Молекулярно-пучковая эпитаксия из сублимационного источника слоев кремния и гетероструктур SiGe/Si на сапфире тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ДЕНИСОВ Сергей Александрович

МОЛЕКУЛЯРНО-ПУЧКОВАЯ ЭПИТАКСИЯ ИЗ СУБЛИМАЦИОННОГО ИСТОЧНИКА СЛОЕВ КРЕМНИЯ И ГЕТЕРОСТРУКТУР ЗЮе/Э! НА САПФИРЕ

Специальность 01.04.07 — физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 1 ОКТ 2012

Нижний Новгород-2012

005053214

005053214

Работа выполнена на кафедре кристаллографии и экспериментальной физики Нижегородского государственного университета им. Н.ИЛобачевского

Научный руководитель:

Шенгуров Владимир Геннадьевич, доктор физико-математических наук Официальные оппоненты: Цырлин Георгий Эрнстович,

доктор физико-математических наук, Санкт-Петербургский Академический ут верситет - научно-образовательный центр нанотехнологий РАН

Бодцыревский Павел Борисович,

доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Нижегородский коммерческий институт»

Ведущая организация:

Институт физики микроструктур РАН, г. Нижний Новгород

Защита состоится 2012 г. в^.^на заседании диссертационного

совета Д.212.166.01 в Нижегородском государственном университет им. Н.ИЛобачевского по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 2. корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского

Автореферат разослан г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.166.01, доктор физико-математических наук, профессор

А.И.Машин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Одним из приоритетных направлений развития современной физики полупроводников является развитие технологии формирования гетероструктур, которое необходимо для улучшения параметров приборов твердотельной микро- и оп-тоэлектроники. Среди различных полупроводниковых материалов кремний является основным материалом микроэлектроники. Это связано с уникальным сочетанием его свойств и высоким уровнем технологии синтеза этого материала и приборов на его основе. Значительное улучшение параметров приборов на основе кремния достигается, когда используются слои твердого раствора БЮе за счет увеличения подвижности носителей заряда [1]. Оптоэлектронные применения также могут быть значительно расширены за счет использования слоев твердого раствора 81Се. Большие надежды при этом возлагаются на использование этого материала для создания эффективных излучателей на основе 81.

Задачи разработки специализированных интегральных схем (ИС) с улучшенными характеристиками скорости обработки информации и повышенной устойчивостью к воздействию дестабилизирующих факторов способствовали появлению новых структур на основе кремния, а именно структур кремния на сапфире (КНС) и кремний-германия на сапфире [2-4]. Однако вырастить слои кремния на сапфире с малой плотностью кристаллических дефектов трудно из-за большого несоответствия параметров решеток кремния и сапфира и разницы коэффициентов линейного теплового расширения [5]. Эта проблема усугубляется при выращивании слоев твердого раствора 81Се на сапфире из-за еще большего рассогласования параметров решеток слоя и подложки.

Для решения проблемы выращивания эпитаксиальных слоев или твердого раствора БЮе на сапфире необходимо использовать низкотемпературные методы, например, молекулярно-пучковую эпитаксию (МПЭ). В то же время используемое в МПЭ осаждение кремния и германия с помощью электроннолучевого испарения сопряжено с рядом недостатков: трудность обеспечения автотигельного режима испарения, особенно Се; трудность получения слоев 81 и Се с чистотой <М0|4см"3 из-за загрязнений; кроме того, в потоке содержится до 20% многоатомных молекул, конденсация которых в некогерентную позицию приводит к формированию дефектов.

Метод сублимационной МПЭ имеет ряд преимуществ при выращивании слоев 51 и БЮе по сравнению как с МПЭ с твердотельными источниками, так и с газовыми [6]. С использованием простого устройства для испарения 81 можно формировать поток атомов 81 достаточно высокой интенсивности и низкого фонового легирования. Поток атомов 81 из сублимационного источника ближе к моноатомному, что снижает плотность дефектов в слоях и оказывает положительное влияние на весь процесс эпитаксиального роста. При введении в камеру роста германа происходит его разложение на сублимационном источнике, что позволяет выращивать слои 81Се с меньшими трудностями, чем МПЭ с электронно-лучевым испарением. Методом сублимационной МПЭ можно выращивать слои 81 и 81Се при более низкой температуре [6,7].

Однако получаемые данным методом слои были однородны по толщине на

небольшой площади (1-4 см2) [8]. В то же время для изготовления ИС на основе структур, выращенных методом МПЭ, необходимо использовать подложки стандартной формы большей площади (диски 0=76-100 мм).

К началу наших исследований (2004 г.) рост слоев кремния на сапфире методом МПЭ из сублимационного источника для практического использования был изучен недостаточно. Для реализации широких возможностей этого метода необходимо было установить фундаментальные закономерности между условиями роста и структурой выращиваемых слоев кремния на сапфире. В свете вышесказанного данная работа является актуальной.

Цель и основные задачи работы

Цель работы заключалась в проведении исследований особенностей роста методом сублимационной МПЭ слоев 81 и 81Се на подложках сапфира, в том числе и на подложках стандартной формы (дисках диаметром до 100 мм), а также в комплексном исследовании их условий роста, направленном на разработку технологии низкотемпературного выращивания КНС-структур и слоев 81Се на них для микро- и оптоэлектроники.

Достижение цели работы потребовало решения следующих основных задач:

1. Разработка метода и устройств для выращивания сублимационной МПЭ слоев 51 и 51Се на подложках стандартной формы - дисках 0 = 16- 100 мм.

