Методы формирования трёхмерных микро- и наноструктур на основе напряжённых SiGe/Si плёнок тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

на правах рукописи

Голод Сергей Владиславович

МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЁХМЕРНЫХ МИКРО- И НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ НАПРЯЖЁННЫХ 81Сс/81 ПЛЁНОК

Специальность: 01.04.10- физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК 2006

Работа выполнена в Институте физики полупроводников СО РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, Принц Виктор Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Ковчавцев Анатолий Петрович

доктор технических наук, Драгунов Валерий Павлович

Ведущая организация: Институт неорганической химии СО РАН, г. Новосибирск

Защита состоится 26 декабря 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета К 003.037.01 в Институте физики полупроводников СО РАН по адресу: 630090 Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики полупроводников СО РАН

Автореферат разослан 2 2 ноября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук, доцент

С.И. Чикичев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание и исследование наноструктур, размеры которых сопоставимы с размерами молекул и атомов, является одним из приоритетных направлений современной науки и техники [1]. Наноструктуры и приборы на их основе призваны обеспечить прорыв в таких областях, как производство новых материалов, электроника, медицина, энергетика, защита окружающей среды, биотехнология, информационные технологии и национальная безопасность. Ожидается, что устройства на основе наноструктур будут обладать большим быстродействием, меньшим энергопотреблением и принципиально новыми возможностями по сравнению с существующими приборами микронных размеров. В течение последнего десятилетия был достигнут значительный прогресс в формировании и исследовании полупроводниковых и гибридных нанопроволок [2], нанотрубок [3-4], квантовых точек [5], а также углеродных нанотрубок [6, 7]. Однако, до тех пор, пока не будет решена ключевая проблема воспроизводимого получения наноструктур, имеющих точно заданные размеры, расположение на подложке и свойства, изготовление устройств останется на уровне лабораторных разработок, не отвечающих требованиям массового производства [8].

Одним из перспективных методов, который позволяет решить проблему воспроизводимого создания наноструктур, является метод формирования прецизионных трёхмерных (ЗЭ) нанооболочек, основанный на управляемом изгибе и сворачивании освобождённых от связи с подложкой напряжённых плёнок [9-11]. Данным методом были получены прецизионные по диаметру и длине ЬЮаАзЛЗаАз нанотрубки и спирали, а также другие объекты сложной трёхмерной конфигурации [9-11]. Диаметр формируемых трубок Д ~ <1/(Аа/а) точно задаётся в диапазоне от 2 нм до 100 мкм толщиной сворачиваемой двухслойной плёнки <1 и рассогласованием постоянных решёток Ла/а материалов ХпОаАв и ОаАэ. Важно также подчеркнуть, что переход от планарных полупроводниковых микроструктур к свободным 30 наноструктурам открывает новые возможности для изготовления приборов и систем наномеханики и наноэлектроники.

В настоящее время наиболее технологичным материалом интегральных схем (ИС) и микроэлектромеханических систем является кремний. На момент начала данной работы не существовало методов создания прецизионных кремниевых нанотрубок и оболочек. Вместе с тем ожидается [4], что кремниевые нанотрубки, тонкоплёночные оболочки и сложные трёхмерные конструкции на их основе найдут широкое практическое применение в электронике, микроэлектромеханике и оптоэлектронике. С точки зрения фундаментальных исследований интерес вызывают свойства свободных сверхтонких плёнок кремния, т.к. известно, что многие материалы при переходе к наноразмерам изменяют свои упругие, структурные и электрические свойства [1, 12]. Отметим некоторые достоинства применения кремния для ЗЭ наноструктурирования: обеспечивается совместимость и преемственность технологий ИС и трёхмерных наноструктур; и его соединения являются твёрдыми и

прочными материалами; кремниевые МЭМС имплантанты биологически совместимы с живыми тканями человека; низкая стоимость подложек больших размеров. Кроме того, в современной технологии кремниевых ИС хорошо отработаны методы получения качественных тонких проводящих слоёв силицидов металлов и плёнок диэлектриков (ЭЮг и что может быть использовано для создания гибридных микро- и нанооболочек. В этой связи формирование и исследование прецизионных трёхмерных наноструктур на основе тонких кремниевых плёнок является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы заключалась в разработке научных основ технологии изготовления трёхмерных микро- и наноструктур из напряжённых Б10е/51 плёнок, а также в исследовании механических, электрических и структурных свойств полученных объектов. Для достижения этой цели требовалось решить следующие задачи:

1. Найти способ высокоселективного травления жертвенного слоя на основе кремния, позволяющего отсоединять эпитаксиальные напряжённые 8Юс/$1 плёнки нанометровых толщин от подложек кремния и контролируемо преобразовывать их в нанотрубки.

2. Исследовать особенности процессов травления кремния и разработать методы направленного сворачивания напряжённых 810е/31 плёнок в микро- нанооболочки и их контролируемой сборки в трёхмерные конструкции.

3. Разработать методы изготовления свободных гибридных тонкоплёночных трёхмерных микро- и наноструктур, включающих в себя слои полупроводников, металлов и диэлектриков (510е/31/металл, 8!Сс/8¡/диэлектрик/металл).

4. Исследовать значения упругих констант и деформации в диэлектрических 8 ^N4 и металлических Сг плёнках в зависимости от их толщины. Исследовать методы управления встроенными механическими напряжениями в диэлектрических и металлических плёнках. Изучить влияние внутренних упругих механических напряжений в плёнке на радиус изгиба трёхмерных структур.

5. Разработать способ формирования свободных нанокомпозиционных плёнок, состоящих из периодично расположенных трёхмерных наноструктур внутри полимерной матрицы.

6. Исследовать проводимость и состояния на поверхности отсоединённых от подложки БЮе/Б! плёнок нанометровых толщин с помощью сверхвысокочастотного (СВЧ) метода измерения релаксации нестационарной фотопроводимости.

Научная новизна работы

• Впервые в системе германий-кремний реализовано контролируемое отсоединение напряжённых 8Юе/81 плёнок нанометровых толщин от кремниевой подложки. Впервые сформированы 5!Ое/31 трёхмерные микро- и наноструктуры с радиусом изгиба от 5 нм до 20 мкм.

• Впервые исследовано структурное совершенство 810е/81 нанотрубок. Показано, что нанотрубки, в том числе с диаметром 10 нм, имеют монокристаллические стенки.

• Предложены и разработаны методы направленного сворачивания напряжённых плёнок в объекты сложной формы и их сборки в трёхмерные конструкции. Методы основаны на использовании сильной анизотропии латерального травления жертвенной подложки кремния.

• Исследована зависимость диаметра трубок, спиралей и узких колец от вклада поперечных деформаций в процесс изгиба и сворачивания напряженной плёнки при её отсоединении от подложки. Экспериментально показано, что спирали и узкие полоски напряжённой плёнки имеют больший радиус изгиба, чем трубки с жёстким закреплением на подложке по всей своей длине. В силу того, что жёсткое закрепление плёнки на подложке препятствует релаксации механических напряжений вдоль оси трубки, увеличивается вклад упругой деформации в направлении сворачивания плёнки, вследствие чего уменьшается радиус изгиба. Предложен способ определения модуля Юнга и упругой деформации тонких плёнок металлов и диэлектриков, нанесённых на З^ве/Б! гетероструктуры, основанный на измерении радиусов изгиба гибридных объектов различной формы.

• С помощью СВЧ метода измерения релаксации нестационарной фотопроводимости установлено, что у помещённых в полимер р+-810е/81 плёнок нанометровых толщин в отличие от свободных плёнок отсутствует долговременная компонента сигнала фотопроводимости. Это может быть объяснено пассивацией поверхностных состояний.

Практическая значимость работы

• Разработаны основы технологии формирования прецизионных ЗЮс/31 и гибридных (металл/полупроводник, диэлектрик/металл/полупроводник) трёхмерных микро- и наноструктур. Созданы БЮв/Б^ 810е/81/Сг и 8)Ое/5^зЫ4/Сг трехмерные структуры, которые перспективны для практического применения в микро- и наноэлектромеханике, наноэлектронике и гибких элементах сложных систем.

• Разработаны новые методы направленного сворачивания р*-8Юе/51 плёнок в оболочки и их сборки в трёхмерные конструкции, имеющие заданные размеры, форму и расположение на подложке.

• Показано, что для массового формирования прецизионных ЗО микроструктур р+-51Сс/51 плёнки, синтезированные методом химического осаждения из газовой фазы, имеют преимущество по сравнению с плёнками, выращенными методом модекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), прежде всего за счет меньшего содержания сквозных дефектов и большей химической стойкости при травлении.

• Определены оптимальные условия травления кремния в водных растворах аммиака и установлена величина анизотропии латерального травления Утю/Уц1= 10 на подложках кремния ориентации (110).

• Показано, . что лежащие (закреплённые) на подложке массивы 81Се/51 колец с вертикальными стенками могут быть использованы в качестве штампа для создания отпечатков в электронном резисте.

• Предложен способ формирования нанокомпозитных плёнок на основе полимерной матрицы со встроенными регулярными двумерными массивами оболочек.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Методом селективного травления подложки кремния осуществимо контролируемое отсоединение напряжённых р+-8Юе/81 плёнок нанометровых толщин от подложки и формирование из них нанотрубок, спиралей и консольных балок.

2. Анизотропия латерального травления кремния и упругая деформация напряжённых ЗЮеЖ плёнок являются основными факторами контролируемого направленного преобразования плёнок в нанооболочки сложной формы и трёхмерные конструкции.

3. р+-8Юе/51 пленки, выращиваемые методом химического осаждения из газовой фазы и высокоселективный травитель на основе аммиака, используемый при низких температурах, обеспечивают наивысшую воспроизводимость процесса формирования трёхмерных БКЗе/Б! микро- и наноструктур.

4. Сравнение радиусов изгиба гибридных трёхмерных структур различной формы позволяют определить модули Юнга тонких металлических и диэлектрических плёнок, нанесённых на ЙЮе^! структуры.

5. Реализуема система тонкоплёночных нанооболочек, строго периодично расположенных в свободной полимерной плёнке. Ключевым этапом процесса формирования свободных полимерных плёнок со встроенными упорядоченными двумерными массивами нанооболочек является предварительное позиционирование нанооболочек на подложке при помощи литографии.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены в 3 устных и 7 стендовых докладах на международных и российских конференциях и симпозиумах (Россия, Германия, Швейцария, Австрия, Китай и США). Результаты работы апробировались и получили положительную оценку в конкурсе на соискание медалей Российской академии наук для молодых учёных РАН (конкурс 2004 г.) за работу "Нанотрубки и микрооболочки на основе напряжённых тонких полупроводниковых и гибридных плёнок", в конкурсе стипендий для аспирантов молодых учёных Фонда имени академика К.И. Замараева за работу "Физико-химические процессы на поверхности — основа технологии 51Се/51 нанотрубок" (конкурс 2006 г.), в молодёжном конкурсе РФФИ "мае" (01-02-06253), в конкурсах на стипендию для молодых учёных ИФП СО РАН (1998 - 2006 гг.). Индекс цитирования работ соискателя превышает 50.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 12 статей, 10 тезисов и расширенных сообщений в сборниках трудов конференций.

Личный вклад. Автором были выполнены все эксперименты по формированию SiGe/Si и гибридных оболочек. В исследовании созданных структур принимали участие сотрудники ИФП СО РАН и Paul Scherrer Institut (Швейцария). Автором предложен способ отсоединения напряжённых SiGe/Si и гибридных плёнок нанометровых толщин от подложки кремния. Автором предложен и реализован метод направленного изгиба и сворачивания напряжённых плёнок, основанный на использовании анизотропных упругих и химических свойств кремния и специальной топологии литографических масок. Им предложен и реализован способ формирования нанокомпозитных плёнок со строго периодичным расположением в них двумерных массивов нанообсшочек. Анализ полученных экспериментальных результатов, написание статей были выполнены совместно с научным руководителем, а в нескольких случаях с участием соавторов работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы. Общий объём диссертации — 206 страниц, включая 40 рисунков, 6 таблиц и список цитируемой литературы из 192 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приводятся выносимые на защиту положения.

В первой главе изложены физические основы разработанной технологии создания SiGe/Si микро- и нанотрубок, спиралей. Рассмотрены ключевые вопросы, связанные с отсоединением напряжённых SiGe/Si плёнок нанометровых толщин от подложки. Изучены особенности формирования микро- и нанотрубок-свитков. Исследована зависимость радиуса изгиба SiGe/Si плёнок от параметров несоответствия кристаллических решёток и толщин слоев.

Разработанный метод формирования микро- и нанотрубок для случая полупроводниковых гетероструктур p+-SiGe/Si схематично иллюстрируется на рис.1.а. В эпитаксиальной псевдоморфной (51-подложка)/8!ьхСсх/81 гетероструктуре слой германия-кремния сжат, а верхний слой кремния находится в недеформированном состоянии. Отсоединение напряжённых p+-SiGe/Si плёнок от подложки осуществляется высокоселективным травлением жертвенной подложки кремния. Для предотвращения травления напряжённой SiGe/Si плёнки использован эффект остановки химического травления на сильно легированных бором слоях кремния. В качестве селективного травителя был выбран водный раствор аммиака, который ранее не получил широкого применения в кремниевой технологии из-за низкой скорости травления. Оптимизация условий травления, а также достижение предельного уровня легирования бором 1-2-Ю20 см'3 напряжённых SiGe/Si плёнок

позволили добиться увеличения селективности травления до рекордного для кремниевых монокристаллических систем уровня 104. При освобождении от связи с подложкой упруго напряжённая двухслойная р+- БЮс/Э! плёнка изгибается под действием момента сил м (рис. 1.а), создаваемого силами Г1 — растяжения и - сжатия, и сворачивается в трубку-свиток. Количество витков в трубке задается расстоянием, на которое пленка отсоединилась от подложки, начиная от края литографической мезаструктуры. В качестве примера на рисунке 1.6 показано изображение 810е/81 трубки диаметром 4 мкм, полученное на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ). Диаметр трубок £> пропорционален толщине ЫI + d2 отсоединяемой двухслойной плёнки 8Юе/81, обратно пропорционален величине Ла/а рассогласования постоянных решёток Э^ве и и согласно континуальной теории упругости

может быть оценен по формуле: £>»—^—(^1+^г) в диссертационной работе впервые

а

были экспериментально получены микро- и нанотрубки, спирали, желоба и балки с

радиусами изгиба в диапазоне от 10 мкм до 5 нм, а также изучены их свойства.

