВСКИЙ Михаил Сергеевич / ' '/''

АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ ЗАРАЩЕННЫХ 8г,ве НАНОРАЗМЕРНЫХ ОСТРОВКОВ ДИАГНОСТИКА И ЗАРЯДОВАЯ НАНОЛИТОГРАФИЯ

Специальность 01 04 10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ООЗ 158"?5Э

Санкт-Петербург 2007

003158759

Работа выполнена в Физико-техническом институте им А Ф Иоффе РАН

Научный руководитель доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник А Н Титков

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор А А Лебедев

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник А Л Толстихина

Ведущая организация Институт физики микроструктур РАН

Защита состоится "22" 2007 г в ^^^часов на заседании

диссертационного совета К 002 205 02 Физико-технического института им А Ф Иоффе РАН, 194021, Санкт-Петербург, Политехническая 26

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета

Автореферат разослан У7 "

Ученый секретарь диссертационного совета .

кандидат физико-математических наук —* ГС Куликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В последнее десятилетие уделяется много внимания исследованию свойств низкоразмерных твердотельных структур с линейными размерами порядка десятков нанометров и менее Структуры столь малых размеров обычно называются наноструктурами и могут проявлять удивительные свойства отличные от свойств объемных материалов Исследования по получению наноструктур, их диагностике и практическому применению получили название работ в области нанотехнологии

Важнейшую роль играют методы диагностики наноструктур Одним из интенсивно развиваемых направлений диагностики наноструктур на сегодняшний день является атомно-силовая микроскопия (ACM) АСМ - это семейство экспериментальных методов изучения локальных свойств поверхности, основанных на регистрации взаимодействия твердотельного острого зонда с изучаемой поверхностью Атомно-силовая микроскопия также предоставляет возможность для нанолитографии - локальной модификации поверхности под зондом Таким образом, АСМ может рассматриваться и в качестве технологического направления по модификации и фабрикации наноразмерных структур

На данный момент АСМ в основном применяется для диагностики незаращенных наноструктур на различных подложках Однако, в приборных реализациях наноструктуры, как правило, заращены покровными слоями Таким образом, разработка и адаптация методов АСМ применительно к визуализации заращенных наноструктур является актуальной задачей Этому и была посвящена выполнявшаяся работа

В области полупроводниковой электроники наиболее широко применяемыми материалами на сегодняшний день являются кремний и его термический окисел Поэтому получение и исследование наноструктур в Si и термическом окисле S1O2 представляется весьма важным Примерами таких структур являются, например, эпитаксиальные наноостровки GeSi, встроенные в Si матрицу, представляющие интерес как возможная среда для получения светоизлучающих структур и фотоприемников на ближний инфракрасный диапазон [1] Другая актуальная система - Si (или Ge) нанокристаллы (Si-HK либо Ge-HK), встроенные в диэлектрическую матрицу S1O2 Тонкие слои S1O2 с Si либо Ge -НК представляют интерес в качестве среды, способной хранить заряд, локализованный на нанокристаллах Такие среды можно использовать в качестве плавающих затворов в полевых транзисторах, являющихся ячейками энергонезависимой памяти [2]

Целью работы является развитие методов атомно-силовой микроскопии для визуализации и исследования полупроводниковых наноостровков, заращенных в кристаллических и аморфных матрицах В качестве обьектов исследования были выбраны наноразмерные островки GeSi, заключенные внутри слоев кристаллического Si, а также Ge и

Si нанокристаллы в слоях термического окисла S1O2 Важной частью работы является реализация и изучение эффекта нанолокальной зарядки Si (и Ge) - НК в слоях окисла S1O2, осуществляемой под зондом АСМ В работе были поставлены следующие задачи

1 Для структур с GeSi наноразмерными островками, заращенными в Si, выполнить АСМ эксперименты на поверхностях сколов Определить возможность визуализации наноостровков на сколе

2 Для слоев S1O2 содержащих внутри Si-HK выполнить стравливание покровного слоя S1O2, открывающее доступ к Si-HK для последующей АСМ-визуализации НК в рельефе травления

3 Для тонких слоев S1O2 содержащих внутри Si (либо Ge) -НК выполнить эксперимент по локальной АСМ зарядке нанокристаллов с последующей визуализацией распределения внесенного заряда по слою НК

4 Установить взаимосвязь между геометрическими параметрами слоя НК (диаметр НК, расстояние между соседними НК, расстояние от слоя НК до Si-подложки) и характеристиками по удержанию заряда (размер области локализации заряда и время удержания заряда) Определить физические условия, приводящие к получению зарядовых областей наименьшего размера и с наибольшим временем жизни

5 Исследовать возможности выполнения зарядовой нанолитографии на слоях S1O2 с нанокристаллами внутри

Научная новизна работы

• Показано, что заращенные в кристаллических структурах полупроводниковые наноостровки можно выявлять на сколах структур в атмосферных условиях при исследовании топографий сколов методами АСМ

• Показано, что прохождение скола в структуре через содержащиеся в ней полупроводниковые наноостровки не является пленарным, что обусловлено изменением состава и внутренних напряжений в наноостровках от центра к периферии В результате, наноостровки могут проявляться на поверхности скола в двух формах в виде бугорков или в виде ямок

• Показано, что фазовое выделение Si, имплантированного в окисел S1O2 может происходить как в форме Si-HK, так и протяженных кластеров плоской формы, ориентированных параллельно поверхности окисла Возникновение кластеров связано с распадом твердого раствора Si в S1O2 в местах, где концентрация избыточного кремния превышает критическое значение

• В работе были выполнены исследования по локальной зарядке Si и Ge - НК в тонких слоях S1O2 под зондом АСМ при приложении напряжения между АСМ-зондом и Si-подложкой Были достигнуты рекордные параметры удержания внесенного заряда диаметр

заряженной области менее 30 нм и время удержания заряда т>10 часов Эти высокие параметры были достигнуты благодаря применению особых процедур приготовления слоев окисла с Si (и Ge) -НК, оптимизации условий проведения эксперимента по локальной зарядке под зондом АСМ и применению методики микроскопии градиента электростатической силы для наблюдения эффекта зарядки

• Показана возможность осуществления зарядовой нанолитографии на поверхности слоев S1O2 с Si-HK, состоящей в формировании литографического изображения зарядами, инжектируемыми в слой S1O2 из зонда АСМ Продемонстрирована возможность выполнения зарядовой нанолитографии по векторному алгоритму с шагом 50нм

Практическая значимость работы

В работе были предложены и развиты две АСМ-методики исследования полупроводниковых наноразмерных островков, заращенных в приборных структурах На примере наноостровков GeSi в Si и InSb в GaSb показано, что в случае кристаллических структур наноостровки уверенно выявляются в атмосферных условиях в топографии сколов структур Для наноостровков Si в аморфной матрице S1O2 разработан метод выявления наноостровков путем топографических исследований поверхности окисла, селективно протравленной в растворе фторида аммония Применение разработанных методик выявления заращенных наноостровков позволяет получать изображения одиночных островков с высоким пространственным разрешением и получать информацию об их размере и форме, характере деформации, поверхностной плотности в ростовых слоях, корреляции в пространственном расположении

Показано, что в тонких слоях термического окисла S1O2 на кремнии может быть достигнуто подавление латеральной миграции инжектированных в слой электронов за счет их локализации на нанокристаллах Si или Ge, встроенных в середине слоя окисла методом ионной имплантации

Предложен новый метод локального контроля электрических параметров тонких слоев приборных окислов Идея метода состоит в локальной зарядке такого участка окисла под зондом АСМ и дальнейшем наблюдении во времени за величиной инжектированного заряда и его латеральным разбеганием в плоскости окисла методом микроскопии градиента электростатической силы Разработанный метод предоставляет возможности контроля областей утечек заряда в слоях S1O2, используемых в качестве подзатворного окисла в транзисторах

Показана возможность осуществления зарядовой нанолитографии на слоях S1O2 с нанокристаллами

Основные положения выносимые на защиту

1 Атомно-силовая микроскопия топографии сколов полупроводниковых структур позволяет в атмосферных условиях выявлять заращенные в структурах наноостровки в виде топографических особенностей на поверхности скола Данные топографических наблюдений позволяют судить о линейных размерах наноостровков, их плотности на ростовой поверхности, наличии и характере пространственного упорядочения, а также оценивать упругие напряжения в наноостровках

2 Прохождение скола в полупроводниковой структуре через заращенные наноостровки не является планарным, что обусловлено неоднородностью состава и упругих напряжений в объеме наноостровков Как результат, наноостровки могут проявляться на поверхности скола в двух формах в виде бугорков или в виде ямок

3 Si-нанокристаллы в объеме слоев окисла S1O2 могут быть визуализированы посредством медленного селективного травления слоя окисла в травителе на базе фторида аммония с последующим наблюдением протравленной поверхности в атмосферных условиях АСМ методами в модах регистрации топографии и локальной жесткости Фазовое выделение избыточного Si имплантированного в окисел S1O2 может происходить как в форме Si-нанокристаллов, так и протяженных кремниевых кластеров плоской формы

4 В тонких слоях термического окисла S1O2 на кремнии может быть достигнуто подавление латеральной миграции инжектированных в слой электронов за счет их локализации на нанокристаллах Si или Ge, встроенных в середине слоя окисла Пространственная эволюция внесенного заряда во времени определяется туннелированием зарядов из нанокристаллов в подложку (утечка заряда) и на соседние нанокристаллы (латеральное уширение области зарядки) Эти процессы могут контролироваться и подавляться за счет снижения дефектности слоя окисла, а также увеличения толщин барьеров, отделяющих НК от подложки и друг от друга