2. Теоретическое и экспериментальное исследование распределения толщины слоя по площади подложки при испарении из плоского источника в зависимости от геометрических размеров (ширины и длины источника, расстояния между источником и подложкой), закона движения (сканирования) источника относительно подложки.

3. Исследование влияния высокотемпературного предэпитаксиального отжига на структуру и морфологию поверхности сапфира.

4. Исследование начальной стадии роста эпитаксиальных слоев кремния на сапфире для уточнения механизма роста при низкотемпературном осаждении из сублимационного источника.

5. Исследование особенностей ростовых процессов в методе сублимационной МПЭ слоев кремния на сапфире и влияние на них внешних условий.

6. Исследование условий роста, а также структурных, морфологических и некоторых оптических свойств слоев твердого раствора 51Се на сапфире.

Научная новизна работы

1. Разработан и исследован принципиально новый метод выращивания эпитаксиальных слоев кремния из сублимационного источника на подложках стан дартной формы в виде дисков диаметром до 100 мм. Разработан комплект устройств, позволяющих осуществлять качение сублимационного источника относи тельно подложки, формировать из него поток атомов высокой интенсивности \ осуществлять нагрев оптически прозрачной в видимом диапазоне волн подложки (сапфир) до высоких температур (вплоть до 1450°С).

2. Впервые всесторонне теоретически и экспериментально исследован процесс равномерного осаждения слоев кремния по площади подложки в зависимости от числа неподвижных сублимационных источников или источника, движу-

щегося относительно подложки по разным законам. Установлено, что при сканировании источника по линейному закону достигается более однородное распределение толщины слоя Si: ее разброс составлял -5% на площади, ограниченной координатами х = ±34 мм и у — ±50 мм (центр координат находится в центре подложки).

3. Впервые для метода сублимационной МПЭ исследована начальная стадия роста слоев кремния на подложке сапфира (П02), подготовленной в условиях in situ высокотемпературного отжига, в зависимости от ее температуры. Установлено, что зародыши кремниевого слоя образуются с большей вероятностью на моноатомных ступенях, сформированных при высокотемпературном (>1400°С) отжиге сапфира за счет дополнительных связей. Выявленная экспериментально зависимость плотности зародышей от времени осаждения позволила установить, что образование и рост их происходит по механизму насыщения со временем. Установлено также, что рост зародышей в плоскости подложки происходит быстрее, чем в высоту, что свидетельствует о преобладающем влиянии поверхностной диффузии в процессе роста.

4. Впервые исследована зависимость структуры и морфологии поверхности слоев кремния на сапфире (П02) от температуры и ее вариации в процессе роста. Установлены допустимые ее значения, обеспечивающие достаточно высокое совершенство слоев. Обнаружен эффект снижения температуры эпитаксиального роста слоев Si на сапфире и улучшения морфологи поверхности в процессе роста их с приложением к подложке отрицательного потенциала (-200 В), которому дано объяснение на основе модели о вкладе кинетической энергии потока в активацию подвижности адатомов Si.

5. Впервые исследована зависимость структуры и морфологии гетерострук-тур со слоями твердого раствора кремний-германий на сапфире (П02) от комплекса технологических параметров (температуры, давления германа), а также от толщины буферного слоя Si. Установлено, что достаточно высокое совершенство слоев Si|.xGex с ;с<0,25 на сапфире достигается при низких температурах роста (360-410°С) и оно сравнимо с совершенством таких слоев, выращенных на подложках Si(100). Введение прослойки кремния между сапфиром и слоем SiGe улучшает структурное совершенство последних. Однако при малых толщинах прослойки слои SiGe имеют преимущественную ориентацию (011), а не (001), как слои кремния на сапфире. Этому эффекту дается объяснение на основе несоответствия параметров решеток слоя и подложки.

6. Впервые комбинированным методом осаждения из сублимационного источника кремния и германия из германа (GeH4) получены структуры со слоями Si,.xGex :Ег на сапфире (П02), которые продемонстрировали высокую интенсивность фотолюминесценции (ФЛ) на X = 1,54 мкм, сравнимую с интенсивностью ФЛ таких же слоев, выращенных на Si(001).

Практическая ценность работы

Результаты, полученные в данной работе, могут служить основой технологии выращивания методом сублимационной МПЭ структур кремний или кремний-германий на сапфире для кремниевой микро-, нано- и оптоэлектроники.

К основным практически важным результатам можно отнести следующие:

1. Разработанный для сублимационной МПЭ Si метод расчета распределения толщины осаждаемого слоя позволяет определить значения технологических параметров для выращивания слоев Si с заданным однородным распределением их толщины по площади подложки.

2. Разработанный метод предэпитаксиальной подготовки поверхности подложки сапфира путем высокотемпературного отжига в потоке атомов Si может быть использован в технологии выращивания методом МПЭ слоев Si и других полупроводниковых слоев (например, GaN).

3. Установленные количественные зависимости структурных, морфологических и оптических параметров слоев Si и SiGe от условий роста на подложках сапфира позволяют разработать методики формирования конкретных эпитакси-альных гетероструктур приборного качества.