Изучение особенностей формирования БЮе/в! трубок, спиралей и т.д. было осуществлено на структурах, выращенных методами молекулярно-лучевой эпитаксии и химического осаждения из газовой фазы. Показано, что эпитаксиальные р^Юе/Б! гетероструктуры, выращенные методом химического осаждения из газовой фазы, имеют существенное преимущество при массовом изготовлении трёхмерных тонкоплёночных микроструктур по сравнению с МЛЭ-гетероструктурами, вследствие того, что, во-первых, они содержат меньшее количество сквозных дефектов, по которым идёт растравливание поверхности р+-БЮе/51 структур при травлении в водном растворе аммиака. Во-вторых, уровень легирования р+-510е/81 плёнок, выращиваемых химическим осаждением из газовой фазы, достигает предела растворимости бора в кремнии (2-Ю20 см'3), чем обеспечивается максимальная селективность травления слаболегированной подложки (жертвенного слоя).

Рис. 1. а) Схематическая иллюстрация процесса формирования трубок из р+-5Юе/51 - двухслойной пленки при ев отсоединении от подложки. Противоположно направленные силы ^ и ^г создают момент сил М, изгибающий двухслойную плёнку, б) СЭМ-изображение 810е/8ьтрубки диаметром 4 мкм. Толщины слойв в исходной 81о.70ео.з/5| двухслойной плёнке составляли, соответственно, 20 и 25 нм.

В случае молекулярно-лучевой эпитаксии проблематично выращивание структур с уровнем легирования выше, чем 5-Ю19 см"3.

Экспериментально продемонстрированно, что узкие полоски 5Юе/81 напряжённых плёнок, ориентированные под углом относительно направления сворачивания, имеющего минимальную жёсткость, при отсоединении от подложки будут формировать объёмные спирали (рисунок 2). При такой форме объекта обеспечивается минимум энергии упругой деформации в плёнке [9, 10]. Аналогичный эффект наблюдался в системе 1пОаЛз/СаА5 [9, 10]. Шаг между витками спирали А определяется углом разориентации а между БЮе/Э! полоской и направлением сворачивания (рис. 2,а). Рассмотрено влияние анизотропии приведённых модулей Юнга Б! и ве на процесс сворачивания БЮс/Э! напряжённых плёнок и формирование объёмных спиралей. Показано, что в начальный момент формирования спирали следует рассматривать случай жёсткого закрепления З^Се/Э! плёнки на подложке и учитывать анизотропию приведённого модуля Юнга е/(1-(где у— коэффициент Пуассона).

Экспериментально показано, что трубки и спирали с диаметрами от 100 нм до 13 мкм (рис. 2.6) являются проводящими, а измеренные значения сопротивления согласуется с параметрами объёмного материала с соответствующими геометрическими размерами и уровнем легирования. Было продемонстрировано, что объёмные 8Юе/Б1 спирали с малым шагом способны упруго изгибаться на углы более чем 90° и значительно растягиваться в длину. Такие гибкие проводящие объёмные спирали могут быть использованы при создании катушек индуктивностей, игл зондовых микроскопов, подвижных соединений, элементов сенсорных и исполнительных микроэлектромеханических устройств и роботов.

Ш- а Спираль

■?ди = 5,23 мкм 10 мкм .Сворачивание ———~

Рис. 2 а) Фотография ЗЬ.бОео(10/20 нм) микроспирали диаметром /3=1,5 мкм, шагом между витками й=5,23 мкм и шириной полоски пленки №=1,3 мкм. б) Фотография БЬ.бОсоУЗ! (40/100 нм) микроспирали диаметром 13 мкм, с 1п - контактами на сапфировой подложке. Измеренное сопротивление спирали составляет 10 кОм.

С целью определения оптимального режима формирования р+-81 и,1Ое^/В! трёхмерных структур в работе были проведены эксперименты, направленные на изучение влияния температуры водного раствора аммиака на процесс травления слаболегированной подложки кремния. Показано, что снижение температуры аммиачного травителя с +75 °С до 0°С приводит к уменьшению шероховатости поверхности слаболегированной подложки с 320 нм до 40 нм (8 раз) благодаря тому, что на её поверхности не образуется пузырьков газа, выделяющегося в процессе химической реакции. За счёт высокой селективности травления

шероховатость поверхности отсоединённой p+-SiGe/Si плёнки будет в 104 раз меньше, и сравнима с одним атомарным слоем. Из зависимости Аррениуса скорости травления установлена энергия активации химической реакции водного раствора аммиака с кремнием электронного типа (КЭФ40) £„=45,85 кДж/моль. Полученное значение энергии активации указывает на то, что гетерогенный процесс травления кремния в водных растворах аммиака лимитируется скоростью электрохимической реакции, а не механизмами диффузии реагентов и продуктов реакции вблизи поверхности раздела фаз жидкость - твёрдое тело.

В главе демонстрируются установленные в работе особенности процесса формирования SiGe/Si нанотрубок. На рисунке 3 представлено полученное при помощи просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР) изображение нанотрубки с рекордно малым внутренним диаметром 10 нм. Для изготовления таких нанотрубок была использована специальная p+-S io.2Ge08/Si/Geo.2S ¡м (1/1/0,5 нм) трёхслойная гетероструктура толщиной 18 монослоев, где верхний Si0 gGe0.2 слой обеспечивал дополнительную защиту среднего кремниевого слоя от стравливания. Известно, что добавление 10 % Ge в р+-кремний на 2 порядка увеличивает селективность травления. В стенках этой трубки были зарегистрированы кристаллические плоскости типа {111} (рис. 3) с межплоскостным расстоянием 3,1 А. Толщина нижней стенки нанотрубки (рис. 3), отмеченной буквой б, в два раза больше толщины верхней стенки - а, что свидетельствует о наличии второго витка напряжённой двухслойной плёнки.

Рис. 3 ПЭМВР-изображение выступающей за край подложки нанотрубки с внутренним диаметром 10 нм, полученной из пленки Sio,2Geo,8/Si/Sio,sGeo,2 (1/1/0,5 нм). На вставке показан увеличенный в 12,5 раз фрагмент нанотрубки.

В работе исследована зависимость диаметра трубок от толщины слоев в p^-SiGe/Si плёнке и величины внутренних напряжений, вызванных рассогласованием постоянных решёток материалов. Установлено, что сворачивание напряжённых плёнок SiGe/Si с толщиной от 7,0 до 2,5 нм приводит к формированию нанотрубок, диаметры которых составляют 100 + 10нм. Эти значения соответственно, в 3-10 раз меньше, чем предсказывает континуальная теория упругости. В то время как диаметры микротрубок в диапазоне от 0,6 до 20 мкм, сформированные из плёнок p+-SiGe/Si толщиной 9 +140 нм, отличаются от расчётных не более чем на 5 %. Изменение значений упругих констант [13] для SiGe/Si плёнок нанометровой толщины не приводит к резкому уменьшению расчётного значения диаметра нанотрубок. В настоящее время опубликовано две теоретические работы, в которых показано, что на процесс сворачивания напряжённых полупроводниковых плёнок толщиной несколько монослоев, значительное влияние оказывают поверхностная энергия [14] и реконструкция

поверхности [15]. При учете этих факторов расчётные значения диаметров нанотрубок только на 30 % меньше. Другая возможная причина сильного уменьшения диаметра нанотрубок - это формирование монослойного окисла на внешней SiGe поверхности нанотрубок, что является особенностью травления кремния в водных растворах аммиака. Окисел, формирующийся на внешней стороне сворачивающейся SiGe/Si плёнки, будет дополнительно растягивать SiGe слой и тем самым еще сильнее изгибать SiGe/Si плёнку. С внутренней поверхности трубка не окисляется при комнатной температуре, т.к. кристаллическая решетка кремния находится в сжатом состоянии, а в этом случае требуется дополнительная энергия для химической реакции кремния с кислородом.

Таким образом, в первой главе изложены методы и технологические основы формирования SiGe/Si микро- и нанотрубок, спиралей и приведены их структурные свойства и зависимость диаметров от толщин и внутренних напряжений.

Во второй главе описаны новые методы направленного изгиба и сворачивания напряжённых SiGe/Si плёнок в объекты сложной формы, а также их сборки в трёхмерные конструкции. Методы основаны на использовании сильной анизотропии латерального травления жертвенной подложки. Данные оригинальные методы составляют основу технологии массового изготовления SiGe/Si трёхмерных структур, совместимой с технологией изготовления пленарных интегральных схем.

При травлении жертвенной подложки по контуру литографически сформированной мезаструктуры освобождающаяся плёнка начинает сворачиваться со всех сторон одновременно, что является серьёзной проблемой при создании приборных структур на основе SiGe/Si трубок и спиралей. Для того, чтобы процесс формирования трубок был управляемым, необходимо не только отсоединить напряжённую плёнку от подложки, но и задать направление, в котором исходная планарная плёнка будет сворачиваться в трубку, и позиционироваться на подложке.

В диссертации предложен метод направленного сворачивания напряжённых плёнок SiGe/Si, который основан на использовании селективного анизотропного латерального травления монокристаллической жертвенной подложки кремния в водном растворе аммиака. Экспериментально установлено, что наибольшая анизотропия скоростей латерального травления кремния в водных распворах аммиака достигается на поверхности (110) и составляет Vuo : VlQ0: VUi = 10 : 4,8 : 1. На рисунке 4.а схематично представлена трёхмерная модель сворачивания SiGe/Si плёнки на краях длинных узких окон, ориентированных вдоль трёх кристаллографических направлений. Предложено подавлять травление жертвенной подложки кремния на тех краях (сторонах) литографической фигуры SiGe/Si плёнки, которые совмещены с линей пересечения вертикальных плотноупакованных атомных плоскостей типа {111} с поверхностью подложки. Поскольку процесс травления на самоформирующихся вертикальных гранях {111} идет намного медленнее, чем в любом другом направлении, то это

приводи г к резкому снижению скорости латерального травления подложки под плёнкой, а, следовательно, и к существенному замедлению сворачивания структурированной напряжённой плёнки с этих краев.

Установлено, что напряжённая SiGe/Si плёнка стабильно сворачивается в направлении максимальной скорости Уц0 латерального травления подложки в водном растворе аммиака. В то же время процесс сворачивания подавлен с тех сторон литографической фигуры, вдоль которых во время травления самоформируются вертикальные {111} стопорные грани - стенки. Эффективность метода продемонстрирована на примере управляемого направленного сворачивания длинных узких полосок SiGe/Si плёнки на подложке кремния (110) в свободные микротрубки-иголки (рисунок 4.6). Остановка химического травления на плотноупакованных атомных плоскостях {111} позволяет не только реализовать направленное сворачивание плёнки, но и создавать в подложке Si (110) сквозные окна. На основе данного эффекта был предложен и реализован способ получения отдельных чипов (рис. 4.в) с выступающими за их край трубками, включающий в себя сквозное протравливание подложки Si (110) в водном растворе КОН, получение концентраторов напряжений и последующее раскалывание кристалла по плоскостям спайности. Данные p+-SiGe/Si трубки могут быть основой таких устройств как микроканалы для жидкостей и микроиголки, трубчатые кантилеверы.

а)

НапР^ГГя

[001]

Наклонные плоскости {111} [1?0]

V™ V,,

Остановка травления

и сворачивания на вертикальных гранях {111}

<10

Вертикальные плоскости спайности {111}

Рис. 4 а) Схематичное изображение процесса травления подложки 51(110) и метода направленного сворачивания. Сворачивание двухслойной пленки идет в направлении [1 1 0] максимальной скорости латерального травления подложки кремния Уш^ отмеченного двумя жирными стрелками. СЭМ изображения: б) массива свободных (подвешенных) ЗЮе-трубок, с левой стороны прикрепленных к подложке; в) кремниевого чипа с выступающими за его край трубками-иглами. Диаметр Б^бСеоУЗ^.оСсо.! (20/20 нм) трубок составляет 4,6 мкм.

Дальнейшее развитие предложенного подхода направленного сворачивания получило в разработке метода управляемого преобразования напряжённых SiGe/Si плоских плёнок в сложные трёхмерные объекты и сборки 3D конструкций на их основе. Показано, что применение анизотропии травления кремниевой подложки (110) и анизотропии механических свойств монокристаллических плёнок при использовании литографических мезаструктур, учитывающих остановку травления на вертикальных гранях {111}, позволяет организовать контролируемый процесс последовательного сворачивания различных участков литографически структурированной напряжённой SiGe/Si плёнки. На первом этапе идёт сворачивание плёнки в направлении наибольшей скорости травления жертвенной подложки, отмеченном на рисунке 5.а как I{Умлх), и формируется непосредственно сам объект (например, сдвоенные трубки). Затем начинается удаление жертвенной подложки в направлении ii (рис. 5.6) под петлей, соединяющей трёхмерный объект с подложкой. Освобождаясь от связи с подложкой, петля из напряжённой SiGe/Si плёнки начинает изгибаться и поднимать уже сформированные трубки над подложкой. При полном удалении жертвенной подложки кремния под петлей происходит переворот трубок (рис. 5.а) в направлении ii изгиба петли. В качестве примера полученных данным методом сборки трёхмерных оболочек сложной формы и их конструкций на рисунке 5.в показаны перекрещивающиеся трубки с точечными контактами и вертикальные цилиндры (рис. 5.г). Данный метод не ограничен возможностью получения только этих двух типов объектов, а может быть использован для формирования и сборки SiGe/Si оболочек самых различных форм как микро-, так и наноразмеров.

В главе приводятся результаты исследований по использованию трёхмерных структур с вертикальными стенками, сформированными из прецизионных эпитаксиальных плёнок нанометровой толщины, в качестве штампа для нанопечатной литографии. При помощи методов направленного сворачивания и сборки из узких полосок двухслойной SiGe/Si плёнки толщиной 20 нм были сформированы двумерные массивы лежащих на подложке колец с вертикальными стенками. Продемонстрировано, что такие двумерные массивы тонкоплёночных оболочек прецизионной толщины можно использовать для создания отпечатков в полиметилметакрилате. Отметим, что за счет высокой точности получения эпитаксиальных слоев на атомарном уровне и высокой селективности травления подложки при отсоединении напряженной пленки SiGe/Si формирующиеся кольца имеют гладкие и прецизионные по толщине стенки.

В основе разработанных методов контролируемого формирования и сборки SiGe/Si микро- и нанообъектов лежит использование анизотропии механических и химических свойств самих материалов. Поскольку указанные свойства кремния сохраняются вплоть до нескольких нанометров, то становится возможным масшабирование трёхмерных объектов до наноразмеров. Созданные тонкоплёночные оболочки и конструкции готовы для применения в качестве элементов устройств в микроэлектромеханике.