5 На тонких слоях термического окисла S1O2 со встроенными Si-HK, возможно выполнение зарядовой нанолитографии, когда литографический рисунок формируется зарядами, инжектированными в слой из зонда АСМ Латеральное разрешение предлагаемого метода определяется площадью контакта зонда с поверхностью и, как показано в работе, может составлять менее 30 нм Время жизни зарядового литографического рисунка в сухой атмосфере составляет десятки часов

Апробация работы Результаты работы докладывались на семинарах и конкурсах ФТИ

им А Ф Иоффе РАН, на международных конференциях "Nanostructures Physics and

Technology" (Санкт-Петербург, 2003, 2004, 2007), "International Workshop - Scanning Probe

Microscopy" (Нижний Новгород, 2002, 2003 ), VI и VII Российских конференциях по физике

полупроводников (Санкт-Петербург, 2003 и Звенигород, 2005), X симпозиум "Нанофизика и Наноэлектроника" (Нижний Новгород, 2006), 7-й Российско-украинский семинар (Санкт-Петербург, 2006), ll11" International Ceramic Congress (Acireale, Italy, 2006)

По результатам исследований, составляющих содержание диссертации, опубликовано 10 научных работ, список которых приведен в конце автореферата

Структура диссертации Диссертация состоит из Введения, 4 глав, Заключения и списка литературы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована общая цель и основные задачи работы, ее новизна, изложены основные положения, выносимые на защиту, а также кратко представлена структура диссертации

Глава 1 содержит обзор основных методик атомно-силовой микроскопии, используемых в работе Изложены принципы работы атомно-силового микроскопа Рассмотрены различные типы силовых взаимодействий между АСМ-зондом и поверхностью Дано описание АСМ-мод контактная, полуконтактная, бесконтактная, двухпроходных режимов Отдельно рассмотрены режимы, используемые для измерений поверхностного потенциала - электросиловая микроскопия, кельвин-зонд микроскопия, микроскопия градиента электростатической силы Дано описание методов математической обработки получаемых АСМ-изображений (фильтрация, деконволюция, анализ частиц на поверхности) Рассмотрены различные варианты литографических методик АСМ - литография давлением (гравировка) и импульсом напряжения (локальная зарядка) Рассмотрены преимущества и недостатки алгоритмов векторной и растровой АСМ-литографии

Рассмотрены работы по визуализации незаращенных массивов квантовых точек Обсуждаются проблемы и трудности, возникающие при попытках исследований заращенных квантовых точек Предложены три варианта визуализации заращенных квантовых точек а) АСМ исследование квантовых точек на сколах структур, Ь) Стравливание покровных слоев с последующей АСМ визуализацией КТ в рельефе травления, с) АСМ детектирование дальнодействующего электростатического потенциала от заряженных КТ В главе 2 представлен предложенный в работе новый удобный метод визуализации в атмосферных условиях полупроводниковых наноостровков, заращенных в кристаллических структурах Идея метода состоит в комнатных АСМ исследованиях топографии сколов структур, содержащих полупроводниковые наноостровки Реализация метода опробована на примере изучения двух систем GeSi наноостровков в матрице Si и квантовых точек InSb в матрице GaSb

В первом параграфе кратко рассматривается достоинства и недостатки применявшихся до сих пор в этих целях методов просвечивающей электронной микроскопии (ЮМ) и сверх выеоковакуу мной сканирующей туннельной микроскопии. 'Заметными недостатками данных методов Являются их сложность и необходимость работать в высоком вакууме, Предлагаемый метод АСМ-визуализаций отличает относительная простота н возможность проводить исследования в атмосферных условиях Проявление ни поостри в коп на поверхности скола в ЛС'М топографических изображения* ожидалось в связи с возможностью их упругой релаксации на свободной поверхности при прохождении скола через Нйяоостровок. Заращенные наностровки, как правило, испытывают деформацию сжатия. Поэтому на свободной поверхности скола можно было ожидать проявление наностровков в виде небольших возвышений.

lío втором параграфе описываются исследовавшиеся образцы с нанорачмерными островками GeSi В Si и InSb островками в GaSb. Образцы е Gci островками были трех типов: с незаращенными наноостровками на поверхности Si, с одним слоем заращенных найоостровшв и с нитью слоями заращенных наноостровков. Образны с EnSb нан островкам и содержали 10 слоев заращенных наноостровков в матрице GaSb.

В третьем параграфе приведены результаты топографических ЛС'М исследований образца с одним слоем незарашенных GeSi на но строи ко в. ЛС'М эксперимент позволил определить: I) латеральный размер незарашенных наноостровков, 2) их высоту, 3) среднее расстояние между наноостровками и 4) их тип огранки. Показано, что на но островки достаточно однородны по размерам, разброс составляет всего 10%.

В четвертом параграфе приводятся результаты топографических ЛС'М исследований поверхности скола образца с одним слоем заращенных GeSi наностровков, 15 топографии скола вдоль линии, соответствующей выходу на скол слоя е наноостровками. был обнаружен ряд выстроившихся бугорков (ем.Рис. I}, которые по своим размерам похожи на рассеченные нанооетровки. Неожиданным оказалось наблюдение наряду с бугорками также и ямок.

Край

GeSi нанооетровки

Рис, I АСМ изображение скола структуры с одним слоем GeSi наноостровков заращенных 700 нм покровным слоем Sí

[Три угом количество наблюдаемых бугорков и ямок примерно одинаковое. Появление бугорков можно объяснить релаксацией напряжений в упруго сжатых GeSi наноостровках на свободной поверхности скола. Для объяснения природы происхождения

Si

^ g Щ

Рис. 2. (а) - схематическое изображение двух противолежащих сторон скола, (b) АСМ изображения двух противолежащих сторон скола, (с) профили сечений, взятых вдоль направлений указанных стрелками.

">го означает, что при прохождении устья трещины скола через упруго сжатый наноостровок происходит искривление плоскости скола. Была предложена качественная модель, объясняющая этот оффект неоднородностью состава наноостровка, что может приводить к искривлению плоскости скола при рассечении наноостровка. Действительно, ссли считать, что энергия разрыва связи увеличивается от центра островка к периферии, то прохождение скола через такую структуру будет непланарным. При прохождении скола через островок может возникнуть ситуация, когда устью трещины энергетически более выгодно рвать связи ближе к центру вкрапления и тогда скол будет несколько углубляться в наноостровок. Точный профиль поверхности скола будет определяться балансом энергетического выигрыша от того, что связи рвутся ближе к центру и проигрышем от того, что увеличилась поверхность скола.

Детальный анализ рельефа на сколе на Рис.2с показывает, что высоты бугорков оказываются больше глубины соответствующих им ямок: они не могут быть совмещены. Это означает, что помимо вклада от выкола есть также и вклад от релаксации упругих напряжений. Показано, что характерная величина упругих деформаций в GeSi наностровках составляет е-1%, которая оказывается достаточно близкой к величине измеряемой по данным спектров комбинационного рассеяния [3J.

В пятом параграфе приводятся результаты АСМ эксперимента на скопах образцов К 5-ю слоями заращенных GeSi каноостроеков с различным расстоянием между слоями. Дчя сравнения также изучались сколы образца с пятью квантовыми ямами GeSi. На Рис. 1 видно, что и в многослойных структурах рассеченные КТ проявляются пл сколе также в виде ямок и

Pa^cî'oHHwç, HiA

ямок был проделан АСМ эксперимент на противолежащих (ем. рис.2) поверхностях одного и того же скола. Были найдены й точности соответствующие друг-другу участки разных сторон скола. Оказалось, что в тех местах, где на одной стороне скола находится буг орок на другой стороне стоит ямка и наоборот.

бугорков. В многослойных структурах GcSi наноостровки выстраиваются Друг над другом в ряд вдоль направления роста.

Рис.3. Пара противолежащих (зеркальных) сколов структуры с 5-Ю слоями GeSi наноостровков в Si

Стоит отметить, что характер проявления наноостровков в виде бугорков или ямок сохраняется одинаковым для всех наноостровков каждого ряда. Это наблюдение согласуется с вышеупомянутой моделью формирования бугорков и ямок, так как для всех наноостровков в ряде расположение плоскости скола относительно нх центра сохраняется одинаковым. В образце с пятью квантовыми ямами на сколе наблюдалось только возвышение квантовых ям над плоскостью скола, связанное с релаксацией упругих напряжений. Латеральная однородность состава квантовых ям не предполагает искривление поверхности скола в области ям.

Из полученных на образцах с 5-ю слоями GeSi наноостровков АСМ-изображений были определены: 1) латеральный радиус наноостровков R 40нм. 2) среднее расстояние между ними fía сколе Ui^1ví1¡;c-200hm. Это позволило оценить поверхностную плотность GeSi наноостровков п-0.й+кУсм \ Величина характерных упругих деформаций н GcSi Наноостровков составляет е-0.7%, что согласуется е данными для многослойных структур в работе [4J.

В шестом параграфе была продемонстрирована общность метода АСМ- визуализации на примере квантовых точек inSb, помещенных в волновод гетроструктуры на базе GaSb, Выполненные на скуле АСМ измерения позволили обнаружить 10-ть слоев IriSb-KT в середине волновода гетероструктуры. Измеряемый латеральный радиус IñSb-KT составляет величину К-20нм, среднее расстояние между КТ на сколе 200нм. Поверхностная плотность InSb-KT составляет величину n=1.2* 10! см 2.

Таким образом, на примере структур с самоорганизующимися островками GeSi/Si и JnSb/GaSb показана новая возможность выявления и изучения заращенных наноостровков к кристаллических полупроводниковых структурах при исследовании топографии сколов

методом атомно-с иловой микроскопии. В общем случае выявление на но ист ров ков в топографии возможно благодаря двум эффектам: 1) дугообразное рассечение индивидуальных нанооетровков 2) релаксацией упругих деформаций нанооетровков на свободной поверхности скола.