4. На основе полученных результатов предложен ряд новых технических решений, на которые получены 2 патента и одно положительное решение по заявке.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Метод МПЭ с сублимационным источником паров кремния позволяет выращивать на подложках сапфира R-среза эпитаксиальные слои Si(OOl) с высоким совершенством структуры (при dsi = 0,5 мкм, Да>1/2 < 18 угл. мин.) и относительно гладкой поверхностью (RMS = 2,4 нм от скана поверхности размером 10x10 мкм), однородные по толщине (-5%) на большой площади (до 0=100 мм) при использовании линейного движения источника относительно подложки.

2. Предэпитаксиальный высокотемпературный отжиг подложки сапфира (П02) при > 1210°С в потоке атомов Si и при > 1400°С без потока приводит к формированию на ее поверхности моноатомных ступеней, вдоль которых происходит образование зародышей на начальной стадии роста слоя кремния.

3. Приложение к подложке сапфира небольшого по величине (-200 В) отрицательного потенциала способствует эффективному снижению температуры роста Si на сапфире и сглаживанию морфологии его поверхности за счет достижения большей подвижности адатомов Si и их однородного распределения по поверхности роста.

4. Рост совершенных по структуре слоев SibxGex (х<25%) на подложках сапфира (И02) с ориентацией (001) при низких температурах (360-410°С) возможен при введении тонкого (-100 нм) буферного слоя Si; без этого слоя формируется слой с ориентацией SiGe(Oll), что связано с несоответствием параметров решеток слоя и подложки. Наблюдаемая высокая фотолюминесценция гетероструктур Si/Sii.xGex :Er/Si/ сапфир (П02) на X = 1,54 мкм сравнима с ФЛ от таких структур, выращенных на Si(001), что подтверждает их высокое структурное совершенство.

Личный вклад автора

Все проведенные в диссертационной работе результаты исследований получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии. Вклад соискателя в постановку задач и проведение исследований является определяющим в работах по теоретическому и экспериментальному изучению распределения конденсата по площади подложки при испарении из сублимационного источника

[А20, А21]; в работах по исследованию условий in situ предэпитаксиальной подготовки поверхности подложки сапфира [А1-АЗ, А7, All, А18]; начальной стадии роста слоев Si на сапфире [А1, А6, А7, А23]; влияния условий роста слоев Si и SiGe на сапфире на структуру и морфологию их поверхности [А1-АЗ, А6, А7, А9, А17, А19, А22]. Соискателю принадлежит основная роль в проведении экспериментов и в интерпретации полученных результатов. В остальных работах вклад всех авторов равноправен.

Апробация результатов работы

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях: Международной конференции "Кремний" (Москва, 2005, 2007, 2011; Черноголовка, 2008; Н.Новгород, 2010; С.Петербург, 2012), Международной конференции «Рост кристаллов и тепломас-соперенос (ICSC-2005)» (Обнинск, 2005), Национальной конференции по росту кристаллов (Москва, 2004, 2006), Всероссийской молодежной научной школе «Материалы нано-, микро- оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение» (Саранск, 2004-2008), Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлек-тронике (С.Петербург, 2005, 2011), Ш-й Всероссийской конференции «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (Н.Новгород, 2010), Нижегородской научной сессии молодых ученых (Н.Новгород, 2007, 2008), Научной конференции «Структура и свойства твердых тел» (Н.Новгород, 2006), XXIV научные чтения им. Н.В.Белова (Н.Новгород, 2005), Научной студенческой конференции (Н.Новгород, 2003, 2005, 2006), ХИ-й конференции «Высокочистые вещества и материалы. Получение, свойства, применение» (Н.Новгород, 2004), Х-й юбилейной международной научной конференции «Химия твёрдого тела: нано-материалы, нанотехнологии» (Ставрополь, 2010).

Работа по теме диссертационной работы выполнялась автором, будучи руководителем инновационных проектов по программе Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «Участник молодежного научно-инновационного конкурса (УМНИК)» (ГК 5217р/7633 от 25.06.2007 и ГК № 6568р/8995 от 26.01.2009); программы «УМНИК-НН» Министерства промышленности и инноваций Нижегородской области (Договор № 13 от 11.12.2009), а также исполнителем проектов: АВЦП Федерального агентства по образованию «Развитие научного потенциала высшей школы» (проекты РНП.2.1.1.3626, РНП.2.1.1.3615, 2009-2011 гг.).

Публикации

Перечень публикаций, раскрывающих основное содержание работы, содержит 51 печатную работу, в том числе одну монографию, 16 статей в рецензируемых журналах и 34 работы в материалах конференций. Также получено два патента и одно положительное решение о выдаче патента.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 154 страницы, включая 75 рисунков, 8 таблиц, спи-

сок цитируемой литературы из 135 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы, даны сведения о структуре и содержании диссертации, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор работ, посвященных росту и свойствам монокристаллических слоев и твердого раствора 51Се на подложках сапфира. Проанализированы причины, приводящие к ухудшению свойств КНС-структур. Сделан вывод о необходимости выращивания их с использованием низкотемпературных методов, в частности МПЭ 51 с сублимационным источником. Наряду с его преимуществами отмечаются и недостатки, которые необходимо было устранить. Особое внимание уделено исследованиям влияния подготовки поверхности сапфира на структурное совершенство слоев, морфологию их поверхности. Также обсуждаются вопросы процесса зародышеобразования на начальной стадии и влияния температуры и внешних условий (облучение поверхности роста низкоэнергетическими ионами) на структуру слоев на сапфире.

В данной главе также подробно рассматриваются особенности роста нового гетероэпитаксиального материала БЮе/сапфир. Отмечается, что в опубликованной к началу данной работы литературе задача получения качественных структур такого типа не была решена.