а\ Остановка травления и сворачивания на в§йтикальных гранях {111}

1 - К„

Сворачивание трубок

ЗКЗе/в!'- трубки ПЛ И ХК "двустволка" 5*=

Подъём-переворот

^Трубки после переворота . Петля

/

Ямка травления

Цилиндр

Нижняя трубка ,•

Перекрестие

Св°Р, чПодъём Щ переворот

' Ямки травлен

Рис. 5 а-б) Схематичная иллюстрация процесса формирования трубок с последующим их подъемом - переворотом, а) Сворачивание пленки в трубки идёт во встречных направлениях I - 1'илх, имеющих наибольшую скорость латерального травления жертвенной подложки кремния, б) Травление жертвенной подложки под петлёй в направлении 11, что приводит к подъему и перевороту пары трубок, в-г) СЭМ изображения трехмерных ?МобСе(|У5[о,Сео.1 (20/20 нм) микроструктур, сформированных методом "подъема - переворота" отдельных объектов диаметром 4,5 мкм. в) Пересекающиеся трубки, г) Вертикально расположенный цилиндр (угол относительно плоскости подложки ~ 60°).

В третьей главе описаны методы создания трехмерных гибридных микро- и наностуктур, нанокомпозитных пленок. Исследовано влияние внутренних упругих механических деформаций в плёнке на радиус изгиба и форму трёхмерных структур в зависимости от геометрии и способов закрепления свободных напряжённых плёнок на подложке. Приведены результаты исследований СВЧ-методом процессов релаксации нестационарной фотопроводимости свободных тонких р+-81Се/51 плёнках и запечатанных в полимер оболочек.

Как и в планарной технологии интегральных схем, для создания функциональных устройств на основе трёхмерных структур требуются не только полупроводниковые напряжённые плёнки, но и ещё более сложные многослойные гибридные структуры, включающие в себя также слои металлов, диэлектриков, пьезоэлектриков и т.д. Это позволит существенно расширить области применения тонкоплёночных оболочек в микроэлектромеханике, микро- и наноэлектронике. Кроме того, актуальность данной задачи обусловлена потребностями быстро развивающимся направлением технологии "гибкой электроники", ориентированной на создание интегральных схем, электронной бумаги, дисплеев и фотоприемных устройств, электронной кожи и имплантантов, способных многократно изгибаться и выдерживать значительные механические деформации.

В работе были разработаны методы создания свободных трёхмерных микроструктур из напряжённых плёнок металл - полупроводник З^Се/ЗЮ и металл -диэлектрик - полупроводник 510е/51/513Ы4/Сг. Выбор металлического (Сг) и диэлектрического ^¡з^) слоев определялся, во-первых, высокой химической стойкостью этих материалов к водному раствору аммиака, травящего подложку кремния, и, во-вторых, наличием значительных встроенных механических напряжений растяжения, способствующих процессу сворачивания гибридных плёнок. Продемонстрировано, что на основе гибридных БЮв/БЮ плёнок возможно создание трёхмерных структур различных типов и форм: субмикронные консольные балки (рис. б.а), кольца, изогнутые и жёлобообразные балки (рис. б.б), трубки (рис. б.в) и спирали (рис. 6.д).

Рис. 6 СЭМ изображения трёхмерных металл-полупроводник SiGe/Si/Cr микроструктур, а-б) Изогнутые консольные балки Sio.gGeoySi/Cr (12/50/20 нм) с радиусом кривизны изгиба 3,2 мкм.

в) Подвешенная свободная Siu/.Gen VSi/Cr (20/20/20 нм) трубка длиной 210 мкм и диаметром 3,5 мкм.

г) Схематичное изображение исходной мезаструюуры, предназначенной для формирования свободной трубки. Жирной черной стрелкой указано направление сворачивания белой фигуры; в направлении белой стрелки, процесс сворачивания подавлен на формирующейся грани {111}. д) Массив микроспиралей Sio,6Geoi4/Si/Cr (10/7/20 нм) на подложке Si(UO).

На рисунке 7 показаны сформированные SiGe/Si/SbHt/Cr трёхмерные МДП структуры различной конфигурации с использованием плазмохимического и высокотемпературного нитрида кремния. Полученные трёхмерные МДП структуры находятся на значительном удалении от ее поверхности, т.к. закреплены на небольших пирамидках-'постаментах", сформировавшихся в результате анизотропного и селективного травления подложки. Особенно отчётливо это видно на увеличенном изображении SiGe/Si/Si3N4/Cr структуры в форме "короны" (рис. 7.6). Такая пространственная геометрия должна уменьшить влияние подложки на рабочие характеристики устройств. Так, например, должна увеличиться добротность ёмкостных и индуктивных элементов. Определены условия получения слоев Si3N4 и Сг, при которых эти материалы имеют внутреннею упругую деформацию растяжения 0,3-2%, необходимую для формирования микро- и нанооболочек.

Показано, что диаметром гибридных трубок можно управлять; подбирая толщины слоёв металла и диэлектрика; применяя дополнительные высокотемпературные отжиги, которые приводят к изменению механических напряжений в слоях Si3N4 и Сг; а также

Рис. 7 СЭМ изображения трехмерных МДП микрокроструктур ЗЮс/Э^з^/Сг. а-б) Радиус изгиба структуры БцнСеоУСплазмохимический 8!3К4)/81'Сг (20/20/75/20 нм) составляет 8 мкм. б) "Корона" закреплена на подложке на 4 пирамидках травления. в) Две подвешенные МДП - Э^ОеоУЗ ¡/(высокотемпературный - 800°С ЭЬ^/Сг (10/10/10/18 нм) трубки диаметром 3,8 мкм,

используя селективное стравливание отдельных слоев. В работе описан способ преобразования трёхмерных структур металл-полупроводник при помощи селективного сухого плазменного травления. Было показано, что при помощи реактивного ионного травления в С12+С02 плазме с поверхности сформированных изогнутых балок З^Ое/З ¡/Сг можно удалять слой хрома с высокой селективностью и таким образом трансформировать их в замкнутые БЮе/81 кольца. Во втором варианте добавление гексафторида серы (С12+С02+ позволило стравить с поверхности гибридных балок слои Сг и 81Се и сформировать практически плоские кремниевые балки нанометровых толщин. Установлено, что длительный высокотемпературный (650-800 °С) отжиг Б^Ое/в^з^ гетероструктур не приводит к релаксации и перемешиванию твёрдого раствора германия-кремния с близлежащими слоями. Способность напряжённых Б Юс/Б 1 плёнок выдерживать длительные высокотемпературные отжиги является немаловажным фактором с точки зрения технологии изготовления полупроводниковых устройств. Отметим, что возможности метода самосворачивания напряжённых тонких плёнок не ограничены использованием только Сг и а могут быть

распространены и на другие материалы, обладающие механическими напряжениями и достаточной селективностью травления. Предложенная технология создания гибридных БЮе/Э ¡/Сг и 81Се/81/31зЫ4/Сг трёхмерных структур является перспективной для изготовления микроконденсаторов, катушек индуктивности, болометров, полевых транзисторов на трубке и конструктивных блоков микроэлектромеханических устройств.

Разрабатывая технологию получения прецизионных гибридных объектов, необходимо знать зависимость радиусов изгиба от формы структур, а также уметь определять модули Юнга дополнительных тонких слоев металлов и диэлектриков, наносимых на напряжённые SiGe/Si плёнки. Для решения данной задачи в диссертационной работе были проведены экспериментальные исследования зависимости радиуса изгиба от формы объектов, в результате которых установлено, что узкие полоски и спирали имеют больший на 20-30% радиус изгиба, чем трубки, жёстко закреплённые на подложке вдоль всей своей длины. Это

вызвано тем, что трубка-свиток, имеющая жёсткое закрепление на подложке, не может растягиваться вдоль своей оси. В силу закона Гука внутренняя упругая деформация в плёнке вдоль оси трубки перераспределяется в направлении сворачивания и увеличивается на величину (1+v), что приводит к уменьшению радиуса изгиба. В случаях свободных одновитковых трубок, спиралей и узких балок плёнка может растягиваться как в направлении сворачивания, так и вдоль оси объекта, и, соответственно, радиус изгиба будет больше. На основании данного эффекта влияния поперечной деформации на радиус изгиба трёхмерных объектов различной формы предложен способ определения модуля Юнга в плёнках металлов и диэлектриков, нанесённых на SiGe/Si гетероструктуры. Способ включает следующие операции: определение радиусов изгиба гибридной узкой балки (спирали) и закреплённой па подложке трубки из эксперимента; решение системы двух уравнений относительно модуля Юнга и значения внутренней упругой деформации в слое металла или диэлектрика. Данным способом были установлены значения упругой деформации £<> и модули Юнга Е плёнок хрома толщиной 20 нм, полученных термовакуумным испарением (Cr: £¡>=1 %, Е-129,2 ГПа) и плазмохимического нитрида кремния толщиной 75 нм (S13N4: г«=0,38 %, £=320 ГПа). В случае плёнки хрома значение модуля Юнга в 2,2 раза меньше, чем для объёмного материала, в то время как найденные значения коэффициента жёсткости и внутренней деформации для плёнок Si3N4 согласуются с литературными данными для данного типа плёнок нитрида кремния.

На сегодняшний день одним из перспективных направлений нанотехнологии, является создание нанокомпозитных материалов, имеющих повышенную прочность и другие интересные свойства [1]. В работе разработан метод формирования нового класса свободных нанокомпозитных плёнок, состоящих из периодично расположенных трёхмерных наноструктур внутри полимерной матрицы. В его основе лежат следующие технологические операции: а) помещение подложки с заранее сформированными и закреплёнными на ней регулярными массивами трёхмерных структур в жидкий полимер; б) получение на поверхности подложки полимерной плёнки (полиимидная смола, полиметилметакрилат, химически стойкий лак) заданной толщины (20 - 500 мкм) при помощи центрифугирования; в) отсоединение высохшей полимерной плёнки от подложки приводит к отрыву тонкоплёночных объёмных структур от подложки, и они остаются запечатанными внутри неё. Использование гибридных структур и оболочек в качестве наполнителя в нанокомпозитах позволяет создавать материалы с новыми механическими и оптическими свойствами.

В результате модификации метода отсоединения p+-Si и гибридных пленок от кремниевой подложки были получены SiCVGeO^Ge-BCTpoeHHbie нанокластеры) мембраны нанометровых толщин. Исследования помещённых на медные сетки мембран методом ПЭМВР позволили установить, что плотность нанокластеров Ge (6 нм) в плёнке Ge02 может достигать 1,7-1012 см'2. На основе Si02/Ge02 (18/5 нм) мембран были сформированы микро- и

нанотрубки (0=55 нм), которые могут быть использованы при создании устройств электроники и оптоэлектроники.

Исследование электрофизических свойств тонкоплёночных оболочек имеет большое значение, как с точки зрения фундаментальных исследований, так и дальнейшего их практического применения. С уменьшением толщины полупроводниковых плёнок до нескольких нанометров определяющую роль в их проводимости играют такие процессы на поверхности и гетерограницах как скорость поверхностной рекомбинации, захваты носителей заряда поверхностными ловушками и модуляция области обеднения у поверхности.

В диссертационной работе были проведены исследования процессов релаксации нестационарной фотопроводимости (ФП) в тонкоплёночных р+-8!Ое/51 структурах, отсоединенных от подложки при помощи бесконтактного и неразрушающего СВЧ метода. В данном методе измеряется изменения отражённой от образца СВЧ - мощности, которые линейно связаны с избыточной проводимостью Ло(1) этого образца, вызванной оптическим возбуждением. Полупроводниковый образец ■ находящийся в СВЧ - поле (36,4 ГГц, 70 мВт) освещался импульсным полупроводниковым лазером ЛПИ-12 с длиной волны 910 нм, с длительностью импульса 120 нс и Фронтом импульса <10 не. При оптимальных условиях обеспечивается чувствительность Дао/сго~10Л где аа - проводимость плёнки на единицу поверхности. Методики измерений и обработки экспериментальных данных, позволяющие определять вклад рекомбинационных процессов в объёме и на поверхности кремния, отрабатывались нами ранее на тонких (~ 10 мкм) структурах кремний на изоляторе и кремний/кремний, полученных методом прямого сращивания 3>пластин. Отметим, что исследование свободных плёнок нанометровых толщин и трёхмерных тонкоплёночных наноструктур при помощи бесконтактных неразрушающих методов решает серьёзную проблему создания контактов к ним.

Образцы для исследований электрофизических свойств БЮе/З! плёнок СВЧ - методом измерения нестационарной фотопроводимости были изготовлены при помощи развитых в работе методов формирования и отсоединения БЮе/Б! и нанокомпозитных плёнок от подложки. Отметим, что отсоединение БЮеЖ плёнок и оболочек от подложки позволило исключить её влияние на результаты измерений. Было показано, что свойства поверхности свободных и помещенных в полимер р+-8Юе/81 оболочек (рис. 8) можно изучать с помощью измерений релаксации нестационарной ФП. Из рис. 8 видно, что кривая релаксации фотопроводимости Аа{1) для свободной плёнки (мембрана) содержит долговременную компоненту (с характерным временем т~ 40 мке), обусловленную процессами захвата носителей заряда на поверхностные ловушки. При помещении тонкой плёнки в лак долговременная компонента ФП исчезает, что объясняется пассивацией поверхностных состояний, связанных с данным типом ловушек. Таким образом, продемонстрировано, что бесконтактный СВЧ метод релаксационной спектроскопии нестационарной

фотопроводимости может быть эффективным методом диагностики и экспресс контроля поверхности тонкопленочных микро- и нанооболочек.

О 0,2 0,4 0,$ Время, мкс

Основные результаты и выводы диссертационной работы

Предложены и разработаны методы формирования трёхмерных микро- и наноструктур на основе свободных 51Се/31 напряжённых плёнок. В диссертации решены следующие ключевые проблемы формирования ЗО тонкоплёночных наноструктур: отсоединение 31Сс/51 плёнок нанометровых толщин от подложки кремния; контролируемый и направленный изгиб и сворачивание напряжённых плёнок в сложные оболочки и их сборка в трёхмерные конструкции; создание ЗБ гибридных структур и нанокомпозитных плёнок. Исследованы структурные, упругие и неравновесные электрические свойства тонкоплёночных ЭЮс/Э! оболочек. Основные результаты и выводы проведённых исследований состоят в следующем:

1. Впервые осуществлено контролируемое освобождение р^-ЗЮе/Б! плёнок нанометровых толщин от кремниевой подложки и сформированы Б1Се/51 трёхмерные микро- и наноструктуры (трубки, спирали, желоба и конструкции сложной формы). Продемонстрировано, что напряжённые 81Се/Э1 бислойные плёнки толщиной 2,5 нм сворачиваются в трубки-свитки с рекордно малым диаметром 10 нм.

2. Исследована селективность травления жертвенного слоя и подложки п-Б!, относительно сильнолегированных бором плёнок кремния в водных растворах аммиака. Установлено, что водный раствор аммиака обладает максимальной селективностью травления слаболегированной подложки кремния по отношению к р+-5)Се/31 плёнкам. Оптимизация условий травления, а также достижение предельного уровня легирования бором 1-2-Ю20см"3 напряжённых БЮе/З! плёнок позволяет добиться увеличения селективности травления до рекордного уровня 104 для кремниевых монокристаллических систем.