Глава 3 посвящена ЛСМ-визушшзанни Si нанокристаллов, заращеных в толстых слоях окисла Si Oí, В случае аморфного материала окисла АСМ топографические исследоваййя высокого разрешения на сколах невозможны из-за неилапарпого характера сколов. Возможным методом выявления и а но кристалл о и в тгом случае является исследование поверхностей окисла, протравленных н селективном травителе, удаляющем только материал окисла [5]. Нам не были известны успешные работы по выявлению травлением маленьких нанокристаллов Si (3-5 нм) в окисле SÍOj и представлялось важным проверить эту возможность. Опасения были связаны со значительной исходной шероховатостью слоев окисла.

Приготовление исследовавшегося образца и подбор травителя представлены в первом параграфе. Последовательной имплантацией в ЗООнм слой SiGj ионов Si' с пятью разными энергиями (30, 50, 75, 105 и 150 КзВ). было получено первоначально равномерное распределение кремния в слое окисла. Интегральная доза имплантации составила 6* I0,f> см ". Si-ПК получались отжигом образцов при i IО (¡"С в атмосфере азота в течение 1 часа. Выл выбран селективный грлвитель на базе буферного раствора 6NIUF: 1 11F:91 Ь0, обеспечивающий достаточно медленную скорость селективного травления окисла SiO?, около 1 им/сек и не приводящий к развитию шероховатости протравливаемой поверхности Si03.

Результаты АСМ исследовании протравленной поверхности приведены Ш втором параграфе. Примененная процедура позволила выявить Si-ilK на протравленной поверхности. Si-ПК проявились после стравливания окисла на глубину примерно 50 нм и исчезли, когда глубина травления превысила 220 нм. Размеры ПК согласуются с данными 11ЭМ наблюдений и составляют 3-5 нм при поверхностной плотности ii-3*10"Vm":. В Средней части слоя окисла было обнаружено, что наряду с нанокристаллами фазовое выделение Si может иметь и совсем иную форму -тонких (толщиной 3-5 нм) гшанарных

кластеров протяженностью 200-300 нанометров (рис.4а).

В_третьем_параграфе

обсуждаются причины

возникновения пленарных

кремниевых кластеров. В работе [6] была теоретически предсказана

Рис.4. (а)-АС'М топография и (Ь)-карта локальной твердости поверхности с Si-нк и кластерами.

возможность распада твердого раствора Si в S1O2 при содержании избыточного Si 10% При этом предсказывалось выпадение избыточного Si в виде пленарных структур Максимальное содержание Si при термическом отжиге естественно ожидать в центральной части слоя окисла Поэтому обнаруженные здесь протяженные кластеры кремния мы связываем именно с наблюдением распада твердого раствора Наблюдавшиеся кластеры могут быть независимо выделены также в АСМ моде изучения локальной твердости поверхности, так как они обладают меньшей твердостью (рис 4Ь) Кластеры Si после появления на протравленной поверхности термического окисла S1O2 переходят под воздействием атмосферы в состояние естественного окисла Si, более мягкого по сравнению с термическим

В главе 4 представлены результаты исследований по локальной зарядке под зондом АСМ кремниевых и германиевых нанокристаллов внутри тонких слоев S1O2

Выяснение возможностей локальной зарядки тонких слоев S1O2 вызывает большой интерес исследователей уже несколько лет Краткий обзор этих работ приводится в первом параграфе Конечной задачей выполняемых работ является получение в слоях S1O2 областей зарядки нанометровых размеров, способных долгое время удерживающих внесенный заряд Слои S1O2 с такими свойствами могут применяться в качестве плавающих затворов в полевых транзисторах, представляющих собой ячейки энергонезависимой памяти [2] В последние годы сформировалось мнение, что для уменьшения токов утечек с плавающего затвора было бы полезно внедрить в слой окисла нанокристаллы Si или Ge, которые бы захватывали инжектируемые в слой электроны и обеспечивали бы их пространственную локализацию Исследования в этом направлении привели к некоторому улучшению параметров локальной зарядки слоя окисла до 200 нм по степени локальности и десятков минут по длительности сохранения заряда, что оставалось явно недостаточным для практических применений

В выполненной работе удалось продвинуться существенно дальше и достичь локальности зарядки на уровне 30 нм при длительности сохранения заряда более десяти часов Эти результаты уже имеют практическое значение, открывая возможность применения этих слоев в качестве плавающих затворов в транзисторах с эффектом памяти и для разработки методов зарядовой нанолитографии

В работе были решены три ключевых вопроса 1) существенно улучшено качество исследовавшихся слоев окисла, 2) оптимизированы условия выполнения локальной зарядки и 3) применен метод регистрации эффекта зарядки, обладающий повышенным латеральным разрешением

Приготовление слоев S1O2 на кремнии с внедренными Si-HK рассматривается во втором параграфе Слои окисла имели толщину 12-15 нм Нанокристаллы формировались в середине слоя S1O2 методом ионной имплантации с последующим термическим отжигом

Для подавления каналов утечки вносимых зарядов было необходимо оптимизировать и точно выдерживать по всему слою окисла 1) толщину диэлектрического зазора между слоем НК и Эьподложкой, 2) среднее латеральное расстояние между НК в слое, а также максимально залечить постимплантационные дефекты в слое окисла Были получены образцы с расстоянием от слоя НК до Б]-подложки 5-6 нм и средним расстоянием между НК в слое 5-10 нм, значения которые должны были быть достаточны для подавления вертикальной и латеральной утечки внесенных зарядов Получению таких образцов предшествовала большая работа по изучению влияния на получаемые ансамбли НК условий имплантации энергии и дозы пучка ионов, начальной толщины слоя окисла Важным шагом для залечивания постимплантационных дефектов в окисле стало проведение отжига в атмосфере N2+1 5%Ог

В третьем параграфе выполнены эксперименты по локальной зарядке 81-НК Зарядовые эксперименты проводились в вакуумных условиях для того, чтобы минимизировать негативное влияние тонкого слоя водного адсорбата на поверхности Определены пороговые значения величины и длительности импульса напряжения (2В, Юмсек) для зарядки 8ьНК в слое 8Ю2 Величина порогового напряжения определяется необходимостью туннелирования зарядов через диэлектрический зазор между АСМ-зондом и слоем ЭьНК С ростом толщины слоя ЭЮг пороговое напряжение локальной зарядки растет

В экспериментах по локальной зарядке 81-НК было показано, что применение режима микроскопии градиента электростатической силы (МГЭС) в отличие от обычно используемого режима Кельвин-микроскопии позволяет достигать лучшего латерального разрешения при визуализации локализованных зарядов на ЭьНК Это связано с тем, что при детектировании в МГЭС моде градиента электростатической силы удается подавить дальнодействующие вклады электростатического взаимодействия с конусом зонда и микроконсолью кантилевера Также показано, что латеральное разрешение существенно улучшается с уменьшением расстояния зонд-поверхность В вакуумных условиях минимально достижимые в МГЭС эксперименте расстояния зонд-поверхность составляют 3-5нм

В четвертом параграфе эксперимент по локальной зарядке проведен на образцах двух типов 81и 82, в которых 81-НК находились точно в середине 12нм слоя БЮг, отличались образцы лишь величиной зазора между НК в слое Для образцов 81 диэлектрический зазор между НК составлял величину около 2-Знм, а в образцах Э2 путем длительного отжига зазор между НК был увеличен до 5-10нм

Эксперимент по локальной зарядке показывает, что в образцах с массивом близкорасположенных 81-НК возникает широкое зарядовое пятно диаметром 400нм, которое

в течении 10 минут латерапьно" уширяется до 800нм, ослабевая по амплитуде. Такой результат объясняется наличием каналов латеральной утечки внесенного заряда по массиву близкорасположенные (либо соприкасающихся) Si-KK. Напротив, в образце с хорошо разделенными Si-f!K локальная зарядка позволяет получить зарядовые области диаметром менее 100нм со временем жизни более 10 часов. 'Этот результат связан с подавлением каналов латеральной утечки за счет увеличения расстояния между Si-ПК.

На образцах с разделенными Si-HK (см.Рис.?) был получен рекордно малый размер зарядовых пятен при использовании зондов с радиусом закругления 10 им. Олно из МГ'ЗС изображений приведено па Рис.5с. Наблюдаемый диаметр пятна при визуализации в МГЭС моде составляет L-35BM.

Рис. 5. Визуализация планарпого слоя 51-1 ¡К внутри окисла ЗЮ) методом Просвечивающей электронной микроскопии (I ЮМ) на сколе (а) и поверхности (Ь) образца, (с) МГЭС изображение зарядовой области, полученной после точечной зарядки а центре изображения (У -4В, ЫООмсек), (с)) профиль изображения» пробеленный через центр зарядового пятна.

В пятом параграфе приводятся результаты моделирования зле ктростати тсс кого взаимодействия АСМ-зонда с заряженным нанокристаллом. При детектировании градиента электростатического взаимодействия основной вклад даст только сферический кончик АС'М-зонда. Это позволяет пренебречь вкладами от конуса зондирующей пирамиды и несущей ее микроконсоли и считать зонд просто металлической сферой радиуса К. Это приближение значительно упрощает задачу, так как взаимодействие между точечным зарядом и сферой поддается выражению в виде простых аналитических функций.

Получено выражение, описывающей зависимость изменения МГЭС сигнала при сканировании зондом поверхности от расстояния между зондом и одиночным заряженным нанокристаллом на ней Полученное выражение обобщено на случай нескольких 81-11К

'i Л» ...........it"

Расстояние, нм

находящихся под -зондом в области, меньше диаметра окончания зондирующей пирамиды. Получаемые в моделировании профили МГЭС согласуются с профилями, получаемыми экспериментально. Варьируемым параметром моделирования является плотность наряженных 81-НК в слое. Покачано, что аппаратное уширенИе в МГЭС моле для Применявшихся при сканировании зондов с радиусом пирамиды 10 нм и расстоянии от поверхности 5нм составляет около 15 нм, Хорошее согласование экспериментального профиля с расчетным профилем было получено при предположении о взаимодействии кончика зонда примерно с десятью зарядами на поверхности. С учетом ПЭМ данных Рис.5Ь можно заключить, что на поверхности заряжены 81-ПК в области с диаметром около 20 нм. Отличие между этой оценкой и размером экспериментально наблюдаемой области зарядки (рис.5с) лежит в пределах полученной выше оценки для эффекта приборного уширення в мг эс измерении.