В соответствии с этим выбрано направление и сформулированы основные задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена разработке методики эпитаксиального выращивания слоев Б! и 51Се на сапфире и соответствующей технологической аппаратуры. Для выполнения одной из поставленных задач были разработаны устройства для осаждения слоев из сублимационного источника кремния на подложках стандартной формы (дисках диаметром до 100 мм), а также для проведения предэпитакси-ального отжига подложек сапфира при высокой (до 1450°С) температуре. Эти устройства были использованы в НИФТИ ННГУ на сверхвысоковакуумных установках МПЭ 51. Последнее устройство предусматривает расположение подложки между нагревателем и экраном-крышкой, которое в закрытом положении крышки обеспечивает отжиг подложки, а при открывании - доступ потока атомов Б! из источника к подложке [БЗ]. Для осаждения слоев равномерной толщины на подложке большой площади в первом разработанном устройстве предусмотрено качение источника. Для этого сублимационный источник был смонтирован на сильфон-ном узле, который обеспечивает радиальное перемещение источника относительно подложки [Б1].

В отличие от существующих конструкций сублимационного источника 51, которые не обеспечивали потоки достаточной интенсивности и чистоты и не могли быть легко заменены в процессе эксплуатации, в данной работе была разработана конструкция источника, в которой источник был вырезан в форме прямоугольного бруска длиной 90-120 мм и сечением 4><4 мм2 с заостренными концами.

Крепление источника осуществлялось на гибких молибденовых пластинах с отверстиями, в которые вставлялись концы источника. При пропускании тока через источник области контакта подплавляются и образуют стабильный электрической контакт [Б2].

Выращивание структур Si и SiGe проводили методом, где поток атомов Si формировали из сублимационного кремниевого источника, а поток Ge - путем разложения германа (GeH4), вводимого в камеру роста. При выполнении экспериментов в качестве основных операций был введен предэпитаксиальный высокотемпературный отжиг подложки сапфира. Давление остаточных газов в установке перед ростом слоев составляло <5-10"8 Topp.

В заключительной части главы кратко охарактеризован также весь комплекс методов исследования выращенных структур.

В третьей главе приводятся результаты теоретических оценок и экспериментального исследования распределения толщины слоя кремния по площади подложки диаметром до 100 мм при испарении из плоского источника (одного или нескольких). Исследовано влияние широкого спектра варьируемых параметров: размеров источника, расстояния между ним и подложкой, амплитуды колебания его относительно подложки, а также от числа источников и закона их движения (линейный или синусоидальный).

Расчеты основывались на данных, приведенных в работе [9], где дается вывод распределения плотности вещества на плоскости от простейших форм неподвижных испарителей (прямоугольник, диск). Движение источника вдоль подложки было разбито на малые промежутки, в области которых источник можно считать неподвижным, и суммированием толщины от каждого «неподвижного» источника, была получена общая толщина слоя при испарении из движущегося источника. Если источник движется по прямой линии (например, вдоль оси ОХ), тогда распределение толщины слоя кремния будет иметь вид:

где Р(х,у) - суммарная толщина слоя кремния от грани источника в точке подложки с координатами (х,у); р(х,у) - толщина слоя кремния от "неподвижного" источника в точке подложки с координатами (х,у), п - число промежутков, на которое разбито движение источника.

На рис. 1,а,б,в представлены теоретические профили распределения толщины слоя кремния по подложке из одного неподвижного и движущегося источника. Ось ОХ направлена вдоль ширины источника, а ось ОУ - вдоль его длины. По вертикали (вдоль 02) отложена Рт - вероятность попадания атомов кремния в точку поверхности подложки с координатами (х,у). Разброс (неравномерность) толщины слоя Д() рассчитывался как максимальное отклонение толщины слоя от ее среднего значения.

Из рис.1,а' видно, что наибольший разброс толщины слоя достигает -100% в направлении, перпендикулярном длине источника (вдоль оси ОХ) (рис.1,а). Это подтверждают и экспериментальные данные. Отметим, что распределение толщины слоя по подложке вдоль длины источника значительно более однородное: ее разброс по теоретическим оценкам составляет 2-8%, а из экспериментальных

(1)

данных - 10%. При осаждении из источника, движущегося по закону синуса, распределение толщины слоя имеет вид двух холмов, симметрично расположенных относительно центра координат (рис. 1 ,б). Разброс толщины слоя зависит в большей степени от амплитуды колебания источника и при оптимальных условиях составляет —17%.

Расстояние от центра подложки, мм Расстояние от центра подложки, мм Расстояние от центра подложки, мм Рис. 1. Теоретические и экспериментальные (со знаком «'») распределения толщины слоя кремния по подложке при испарении из: а) неподвижного источника; б) источника, движущегося по закону синуса; в) источника, движущегося линейному закону. На рис. «а'» распределение толщины показано перпендикулярно длине источника, на рис. «б', в'» - вдоль направления его движения. Центр координат на рис. «а, б, в» смещен в точку (50;50;0).

Более однородное распределение толщины слоя по площади подложки достигается при движении источника по линейному закону; оно имеет вид усеченной четырехгранной пирамиды (рис. 1,в), в центральной части которой имеется достаточно плоское плато. За счет подбора параметров (расстояния источник-подложка и амплитуды колебания источника) разброс толщины осажденного слоя на подложке 0=100 мм составлял -5% на площади, ограниченной координатами: х = ±34 мм и у = ±50 мм. (рис. 1 ,в')-

Четвертая глава посвящена исследованию зависимости структурного совершенства и морфологии поверхности слоев кремния, выращенных методом сублимационной МПЭ на сапфире (П02) от условий in situ подготовки поверхности подложки, от ее температуры и влияния приложения к ней отрицательного потенциала в процессе роста.