3. Предложены и реализованы методы направленного изгиба и сворачивания свободных напряжённых БЮе/З! плёнок в микро- нанооболочки и их контролируемой сборки в трёхмерные конструкции. Методы основаны на использовании высокой анизотропии латерального травления подложки или жертвенного слоя кремния. Разработан принцип создания масок, края которых ориентируются относительно кристаллографических

Рис. 8 Сигналы фотопроводимости, измеренные при комнатной температуре в р+-81о.7Сео.з/51 (5/10 нм) плоской плбнке и в гибридных Sio.45Geo.35/Siu.e5Geo.15/Cr (3 / 10 / 25 нм) спиралях, запечатанных в свободную пленку химически стойкого лака.

Момент выключения лазера (1=0) - начало отсчета спада релаксации ФП.

направлений быстрого и медленного травления. Установлено, что наибольшая латеральная анизотропия скоростей травления подложки кремния в водных растворах аммиака достигается на подложке кремния (110) и составляет У110: У10о : Ущ = 10 : 4,8 : 1. Работоспособность предложенных методов продемонстрирована на примерах формирования упорядоченных массивов свободных трубок, колец, спиралей и чипов с выступающими за край трубками-иглами.

4. Установлено, что зависимость диаметров микротрубок от толщины р+-510е/81 бислойной плёнки и несоответствия параметров решеток описывается континуальной теорией упругости, в то время как диаметры нанотрубок сильно отличаются от расчётных. Отличие возрастает с уменьшением диаметра и достигает 10 раз для трубки с диаметром 10 им. Методом ПЭМВР показано, что 810е/81 нанотрубки с внутренним диаметром 10 нм имеют монокристаллические стенки.

5. Показано, что при изготовлении трёхмерных структур исходные р+-8!Ое/81 гетероструктуры, выращенные методом химического осаждения из газовой фазы, имеют существенное преимущество по сравнению с МЛЭ гетероструктурами, прежде всего за счёт меньшего содержания сквозных дефектов и большей химической стойкости при травлении.

6. Впервые созданы гибридные металл-полупроводник ЗЮс/ЗЬ'Сг и металл-диэлектрик-полупроводник 810е/ЗЬ,313К4/Сг трёхмерные тонкоплёночные микро- и наноструктуры,

7. Исследована зависимость диаметра трубок, спиралей и узких колец от вклада поперечных деформаций в процесс изгиба и сворачивания напряженной плёнки при её отсоединении от подложки. Экспериментально показано, что спирали и узкие полоски напряжённой плёнки имеют больший радиус изгиба, чем трубки с жёстким закреплением на подложке по всей своей длине, т.к. нет релаксации механических напряжений вдоль оси трубки. На основании данного эффекта предложен способ определения модуля Юнга и упругой деформации тонких плёнок металлов и диэлектриков, нанесённых на 81Се/51 гетероструктуры. Были установлены значения упругой деформации во и модули Юнга Е плёнок хрома толщиной 20 нм, полученных термовакуумным испарением (Сг: £¿=1 %, £=129,2 ГПа) и плазмохимического нитрида кремния толщиной 75 нм (513Ы4: гв=0,38 %, £=320 ГПа).

8. Разработан метод формирования нового типа нанокомпозитных плёнок, представляющих собой полимерную матрицу с периодично расположенными в ней двумерными массивами нанооболочек, что достигается за счет предварительного позиционирования нанооболочек на подложке.

9. С помощью СВЧ метода измерения релаксации нестационарной фотопроводимости установлено, что у помещённых в полимер р*-8Юе/81 плёнок нанометровых толщин в отличие от свободных плёнок отсутствует долговременная компонента сигнала фотопроводимости. Это может быть объяснено пассивацией поверхностных состояний.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих 22

работах (включая 12 статей, 10 тезисов и расширенных сообщений в сборниках трудов

конференций):

1. Принц В.Я., Голод С.В. Упругие нанооболочки на основе кремниевых плёнок: формирование, свойства и практическое применение. - Прикладная механика и техническая физика, 2006, Т. 47, № 6, стр. 114-128.

2. Golod S.V., Prinz V.Ya., Mashanov V.I. Directional-rolling method for strained SiGe/Si films and its application to fabrication of hollow needles. - Thin Solid Films, 2005, v. 489, 1-2, pp. 169-176.

3. Golod S.V., Prinz V.Ya., Wagli P., Zhang L., Kirfel O., Deckhardt E., David C., Grutzmacher D. Freestanding SiGe/Si/Cr and SiGc/Si/Si„N>/Cr microtubes. - Appl. Phys. Lett., 2004, v. 84, 17, pp. 3391-3393.

4. Golod S.V., Prinz V.Ya., Mashanov V.I., Gutakovsky A.K. Fabrication of conducting GeSi/Si micro- and nanotubes and helical microcoils. - Semicond. Sci. Technol., 2001, v. 16(3), pp. 181-185.

5. Golod S.V., Grutzmacher D„ David C., Deckardt E., Kirfel O., Mentesc S., Ketterer B. Fabrication of SiGe/Si/Cr bent cantilevers based on self-rolling of epitaxial films. -Microelectronic Engineering, 2003, v. 67-68, pp. 595-601.

6. Zhang L., Golod S.V., Deckardt E., Prinz V., Grutzmacher D. Free-standing Si/SiGe micro- and nanoobjects. - Physica E, 2004, 23, pp. 280-284.

7. Grutzmacher D., Kirfel O., Deckhardt E., Zhang L., Golod S., Prinz V., Wagli P. Free-standing Si/SiGe micro- and nanotubes for microelectronics. In: eds. Serge Luryi, Jimmy Xu, Alex Zaslavsky (Eds.) Future Trends in Microelectronics: The Nano, the Giga, and the Ultra, John Wiley & Sons-IEEE Press Publication, September 2004, pp. 235-242.

8. Buldygin S.A., Golod S.V., Kamaev G.N., Skok E.M. A Study of Interface States of Directly bonded Silicon-on-Insulator Structures. - J. Crystal Growth, 2000, Vol. 210, Issue 1-3, pp. 107 111.

9. Kamaev G.N., Golod S.V., Skok E.M., Fedotov A., Mazanik A. Characterization of Interfacial States at Silicon Bicrystals. - Solid-state phenomena, 2002, Vols. 82 84, pp. 801 - 806.

10. Prinz V.Ya., Golod S.V., Mashanov V.I., Gutakovsky A.K. Free-standing conductive GeSi/Si helical microcoils, micro- and nanotubes. - Inst. Phys. Conf. Ser. 2000, № 166, pp. 203-206.

11. Buldygin S.A., Golod S.V., Kamaev G.N., Skok E.M., Tarlo D.G. Characterisation of interface states of directly bonded structures. - Inst. Phys. Conf. Ser. No 160, 1997, pp. 277 - 280.

12. Buldygin S.A., Golod S.V., Preobrazhenskii V.V., Semyagin B.P., Skok E.M., Tarlo D.G. Computer controlled microwave transient photoconductivity for nondestructive characterization of GaAs-substrates. - Materials Science & Engineering B, 1997, Vol. B44, pp. 223 - 227.

13. Naumova E.V., Prinz V.Ya., Golod S.V., Seleznev V.A. Novel continuous regular 3D micro- and nanoshell systems design, fabrication, study and possible applications. - Proceedings of the 14th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 26-30 June 2006, pp. 107-108.

14. Gorokhov E.B., Volodin V.A., Marin D.V., Cherkov A.G., Borisov A.G., Golod S.V. Study of optical properties of Ge nanoclusters in dielectric films using scanning ellipsometry. -Proceedings of the 14th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 26-30 June 2006, pp. 170-171.

15. Naumova E.V., Prinz V.Ya., Seleznev V.A., Golod S.V. Polarization rotation of THz radiation by an array of helices. - Abstract book of Joint 31st International Conference on Infrared Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics. 18-22 September, 2006, Shanghai, China, p. 351.

16. Gorokhov E.B., Volodin V.A., Marin D.V., Cherkov A.G., Borisov A.G., Golod S.V. Ge quantum dots in Ge02: synthesis, properties, applications. - Abstract book of 28th International Conference on the Physics of Semiconductors. Vienna, Austria, 24-28 July 2006, FrM2k.9.

17. Golod S.V., Prinz V.Ya., Grützmacher D., Kirfel O., Zhang L., Deckhardt E., David C., Glaus F., Wägli P. Free-standing SiGe/Si/Cr and SiGe/Si/SixNy/Cr microtubes. - Autumn School on Materials Science and Electron Microscopy 2003. September 27th - October 1st, Berlin, Germany, Poster N12.

18. Grützmacher D., Zhang L., Golod S., Prinz V. Novel Device Concepts for SiGe Nanoelectronics. - The 2004 Joint International Meeting combines the 206th Meeting of The Electrochemical Society (ECS) and the 2004 Fall Meeting of The Electrochemical Society of Japan (ECS J) and is technically cosponsored by The Japan Society of Applied Physics (JSAP). Honolulu, Hawaii, October 3-8, 2004, Abs. 2230.

19. Grützmacher D., Golod S., Kirfel O., Deckhardt E„ Zhang L., Wägli P., Prinz V. Free-standing Si/SiGe microtubes. - 12th Euro-MBE Workshop, Bad Hofgastein, Austria, February 16 - 19, 2003, TuA1.4.

20. Golod S.V., Grützmacher D., David C., Deckardt E„ Kirfel O, Mentese S., Ketterer B. Fabrication of SiGe/Si/Cr bent cantilevers based on self-rolling of epitaxial films. - Micro- and nanoengineering, 2002. International Conference. Lugano, Switzerland, September 16-19, 2002.

21. Prinz V.Ya.,Golod S.V., Mashanov V.l. and Gutakovsky A.K. Free-standing conductive GeSi/Si helical microcoils, micro- and nanotubes. Workbook of the 261'1 International Symposium on Compound Semiconductors "ISCS-26", Berlin, Germany, August 22-26 1999, WeP-25.

22. Prinz V.Ya., Golod S.V., Mashanov V.l. Free-standing GeSi/Si micro- and nanotubes. -Proceedings of the 7th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 13-16 June 1999, pp. 536-538.

Список цитируемой литературы

1. Роко К., Уильяме Р.С., Аливисатос П. Нанотехнология в ближайшем десятилетии, прогноз направления исследований. Перевод с англ. под редакцией А.В. Хачояна, Р.А.Андриевского. - Москва: «Мир», 2002.

2. Lu W., Xiang J., Timko В. P., Wu Y., and Lieber С. M. One-dimensional hole gas in germanium_silicon nanowire heterostructures. - Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2005, v. 102, №. 29, pp. 10046-10051.

3. Захарова Г.С., Волков В.Л., Ивановская B.B., Ивановский А.Л. Нанотрубки и родственные наноструктуры оксидов металлов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005, 243 с.

4. Cho A. Pretty as you please, curling films turn themselves into nanodevices. - Science. 2006. V. 313, N5784, pp. 164-165.

5. Леденцов H.H., Устинов B.M., Щукин B.A., Копьев П.С., Алферов Ж.И., Бимберг Д. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. - ФТП, 1998, т. 32, вып. 4, стр. 385-410.

6. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon. - Nature, 1991, v. 354, pp. 56-58.

7. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства. - Успехи физических наук, 2002, Том 172, № 4, стр. 401-438.

8. GrobertN. Nanotubes - grow or go? - Materials Today, 2006, v. 9, No. 10, p. 64.

9. Prinz V.Ya., Seleznev V.A., Gutakovsky A.K., Chehovskiy A.V., Preobrazhenskii V.V., Putyato M.A., Gavrilova T.A. Free-standing and overgrowth InGaAs/GaAs nanotubes, nanohelicies and their arrays. - PhysicaE, 2000, 6(1-4), pp. 828-831.

10. Принц В.Я., Селезнев B.A., Чеховский А.В. Самоформирующиеся полупроводниковые микро- и нанотрубки. - Микросистем. Техника, 2003, № 6. стр. 29-34.

11. Prinz V.Ya., Vorob'ev А.В., Seleznev V.A. Three-dimensional structuring using self-rolling of strained InGaAs/GaAs films. - Inst. Phys. Conf. Ser. 2002, № 170, pp. 319-323.

12. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин B.A. Основы наноэлектроники. — Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2004. 496 с. - (Серия "Учебники НГТУ").

13. Кривцов А.М., Морозов Н.Ф. Аномалии механических характеристик наноразмерных объектов. - Доклады Академии наук, 2001, 381(3), С. 825-827.

14. Bolesta A.V., Golovnev I.F., Fomin V.M. InGaAs/GaAs nanotubes simulation: Comparison between continual and molecular dynamics approaches. - Сотр. Mater. Scien. 2006, 36 (1-2), pp. 147-151.

15. Liu F. Mechanical bending of nanoscale thin films: dominating role of atomic surface reconstruction and intrinsic surface stress - Abstract, of the 15th U.S. Nat. congress on theor. and appl. mech. Boulder: Univ. of Colorado, 2006. N 693.