В шестом параграфе приводятся результаты но локальной зарядке серии образцов с ве-МК в слое ЙЮг толщиной ЗОнм. Исследована серия образцов с разной энергией имплантации Ос1 ионов (13. 15 и 19 КэВ), Дня образца с энергией имплантации 13 КэВ удалось получить стабильные во времени зарядовые области размером 50 нм. В слоях с большими энергиями имплантации области зарядки быстро уширялись и ослабевали по амплитуде. Полученные ПЭМ Изображения показали, что только в первом образце имело место формирование хорошо изолированных в пространстве Ос-ПК.

Приведенные выше результаты доказывают, что при правильном приготовлении Тонкие слои окисла ЭЮз с внедренными БьНК или Ос-НК могут являться эффективной средой дли реализации устройств с эффектом хранения зарядового состояния.

Рис. 6 (а) МГЭС изображение зарядового рисунка, полученного зарядовой литографией по шаблону "аббревиатура РТ1 РЬукко-ТесЫпса! [шпсиГс" (и--48„ 1-!00мсек) на слое $¡0; с 5[-НК и (Ь) шаблон для осуществления литографии, определяющий места выполнения точечной зарядки на поверхности окисла.

В седьмом паратифе приводятся примеры применения полученных слоев окисла с ПК для выполнения зарядовой наиолитографии. Под зарядовой на нол итог рафией подразумевается формирование АС М-зондом рисунка, формируемого зарядами,

захваченными на Si-HK в слое S1O2 Зарядовая нанолитография является логичным продолжением эксперимента по локальной зарядке, при этом заряжается не один участок поверхности, а некоторое их множество, формирующее зарядовый рисунок На рис 6 представлен зарядовый рисунок, выполненный методом векторной литографии с шагом литографии 50нм В качестве шаблона использовалось точечное изображение букв аббревиатуры PTI (Physico-Techmcal Institute) В получаемых МГЭС изображениях отдельные зарядовые пятна частично перекрываются, образуя непрерывные линии Толщина линий букв в надписи PTI составляет около 50нм В тексте диссертации обсуждаются возможные практические применения зарядовой литографии

В Заключении обобщены основные результаты работы

1 На примере исследования структур с наноостровками GeSi в Si, а также InSb КТ в GaSb предложен новый удобный способ выявления и изучения в атмосферных условиях заращенных наноостровков в полупроводниковых структурах путем исследования топографии их сколов методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) Выявление наноостровков в топографии возможно благодаря двум эффектам 1) дугообразному рассечению сколом индивидуальных наноостровков и 2) релаксации упругих напряжений наноостровков на свободной поверхности скола

2 Измерены линейные размеры заращенных GeSi наноостровков и InSb-KT Предложен метод оценки поверхностной плотности заращенных наноостровков исходя из значений среднего расстояния между наноостровками на сколе и их диаметров Анализ формы и размеров соответствующих топографических особенностей сколов может быть использован для характеризации напряжений в наноостровках Для GeSi наноостровков в Si получена оценка упругих деформаций, составляющая примерно 1%, что согласуется с данными других исследований

3 В работе развит удобный метод выявления Si-HK и кластеров в толще окисла S1O2 посредством селективного вытравливания материала окисла и регистрации топографии и локальной жесткости протравленных поверхностей методами АСМ Подобран селективный травитель на базе фторида аммония обеспечивающий достаточно медленную скорость селективного травления окисла S1O2, менее 1 нм/сек Показано, что Si-HK проявляются на протравленной поверхности в виде нанобугорков высотой до 2-3 нм

4 Проведенные экспериментальные исследования слоев окисла S1O2, имплантированных ионами Si+, показали, что фазовое выделение Si в толще окисла S1O2 может происходить как в форме Si-HK, так и протяженных кремниевых кластеров Возникновение кластеров связывается с распадом твердого раствора Si в S1O2 в местах превышения критической

концентрации Si Приведенные наблюдения свидетельствуют о важности контроля характера фазовых выделений Si и их распределений по толщине имплантированного слоя окисла

5 Показано, что на Si-подложке могут быть приготовлены слои S1O2 нанометровой толщины с Si(Ge)-HK, отделенными друг от друга и от подложки туннельно-непрозрачным слоем диэлектрика Массив Si,(Ge)-HK получается путем имплантации низкоэнергетических ионов Si+ (Ge+) в слой окисла и последующего термического отжига в атмосфере N2+1 5%Ог

6 При локальной зарядке таких слоев окисла под зондом АСМ возможно получение устойчивых во времени областей заряженных Si-HK (Ge-HK) с латеральными размерами менее 30 им Это позволяет при использовании таких локальных областей зарядки в качестве битов информации получить энергонезависимую память с плотностью записи информации свыше 0 3 ТБит/дюйм2 Слои окисла S1O2 с Si-HK могут быть использованы в качестве среды для осуществления зарядовой нанолитографии с латеральным разрешением лучше 50 нм Выполнены зарядовые рисунки по алгоритму векторной литографии с шагом ЮОнм и 50нм

7 Показан пороговый по напряжению характер эффекта зарядки НК в слое S1O2, а также наличие насыщения эффекта зарядки с ростом величины напряжения и длительности импульса зарядки Предложена простая модель для описания электростатического взаимодействия между заряженными НК и АСМ зондом, дающая удовлетворительное описание экспериментальных наблюдений

8 Выполненные исследования продемонстрировали уникальные возможности методов электростатической силовой микроскопии для контроля латерального транспорта и утечки зарядов в нанометровых слоя окисла S1O2 на кремнии Показано, что применение МГЭС моды позволяет изучать поведение зарядов в слоях окисла с латеральным разрешением на уровне15нм

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1А В А Козлов, В В Козловский, А Н Титков, М С Дунаевский, А К Крыжановский, Скрытые наноразмерные дефектные слои, сформированные в кристаллах Si и SiC высокодозной имплантацией протонов, ФТП, том 36, вьга 11, с 1310-1317, (2002), 2А AN Titkov, J J Grob, M S Dunaevskn, А V Ankudinov, R Laiho, Storage and real time evolution of charges in thm S1O2 films with Si nanoclusters electrostatic force microscopy studies, Proc of Int Workshop"Scanning Probe Microscopy-2002", Nizhny Novgorod, March 3-6, p 14-15,(2002)

ЗА MC Дунаевский, 3 Ф Красильник, Д Н Лобанов, А В Новиков, А Н Титков, R Laiho, Визуализация заращенных наноостровков GeSi в кремниевых структурах методом атомно-силовой микроскопии на сколах, ФТП, том 37, вып 6, с 692-699, (2003) 4А AN Titkov, М S Dunaevskn, А V Ankudmov, ZF Rrasilnik, DN Lobanov, A VNovikov, R Laiho, Ambient AFM observation of strained SiGe nanoislands embedded in Ge/Si structures

on the structure cross-sections, Proc of Int Workshop"Scannmg Probe Microscopy-2003", Nizhny Novgorod, March 2-5, p 16-18, (2003) 5A M S Dunaevskn, A V Ankudinov, Z F krasilnik, D N Lobanov, A V Novikov, D A Yarekha, P Girard, A N Titkov, Visualization of buried nanoislands m GeSi/Si and InSb/GaSb heterostructures by cross-sectional atomic force microscopy, Proc of 11th Int Symp "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 23-28, p 103-104, (2003)

6A M С Дунаевский, J J Grob, А Г Забродский, R Laiho, А К Крыжановский, A H Титков, ACM визуализация нанокристаллов Si в термическом окисле S1O2 с помощью селективного травления, ФТП, том 38, вып 11, с 1294-1300, (2004) 7А А V Ankudinov, Р N Brunkov, D V Denisov, М S Dunaevskn, А V Kamanm, V N Petrov, N М Shmidt, А N titkov, Р S Kopiev, Strain relaxation in nanostructured materials, Proc of 12th Int Symp "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 21-25, p 217-218, (2004)

8A M S Dunaevskn, A N Titkov, Z F Krasilnik, D N Lobanov, A V Novikov, R Laiho, Visualization of buried SiGe quantum dots at cleavages by cross-sectional atomic force microscopy, Appl Phys Lett, 85, p 1999-2001, (2004) 9A N V Vostokov, Y N Drozdov, D N Lobanov, A V Novikov, M V Shaleev, A N Yablonskn, Z F Krasilnik, A V Ankudinov, M S Dunaevskn, A N Titkov, GeSi/Si(001) structures with self-assembled islands growth and optical properties, ed by Joyce "Quantum dots Fundamentals, applications and frontiers", 333-351, Springer (2005) 10A M С Дунаевский, A H Титков, С Ю Ларкин, А Б Спешилова, С Bonafos, A Clavene, R Laiho Нанолокальная зарядовая запись в тонких слоях S1O2 с встроенными Si нанокристаллами под зондом атомно-силового микроскопа, ПЖТФ, том 33, вып 20, с 80-87, (2007)

Список литературы

[1] А И Якимов, А В Двуреченский, В В Кириенко, А И Никифоров, Ge/Si фотодиоды и фототранзисторы со встроенными слоями квантовых точек Ge для волоконно-оптических линий связи, Физика твердого тела, 47, 37, (2005)

[2] S Tiwary, F Rana, Н Hanafi, A Hartstein, Е Crabbe, К Chan, A silicon nanociystals based memory, Appl Phys Lett, 68, 1377, (1996)