В начале этих исследований было установлено, что высокотемпературный (~1400°С) предэпитаксиальный отжиг сапфира помимо рекристаллизации приповерхностного слоя подложки и удаления с нее поверхности загрязнений (углерод, кислород), приводит к формированию ступеней атомарной высоты (рис. 2). Этот же эффект наблюдался и при отжиге подложки в потоке атомов Si из сублимаци-

онного источника. Температура отжига при этом могла быть снижена до ~1210°С. Появление ступеней на поверхности сапфира после отжига может быть объяснено микроразориентацией поверхности (формирование вицинальной поверхности) и термодинамическим фактором. Оцененный угол разориентации в нашем случае составил -0,02° от плоскости (il02). Термодинамический фактор появления атомарно плоских террас обусловлен усилением процессов миграции и испарения атомов А1 и О на сапфире при высокотемпературном отжиге. Механизм очистки поверхности сапфира в потоке атомов Si связан с взаимодействием потока атомов Si с А1203 по химической реакции:

3Si + А1203 -» 3SiO| + 2А1 (2)

Продуктами этой реакции являются молекулы моноокиси (SiO) и атомы А1 [10].

Формирование ступеней и террас на поверхности сапфира благоприятно влияло на начальную стадию эпитаксиального роста слоя Si: зародышеобразова-ние происходило преимущественно вблизи этих ступеней, а при последующем росте образовывались параллельные ряды островков Si, как выявило исследование с использованием метода атомно-силовой микроскопии (АСМ) (рис. 3). Это обусловлено появлением дополнительных связей вблизи ступеньки, что увеличивает вероятность образования возле них зародышей.

Л

к 1,5 мкм ,

0 1.53 3.18 4.74 0.32 7.9 г

Шиоина. мкм

Рис. 2. АСМ снимок поверхности сапфира, отожженного при 1400°С в течение 30 минут.

Вертикальный профиль сделан вдоль линии, указанной на снимке.

Для выявления механизма роста слоев Si на сапфире в работе было проведено исследование начальной стадии роста. С этой целью методом АСМ исследовалась морфология поверхности слоев, выращенных при TS=600-800°C в различные временные интервалы. Эти исследования показали, что рост слоев Si на сапфире в методе сублимационной МПЭ начинался, как и в других методах, с формирования трехмерных островков, плотность которых возрастала, а размер уменьшался при снижении температуры роста согласно закону зародышеобразо-вания [11]. При TS=600°C начальная плотность мест зарождения составляла ~5-10 см . Это объясняется тем, что при более высоких температурах адсорбированные атомы, обладая повышенной подвижностью, могут перемещаться в более выгодные энергетические состояния, создавая условия для роста укрупненных островков.

Исследование зависимости среднего размера островков и их плотности от времени роста выявило, что размер увеличивается с повышением длительности осаждения, а плотность уменьшается (рис. 4). Таким образом, образование и рост зародышей происходит по механизму насыщения со временем, а характер зависимости поперечного размера частиц от длительности осаждения позволяет за-

ключить, что рост частиц в плоскости подложки происходит быстрее, чем в высоту. Это свидетельствует о преобладании влияния поверхностной диффузии в процессе роста.

В работе подробно исследовалось влияние температуры роста слоев на сапфире на структуру и морфологию поверхности. С этой целью прежде всего методами рентгеновской дифракции (РД) и электронографии исследовалось изменение структурного совершенства слоев, выращенных в широком температурном интервале 550-850°С. Был выявлен немонотонный характер этой зависимости (рис. 5). Наиболее совершенные по структуре слои кремния росли при температуре 700-750°С. При снижении температуры до 550°С в слоях 81, кроме ориентации (100) наблюдалась и ориентация (110). Ухудшение структурного совершенства с понижением температуры связано, вероятно, с понижением подвижности адсорбированных атомов и уменьшением вероятности достигнуть ими энергетически благоприятного состояния для встраивания в решетку растущего слоя. При повышении температуры (~850°С) из-за взаимодействия падающих на поверхность сапфира атомов возможно ее фасетирование, которое ухудшает морфологию поверхности и приводит к формированию дефектов [10].

Рис. 3. АСМ-снимок поверхности слоя толщиной ~20 нм, осажденного на подложку сапфира, после ее отжига при 1400°С в течение 30 минут.

Рис. 4. Зависимость среднего размера островков и их плотности от времени роста при = 700°С.

600 650 700 750 800 850 Температура. °С

Рис. 5. Зависимость ширины кривой качания Дшш от температуры роста для слоев Si толщиной а) 0,5 мкм б) 1,0 мкм.

Морфология поверхности слоев на сапфире ухудшалась при повышении

температуры роста. Задача выращивания на сапфире субмикронных слоев Si с достаточно гладкой поверхностью была решена за счет разработки двухтемпера-турного режима роста, который заключался в осаждении тонкого (<0,1 мкм) зародышевого слоя Si при пониженной температуре (500-550°С) и последующего осаждения основной части слоя при повышенной температуре (700-750°С). Как показали исследования начальной стадии роста Si на сапфире, при низкой температуре формируются островки Si малых размеров. Это облегчает процесс их рекристаллизации при последующем повышении температуры для выращивания основной части слоя и ориентирования их в одном направлении.