Подписано к печати 16 ноября 2006 г. Тираж 100 экз. Заказ № 1916. Отпечатано "Документ-Сервис", 630090, Новосибирск, Институтская 4/1, тел. 335-66-00

Dmin - минимальный диаметр трубки; кс - критическая толщина псевдоморфизма;

V- коэффициент Пуассона; а, - постоянная решетки подложки; ау- постоянная решетки эпитаксиалыюй пленки;

Упл - скорость травления отсоединяемой пленки;

Ужерт - скорость травления жертвенного слоя; - время травления;

М2 - уменьшение толщины верхнего слоя; • толщина верхнего слоя Б! после утонения; - скорость травления верхнего р+-81 слоя; Быстр и Яжспер ~ экспериментальные значения диаметра и радиус изгиба; Аиеор - теоретическое (расчетное) значение диаметра; Ие- приближенное значение от диаметра свободных трубок; Бкол и Якол- диаметр и радиус изгиба узкого кольца; Двоб и Ясв0б- диаметр и радиус изгиба свободной трубки;

Изакр и Язакр - диаметр и радиус изгиба трубки, имеющей жесткое закрепление к подложке вдоль всей своей длины; йп - диаметр трубки из полупроводниковой пленки; ймп - диаметр трубки пленки металл-полупроводник; йщп - диаметр трубки пленки металл-диэлектрик-полупроводник; У- скорость травления; Еа - энергия активации реакции травления;

Ао - параметр химической реакции при постоянной концентрации травителя;

Т-температура;

АТ- изменение температуры;

ХСЛ - химически стойкий лак;

УЗ - ультразвуковое;

ACM - атомно-силовой микроскоп;

AT - анизотропия травлени;

Е - модуль Юнга;

- коэффициент Пуассона, учитывающий поперечную деформацию материала вдоль края сворачивания (вдоль формирующейся трубки); vi - коэффициент Пуассона, учитывающий поперечную деформацию в направлении нормали поверхности сворачиваемой пленки; С - тензор коэффициентов упругости; а- механические напряжения; е-деформация;

Wynp - энергия упругой деформации на единицу площади пленки; É- приведенный модуль Юнга;

Е/- приведенный модуль Юнга для пленки, подвергающейся двуосной деформации; Б/-приведенный модуль Юнга для сворачивающейся пленки, закрепленной на подложке; h - шаг между витками спирали; р- угол разориентации между полоской SiGe/Si и направлением сворачивания; W- ширина сворачиваемой полоски пленки;

ПЭМВР - просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения; hkl - индексы Миллера;

Vpoo], Vpioj, Vfinj - скорости травления кремния в направлениях [100], [110] и [111], соответственно; Умах- максимальная скорость травления; Умт - минимальная скорость травления; НПЛ - нанопечатная литография; ПММА -электронный резист;

МП - металл-полупроводник;

МДП - металл-диэлектрик-полупроводник;

Я - радиус кривизны изгиба; нейтральная поверхность; стх - продольное напряжение вдоль балки в х - направлении; £о - начальная деформация; х - продольная деформации вдоль балки в х - направлении; К - кривизна изгиба; сЫ - длина элемента, расположенного между двумя смежными поперечными сечениями тп и рд; ус - расстояние от нейтральной поверхности; с05—элемент площади поперечного сечения балки; Е1 - изгибная жесткость;

I- момент инерции площади поперечного сечения относительно нейтральной оси г, Оу, а2 - поперечные напряжения вуиг направлениях, соответственно; /^=7+V - множитель перед начальной деформацией £ в однослойной пленке; =(1 + &2у,)- множитель перед начальной деформацией £ в многослойной пленке; и к,2 - коэффициенты, которые могут принимать значения равные 0 и 1;

- модуль Юнга ¡-го слоя; Е( - приведенный модуль Юнга ьго слоя; сгХ1 - напряжение в /-ом слое в х - направлении; £а - начальная деформация в /-ом слое; (¡1 - толщина /-ого слоя;

-деформация, вызванная несоответствием кристаллических решеток между / и /+7-ым слоями; У1 - координаты границ слоев; а, - постоянная решетки подложки свободном состоянии; а, - постоянная решетки z'-го слоя в свободном состоянии; vsiGe - коэффициент Пуассона напряженного SiGe слоя; Босг ~ деформация в пленке хрома; osbn4 - деформация в пленке нитрида кремния;

То - напряжения в пленке хрома;

Tsi3N4 ~ напряжения в пленке нитрида кремния;

НД-ХОГФ - химическое осаждение из газовой фазы при высокой температуре и низком давлении;

П-ХОГФ - плазмохимическое осаждение из газовой фазы;

Т0тж - температура отжига;

Треста - температура роста;

Esim • модуль Юнга нитрида кремния;

Esem - модуль Юнга хрома;

СВЧ - сверхвысокие частоты;

ФП - фотопроводимость; ста - проводимость пленки на единицу поверхности; А<за- фотопроводимость на единицу поверхности; de - толщина верхней пластинки диэлектрика; d„ - толщина нижней пластинки диэлектрика; f | - модуль коэффициента отражения; изменение коэффициента отражения; kg- длина волны СВЧ излучения в волноводе;

Хо- длина волны СВЧ излучения в свободном пространстве;

С¡о- сигнал на выходе СВЧ детектора;

Ли о - изменение сигнала на выходе СВЧ детектора; - поверхностный потенциал;

1Утах - максимальная толщина обедненного слоя; т0б - объемное время жизни; г, - время релаксации определяемое поверхностной рекомбинацией; тэфф - эффективное время жизни;

7} - характерное время /-го канала релаксации фотопроводимости;

- длительность импульса лазера; Ризл - мощность излучения; Ап - неравновесные электроны; ф - неравновесные дырки; щ - равновесная концентрация электронов; ро - равновесная концентрация дырок; и, - собственная концентрация; ^ - скорость поверхностной рекомбинации; а - коэффициенте поглощения света; к - постоянная Планка V- частота излучения (света) //„ - подвижность электронов; цр - подвижность дырок; ^ - заряд электрона; НК - нанокластеры;

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Формирование и исследование БЮе/Б! микро- и нанотрубок, спиралей

1.1. Введение.

1.2. Метод формирования микро- и нанотрубок из напряженных 8Юе/81 пленок.

1.3. Исследование процессов взаимодействия кремния с водными растворами аммиака.

1.4. Формирование и исследование свойств 8Юе/81 микроспиралей.

1.5. Формирование 8Юе/81 нанотрубок.

1.6. Выводы.

Глава 2. Методы управляемого сворачивания напряженных пленок 810е/81 в сложные трехмерные объекты и их сборки в конструкции.

2.1. Введение.

2.2. Разработка метода направленного сворачивания напряженных 8Юе/81 пленок, основанного на анизотропии травления кремния.

2.2.1. Анизотропия латерального травления жертвенной подложки 81 (110).

2.2.2. Применение метода направленного сворачивания напряженных 810е/81 пленок для создания полых игл.

2.3. Разработка метода сборки 810е/81 микрооболочек в сложные трехмерные конструкции.

2.4. Исследование возможностей формирования упорядоченных массивов спиралей.

2.5. Применение массивов SiGe/Si вертикальных колец в нанопечатной литографии.

2.6. Выводы.

Глава 3. Формирование и исследование структур па основе гибридных и композитных пленок.

3.1. Введение.

3.2. Расчет диаметров трубок на основе свободных многослойных пленок с внутренними механическими напряжениями и.

3.2.1. Анализ вклада поперечных деформаций в продольные напряжения при изгибе однородной тонкой пленки.

3.2.2. Изучение зависимости диаметра гибридных оболочек от внутренних напряжений в многослойной пленке и способа ее закрепления на подложке.

3.2.3. Способ определения упругих напряжений и модуля Юнга в аморфных пленках металлов и диэлектриков.

3.3. Формирование металл - полупроводниковых SiGe/Si/Cr консольных балок, желобов и колец. Исследование зависимостей радиуса изгиба от ширины балок и внутренних напряжений в пленке.

3.4. Формирование и исследование оболочек из напряженных пленок металл-диэлектрик-полупроводник S i Ge/S i/S ijNVCr.

3.5. Метод формирования напокомпозитных пленок с запечатанными массивами трехмерных объектов.

3.6. Исследование процессов релаксации фотопроводимости в 8Юе/81 -тонкопленочных мембранах и запечатанных в полимерную матрицу массивах трехмерных объектов.

3.6.1 Введение.

3.6.2. Методика приготовления образцов и принцип работы измерительной СВЧ - установки.

3.6.3. Анализ экспериментальных данных по измерению релаксации фотопроводимости в БЮе/Б! - тонкопленочных мембранах и запечатанных в полимерную матрицу массивах трехмерных объектов.

3.7. Разработка методов исследование ЗЮг/ОеОг мембран и трубок со встроенными Се - нанокластерами.

3.8. Выводы.

ВЫВОДЫ.

Создание и исследование наноструктур, размеры которых сопоставимы с размерами молекул и атомов, является одним из приоритетных направлений современной науки и техники [1]. Наноструктуры и приборы на их основе призваны обеспечить прорыв в таких областях, как производство новых материалов, электроника, медицина, энергетика, защита окружающей среды, биотехнология, информационные технологии и национальная безопасность. Ожидается, что устройства на основе наноструктур будут обладать большим быстродействием, меньшим энергопотреблением и принципиально новыми возможностями по сравнению с существующими приборами микронных размеров. В течение последнего десятилетия был достигнут значительный прогресс в формировании и исследовании полупроводниковых и гибридных нанопроволок [2], наиотрубок [3-4], квантовых точек [5], а также углеродных нанотрубок [6]. Однако, до тех пор, пока не будет решена ключевая проблема воспроизводимого получения наноструктур, имеющих точно заданные размеры, расположение на подложке и свойства, изготовление устройств останется на уровне лабораторных разработок, не отвечающих требованиям массового производства [7].

Одним из перспективных методов, который позволяет решить проблему воспроизводимого создания наноструктур, является метод формирования прецизионных трёхмерных (30) нанооболочек, основанный на управляемом изгибе и сворачивании освобождённых от связи с подложкой напряжённых плёнок [8-11]. Данным методом были получены прецизионные по диаметру и длине ¡пОаАз/ОаАз нанотрубки и спирали, а также другие объекты сложной трёхмерной конфигурации [8-11]. Диаметр формируемых трубок £) ~ с!/(Аа/а) точно задаётся в диапазоне от 2 нм до 100 мкм толщиной сворачиваемой двухслойной плёнки с1 и рассогласованием постоянных решёток Да/а материалов ¡пваАБ и ваАБ. Важно также подчеркнуть, что переход от планарных полупроводниковых микроструктур к свободным ЗЭ наноструктурам открывает новые возможности для изготовления приборов и систем наномеханики и наноэлектроники.

В настоящее время наиболее технологичным материалом интегральных схем (ИС) и микроэлектромеханических систем (МЭМС) является кремний. На момент начала данной работы не существовало методов создания прецизионных кремниевых нанотрубок и оболочек. Вместе с тем ожидается [4], что кремниевые нанотрубки, тонкопленочные оболочки и сложные трёхмерные конструкции на их основе найдут широкое практическое применение в электронике, микроэлектромеханике и оптоэлектронике. С точки зрения фундаментальных исследований интерес вызывают свойства свободных сверхтонких плёнок кремния, т.к. известно, что многие материалы при переходе к наноразмерам изменяют свои упругие, структурные и электрические свойства [1]. Отметим некоторые достоинства применения кремния для ЗЭ наноструктурирования: обеспечивается совместимость и преемственность технологий ИС и трёхмерных наноструктур; Б! и его соединения являются твёрдыми и прочными материалами; возможность имплантации кремниевых микромеханических устройств в живые ткани человека; низкая стоимость подложек больших размеров. Кроме того, в современной технологии кремниевых ИС хорошо отработаны методы получения качественных тонких проводящих слоев силицидов металлов и плёнок диэлектриков (БЮг и Б1зК4), что может быть использовано для создания гибридных микро- и нанооболочек. В этой связи формирование и исследование прецизионных трёхмерных наноструктур на основе тонких кремниевых плёнок является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы заключалась в разработке научных основ технологии изготовления трехмерных микро- и наноструктур из напряженных БЮе/Б! пленок, а также в исследовании механических, электрических и структурных свойств полученных объектов.

Для достижения этой цели требовалось решить следующие задачи:

1. Найти способ высокоселективного травления жертвенного слоя на основе кремния, позволяющего отсоединять эпитаксиальные напряжённые БЮе/Б! плёнки нанометровых толщин от подложек кремния и контролируемо преобразовывать их в нанотрубки.

2. Исследовать особенности процессов травления кремния и разработать методы направленного сворачивания напряжённых 810е/81 плёнок в микро- нанооболочки и их контролируемой сборки в трёхмерные конструкции.

3. Разработать методы изготовления свободных гибридных тонкоплёночных трёхмерных микро- и наноструктур, включающих в себя слои полупроводников, металлов и диэлектриков фве/Б^металл, 810е/81/диэлектрик/металл).

4. Исследовать значения упругих констант и деформации в диэлектрических и металлических Сг плёнках в зависимости от их толщины. Исследовать методы управления встроенными механическими напряжениями в диэлектрических и металлических плёнках. Изучить влияние внутренних упругих механических напряжений в плёнке на радиус изгиба трёхмерных структур.

5. Разработать способ формирования свободных нанокомпозиционных плёнок, состоящих из периодично расположенных трёхмерных наноструктур внутри полимерной матрицы.

6. Исследовать проводимость и состояния на поверхности отсоединённых от подложки 810е/81 плёнок нанометровых толщин с помощью сверхвысокочастотного (СВЧ) метода измерения релаксации нестационарной фотопроводимости.

Научная новизна работы

• Впервые в системе германий-кремний реализовано контролируемое отсоединение напряжённых 81Се/81 плёнок нанометровых толщин от кремниевой подложки. Впервые сформированы ЗЮе^ трёхмерные микро- и наноструктуры с радиусом изгиба от 5 нм до 20 мкм.

• Впервые исследовано структурное совершенство 81Се/81 нанотрубок. Показано, что нанотрубки, в том числе с диаметром 10 нм, имеют монокристаллические стенки.

• Предложены и разработаны методы направленного сворачивания напряжённых БЮе/Б! плёнок в объекты сложной формы и их сборки в трёхмерные конструкции. Методы основаны на использовании сильной анизотропии латерального травления жертвенной подложки кремния.

• Исследована зависимость диаметра трубок, спиралей и узких колец от вклада поперечных деформаций в процесс изгиба и сворачивания напряженной плёнки при ее отсоединении от подложки. Экспериментально показано, что спирали и узкие полоски напряжённой плёнки имеют больший радиус изгиба, чем трубки с жёстким закреплением на подложке по всей своей длине. В силу того, что жёсткое закрепление плёнки на подложке препятствует релаксации механических напряжений вдоль оси трубки, увеличивается вклад упругой деформации в направлении сворачивания плёнки, вследствие чего уменьшается радиус изгиба. Предложен способ определения модуля Юнга и упругой деформации тонких плёнок металлов и диэлектриков, нанесенных на БЮе/Б! гетероструктуры, основанный на измерении радиусов изгиба гибридных объектов различной формы.

• С помощью СВЧ метода измерения релаксации нестационарной фотопроводимости установлено, что у помещённых в полимер р^йе^ плёнок нанометровых толщин в отличие от свободных плёнок отсутствует долговременная компонента сигнала фотопроводимости. Что может быть объяснено пассивацией поверхностных состояний.

Практическая значимость работы

• Разработаны основы технологии формирования прецизионных 81Се/Б1 и гибридных (металл/полупроводник, диэлектрик/металл/полупроводник) трёхмерных микро- и наноструктур. Созданы 81Се/Бь БЮе/Б^Сг и БЮе/Б^з^/Сг трёхмерные структуры, которые перспективны для практического применения в микро- и наноэлектромеханике, наноэлектронике и гибких элементах сложных систем.

• Разработаны новые методы направленного сворачивания р+-Б10е/81 плёнок в оболочки и их сборки в трёхмерные конструкции, имеющие заданные размеры, форму и расположение на подложке.

• Показано, что для массового формирования прецизионных ЗБ микроструктур р+-8Юе/Б1 плёнки, синтезированные методом химического осаждения из газовой фазы, имеют преимущество по сравнению с плёнками, выращенными методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), прежде всего за счет меньшего содержания сквозных дефектов и большей химической стойкости при травлении.

• Определены оптимальные условия травления кремния в водных растворах аммиака и установлена величина анизотропии латерального травления УщахА^п = 10 на подложках кремния ориентации (110).

• Показано, что лежащие (закреплённые) на подложке массивы 8Юе/Б1 колец с вертикальными стенками могут быть использованы в качестве штампа для создания отпечатков в электронном резисте.