[3] H В Востоков, С А Гусев, И В Долгов, Ю Н Дроздов, 3 Ф Красильник, Д Н Лобанов, Л Д Молдавская, А В Новиков, В В Постников, Д О Филатов, Упругие напряжения и состав самоорганизующихся наноостровков GeSi на Si (001), ФТП, 34, 8 (2000)

[4] A A Darhuber, Т Grill, J Stangl, G Bauer, D J Lockwood, J P Noel, P D Wang, С Torres, Elastic relaxation of dry-etched Si/SiGe quantum dots, Phys Rev B, 58, 4825, (1998)

[5] А А Бухараев, H И Нургазизов, А В Сугоняко, Микроэлектроника 31, 121-128 (2002)

[6] Т Mueller, R -Н Heinig, W Moeller, Size and location control of Si nanocrystals at ion beam synthesis in thm S1O2 films, Appl Phys Lett, 81, 3049 (2002)

Лицензия ЛР N2020593 от 07 08 97

Подписано в печать 14 09 2007 Формат 60x84/16 Печать цифровая Уел печ л 1,0 Тираж 100 Заказ 1948Ь

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул , 29 Тел 550-40-14 Тел/факс 297-57-76

ВВЕДЕНИЕ

1. АТОМНО - СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ - МЕТОД ДИАГНОСТИКИ И СОЗДАНИЯ НАНОСТРУКТУР И

1.1 Концепция атомно-силовой микроскопии

1.2 Взаимодействие зонда с поверхностью

1.3 Основные моды АСМ

1.4 Примеры двухпроходных методик АСМ

1.5 Обработка получаемых изображений

1.6 Литографические методики.

1.7 Применение АСМ для диагностики наноструктур 41 Выводы

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАРАЩЕННЫХ GeSi НАНООСТРОВКОВ И КВАНТОВЫХ ТОЧЕК InSb МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ НА СКОЛАХ СТРУКТУР

2.1 Введение

2.2 Объект исследования

2.3 АСМ исследования структур с одним слоем GeSi наноостровков до заращивания

2.4 АСМ исследования структур с одним слоем GeSi наноостровков после заращивания

2.5 АСМ исследования структур с 5-ю слоями GeSi наноостровков

2.6 АСМ исследования гетероструктуры с 10-ю слоями InSb КТ в GaSb матрице

Выводы

3. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ТРАВЛЕНИЕМ ЗАРАЩЕННЫХ НАНОКРИСТАЛЛОВ Si В ТЕРМИЧЕСКОМ ОКИСЛЕ Si

3.1 Введение

3.2 ACM визуализация заращенных нанокристаллов Si в термическом окисле SiC>2 на протравленной поверхности

3.3 Измерения локальной твердости 95 Выводы

4. ЛОКАЛЬНАЯ ЗАРЯДКА ЗОНДОМ АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА ТОНКИХ СЛОЕВ ТЕРМИЧЕСКОГО ОКИСЛА Si

СОДЕРЖАЩИХ Si И Ge НАНОКРИСТАЛЛЫ

4.1 Введение

4.2 Приготовление и оптимизация образцов для исследования

4.3 Выполнение локальной зарядки АСМ-зондом и режимы визуализации

4.4 Результаты эксперимента по локальной зарядке Si-HK в Si

4.5 Моделирование взаимодействия АСМ-зонда с заряженным нанокристаллом. Оценка числа носителей заряда, локализованных в Si-HK

4.6 Результаты эксперимента по локальной зарядке Ge-HK в Si02.

4.7 Выполнение зарядовых литографических рисунков ' 143 Выводы

В последнее десятилетие стало уделяться много внимания разработке методов получения и изучению свойств твердотельных структур с линейными размерами порядка десятков нанометров и менее. Структуры столь малых размеров обычно называются наноструктурами и они могут проявлять удивительные свойства отличные от свойств объемных материалов. Исследования по получению наноструктур, их диагностике и практическим применениям получили название работ в области нанотехнологий.

В настоящее время интерес к наноструктурам связан с бурным развитием информационных технологий и необходимостью дальнейшей миниатюризации приборов микро- и оптоэлектроники. В качестве примера яркого успеха работ в области нанотехнологии можно отметить разработку технологии изготовления процессоров с техпроцессом 65 и 90нм. Современные полупроводниковые лазеры содержат в качестве активной среды наноструктуры - квантовые ямы и квантовые точки. Кроме микро- и оптоэлектроники существует огромный интерес к применению твердотельных наноструктур в биологии и медицине (в качестве люминесцентных маркеров), в химической промышленности и энергетике (в качестве катализаторов) и во многих других областях.

Важнейшую роль при исследовании наноструктур играют методы диагностики. Одним из наиболее удобных методов диагностики наноструктур на сегодняшний день является атомно-силовая микроскопия (АСМ). АСМ - это семейство экспериментальных методов локального изучения свойств поверхности, основанных на взаимодействии твердотельного острого зонда с изучаемой поверхностью. Атомно-силовая микроскопия также предоставляет возможность для нанолитографии - локальной модификации поверхности под зондом, то есть также является методом создания наноструктур.

Наиболее технологичным материалом на сегодняшний день является кремний. Это обусловлено тем, что кремний легко образует окисел с достаточно хорошей границей окисел-полупроводник. Основная масса современной микроэлектроники делается на базе кремния. Поэтому исследование наноструктур в Si и наноструктур внутри термического окисла Si02 представляется достаточно актуальным. Так, например, эпитаксиальные наноостровки GeSi встроенные в Si матрицу представляют интерес как среда для получения фотоприемников в ближнем инфракрасном диапазоне [1]. Другая актуальная система - Si (или Ge) нанокристаллиты (Si-HK либо Ge-HK) встроенные в диэлектрическую матрицу Si02. Тонкие слои Si02 с Si либо Ge -нк представляют интерес в качестве среды, способной хранить заряд, локализованный на нанокристаллитах, что может использоваться при создании устройств энергонезависимой памяти [2].

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Развитие методов атомно-силовой микроскопии для визуализации и исследования полупроводниковых наноостровков, заращенных в кристаллических и аморфных матрицах. В качестве объектов исследования были выбраны наноразмерные островки GeSi, заключенные внутри слоев кристаллического Si, а также Ge и Si нанокристаллы в слоях термического окисла Si02. Важной частью работы является реализация и изучение эффекта нанолокальной зарядки Si (и Ge) - НК в слоях окисла Si02, осуществляемой под зондом АСМ. В работе были поставлены следующие задачи: 1. Для структур с GeSi наноразмерными островками, заращенными в Si, выполнить АСМ эксперименты на поверхностях сколов. Определить возможность визуализации наноостровков на сколе.

2. Для слоев S1O2 содержащих внутри Si-HK выполнить стравливание покровного слоя SiC>2, открывающее доступ к Si-HK для последующей АСМ-визуализации НК в рельефе травления.

3. Для тонких слоев SiC>2 содержащих внутри Si (либо Ge) -НК выполнить эксперимент по локальной АСМ зарядке нанокристаллов с последующей визуализацией распределения внесенного заряда по слою НК.

4. Установить взаимосвязь между геометрическими параметрами слоя НК (диаметр НК, расстояние между соседними НК, расстояние от слоя НК до Si-подложки) и характеристиками по удержанию заряда (размер области локализации заряда и время удержания заряда). Определить физические условия, приводящие к получению зарядовых областей наименьшего размера и с наибольшим временем жизни.

5. Исследовать возможности выполнения зарядовой нанолитографии на слоях S1O2 с нанокристаллами внутри.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

• Показано, что заращенные в кристаллических структурах полупроводниковые наноостровки можно выявлять на сколах структур в атмосферных условиях при исследовании топографий сколов методами АСМ.

• Показано, что прохождение скола в структуре через содержащиеся в ней полупроводниковые наноостровки не является планарным, что обусловлено изменением состава и внутренних напряжений в наноостровках от центра к периферии. В результате, наноостровки могут проявляться на поверхности скола в двух формах: в виде бугорков или в виде ямок.

• Показано, что фазовое выделение Si, имплантированного в окисел Si02, может происходить как в форме Si-HK, так и протяженных кластеров плоской формы, ориентированных параллельно поверхности окисла. Возникновение кластеров связано с распадом твердого раствора Si в Si02 в местах, где концентрация избыточного кремния превышает критическое значение.

• В работе были выполнены исследования по локальной зарядке Si и Ge -НК в тонких слоях Si02 под зондом АСМ при приложении напряжения между АСМ-зондом и Si-подложкой. Были достигнуты рекордные параметры удержания внесенного заряда: диаметр заряженной области менее 30 нм и время удержания заряда т>10 часов. Эти высокие параметры были достигнуты благодаря применению особых процедур приготовления слоев окисла с Si (и Ge) -НК, оптимизации условий проведения эксперимента по локальной зарядке под зондом АСМ и применению методики микроскопии градиента электростатической силы для наблюдения эффекта зарядки.

• Показана возможность осуществления зарядовой нанолитографии на поверхности слоев Si02 с Si-HK, состоящей в формировании литографического изображения зарядами, инжектируемыми в слой Si02 из зонда АСМ. Продемонстрирована возможность выполнения зарядовой нанолитографии по векторному алгоритму с шагом 50нм.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

В работе были предложены и развиты две АСМ-методики исследования полупроводниковых наноразмерных островков, заращенных в приборных структурах. На примере наноостровков GeSi в Si и InSb в GaSb показано, что в случае кристаллических структур наноостровки уверенно выявляются в атмосферных условиях в топографии сколов структур. Для наноостровков Si в аморфной матрице Si02 разработан метод выявления наноостровков путем топографических исследований поверхности окисла, селективно протравленной в растворе фторида аммония. Применение разработанных методик выявления заращенных наноостровков позволяет получать изображения одиночных островков с высоким пространственным разрешением и получать информацию об их размере и форме, характере деформации, поверхностной плотности в ростовых слоях, корреляции в пространственном расположении.