Таким образом, рост слоев Si на сапфире (П02) из сублимационного источника при различных температурных режимах показал, что грубая морфология поверхности слоев может быть обусловлена образованием крупных зародышевых частиц на начальной стадии роста либо низкой поверхностной подвижностью адатомов. Относительно низкая подвижность адатомов Si приводит к формированию трехмерных островков. Данная проблема может быть решена за счет внешнего воздействия на процесс роста, например, облучения поверхности растущего слоя низкоэнергетическими ионами. В работе [12] было показано, что при приложении к подложке отрицательного относительно сублимационного источника Si потенциала V=-(50-300 В) в потоке атомов из источника появляется и ионная составляющая, которая способствовала снижению температуры перехода от роста слоев Si со структурой поликристалла к росту аморфных слоев на окисленной Si-подложке.

Данная методика роста была использована для выращивания КНС-структур при TS=450-600°C и V=-200 В. Результаты исследования структуры слоев показали, что сравнимые по структурному совершенству слои растут при TS=470°C с приложением V=-200 В и при TS=600°C без приложения потенциала. Ширина Лсо1/2 кривой качания на полувысоте максимума интенсивности пика рентгеновской дифракции от этих слоев Si(100) толщиной 0,5 мкм составляла 31,8 и 33,7 угл.мин, соответственно. Слои Si, выращенные с приложением потенциала, имели также более гладкую морфологию поверхности. Величина RMS (среднеквадратичная шероховатость) от скана их поверхности размером 10x10 мкм составляла 3,2 нм, в отличие от величины RMS= 5,5 нм слоев, выращенных без приложения потенциала.

молекулярный пучок Si

молекулярный иконный пучки Si

подложка сапфира а

подложка сапфира б

Рис. 6. Схематическое изображение процесса эпитаксиального роста из молекулярного пучка ві (а) и смешанного молекулярного с ионным пучком (б).

Наблюдаемое улучшение структурного совершенства слоев Si, сглаживание морфологии поверхности и снижение температуры роста при росте с приложением отрицательного потенциала к подложке сапфира было объяснено на основе предложенной модели. В процессе роста без приложения отрицательного потенциала к подложке адатомы Si располагаются на ее поверхности в пределах области, определяемой их кинетической энергией. Если ее недостаточно, то они занимают произвольное состояние на поверхности и тем самым приводят не только к формированию дефектов кристаллической решетки, но и развитию неоднородного (грубого) рельефа поверхности слоя (рис. 6,а). В случае приложения к подложке отрицательного потенциала, поскольку энергия ионов Si+ выше энергии нейтральных атомов кремния, то это способствует усилению подвижности адатомов Si. Ионы Si+, бомбардируя поверхность в процессе эпитаксиального роста или мигрируя по поверхности подложки, испытывают соударения с адатомами Si, придавая последним дополнительный импульс (рис. 6,6). В результате увеличивается подвижность адатомов Si и вероятность встраивания их в наиболее выгодную позицию. Кроме того, это способствует более однородному распределению адатомов на поверхности подложки. При подходе адатомов Si к ступени они закрепляются на ней, что создает условия для формирования плоского кристаллического слоя и обеспечивает эпитаксиальный рост.

В работе исследовано структурное совершенство слоев Si на подложках сапфира стандартной формы 0=76 мм и 100 мм, выращенных при TS=700°C. По данным методов электронографии и рентгеновской дифракции все исследуемые слои являлись монокристаллическими и имели ориентацию (100). Определено, что структурное совершенство сохраняется по площади подложки: разброс значений параметра Дсо]/2 не превышает 10% от значения Acoi/2 в центре подложки.

В пятой главе представлены результаты исследования методами РД, электронографии, АСМ и ФЛ эпитаксиального роста слоев твердого раствора Sii.xGex на подложках сапфира (П02) и КНС-структурах в зависимости от температуры роста и толщины буферного слоя Si, а также от содержания Ge. Осаждение релак-сированного слоя SiGe на сапфире, подобно КНС-структуре, представляет собой новый гетероэпитаксиальный материал, который должен способствовать улучшению приборных характеристик с преимуществами тонкопленочных КНС-структур [13]. В небольшом числе работ по выращиванию таких структур сообщалось, что при газофазном осаждении при температуре 800-900°С слои SiGe, как и слои чистого Ge, имели ориентацию (110) и высокую плотность дефектов упаковки.

В представленной диссертационной работе было установлено, что прямое осаждение слоев Si,.xGex с х = 15-20% при температуре подложки 550-700°С приводит к формированию эпитаксиальных слоев с высокой дефектностью, а методом РД обнаружено присутствие в них ориентации (100), (110) и (111). Слои имели грубую морфологию поверхности. Это объясняется формированием островков SiGe при повышении температуры роста.

Другой подход предусматривал рост слоев SiGe на КНС-подложках. На подложках сапфира при Ts = 565°С были выращены тонкие (-0,1 мкм) слои Si, а

затем при Т8 = 350-500°С выращивали слои 8м_хОех с х=15% и толщиной -0,2 мкм. Установлено, что при Т3 > 360°С по данным метода электронофафии росли монокристаллические слои, причем для слоев, выращенных при Т5 = 380390°С, на электронограммах наблюдались Кикучи-линии, что свидетельствовало о наиболее совершенной структуре слоев. При Т5 < 360°С и Т5 > 500°С росли слои со структурой поликристалла.