• Предложен способ формирования нанокомпозитных плёнок на основе полимерной матрицы со встроенными регулярными двумерными массивами оболочек.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Методом селективного травления подложки кремния осуществимо контролируемое отсоединение напряжённых р+-8Юе/81 плёнок нанометровых толщин от подложки и формирование из них нанотрубок, спиралей и консольных балок.

2. Анизотропия латерального травления кремния и упругая деформация напряжённых 810е/81 плёнок являются основными факторами контролируемого направленного преобразования плёнок в нанооболочки сложной формы и трёхмерные конструкции.

3. р+-810е/81 пленки, выращиваемые методом химического осаждения из газовой фазы и высокоселективный травитель на основе аммиака, используемый при низких температурах, обеспечивают наивысшую воспроизводимость процесса формирования трёхмерных 8Юе/81 микро- и наноструктур.

4. Сравнение радиусов изгиба гибридных трёхмерных структур различной формы позволяют определить модули Юнга тонких металлических и диэлектрических плёнок, нанесённых на 810е/81 структуры.

5. Реализуема система тонкоплёночных нанооболочек, строго периодично расположенных в свободной полимерной плёнке. Ключевым этапом процесса формирования свободных полимерных плёнок со встроенными упорядоченными двумерными массивами нанооболочек является предварительное позиционирование нанооболочек на подложке при помощи литографии.

ВЫВОДЫ

Предложены и разработаны методы формирования трёхмерных микро- и наноструктур на основе свободных 8Юе/81 напряжённых плёнок. В диссертации решены следующие ключевые проблемы формирования 30 тонкоплёночных наноструктур: отсоединение 8Юе/81 плёнок нанометровых толщин от подложки кремния; контролируемый и направленный изгиб и сворачивание напряжённых плёнок в сложные оболочки и их сборка в трёхмерные конструкции; создание 30 гибридных структур и нанокомпозитных плёнок. Исследованы структурные, упругие и неравновесные электрические свойства тонкоплёночных 810е/81 оболочек. Основные результаты и выводы проведённых исследований состоят в следующем:

1. Впервые осуществлено контролируемое освобождение р+-810е/81 плёнок нанометровых толщин от кремниевой подложки и сформированы 8Юе/81 трёхмерные микро- и наноструктуры (трубки, спирали, желоба и конструкции сложной формы). Продемонстрировано, что напряжённые 81Се/81 бислойные плёнки толщиной 2,5 нм сворачиваются в трубки-свитки с рекордно малым диаметром 10 нм.

2. Исследована селективность травления жертвенного слоя и подложки п-8ц относительно сильнолегированных бором плёнок кремния в водных растворах аммиака. Установлено, что водный раствор аммиака обладает максимальной селективностью травления слаболегированной подложки кремния по отношению к р+-810е/81 плёнкам. Оптимизация условий травления, а также достижение предельного уровня легирования бором лл в

1-2Т0 см" напряжённых БЮе/Б! плёнок позволили добиться увеличения селективности травления до рекордного уровня 104 для кремниевых монокристаллических систем.

3. Предложены и реализованы методы направленного изгиба и сворачивания свободных напряжённых 810е/81 плёнок в микро- нанооболочки и их контролируемой сборки в трёхмерные конструкции. Методы основаны на использовании высокой анизотропии латерального травления подложки или жертвенного слоя кремния. Разработан принцип создания масок, края которых ориентируются относительно кристаллографических направлений быстрого и медленного травления. Установлено, что наибольшая латеральная анизотропия скоростей травления подложки кремния в водных растворах аммиака достигается на подложке кремния (ПО) и составляет VIю : Уюо: Ущ = 10 :4,8 : 1. Работоспособность предложенных методов продемонстрирована на примерах формирования упорядоченных массивов свободных трубок, колец, спиралей и чипов с выступающими за край трубками-иглами.

4. Установлено, что зависимость диаметров микротрубок от толщины р+-810е/81 бислойной плёнки и несоответствия параметров решеток описывается континуальной теорией упругости, в то время как диаметры нанотрубок сильно отличаются от расчётных. Отличие возрастает с уменьшением диаметра и достигает 10 раз для трубки с диаметром 10 нм. Методом ПЭМВР показано, что 81ве/81 нанотрубки с внутренним диаметром 10 нм имеют монокристаллические стенки.

5. Исследованы особенности формирования трёхмерных микро- и наноструктур на основе напряженных р+-8Юе/81 плёнок, выращенных методами молекулярно-лучевой эпитаксии и химического осаждения из газовой фазы. Показано, что при изготовлении трёхмерных структур исходные р+^Ое/81 гетероструктуры, выращенные методом химического осаждения из газовой фазы, имеют существенное преимущество по сравнению с МЛЭ гетероструктурами, прежде всего за счёт меньшего содержания сквозных дефектов и большей химической стойкости при травлении.

6. Впервые созданы гибридные металл-полупроводник 810е/81/Сг и металл-диэлектрик-полупроводник ЗЮе/З^з^/Сг трёхмерные тонкоплёночные микро- и наноструктуры.

7. Исследована зависимость диаметра трубок, спиралей и узких колец от вклада поперечных деформаций в процесс изгиба и сворачивания напряженной плёнки при ее отсоединении от подложки. Экспериментально показано, что спирали и узкие полоски напряжённой плёнки имеют больший радиус изгиба, чем трубки с жёстким закреплением на подложке по всей своей длине, т.к. нет релаксации механических напряжений вдоль оси трубки. На основании данного эффекта предложен способ определения модуля Юнга и упругой деформации тонких плёнок металлов и диэлектриков, нанесённых на 81Се/81 гетероструктуры. Были установлены значения упругой деформации £о и модули Юнга Е плёнок хрома толщиной 20 нм, полученных термовакуумным испарением (Сг: £о= 1 %, £=129,2 ГПа) и плазмохимического нитрида кремния толщиной 75 нм (БЬ^: ¿¿=0,38 %, Е=323 ГПа).

8. Разработан метод формирования нового типа нанокомпозитных плёнок, представляющих собой полимерную матрицу с периодично расположенными в ней двумерными массивами нанооболочек, что достигается за счет предварительного позиционирования нанооболочек на подложке.

9. С помощью СВЧ метода измерения релаксации нестационарной фотопроводимости установлено, что у помещённых в полимер р+-8Юе/81 плёнок нанометровых толщин в отличие от свободных плёнок отсутствует долговременная компонента сигнала фотопроводимости. Что может быть объяснено пассивацией поверхностных состояний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа выполнена в лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур Института физики полупроводников СО РАН под руководством зав. лаб. д.ф.-м.н. В.Я.Принца. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю В.Я.Принцу за выбор темы исследований, внимание, поддержку, обсуждение проблем и советы.

Автор благодарит сотрудников ИФП СО РАН, принимавших участие в работе:

Гутаковского А.К., Черкова А.Г. Гаврилову Т.А. и Плотникова А.Е. за получение изображений методами ПЭМВР и СЭМ микроскопии;

Машанова В.И., Соколова JT.B. и Дерябина A.C. за выращенные эпитаксиальные SiGe/Si - гетероструктуры;

Девятову С.Ф., Панову З.В., Семенову О.И. за получение пленок плазмохимического кремния;

Горохова Е.Б. за структуры с пленками Ge02:(Ge-HK) и обсуждения;

Кудряшова В.М. и Качанову М.М. за проведение электронной и оптической литографий;

Медведева A.C. за нанесение пленок металлов на SiGe/Si - структуры;

Ненашеву Л.А., Дульцева Ф.Н. за проведение плазменного травления SiGe/Si -гетероструктур.

Автор благодарит сотрудников лаборатории N7 ИФП СО РАН за помощь в проведении экспериментов и полезные (плодотворные) обсуждения.

Селезнева В.А., Осадчего В.М., Речкунова С.Н., Наумову Е.В., Булдыгина А.Ф., Бородовского П.А., Соотс P.A., Принца A.B., Чеховского A.B., Копылова A.B., Воробьева А. Б.

Автор также благодарит швейцарских коллег Griitzmacher D., Kirfel О., Zhang L.,

Deckardt E., David С. и Wagli P. совместно с которыми было получено большинство экспериментальные результаты по созданию гибридных трехмерных микро- и наноструктур.

Представленные в диссертации результаты исследований докладывались на следующих симпозиумах и конференциях:

1) 14th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 26-30 June 2006 [158,187].

2) Joint 31st International Conference on Infrared Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics. 18-22 September, 2006, Shanghai, China [159].

3) 28th International Conference on the Physics of Semiconductors. Vienna, Austria, 24-28 July 2006 [188]. tb

4) Autumn School on Materials Science and Electron Microscopy 2003. September 27 -October 1st, Berlin, Germany [144].

5) The 2004 Joint International Meeting combines the 206th Meeting of The Electrochemical Society (ECS) and the 2004 Fall Meeting of The Electrochemical Society of Japan (ECSJ) and is technically cosponsored by The Japan Society of Applied Physics (JSAP). Honolulu, Hawaii, October 3-8,2004 [111].

6) 12th Euro-MBE Workshop, Bad Hofgastein, Austria, February 16- 19,2003 [134].

7) Micro- and nanoengineering, 2002. International Conference. Lugano, Switzerland, September 16-19,2002 [135].

8) 26th International Symposium on Compound Semiconductors "ISCS-26", Berlin, Germany, August 22-26 1999 [28].

9) 7th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 13-16 June 1999 [27].

Личный вклад. Автором были выполнены все эксперименты по формированию SiGe/Si и гибридных оболочек. В исследовании созданных структур принимали участие сотрудники ИФП СО РАН и Paul Scherrer Institut (Швейцария). Автором предложен способ отсоединения напряжённых SiGe/Si и гибридных плёнок нанометровых толщин от подложки кремния. Автором предложен и реализован метод направленного изгиба и сворачивания напряжённых плёнок, основанный на использовании анизотропных упругих и химических свойств кремния и специальной топологии литографических масок. Им предложен и реализован способ формирования нанокомпозитных плёнок со строго периодичным расположением в них двумерных массивов нанооболочек. Анализ полученных экспериментальных результатов, написание статей были выполнены совместно с научным руководителем, а в нескольких случаях с участием соавторов работ.

1., Уильяме Р.С. и Аливисатос П. Нанотехнология в ближайшем десятилетии, прогноз направления исследований. Перевод с англ. под редакцией А.В.Хачояна, Р.А.Андриевского, -Москва: «Мир», 2002.

2. Lu W., Xiang J., Timko В. P., Wu Y., and Lieber С. M. One-dimensional hole gas in germaniumsilicon nanowire heterostructures. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2005, v. 102, №. 29, pp. 10046-10051.

3. Захарова Г.С., Волков В.Л., Ивановская В.В., Ивановский А.Л. Нанотрубки и родственные наноструктуры оксидов металлов. Екатеринбург: УрО РАН, 2005,243 с.

4. Cho A. Pretty as you please, curling films turn themselves into nanodevices. Science. 2006. V. 313, N5784, pp. 164-165.

5. Леденцов H.H., Устинов B.M., Щукин B.A., Копьев П.С., Алферов Ж.И., Бимберг Д. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. ФТП, 1998, том 32, выпуск 4, стр. 385.

6. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства. Успехи физических наук, 2002, Том 172, № 4, стр. 401-438.

7. Grobert N. Nanotubes grow or go? - Materials Today, 2006, v. 9, No. 10, p. 64.

8. V.Ya. Prinz, V.A. Seleznev, V.A. Samoylov and A.K. Gutakovsky. Nanoscale engineering using controllable formation of ultra-thin cracks in heterostructures. Microelectronic Engineering, 1996, v. 30, pp. 439-442.

9. Prinz V Ya, Seleznev V A and Gutakovsky A K. 24th Int. Conf. on Physics of Semiconductors (Jerusalem, Israel, 2-7 August 1998), (Singapore: Wold Scientific), 1998, pp. Th3-D5.

10. Prinz V.Ya., Seleznev V.A., Gutakovsky A.K., Chehovskiy A.V., Preobrazhenskii V.V., Putyato M.A., Gavrilova T.A. Free-standing and overgrowth InGaAs/GaAs nanotubes, nanohelicies and their arrays. Physica E, 2000, 6(1-4), pp. 828-831.

11. Принц В.Я., Селезнев B.A., Чеховский A.B. Самоформирующиеся полупроводниковые микро- и нанотрубки. Микросистем. Техника, 2003, № 6. стр. 29-34.

12. Law М., Goldberger J., Yang P. Semiconductor nanowires and nanotubes. Annu. Rev. Mater. Sei., 2004, v. 34: pp.83-122.

13. Remskar M. Inorganic nanotubes. Adv. Mater., 2004, v. 16 (17), pp. 1497-1504.

14. Solange В. Fagan, R. J. Baierle, and R. Mota. Ab initio calculations for a hypothetical material: Silicon nanotubes. Phys. Rev. B, 2000, v. 61, pp. 9994-9996.

15. Yang X. and Ni J., Electronic properties of single-walled silicon nanotubes compared to carbon nanotubes. Phys. Rev. B, 2005. v. 72, pp.195426-195431.

16. Seifert G., Köhler Th., Hajnal Z., Frauenheim Th. Tubular structures of germanium. Sol. State Comm., 2001, v. 119 (12), pp. 653-657.

17. Чикичев С.И. Наноструктуры на нанопроволоках. ПерсТ, 2005, т. 12, вып. 15/16.

18. Jeong S. Y., Kim J. Y., Yang H. D., Yoon В. N., Choi S-H., Kang H. K., Yang C. W., and Lee Y. H. Synthesis of silicon nanotubes on porous alumina using molecular beam epitaxy. Adv. Mater., 2003, v. 15(14), pp. 1172 - 1176.

19. Hoffman W.P., Phan H.T., Wapner P.G. The far-reaching nature of microtube technology. -Mat Res. Innovat., 1998,2, pp.87-96.

20. Yablonovitch E, Gmitter T, Harbison J.P., Bhat R. Extreme selectivity in the lift-off of epitaxial GaAs films. Appl. Phys. Lett., 1987, v.51, № 26, pp. 2222-2224.

21. Yablonovitch E, Hwang D.M, Gmitter T.J, Florez L.T, Harbison J.P. Van der Waals bonding of GaAs epitaxial liftoff films onto arbitrary substrates. Appl. Phys. Lett., 1990, v.56, №24, pp.2419-2421.

22. Semiconductor micromachining. Ed. by S. A. Campbell, H. J. Lewerenz. Chichester: John Wiley & Sons Ltd. 1998, v. 2, pp. 67-71.

23. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. М. Радио и связь.1991,528 с.

24. Величко А.А. Разработка технологии оптоэлектронных ИС на гетероструктурах полупроводник (Са, Sr)F2 - полупроводник. - Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Новосибирск, 1999 г.