Показано, что в тонких слоях термического окисла Si02 на кремнии может быть достигнуто подавление латеральной миграции инжектированных в слой электронов за счет их локализации на нанокристаллах Si или Ge, встроенных в середине слоя окисла методом ионной имплантации.

Предложен новый метод локального контроля электрических параметров тонких слоев приборных окислов. Идея метода состоит в локальной зарядке такого участка окисла под зондом АСМ и дальнейшем наблюдении во времени за величиной инжектированного заряда и его латеральным разбеганием в плоскости окисла методом микроскопии градиента электростатической силы. Разработанный метод предоставляет возможности контроля областей утечек заряда в слоях Si02, используемых в качестве подзатворного окисла в транзисторах.

Показана возможность осуществления зарядовой нанолитографии на слоях Si02C нанокристаллами.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Сформулируем основные результаты работы:

1. На примере исследования структур с наноостровками GeSi в Si, а также InSb КТ в GaSb предложен новый удобный способ выявления и изучения в атмосферных условиях заращенных наноостровков в полупроводниковых структурах путем исследования топографии их сколов методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Выявление наноостровков в топографии возможно благодаря двум эффектам: 1) дугообразному рассечению сколом индивидуальных наноостровков и 2) релаксации упругих напряжений наноостровков на свободной поверхности скола.

2. Измерены линейные размеры заращенных GeSi наноостровков и InSb-KT. Предложен метод оценки поверхностной плотности заращенных наноостровков исходя из значений среднего расстояния между наноостровками на сколе и их диаметров. Анализ формы и размеров соответствующих топографических особенностей сколов может быть использован для характеризации напряжений в наноостровках. Для GeSi наноостровков в Si получена оценка упругих деформаций, составляющая примерно 1%, что согласуется с данными других исследований.

3. В работе развит удобный метод выявления Si-HK и кластеров в толще окисла S1O2 посредством селективного вытравливания материала окисла и регистрации топографии и локальной жесткости протравленных поверхностей методами АСМ. Подобран селективный травитель на базе фторида аммония обеспечивающий достаточно медленную скорость селективного травления окисла Si02, менее 1 нм/сек. Показано, что Si-HK проявляются на протравленной поверхности в виде нанобугорков высотой до 2-3 нм.

4. Проведенные экспериментальные исследования слоев окисла Si02, имплантированных ионами Si+, показали, что фазовое выделение Si в толще окисла Si02 может происходить как в форме Si-HK, так и протяженных кремниевых кластеров. Возникновение кластеров связывается с распадом твердого раствора Si в Si02 в местах превышения критической концентрации

Si. Приведенные наблюдения свидетельствуют о важности контроля характера фазовых выделений Si и их распределений по толщине имплантированного слоя окисла.

5. Показано, что на Si-подложке могут быть приготовлены слои Si02 нанометровой толщины с Si(Ge)-HK, отделенными друг от друга и от подложки туннельно-непрозрачным слоем диэлектрика. Массив Si,(Ge)-HK получается путем имплантации низкоэнергетических ионов Si+ (Ge+) в слой окисла и последующего термического отжига в атмосфере N2+1.5%02.

6. При локальной зарядке таких слоев окисла под зондом АСМ возможно получение устойчивых во времени областей заряженных Si-HK (Ge-HK) с латеральными размерами менее 30 нм. Это позволяет при использовании таких локальных областей зарядки в качестве битов информации получить энергонезависимую память с плотностью записи информации свыше 0.3 л

ТБит/дюйм . Слои окисла Si02 с Si-HK могут быть использованы в качестве среды для осуществления зарядовой нанолитографии с латеральным разрешением лучше 50 нм. Выполнены зарядовые рисунки по алгоритму векторной литографии с шагом ЮОнм и 50нм.

7. Показан пороговый по напряжению характер эффекта зарядки НК в слое Si02, а также наличие насыщения эффекта зарядки с ростом величины напряжения и длительности импульса зарядки. Предложена простая модель для описания электростатического взаимодействия между заряженными НК и АСМ зондом, дающая удовлетворительное описание экспериментальных наблюдений.

8. Выполненные исследования продемонстрировали уникальные возможности методов электростатической силовой микроскопии для контроля латерального транспорта и утечки зарядов в нанометровых слоя окисла Si02 на кремнии. Показано, что применение МГЭС моды позволяет изучать поведение зарядов в слоях окисла с латеральным разрешением на уровне 15нм.

В заключение автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю А.Н. Титкову за ценные советы, замечания и правки в процессе написания диссертации, а также за моральную и материальную поддержку.

Автор хотел бы выразить благодарность коллегам, предоставившим образцы и оборудование, используемые при подготовке диссертационной работы: З.Ф.Красильнику, А.Н.Лобанову, A.Claverie, J.J.Grob, А.Н.Баранову.

Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории оптики поверхности Физико-Технического института, без помощи которых эта работа была бы невозможна: А.В.Анкудинову, Т.В.Львовой, А.Крыжановскому, И.В.Макаренко, В.Л.Берковицу, А.Н.Гордеевой, Г.В.Бенеманской.

Автор также хотел бы поблагодарить свою семью и близких людей за терпение и моральную поддержку.

Список публикаций автора по теме диссертации:

1А. В.А. Козлов, В.В. Козловский, А.Н. Титков, М.С. Дунаевский, А.К. Крыжановский, Скрытые наноразмерные дефектные слои, сформированные в кристаллах Si и SiC высокодозной имплантацией протонов, ФТП, том 36, вып.11, с.1310-1317, (2002);

2А. A.N.Titkov, J.J.Grob, M.S.Dunaevskii, A.V.Ankudinov, R.Laiho, Storage and real time evolution of charges in thin SiCb films with Si nanoclusters: electrostatic force microscopy studies, Proc. of Int. Workshop"Scanning Probe Microscopy-2002", Nizhny Novgorod, March 3-6, p. 14-15, (2002 )

ЗА. М.С.Дунаевский, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, А.Н.Титков, R.Laiho, Визуализация заращенных наноостровков GeSi в кремниевых структурах методом атомно-силовой микроскопии на сколах, ФТП, том 37, вып.6, с.692-699, (2003).

4А. A.N. Titkov, M.S.Dunaevskii, A.V.Ankudinov, Z.F.Krasilnik, D.N.Lobanov, A.V.Novikov, R.Laiho, Ambient AFM observation of strained SiGe nanoislands embedded in Ge/Si structures on the structure cross-sections, Proc. of Int. Workshop"Scanning Probe Microscopy-2003", Nizhny Novgorod, March 2-5, p. 16-18, (2003)

5A. M.S.Dunaevskii, A.V.Ankudinov, Z.F.krasilnik, D.N.Lobanov, A.V.Novikov, D.A.Yarekha, P.Girard, A.N.Titkov, Visualization of buried nanoislands in GeSi/Si and InSb/GaSb heterostructures by cross-sectional atomic force microscopy, Proc. of 11th Int. Symp."Nanostructures:Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, June 23-28, p. 103-104, (2003)

6A. М.С.Дунаевский, J.J.Grob, А.Г.Забродский, R.Laiho, А.К.Крыжановский, А.Н.Титков, ACM визуализация нанокристаллов Si в термическом окисле SiC>2 с помощью селективного травления, ФТП, том 38, вып.11, с. 1294-1300, (2004)

7А. A.V. Ankudinov, P.N.Brunkov, D.V.Denisov, M.S.Dunaevskii, A.V.Kamanin, V.N.Petrov, N.M.Shmidt, A.N.titkov, P.S.Kopiev, Strain relaxation in nanostructured materials, Proc. of 12th Int. Symp."Nanostructures:Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, June 21-25, p.217-218, (2004) 8A. M.S.Dunaevskii, A.N.Titkov, Z.F.Krasilnik, D.N.Lobanov, A.V.Novikov, R.Laiho, Visualization of buried SiGe quantum dots at cleavages by cross-sectional atomic force microscopy, Appl.Phys.Lett., 85, p. 1999-2001, (2004) 9A. N.V.Vostokov, Y.N.Drozdov, D.N.Lobanov, A.V.Novikov, M.V.Shaleev, A.N.Yablonskii, Z.F.Krasilnik, A.V.Ankudinov, M.S.Dunaevskii, A.N.Titkov, GeSi/Si(001) structures with self-assembled islands: growth and optical properties, ed. by Joyce "Quantum dots: Fundamentals, applications and frontiers", 333-351, Springer (2005) 10A. М.С.Дунаевский, А.Н.Титков, С.Ю.Ларкин, А.Б.Спешилова, C.Bonafos, A.Claverie, R.Laiho Нанолокальная зарядовая запись в тонких слоях S1O2 с встроенными Si нанокристаллами под зондом атомно-силового микроскопа, ПЖТФ, том 33, вып.20, с.80-87, (2007)

1. А.И.Якимов, А.В.Двуреченский, В.В.Кириенко, А.И.Никифоров, Ge/Si фотодиоды и фототранзисторы со встроенными слоями квантовых точек Ge для волоконно-оптических линий связи, Физика твердого тела, 47, 37, (2005)

2. S.Tiwary, F.Rana, H.Hanafi, A.Hartstein, E.Crabbe, K.Chan, A silicon nanocrystals based memory, Appl.Phys.Lett., 68, 1377, (1996)3. www.ntmdt.ru,www.nanosensors.com

3. J.E.Lennard-Jones, Cohesion, Proceedings of the Physical Society, 43, 461-482, (1931)

4. Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц, Теория упругости. М.: Наука, с.246, (1987)

5. J. Colchero, A. Gil, А. М. Baro, Resolution enhancement and improved data interpretation in electrostatic force microscopy, Phys.Rev.B., 64, 245403 (2001)