Исследование методом РД показало, что зависимость структурного совершенства слоев 8Юе на КНС-структуре, как и слоев Б1 на сапфире, от температуры роста носит немонотонный характер. Наиболее совершенные по структуре слои (Д(0]/2 ~ 16угл.мин.) росли при температуре ~410°С. Следует отметить, что структурное совершенство слоев 8 ¡Се на КНС-подложках несильно отличается от структурного совершенства таких слоев, выращенных на подложках 81(100) (Дсо,/2 ~ 11 угл.мин.). Морфология поверхности слоев 8Юе на КНС-подложках зависит от температуры роста. Наиболее гладкие (ЯМ8=1 нм) слои росли при Т5=360°С, и с повышением температуры роста их поверхность огрубляется, что является следствием формирования островков 8Юе при повышении температуры роста [14].

При уменьшении толщины буферного слоя 81 от 100 нм до 50 нм выращенный на нем слой 8Юе изменял ориентацию с (100) на (110). Основной причиной выделения преимущественной ориентации 81Се(110) может быть несоответствие решеток сапфира и слоя твердого раствора 8Юе. Ориентация слоя 8Юе( 110) на плоскости сапфира (П02) является наиболее выгодной.

В этой главе также демонстрируется успешное применение метода сублимационной МПЭ для выращивания структур с легированными атомами эрбия слоями 8Юе на КНС-подложках. Были выращены слои 81|.хСех:Ег толщиной ~1 мкм с х = 25%. Для исследования ФЛ на А. = 1,54 мкм сверху он заращивался покровным слоем 81 толщиной 0,1 мкм.

Рис. 7. Спектр ФЛ от структур 8Юе:Ег, выращенных на подложке а) КНС; 6) 8і(001). Стрелками на рисунке показано положение линий ФЛ доминирующих оптически активных

центров иона Ег1+.

Для таких структур наблюдался интенсивный сигнал ФЛ, обусловленный примесью эрбия, и отсутствуют полосы, которые указывали бы на присутствие дефектов в структуре (рис. 7,а). Для сравнения исследовалась и аналогичная

структура, которая была выращена на подложке Si(100) (рис. 7,6). Спектры ФЛ обоих образцов характеризовался тонкой структурой спектра иона Ег +. Сигнал ФЛ в области длин волн 1,54 мкм от структур SiGe:Er на КНС-подложках отличается максимальной интенсивностью.

В Заключении приведены основные результаты и выводы работы.

1. Разработан и изготовлен комплект устройств для сублимационной МПЭ Si: устройство колебательного движения (сканирования) источника относительно подложки для осаждения слоя на подложки стандартной формы (диски диаметром до 100 мм); устройство для нагрева до высоких (~1450°С) температур оптически прозрачной в видимом диапазоне волн подложки (сапфира); устройство сублимационного источника высокой интенсивности и чистоты потока с возможностью его легкой замены.

2. Написаны программы расчета распределения толщины слоя Si по площади подложки в зависимости от геометрических параметров и закона движения по-лоскового сублимационного источника. Определены условия МПЭ, обеспечивающие рост слоев Si однородной толщины на подложках стандартной формы. Экспериментальное исследование процесса роста подтвердило теоретические оценки. Установлено, что наиболее однородное распределение толщины слоев по площади подложки достигается при движении источника по линейному закону: распределение толщины имеет вид усеченной четырехгранной пирамиды, а ее разброс составляет -5% на площади, ограниченной координатами х = ±34 мм и у = ±50 мм (центр координат находится в центре подложки).

3. Обнаружено, что in situ высокотемпературный отжиг подложек сапфира в потоке атомов Si при TS>1210°C, а без потока при TS>1400°C приводит к формированию на их поверхностях ступеней атомарной высоты, на которых при последующем росте зарождаются островки Si. Появление ступеней было объяснено микроразориентацией исходной поверхности сапфира, которая при отжиге превращается в террасчатую поверхность. Взаимодействие атомов Si с поверхностью сапфира (А1203) при его отжиге проходит по известной химической реакции, продуктами которой являются атомы А1 и летучая моноокись SiO. В результате испарения ее происходит и испарение адсорбированных атомов кислорода и углерода.

4. Установлено, что на начальной стадии роста Si на сапфире наблюдается островковый характер. Плотность мест зарождения близка к плотности их в слоях, выращенных ГФЭ из силана. С увеличением толщины слоя механизм роста сменяется на послойный. Из зависимости плотности зародышей от времени роста установлено, что образование и рост зародышей происходит по механизму насыщения со временем, а характер зависимости поперечного размера частиц от времени позволяет заключить, что рост частиц в плоскости подложки происходит быстрее, чем в высоту. Это свидетельствует о преобладании влияния поверхностной диффузии в процессе роста.

5. Исследована зависимость структурного совершенства слоев Si на сапфире от температуры роста, в которой был определен вид структуры, сделана количественная оценка их структурного совершенства и выявлена кинетика перехода от монокристаллического роста к росту поликристалла при снижении температуры роста. Установлено, что зависимость структурного совершенства слоев Si на сап-

фире от температуры роста носит немонотонный характер. Слои со структурой монокристалла растут в интервале температур 550-850°С. При этом наиболее совершенные по структуре слои формируются при Ts = 700-750°С. Ухудшение структурного совершенства слоя при низких температурах объясняется снижением подвижности адатомов. При высоких температурах (>850°С) происходит фасе-тирование поверхности сапфира, рост слоя Si на такой грубой поверхности требует аккомодации слоев на выступах и ямках за счет образования дислокаций или дефектов упаковки. Разработан режим двухтемпературного роста для эффективного сглаживания морфологии поверхности слоя Si на сапфире за счет использования низкотемпературного (500-550°С) зародышевого слоя Si толщиной <0,1 мкм и последующего роста основного слоя при повышенной температуре.