25. Schnakenberg U., Benecke W. and Lochel В. NH4OH based etchants for silicon micromachining. Sensors and Actuators, 1990, A21-A23, pp. 1031-1035.

26. Wang F., Shi Y., Liu J., Lu Y., Gu S. and Zheng Y. Highly selective chemical etching of Si vs. Sii.xGex using NH4OH solution. J. Electrochem. Soc., 1997, v. 144, N. 3, pp. L37-L39.

27. Prinz V.Ya., Golod S.V. and Mashanov V.I. Free-standing GeSi/Si micro- and nanotubes. Proceedings of the 7th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, 13-16 June 1999, pp. 536-538.

28. Prinz V.Ya., Golod S.V., Mashanov V.I. and Gutakovsky A.K. Free-standing conductive GeSi/Si helical microcoils, micro- and nanotubes. Inst. Phys. Conf. Ser. 2000, № 166, pp. 203-206.

29. Golod S.V., Prinz V.Ya., Mashanov V.I. and Gutakovsky A.K. Fabrication of conducting GeSi/Si micro- and nanotubes and helical microcoils. Semicond. Sci. Technol., 2001, v. 16(3), pp. 181-185.

30. Принц В.Я., Голод C.B. Упругие нанооболочки на основе кремниевых пленок: формирование, свойства и практическое применение. Прикладная мехаиика и техническая физика, 2006, Т. 47, № 6, стр. 114-128.

31. Stoney G.G. The tension of metallic films deposited by electrolysis. Proc. R. Soc. London Ser. 1909, A 82, pp. 172-175.

32. Tsui Y.C., Clyne T.W., An analytical model for predicting residual stresses in progressively deposited coatings Parts 1: Planar geometry. Thin solid films, 1997, v. 306, N 1, pp. 23-33.

33. Dargys A. and Kundrotas J. Handbook on physical properties of Ge, Si, GaAs and InP. Vilnius, Science and encyclopaedia Publishers, 1994, p. 32, 84.

34. Gerling M., Dietrich B. Raman scattering in strained Sii.xGex layers under hydrostatic pressure. Semicond. Sci. Technol. 2001, 16, № 7, pp.614-618.

35. Kasper E. and Lyutovich K. Properties of Silicon Germanium and SiGe: Carbon, INSPEC, The Institution of Electrical Engineers, London, 2000. No. 24.

36. Najafi K. Suzuki K. Measurement of Fracture Stress, Young's Modulus, and Intrinsic Stress of Heavily Boron-Doped Silicon Microstructures. Thin solid films, 1989, Vol 181, pp 251258.

37. Ding X., Ко W.H., Mansour J.M. Residual stress and mechanical properties of boron-doped p+-silicon films. Sensors and Actuators A, Vol. 23, Iss. 1-3,1990, pp. 866-871.

38. Matthews J.W., Blakeslee A.E. Defects in epitaxial multilayers. I. Misfit dislocations. J. Cryst. Growth, 1974,27, pp.118-125.

39. Болховитянов Ю.Б., Пчеляков О.П., Чикичев С.И. Кремний-германиевые эпитаксиальные пленки: физические основы получения напряженных и полностью релаксированных гетероструктур. Успехи физических наук, 2001, т. 171, стр. 659-685.

40. Bean J. С., Feldman L. С., Fiory А. Т., Nakahara S., and Robinson I. K. GexSiix/Si strained-layer superlattice grown by molecular beam epitaxy. J. Vac. Sci. & Technol. A: 1984, v. 2(2), pp. 436-440.

41. Bevk J., Davidson B.A., Feldman L.C., Mannaerts J.P., Ourmazd A. Ge-Si layered structures -artificial crystals and complex cell ordered superlattices. Appl. Phys. Lett., 1986, v. 49, 5, pp. 286-288.

42. Houghton D. С., Gibbings С. J., Tuppen C. G., Lyons M. H., and Halliwell M. A. G. Equilibrium critical thickness for SiixGex strained layers on (100) Si. Appl. Phys. Lett., 1990, v. 56,5, pp. 460-462.

43. King C.A., Kim Y.O., Ng K.K. Lateral etching and filling of high aspect ratio nanometer-size cavities for silicon device structures. Appl. Phys. Lett., 1998, v.73, N20, pp. 2947-2949.

44. Киреев В., Столяров А. Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы. Техносфера, 2006.

45. Ohring М. Materials Science of Thin Films. Deposition and structures. Academic Press. 2002, USA.

46. Paul D.J. Si/SiGe heterostructures: from material and physics to devices and circuits. -Semicond. Sci. Technol., 2004,19, pp. R75-R108.

47. Сангвал К. Травление кристаллов. Теория, эксперимент, применение. Москва, Мир, 1990, стр. 257.

48. Карапетьянц М.Х., Дракин С,И. Общая и неорганическая химия. Москва, Химия, 1981.

49. Schnakenberg U., W Benecke., Lochel В., S Ullerich. and Lange P. NH40H-based etchants for silicon micromachining: Influence of additives and stability of passivation layers. -Sensors and Actuators, 1991, A25-A27, pp. 1-7.

50. Seidel H., Csepregi L., Heuberger A., Baumgartel H. Anisotropic etching of crystalline silicon in alkaline-solutions 1. J. Electrochem. Soc. 1990, v. 137,11, pp. 3612-3626.

51. Palik E.D., Gray H.F., Klein P.B. A raman study of silicon in aqueous KOH. J. Electrochem. Soc., 1983, v. 130, pp. 956-959.

52. Киреев В. А. Краткий курс физической химии. М.: ГХИ, 1963.

53. Физическая химия. В 2 ки. Кн. 2: Электрохимия. Химическая кинетика и катализ. Под ред. К.С. Краснова-2-е изд., перераб. и доп. Москва, Высш. Шк., 1995, стр. 133-154.

54. Антропов J1. И. Теоретическая электрохимия. 2-е изд., перераб. и доп. - М., Высшая школа, 1969.

55. Mihalcea С., Khumpuang S., Kuwahara М., Yang Z., Maeda R., Tominaga J. and Atoda N. Ultra-fast anisotropic silicon etching with resulting mirror surfaces in ammonia solutions. Transducers'!) 1, Munich, Germany, June 10-14th, 2001, p. 608-611

56. Bean K.E. Anisotropic etching of silicon. IEEE Trans. Electron Devices ED-25, 1978, №10, pp.1185-1193.

57. Offereins H.L., Kühl К., Sandmaier H. Methods for the fabrication of convex corners in anisotropic etching of (100) silicon in aqueous KOH. Sensors Actuators A 25-27,1991, pp. 9-13.

58. Zubel I., Kramkowska M. The effect of alcohol additives on etching characteristics in KOH solutions. Sensors and Actuators A 101,2002, pp. 255-261.

59. Bauer G., Darhuber A. A., Holy V. Self-assembled germanium-dot multilayers embedded in silicon. Crystal Research and Technology, 1999, v.34 (2), pp. 197-209.

60. Wortman J.J., Evans R. A. Young's modulus, shear modulus, and Poisson's ratio in silicon and germanium. J. Appl. Phys., 1965, v. 36, pp.153-156.

61. Ландау Л.Д., Лившиц E.M. Теория упругости, M., Наука, 1987, том 5.

62. Brantley W. A. Calculated elastic constants for stress problems associated with semiconductor devices. J. Appl. Phys., 1973, v. 44, pp.534-535.

63. Nikishkov G.P. Curvature estimation for multilayer hinged structures with initial strains. J. Appl. Phys., 2003, v. 94,8, pp. 5333-5336.

64. Gossmann, H.-J.; Unterwald, F. С.; Luftman, H. S. Doping of Si thin films by low-temperature molecular beam epitaxy. J. Appl. Phys., 1993, v.73, N12, pp. 8237-8241.

65. Liu J.L., Shi Y., Wang F., Lu Y., Gu S.L., Zhang R. and Zheng Y.D. Study of dry oxidation of triangle-shaped silicon nanostructure. Appl. Phys. Lett., 1996, 69(12), pp. 1761-1763.

66. Crescenzi M. D., Castrucci P., and Scarselli M., Diociaiuti M., Chaudhari P. S., Balasubramanian C., Bhave Т. M., and Bhoraskar S. V. Experimental imaging of silicon nanotubes. Appl. Phys. Lett., 2005. 86, p. 231901.

67. Liu F. Mechanical bending of nanoscale thin films: dominating role of atomic surface reconstruction and intrinsic surface stress Abstract, of the 15th U.S. Nat. congress on theor. and appl. mech. Boulder: Univ. of Colorado, 2006. N 693.

68. Bolesta A.V, Golovnev .IF, Fomin V.M. InGaAs/GaAs nanotubes simulation: Comparison between continual and molecular dynamics approaches. Сотр. Mater. Scien. 2006, 36 (1-2), pp. 147-151.

69. Иванова E.A., Кривцов A.M., Морозов Н.Ф. Особенности расчета изгибной жесткости нанокристаллов. Докл. РАН. 2002. Т. 385, N 4. С. 1-3.

70. LeGoues F. К., Rosenberg R., Nguyen Т., Himpsel F., and Meyerson В. S. Oxidation studies of SiGe. J. Appl. Phys., 1989, v. 65(4), pp. 1724-1728.

71. Jin-Phillipp N.Y., Thomas J., Kelsch M., Deneke C., Songmuang R., Schmidt O.G. Electron microscopy study on structure of rolled-up semiconductor nanotubes. Appl. Phys. Lett., 2006,88 (3), p. 033113.

72. Shi Y., Liu J.L., Wang F., Lu Y., Zhang R., Gu S.L., Han P., Hu L.Q., Zheng Y.D., Lin C.Y., Du D.A. Ultrafine silicon quantum wires fabricated by selective chemical etching and thermal oxidation. J. Vac. Sci. & Technol. A, 1996, v. 14,3, pp. 1194-1198.

73. Nastaushev Yu. V, Prinz V. Ya. and Svitasheva S. N. A technique for fabricating Au/Ti micro- and nanotubes. Nanotechnology, 2005,16, p. 908-912.

74. Handbook of Nanotechnology, Ed. B. Brushan, Springer-Verlag, Berlin, 2004.

75. Drexler K.E. Engines of creation: the coming era of nanotechnology. New York: Anchor Press/Doubleday, 1986.

76. Guarini К. W., Black С. Т., Zhang Y., Babich I. V., Sikorski E. M., and Gignac L. M. Low voltage, scalable nanocrystal FLASH memory fabricated by templated self assembly. IEEE Electron Devices Meeting Technical Digest, 2003, p.541.

77. Black С. Т., Self-aligned, self assembly of multi-nanowire silicon field effect transistors, -Appl. Phys. Lett., 2005, 87, p. 163116.

78. Roukes M. Nanoelectromechanical systems face the future. Physics World. 2001, 14 (2), pp.25-31.

79. Prinz A.V., Prinz V.Ya., Seleznev V.A. Semiconductor micro- and nanoneedles for microinjections and ink-jet printing.- Microelectronic Engineering, 2003,67-68, pp.782-788.

80. Vorob'ev A.B. and Prinz V.Ya. Directional rolling of strained heterofilms. Sem. Sci. Technol., 2002, v.17, p.614-616.

81. Принц A.B., Принц В.Я., Селезнев B.A. Микроигла в интегральном исполнении и способ ее изготовления. Патент 2179458 (РФ), Опубл. в Б.И., 2002.

82. Golod S.V., Prinz V.Ya. and Mashanov V.I. Directional-rolling method for strained SiGe/Si films and its application to fabrication of hollow needles. Thin Solid Films, 2005, v. 489, 12, pp. 169-176.

83. Glembocki O.J., Stahlbush R.E., Tomkiewicz M. Bias-Dependent Etching of Silicon in Aqueous KOH. J. Electrochem. Soc., 1985, v. 132, pp. 145-151.

84. Kendall D.L. On etching very narrow grooves in silicon. Appl. Phys. Lett. 1975, v. 26, pp. 195-198.

85. Allongue P., Keiling V., Gerischer H. Etching of silicon in NaOH solutions. I In Situ STM Investigation of n-Si(l 11). J. Electrochem. Soc., 1993,140, p.1009.

86. Allongue P., Keiling V., Gerischer H. Etching of silicon in NaOH solutions Part II: Electrochemical studies of n-Si(lll) and (100) and mechanism of the dissolution. J. Electrochem Soc. 1993,140, p. 1018.

87. Allongue P. Molecular Imaging and Local Density of States Characterization at the Si(lll)/NaOH interface. Phys. Rev. Lett., 1996,77, pp.1986-1989.

88. Bressers P. M. M. C., Kelly J. J., Gardeniers J. G. E., and Elwenspoek M. Surface morphology of p-type (100) silicon etched in aqueous alkaline solution. J. Electrochem. Soc., 1996,143, pp.1744-1750.

89. Abbott A.P., Schiffrin D.J., Campbell S. A. Potential dependence of the interfacial impedance ofp-<100> silicon in KOH. J. Electroanal. Chem., 1992,328, pp.355-360.

90. Abbott A.P., Campbell S.A., Satherley J., Schiffrin D.J. Anisotropic etching of silicon at high > pressure. J. Electroanal. Chem., 1993,348, pp. 473-479.

91. Elwenspoek M. On the mechanism of anisotropic etching of silicon. J. Electrochem. Soc., 1993,140, p. 2075.

92. Bassous E. Fabrication of novel three-dimensional microstructures by the anisotropic etching of (100) and (110) silicon. IEEE Trans. Electron Devices ED-25,1978, №10, pp.1178-1185.

93. Zhu Z. and Liu C. Micromachining process simulation using a continuous cellular automata method. J. Microelectromech. Syst. 2000, v.9, № 2, pp.252-261.

94. Chien F. S.-S., Wu C.-L., Chou Y.-C., Chen T. T., Gwo S. and Hsieh W.-F. Nanomachining of (llO)-oriented silicon by scanning probe lithography and anisotropic wet etching. Appl. Phys. Lett. 1999. v.75, № 16, p. 2429.

95. Deneke Ch., Schmidt O.G. Real-time formation, accurate positioning, and fluid filling of single rolled-up nanotubes. Appl. Phys. Lett., 2004, 85, p. 2914-2916.

96. Deneke Ch., Schmidt O.G. Lithographic positioning, areal density increase and fluid transport in rolled-up nanotubes. Physica E, 2004,23, pp. 269-273.

97. McAllister D. V., Allen M. G. and Prausnitz M. R. Microfabricated microneedles for gene and drug delivery. Annu.Rev.Biomed.Eng., 2000 v.2, p. 289-313.

98. Norlin P., Kindlundh M., Mouroux A., Yoshida K. and Hofmann U. G. A 32-site neural recording probe fabricated by DRIE of SOI substrates. J. Micromech. Microeng., 2002, v. 12, p.414.

99. Guttman A., Chovan T. Microfabricated devices in biotechnology and biochemical processing. Trends in Biotechnology, 2002, v.20,3, pp.116-121.