6. H.O.Jacobs P.Leuchtmann, O.J.Homan, A.Stemmer, Resolution and contrast in Kelvin probe force microscopy, J.Appl.Phys., v84, 1168, (1998)

7. J.S. Villarubia, Morphological estimation of tip geometry for scanned probe microscopy, Surf.Sci, v.321, 287 . (1991)

8. J. Cortes Rosa, M. Wendel, H. Lorenz, J.P. Kotthaus, M. Thomas, H. Kroemer, Direct patterning of surface quantum wells with an atomic force microscope, Appl.Phys.Lett., 73,2684, (1998)

9. S. Lemeshko, S. Gavrilov, V. Shevyakov, V. Roschin, R. Solomatenko, Investigation of tip-induced ultrathin Ti film oxidation kinetics, Nanotechnology, 12, 273,(2001)

10. P.Vettiger, M.Despont, U.Drechsler, U.Durig, W.Haberle, M.I.Lutwyche, H.E.Rothuizen, R.Stutz, R.Widmer, G.K.Binnig, The "Millipede"—More than one thousand tips for future AFM data storage, IBM J.Res.Develop. 44, 323, (2000)

11. I.N. Stranski, L.Von Krastanow, Akad. Wiss. Lit. Mainz Abh. Math. Naturwiss. Kl. Lib., 146, 797(1939)

12. D. Leonard, K. Pond, P. M. Petroff, Critical layer thickness for self-assembled InAs islands on GaAs, Phys. Rev. В 50, 11687, (1994)

13. В.П.Евтихиев, В.Е.Токранов, А.К.Крыжановский, А.М.Бойко, Р.А.Сурис,

14. A.Н.Титков, А.Накамура, И.Ичида, Особенности роста квантовых точек InAs на вицинальной поверхности GaAs (001), разориентированной в направлении 010., ФТП, 32, 860,(1998)

15. J.Tersoff, C.Teichert, M.G.Lagally, Self-organization in growth of quantum dot superlattices, Phys.Rev.Lett., 76, 1675, (1996)

16. J.Tersoff, B.J.Spencer, A.Rastelli, H.Kanel, Barrierless Formation and Faceting of SiGe Islands on Si(001), Phys.Rev.Lett., 89, 196104, (2002)

17. А.Г.Макаров, Н.Н.Леденцов, А.Ф.Цацульников, Г.Э.Цырлин, В.А.Егоров,

18. B.М.Устинов, Н.Д.Захаров, P. Werner, Исследование оптических свойств структур со сверхплотными массивами квантовых точек Ge в матрице Si, ФТП, 37,219, (2003)

19. Н.В.Сибирев, В.Г.Талалаев, А.А.Тонких, Г.Э.Цырлин, В.Г.Дубровский, Н.Д.Захаров, P.Werner, Зонная структура и спектр фотолюминесценции сверхрешетки Ge0.8Si0.2/Ge0.1Si0.9 с вертикально совмещенными квантовыми точками, ФТП, 40,230, (2006)

20. J.Zhu, K.Brunner, G.Abstreiter, Observation of {105} facetted Ge pyramids inclined towards vicinal Si(001) surfaces, Appl.Phys.Lett., 72,424, (1998)

21. Н.В.Востоков, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, О.А.Кузнецов, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, М.В.Шалеев, Особенности формирования островков Ge(Si) на релаксированных буферных слоях Sil-xGex/Si (001), ФТП, 40,235, (2006)

22. Н.В.Востоков, С.А.Гусев, И.В.Долгов, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, Л.Д.Молдавская, А.В.Новиков, В.В.Постников, Д.О.Филатов, Упругие напряжения и состав самоорганизующихся наноостровков GeSi на Si (001), ФТП, 34, 8, (2000)

23. S.H.Xin, P.D.Wang, A.Yin, C.Kim, M.Dobrowolska, J.L.Merz, J.K.Furdyna, Formation of self-assembling CdSe quantum dots on ZnSe by molecular beam epitaxy, Appl. Phys. Lett. 69, 3884 (1996)

24. W. Wu, J.R. Tucher, G.S. Solomon, J.S. Harris, Atom-resolved scanning tunneling microscopy of vertically ordered InAs quantum dots, Appl. Phys.Lett., 71, 1083 (1997)

25. O.Kienzle, F.Ernst, M.Riihle, O.G.Schmidt, K.Eberl, Germanium "quantum dots" embedded in silicon: quantitative study of self-alignment and coarsening, Appl.Phys.Lett. 74,269 (1999)

26. V.L.Thanh, V.Yam, P.Boucaud, F.Fortuna, C.Ulysse, D.Bouchier, L.Vervoort, J.M.Lourtioz, Vertically self-organized Ge/Si.001. quantum dots in multilayer• structures, Phys.Rev.B., 60, 5851, (1999)

27. Q.Xie, A.Madhukar, P.Chen, N.P.Kobayashi, Vertically self-organized InAsquantum box islands on GaAs(lOO), Phys.Rev.Lett., 75, 2542, (1995)

28. G.S.Solomon, J.A.Trezza, A.F.Marshall, J.S.Harris, Vertically Aligned and Electronically Coupled Growth Induced InAs Islands in GaAs, Phys.Rev.Lett., 76, 952,(1996)

29. R.Magerle, Nanotomography, Phys.Rev.Lett., 85, 2749, (2000)

30. S.Tiwari, F.Rana, H.Hanafi, A.Hartstein, E.F.Crabbe, K.Chan, A silicon nanocrystals based memory, Appl.Phys.Lett. 68, 1377 (1996)

31. D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov. Quantum Dot Heterostructures• (N.Y., 1998).

32. B. Legrand, B. Grandidier, J.P. Nys, D. Stivenard, J.M. Gerard, V. Thierry-Mieg, Scanning tunneling microscopy and scanning tunneling spectroscopy of self-assembled InAs quantum dots, Appl. Phys. Lett., 73, 96 (1998).

33. H. Eisele, O. Flebbe, T. Kalka, M. Dahne-Prietsch, Cross-sectional STM study of InAs quantum dots for laser devices, Surf. Interface Anal., 27, 537 (1999).

34. B. Legrand, J.P. Nys, B. Grandidier, D. Stivenard, A. Lemaitre, J.M. Gerard, V. Thierry-Mieg, Quantum box size effect on vertical self-alignment studied using cross-sectional scanning tunneling microscopy, Appl. Phys. Lett., 74, 2608 (1999)

35. G. Abstreiter, P. Schittenhelm, C. Engel, E. Silveira, A. Zrenner, D. Meertens, W. Jager, Growth and characterization of self-assembled Ge-rich islands on Si, Semicond. Sci. Technol., 11, 1521 (1996).

36. A.I. Yakimov, A.V. Dvurechenskii, Yu.Yu. Proskuryakov, A.I. Nikiforov, O.P.

37. Pchelyakov, S.A. Teys, A.K. Gutakovskii, Normal-incidence infrared photoconductivity in Si p-i-n diode with embedded Ge self-assembled quantum dots, Appl. Phys. Lett. 75, 1413 (1999).

38. Z.F. Krasilnik, P. Lytvin, D.N. Lobanov, N. Mestres, A.V. Novikov, J. Pascual, M.Ya. Valakh, V.A. Yukhymchuk, Microscopic and optical investigation of Ge• nanoislands on silicon substrates, Nanotechnology, 13, 81 (2002).

39. J.Tersoff, C.Teichert, M.G.Lagally, Self-Organization in Growth of Quantum• Dot Superlattices, Phys.Rev.Lett., 76, 1675, (1996)

40. J.Tersoff, B.J.Spencer, A.Rastelli, H.Kanel, Barrierless Formation and Faceting of SiGe Islands on Si(001), Phys.Rev.Lett., 89, 196104, (2002)

41. А.И.Якимов, А.В.Двуреченский, А.И.Никифоров, С.В.Чайковский, С.А.Тийс, Фотодиоды Ge/Si со встроенными слоями квантовых точек Ge для ближней инфракрасной области (1.3-1.5 мкм), ФТП, 37, 1383, (2003)

42. А.И.Якимов, А.В.Двуреченский, В.В.Кириенко, А.И.Никифоров, Ge/Si фотодиоды и фототранзисторы со встроенными слоями квантовых точек Ge для• волоконно-оптических линий связи, Физика твердого тела, 47, 37, (2005)

43. J.H.Davies, D.M.Bruls, J.W.A.M.Vugs, P.M.Koenraad, Relaxation of a strained quantum well at a cleavage surface, J.Appl.Phys., 91, 4171, (2002)

44. Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц, Курс теоретической физики, изд. 5-е под редакцией Л.П.Питаевского, т.7, стр.44, стр.47.

45. J. Tersoff, С. Teichert, M.G. Lagally, Self-Organization in Growth of Quantum Dot Superlattices, Phys. Rev. Lett., 76, 1675 (1996).