100. Craciun G., Blauw M.A., van der Drift E., P Sarro.M. and French P.J. Temperature influence on etching deep holes with SF6/O2 cryogenic plasma. J. Micromechanics and Microengineering, 2002, v. 12,4, p.390.

101. Kicin S., V Cambel., Kuliffayova M., Gregusova D., Kovacova E., Novak J., Kostic I., Forster A. Fabrication of GaAs symmetric pyramidal mesas prepared by wet-chemical etching using AlAs interlayer. J. Appl. Phys., 2002, 91, p.878.

102. Vorob'ev A., Vaccaro P., Kubota K., Saravanan S. and Aida T. Array of micromachined components fabricated using "micro-origami" method. Jpn. J. Appl. Phys., 2003, v. 42 pp.4024-4026.

103. Велихов Е.П. Наноэлектронные приборы и технологические процессы. Вестник Российской Академии Наук, 2003, т. 73, № 5, с. 395-399.

104. Resnick D.J., S Sreenivasan.V., Willson C.G. Step & flash imprint lithography. Materials Today, 2005, p.34-42.

105. Borzenko Т., M Tormen., Schmidt G., Molenkamp L.W. Polymer bonding process for nanolithography. Appl. Phys. Lett., Appl. Phys. Lett., 2001, v.79,14, pp.2246-2248.

106. Zhang L., Golod S.V., Deckardt E., Prinz V., Grutzmacher D. Free-standing Si/SiGe micro-and nano-objects. Physica E, 2004, v. 23, N 3-4, pp. 280-284.

107. Prinz V.Y, Grutzmacher D., Beyer A., David C., Ketterer В., Deckardt E. A new technique for fabricating three-dimensional micro- and nanostructures of various shapes. Nanotechnology, 2001,12 (4), pp.399-402.

108. Hisamoto D., Lee W. C., Kedzierski J. et al. FinFET a self-aligned double-gate MOSFET scalable to 20 nm. - IEEE Trans. Electron Devices. 2000. V. 47, N 12. P. 2320-2325.

109. Schift H, Heyderman LJ, Padeste C, Gobrecht J. Chemical nano-patterning using hot embossing lithography. Microelectron. Eng., 2002,61-2, pp.423-428,.

110. Goser K., Glosekotter P., Dienstuhl J. Nanoelectronics and nanosystems. From transistors to molecular and quantum devices. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2004.

111. Judy J.W. Microelectromechanical systems (MEMS): fabrication, design and applications. -Smart Mater. Struct. 2001,10, pp. 1115-1134.

112. Ngo Q., Petranovic D., Krishnan S., Cassell A.M., Ye Q., Li J., Meyyappan M., Yang C.Y. Electron transport through metal-multiwall carbon nanotube interfaces. IEEE Transactions on nanotechnology, 2004, v. 3, № 2 pp. 311-317.

113. Hamers R.J. Flexible electronic futures. Nature, 2001, v. 412, p. 489.

114. Сазонов А., Мейтин M., Стряхилев Д., Nathan А. Низкотемпературные материалы и тонкоплепочные транзисторы для электроники на гибких подложках. ФТП, 2006, т. 40, вып. 8, стр. 986-994.

115. Тимошенко С.П., Гере Дж. Механика материалов. Мир, Москва, 1976.

116. Тимошенко С.П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек. М.: Наука, 1971.

117. Klein С. and Miller, R. Strains and stresses in multilayered elastic structures: The case of chemically vapor-deposited ZnS/ZnSe laminates. Analytics. J. Appl. Phys., 2000, v. 87, 5, pp. 2265-2272.

118. Hsueh C.-H. Modeling of elastic deformation of multilayers due to residual stresses and external bending. J. Appl. Phys., 2002, v. 91,12, pp. 9652-9656.

119. Schell-Sorokin A.J., Tromp R.M. Mechanical stresses in (Sub) monolayer Epitaxial-Films. -Phys. Rev. Lett., 1990, v. 64,9, pp. 1039-1042.

120. Feldman L.C., Bevk J., Davidson B.A., Gossmann H.J., Mannaerts J.P. Strain in ultrathin epitaxial-films of Ge/Si(100) measured by ion-scattering and channeling. Phys. Rev. Lett., 1987, v. 59,6, pp. 664-667.

121. Brandt 0., Ploog K., Bierwolf R., Hohenstein M. Breakdown of continuum elasticity theory in the limit of monatomic films. Phys. Rev. Lett., 1992, v. 68, 9, pp. 1339-1342.

122. Golod S.V., Prinz V.Ya., Wagli P., Zhang L., Kirfel O., Deckhardt E., David C. and Griitzmacher D. Freestanding SiGe/Si/Cr and SiGe/Si/SixNy/Cr microtubes. Appl. Phys. Lett., 2004, v. 84, 17, pp. 3391-3393.

123. Prinz V. Ya., Chekhovskiy A. V., Preobrazhenskii V. V., Semyagin B. R„ Gutakovsky K.A technique for fabricating InGaAs/GaAs nanotubes of precisely controlled lengths. -Nanotechnology, 2002,13, pp.231-233.

124. Lavrik N.V., Sepaniak M.J., Datskos P.G. Cantilever transducers as a platform for chemical and biological sensors. Rev. Sci. Instr., 2004. 75 (7): pp.2229-2253.

125. Kim D.K. n, Kang S.G., Sim J.H., Shin J.K., Choi P., Lee J.H., Characteristics of piezoresistive mass flow sensors fabricated by porous silicon micromachining. J. J. Appl. Phys. Part 1,2000, № 12B, v. 39, pp. 7134-7137.

126. Guerrero V.H., Wetherhold R.C. Magnetostrictive bending of cantilever beams and plates. J. Appl. Phis., 2003, v.94, №10, pp. 6659-6666.

127. Bergaud C., Nicu L., Martinez A. Multi-mode air damping analysis of composite cantilever beams. J. J. Appl. Phys. Part 1,1999, v.38, №11, pp.6521-6525.

128. Golod S.V., Griitzmacher D., David C., Deckardt E., Kirfel O., Mentese S., Ketterer B. Fabrication of SiGe/Si/Cr bent cantilevers based on self-rolling of epitaxial films. -Microelectronic Engineering, 2003, v. 67-68, pp. 595-601.

129. Griitzmacher D., Golod S., Kirfel O., Deckhardt E., Zhang L., Wagli P., Prinz V. Free standing Si/SiGe microtubes. 12th Euro-MBE Workshop, Bad Hofgastein, Austria, February 16- 19,2003, TuA1.4.

130. Thornton J. A., Hoffman D. W. Stress-related effects in thin films. Thin Solid Films, 1989, 171, pp.5-31.

131. Maboudian R., Howe R.T. Critical review: Adhesion in surface micromechanical structures -J. Vac. Sci. &Technol. B, 1997,15(1), pp. 1-20.

132. Iyer S., Lakdawala H., Fedder G.K. and Mukherjee T. Macromodeling temperature-dependent curl in CMOS micromachined beams. Nanotechnology, 2001, v. 1, pp.88-91.

133. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. Физматгиз, Москва, 1959.

134. Быков В. А. микромеханика для сканирующей зондовой микроскопии и нанотехнологии. Микросистем. Техника, 2000, № 1. стр. 21-33.

135. Ning X.J. Distribution of residual stresses in boron, doped P(+) silicon films. J. Electrochem. Soc., 1996,143, pp. 3389-3393.

136. Chang G.K., Cams Т.К., Rhee S.S., Wang K.L. Selective etching of SiGe on SiGe/Si heterostructures. J. Electrochem. Soc., 1991,138(1), pp.202-204.

137. Gonzalvez-J.M., Luna R.G., Tudanca M., Sanchez O., Albella J.M., Martinezduart J.M. Plasma-enhanced chemically vapor-deposited SisN4 thin-films for optical wave-guides. Thin Solid Films, 1992, v. 220,1 -2, pp. 311 -314.

138. Danaie K., Bosseboeuf A., Clerc C., Gousset C., Julie G. Fabrication of UV-Transparent SixOyNz membranes with a low-frequency PECVD Reactor. Sensors and actuators A-Physical, 2002, v. 99,1-2, pp. 78-81.

139. Efimov V.M., Panova Z.V., Malygyn A.V., Kovchavtsev A.P. Physicochemical properties of plasma deposited silicon-nitride films. Phys. Stat. Sol. A-Applied Research, 1992, v. 129, 2, pp.483-490.

140. Tabata 0., Kawahata K., Sugiyama S., Igarashi I. Mechanical property measurements of thin films using load-deflection of composite rectangular membranes. Sensors and Actuators. 1989, v. 20,1-2, pp.135-141.

141. P French.J., Sarro P.M., Mallee R., Fakkeldij E.J.M., Wolffenbuttel R.F. Optimization of a low-stress silicon nitride process for surface-micromachining applications. Sensors and Actuators A 58,1997, pp.149-157.

142. Gorokhov E. B., Prinz V. Ya., Noskov A. G., Gavrilova T. A. A novel nanolithographic concept using crack-assisted patterning and self-alignment technology. J. Electroch. Soc., 1998,145, pp.2120-2131.

143. Noskov A. G., Gorokhov E. B., G Sokolova. A., E Trukhanov. M. and Stenin S. I. Correlation between stress and structure in chemically vapour deposited silicon nitride films. -Thin Solid Films, 1988, v. 162, pp. 129-143.

144. Songmuang R., Jin-Phillipp N.Y., Mendach S., Schmidt O.G. Single rolled-up SiGe/Si microtubes: Structure and thermal stability. Appl. Phys. Lett., 2006, 88 (2), p. 021913.

145. Chen J., Zou J., Liu C., Schutt-Aine J. E., Kang S.M. Design and modeling of a micromachined high-Q tunable capacitor with large tuning range and a vertical planar spiral inductor. IEEE Trans. Electron Devices, 2003,50, pp.730-739.

146. Lochel B., Maciossek A., Rothe M., Windbracke W. Microcoils fabricated by UV depth lithography and galvanoplaiing. Sensors and Actuators A 54,1996, pp.663-668.

147. Prinz V.Ya., V Seleznev.A., A Gutakovsky.K., Chehovskiy A.V., Preobrazenskii V.V., Putyato M.A., Nenasheva L.A. Free-standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes: fabrication, potential applications. Inst. Phys. Conf. Ser., 2000, v. 166, pp. 199-202.

148. Ashurst W. R., Yau C., Carraro C., Lee C., Kluth G. J., Howe R. T., and Maboudian R. Alkene based monolayer films as anti-stiction coatings for polysilicon MEMS. Sensors and Actuators A, 2001,91, pp.239-248.

149. Osadchii V.M., Prinz V.Y. Quantum confinement in nanocorrugated semiconductor films. -Phys. Rev. B, 2005,72 (3), 033313.

150. Osadchii V.M., Prinz V.Y. Charge-carrier separation in rolled heterostructures. JETP Letters 72 (6), 2000, pp. 312-315.

151. Affentauschegg C., Wieder H.H. Properties of InAs/InAlAs heterostructures. Semicond. Sei. Technol., 2001, v. 16, pp. 708 714.

152. Buriak J.M. Organometallic Chemistry on Silicon and Germanium Surfaces. Chemical Reviews, V. 102, N. 5,2002, pp. 1271-1308.

153. Zhang L., Deckhardt E., Weber A., Schönenberger C., Grützmacher D. Controllable fabrication of SiGe/Si and SiGe/Si/Cr helical nanobelts. Nanotechnology 16,2005,655—663.

154. Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф., Тарло Д.Г., Авторское свидетельство N1689874 А1, 1991.

155. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. and Samoylov V.A. Correlation between high-speed device performance and defects in multilayer structures recognized by nondestructive microwave methods.- Inst. Phys. Conf., Ser. No 160,1997, p. 487-490.

156. Исследования и разработка СВЧ метода измерения фотопроводимости КНС-структур. Отчет х/д "Экспресс" ИФП СО РАН, 2001.

157. Buldygin S.A., Golod S.V., Kamaev G.N., Skok E.M. A Study of Interface States of Directly bonded Silicon-on-Insulator Structures. J. Crystal Growth, 2000, Vol.210, Issue 1-3, pp. 107-111.

158. Kamaev G.N., Golod S.V., Skok E.M., Fedotov A., Mazanik A. Characterization of Interfacial States at Silicon Bicrystals. Solid-state phenomena, 2002, Vols. 82-84, pp. 801-806.

159. Buldygin S.A., Golod S.V., Kamaev G.N., Skok E.M., Tarlo D.G. Characterisation of interface states of directly bonded structures. Inst. Phys. Conf. Ser. No 160, 1997, pp. 277-280.

160. Gosele U., Tong Q.Y. Semiconductor wafer bonding. Annual Review Of Materials Science, 28,1998, pp. 215-241.

161. Теория линий передач сверхвысоких частот. Перевод с англ. под ред. Шпунтова А.И., М., Советское радио, Т1,1951,259 с.

162. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М., Мир, Т1,1984.

163. Рыбкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. Физматгиз, Москва, 1963,-494 с.

164. Schroder D.K. Semiconductor material and devices characterization. J. Wiley, New York, 1990.

165. Шалимова K.B. Физика полупроводников. Энергия, Москва, 1976. -390 с.

166. Лященко В.И., Литовченко В.Г., Степко И.И., Стриха В.И., Лященко Л.В. Электронные явления на поверхности полупроводников. Наук, думка, Киев, 1968, -237 с.

167. Пека Г.П. Физика поверхности полупроводников. Изд. Киевского университета, Киев, 1967,-190 с.

168. Дунаевский M.C., Grob J.J., Забродский А.Г., Laiho R., Титков A.H. ACM визуализация нанокристаллов Si в термическом окисле Si02 с помощью селективного травления. -ФТП, 2004, том 38, выпуск 11, стр. 1294-1300.

169. DeRose J.A., Leblanc R.M. Scanning tunneling and atomic force microscopy studies of Langmuir-Blodgett films. Surface Science Reports, Volume 22, Iss. 3,1995, Pages 73-126.

170. Миронов В. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Техносфера, Москва, 2004 г, -143 с.

171. Фогель В.А. Электрохимический метод определения пористости диэлектрических пленок. Электронная техника, серия "Полупроводниковые приборы", 1971, № 1.

172. Kaneko Y., Matsushima Н., Sekine М., Matsumoto К. Preparation of Plant Protoplasts for SEM Observation by t-Butanol Freeze-Drying Method. Journal of Electron Microscopy, 39, 1990,426-428.

173. Prinz V.Ya., Seleznev V.A., Gutakovsky A.K. Novel technique for fabrication one- and two-dimensional systems. Surface Science, 1996, V. 361/362, pp. 886-889.

174. Specimen Preparation for Transmission Electron Microscopy of Materials. Bravman J.C., Anderson R.M., McDonald M.L. (Ed.) Materials Research Society Proceedings. 1988, Vol. 115, p.143.