46. A.A.Darhuber, T.Grill, J.Stangl, G.Bauer, D.J.Lockwood, J.P.Noel, P.D.Wang, C.Torres, Elastic relaxation of dry-etched Si/SiGe quantum dots, Phys.Rev.B, 58, 4825,(1998)

47. P.Protopoulps, A.G.Nassiopoulou, Room- and low-temperature voltage tunable electroluminescence from a single layer of silicon quantum dots in between two thin Si02 layers, Appl. Phys. Lett. 77, 1816 (2000)

48. T.Shimizu-Iwayama, K.Fujita, S.Nakao, K.Saitoh, T.Fujita, N.Itoh, Visible photoluminescence in Si+-implanted silica glass, J.Appl. Phys. 75, 7779 (1994)

49. Yi Shi, K.Saito, H.Ishikuro, T.Hiramoto, Effects of traps on charge storage characteristics in metal-oxide-semiconductor memory structures based on silicon nanocrystals, J. of Appl. Phys. 84, 2358 (1998)

50. E.Kapetanakis, P.Normand, D.Tsoukas, K.Beltsios, J.Stoemenos, S.Zhang, Charge storage and interface states effects in Si-nanocrystal memory obtained using low-energy Si + implantation and annealing, Appl. Phys. Lett. 77, 3450 (2000)

51. G. Ben Assayag, C.Bonafos, M.Carrada, A.Claverie, P.Normand, Transmission electron microscopy measurements of the injection distances in nanocrystal-based memories, Appl. Phys. Lett. 82, 200 (2003)

52. А.А.Бухараев, Н.И.Нургазизов, А.В.Сугоняко, Микроэлектроника 31, 121-128(2002)

53. I.A.Karpovich, N.V.Baidus, B.N.Zvonkov, D.O.Filatov, S.V.Levichev, A.V.Zdoroveishev, V.A.Perevoshikov, Phys. Low-Dim. Struct., 3/4, 341-348 (2001)

54. F.H.Li, Y.L.Fan, X.J.Yang, Z.M.Jiang, Y.Q.Wu, J.Zou, Atomic composition profile change of SiGe islands during Si capping, Appl. Phys. Lett., 89, 103108 (2006)

55. G.Katsaros, A.Rastelli, M.Stoffel, G.Costantini, O.G.Schmidt, K.Kern, J. Tersoff, E. Miiller, H.von Kanel, Evolution of buried semiconductor nanostructures and origin of stepped surface mounds during capping, Appl. Phys. Lett., 89, 253105 (2006)

56. G. Katsaros, G. Costantini, M.Stoffel, R. Esteban, A. M. Bittner, A. Rastelli, U. Denker, O. G. Schmidt, K. Kern, Kinetic origin of island intermixing during the growth of Ge on Si(001), Phys. Rev. В 72, 195320 (2005)

57. S.Guha, Characterization of Si + ion-implanted Si02 films and silica glasses, J. of Appl. Phys., 84, 5210(1998)

58. M.L.Brongersma, A.Polman, K.S.Min, H.A.Atwater, Depth distribution of luminescent Si nanocrystals in Si implanted Si02 films on Si, J. Appl. Phys. 86, 759 (1999)

59. S.Cheylan, R.G.Elliman, Effect of particle size on the photoluminescence from hydrogen passivated Si nanocrystals in Si02, Appl. Phys. Lett. 78, 1912 (2001)

60. М.С.Дунаевский, J.J.Grob, А.Г.Забродский, R.Laiho, А.К.Крыжановский, А.Н.Титков, ACM визуализация нанокристаллов Si в термическом окисле Si02 с помощью селективного травления, ФТП, том 38, вып.11, с. 1294-1300, (2004)

61. V.J.Garcia, L.Martinez, J.M.Briceno-Valero, C.H.Schilling, Probe Microscopy, Dimensional metrology of nanometric spherical particles using AFM, 1, 107 (1997)

62. B.Kracke, B.Damaschke, Measurement of nanohardness and nanoelasticity of thin gold films with scanning force microscope, Appl. Phys. Lett. 77, 361 (2000)

63. G.D.Wilk, Yi Wei, H.Edwards, R.M.Wallace, In situ Si flux cleaning technique for producing atomically flat Si(100) surfaces at low temperature, Appl. Phys. Lett. 70, 2288(1999)

64. M.Strobel, R.H.Heinig, W.Moeller, Three-dimensional domain growth on the size scale of the capillary length: Effective growth exponent and comparative atomistic and mean-field simulations, Phys. Rev. В 64, 245422 (2001)

65. T.Mueller, R.H.Heinig, W.Moeller, Size and location control of Si nanocrystals at ion beam synthesis in thin Si02 films, J.Appl. Phys. 81, 3049 (2002)

66. S.P.Withrow, C.W.White, D.M.Hembree, J.C.Barbour, Effects of hydrogen in the annealing environment on photoluminescence from Si nanoparticles in Si02, J.Appl.Phys. 86, 396(1999)

67. S.Tiwary, F.Rana, K.Chan, L.Shi, H.Hanafi, Single charge and confinement effects in nano-crystal memories, Appl.Phys.Lett., 69, 1232, (1996)

68. C.J.Kang G.H.Buh, S.Lee, C.K.Kim, K.M.Mang, C.Im, Y.Kuk, Charge trap dynamics in a Si02 layer on Si by scanning capacitance microscopy, Appl.Phys.Lett., 74, 1815,(1999)

69. J.W.Hong, S.M.Shin, C.J.Kang, Y.Kuk, Z.G.Khim, S.Park, Local charge trapping and detection of trapped charge by scanning capacitance microscope in the Si02/Si system, Appl.Phys.Lett., 75,1760, (1999)

70. G.H.Buh H.J.Chung, Y.Kuk, Real-time evolution of trapped charge in a Si02 layer: An electrostatic force microscopy study Appl.Phys.Lett., 79,2010, (1999)

71. D.Schaadt, E.Yu, S.Sankar, A.Berkowitz, Charge storage in Co nanoclusters embedded in Si02 by scanning force microscopy, Appl.Phys.Lett., 74,472 (1999)

72. F.Xu, S.Thaler, C.Lopez, J.Barnard, A.Butera, J.Weston, Stable charge storage in granular thin films, Appl.Phys.Lett., 86, 074105 (2005)

73. E.A.Boer L.D.Bell, M.L.Brongersma, H.A.Atwater, M.L.Ostraat, R.C.Flagan, Charging of single Si nanocrystals by atomic force microscopy Appl.Phys.Lett., 78, 3133,(2001)

74. T.Melin D.Deresmes, D.Stievenard, Charge injection in individual silicon nanoparticles deposited on a conductive substrate Appl.Phys.Lett., 81, 5054, (2002)

75. S.Banerjee, M.Salem, S.Oda, Conducting-tip atomic force microscopy for injection and probing of localized charges in silicon nanocrystals, Appl.Phys.Lett., 83, 3788 (2003)

76. S.Barbet T.Melin, H.Diesinger, D.Deresmes, D.Stievenard, Charge-injection mechanisms in semiconductor nanoparticles analyzed from force microscopy experiments, Phys.Rev.B, 73, 045318, (2006)

77. M.J.Gordon, T.Baron, Amplitude-mode electrostatic force microscopy in UHV: Quantification of nanocrystal charge storage, Phys.Rev.B, 72, 165420, (2005)

78. E.Boer, M.Brongersma, H.Atwater, R.Flagan, L.Bell, Localized charge injection in Si02 films containing silicon nanocrystals, Appl.Phys.Lett., 79, 791 (2001)

79. C.Ng, T.Chen, H.Lau, Y.Liu, M.Tse, O.Tan, V.S.W.Lim, Visualizing charge transport in silicon nanocrystals embedded in Si02 films with electrostatic force microscopy, Appl.Phys.Lett., 85, 2941 (2004)

80. C.Y.Ng, T.Chen, M.Tse, V.S.W.Lim, S.Fung, A.A.Tseng, Influence of silicon-nanocrystal distribution in Si02 matrix on charge injection and charge decay, Appl.Phys.Lett., 86,152110, (2005)

81. R.Dianoux, H.J.H.Smilde, F.Marchi, N.Buffet, P.Mur, F.Comin, J.Chevrier, Kinetic roughening of charge spreading in a two-dimensional silicon nanocrystal network detected by electrostatic force microscopy, Phys.Rev.B., 71,125303, (2005)

82. M.Binggeli, C.M.Mate, Influence of capillary condensation of water on nanotribology studied by force microscopy, Appl. Phys. Lett. 65, 415 (1994)

83. H.Sugimura, Y.Ishida, K.Hayashi, O.Takai, N.Nakagiri, Potential shielding by the surface water layer in Kelvin probe force microscopy, Appl.Phys.Lett., 80, 1459 (2002)

84. N.Nakagiri, T.Yamamoto, H.Sugimura, Y.Suzuki, Imaging mechanism and effects of adsorbed water in contact-type scanning capacitance microscopy, J.Vac.Sci.Technol.B, 14, 887 (1996)

85. E.Kapetanakis, P.Normand, D.Tsoukalas, K.Beltsios, J.Stoemenos, S.Zhang, J. van den Berg, Charge storage and interface states effects in Si-nanocrystal memory obtained using low-energy Si + implantation and annealing, Appl.Phys.Lett. 77, 3450 (2000)

86. Г.А.Качурин, С.Г.Яновская, В.А.Володин, В.Г.Кеслер, А.Ф.Лейер, М.-О. Ruault, О формировании нанокристаллов кремния при отжиге слоев Si02, имплантированных ионами Si, Физика и техника полупроводников 36, 685 (2002)

87. А.Ф.Лейер, Л.Н.Сафронов, Г.А.Качурин, Моделирование формирования нанопреципитатов в Si02, содержащем избыточный кремний, ФТП, 33, 389, (1999)

88. Y.Q.Wang, R.Smirani, G.G.Ross, Stacking faults in Si nanocrystals, Appl. Phys. Lett. 86, 221920 (2005)

89. Y.Q.Wang, R.Smirani, G.G.Ross, F.Schiettekatte, Ordered coalescence of Si nanocrystals in Si02, Phys.Rev.B, 71, 161310 (2005)

90. H.Coffin, C.Bonafos, S.Schamm, N.Cherkashin, G.Ben Assayag, A.Claverie, M.Respaud, P.Dimitrakis, P.Normand, Oxidation of Si nanocrystals fabricated by ultralow-energy ion implantation in thin Si02 layers, J. of Appl. Phys. 99, 044302 (2006)

91. Y.Khlifi, K.Kassmi, L.Roubi, R.Maimouni, Modeling of Fowler-Nordheim current of metal/ ultra-thin oxide/ semiconductor structures, M.J.Condensed Matter, 3, 53, (2000)

92. Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц, Курс теоретической физики, изд. 3-е под редакцией Л.П.Питаевского, т.8, стр.64