6. Установлено, что при одинаковой температуре роста в интервале 450600°С структурное совершенство слоев кремния на сапфире, выращенных с приложением отрицательного потенциала (-200 В) к подложке, выше, а морфология поверхности значительно глаже, чем слоев, выращенных без приложения потенциала. Эти различия слоев усиливаются при снижении температуры роста. Структурное совершенство и морфология поверхности слоев, выращенных с приложением потенциала при Ts = 475°С, соответствует слоям, выращенным без приложения потенциала при TS = 600°C, т.е. разница температур составляет ~125°С. Данный эффект объясняется на основе модели усиления подвижности нейтральных адатомов Si за счет передачи им части энергии ионов Si+.

7. Показано, что рост слоев твердого раствора SiGe в МПЭ непосредственно на подложках сапфира приводит к появлению в слоях кристаллитов с разной ориентацией: помимо (001) еще и (011), и (111), что объясняется несоответствием параметров решеток слоя и подложки. Формирование слоев SiGe с единственной ориентацией (001) возможно при введении буферного слоя Si толщиной ~0,1 мкм.

8. Методом МПЭ из сублимационного источника кремния и введением в камеру роста германа (GeH4) выращены многослойные структуры Si/Sii_xGex :Ег /Si /сапфир с толщиной слоев SiGe:Er больше критической толщины и х=0,15-0,25, которые демонстрируют ФЛ на X = 1,54 мкм высокой интенсивности.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Gated Hall effect measurements in high-mobility n-type Si/SiGe modulation-doped hete-rostructure / K. Ismail, M. Arafa, F. Stern, J.O. Chu, B.S. Meyerson //Appl. Phys. Lett. - 1995. - V.66. - P.842-844.

2. Advanced thin-film silicon-on-sapphire technology: microwave circuit applications / R.A. Johnson, P.R. de la Houssaye, C.E. Chang, P-F. Chen, M.E. Wood, G.A. Garcia, I. Lagnado, P.M. Asbeck // IEEE Trans. Electron Dev. - 1998. - V.45. - P.1047-1054.

3. Silicon on sapphire CMOS for optoelectronic microsystems / A.G. Andreou, Z.K. Kalay-jian, A. Apsel, P.O. Pouliquen, R.A. Athale, G. Simonis, R. Reedy // Circuits and Systems. -2001,-V.l.-P.22-30.

4. Wado H. Epitaxial growth of SiGe on A1203 using Si2H6 gas and Ge solid source molecular beam epitaxy / H.Wado, K.Ohtani, M.Ishida //J.Crystl.Growth. - 1996. - V. 169. -P.457-462.

5. Molecular beam epitaxy versus chemical vapor deposition of silicon on sapphire / E.D. Richmond, M.E. Twigg, S. Qadri, J.B. Pellegrino, M.T. Duffey // Appl. Phys. Lett. - 1990. -V.56.-P.2551-2553.

6. Шенгуров В.Г. Молекулярно-лучевая эпитаксия кремния с использованием субли-

мирующих источников / В.Г. Шенгуров // Поверхность. Физика. Химия. Механика. -1994, №10-11. -С.44-50.

7. Гетероэпитаксиальные структуры Sii.xGex/Si (100), полученные сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксией в среде GeH4 / С.П. Светлов, В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, З.Ф. Красильник, Б.А. Андреев, Ю.Н. Дроздов // Известия РАН, сер. Физическая. - 2001. - V.65. - с.204-207.

8. Установка для сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии кремния / С.П. Светлов, В.Г. Шенгуров, В.А. Толомасов, Г.Н. Горшенин, В.Ю. Чалков // Приборы и техника эксперимента. - 2001, №5. - С.137-140.

9. Лозгачев В.И. Распределение потоков молекул на плоскости при испарении в вакууме / В.И. Лозгачев // Журнал технической физики. - 1962. - T.XXXII, Вып.8. -С.1012-1022.

10. Chang С.С. Silicon-on-sapphire epitaxy by vacuum sublimation: LEED-Auger studies and electronic properties of the films / C.C. Chang // J. Vac. Sei. Technol. - 1971. - V.8. -P.500-511.

11. Портнов В.H., Чупрунов E.B. Возникновение и рост кристаллов. - М.: «Физмат-лит». - 2006. - 328 с.

12. Эффекты воздействия низкоэнергетических ионов на рост кремниевых пленок / Д.В. Шенгуров, A.B. Шабанов, Д.А. Павлов, В.Г. Шенгуров, А.Ф. Хохлов // Тез.докл. XIII-ой Межд. конф. «Взаимодействие ионов с поверхностью». - М.:1997. - Т.2. - С.346-349.

13. Advanced thin-film silicon-on-sapphire technology: microwave circuit applications / R.A. Johnson, P.R. de la Houssaye, C.E. Chang, P-F. Chen, M.E. Wood, G.A. Garcia, I. Lag-nado, P.M. Asbeck // IEEE Trans. Electron Dev. - 1998. - V.45. - P.1047-1054.

14. Teichert C. Self-organization of nanostructures in semiconductor heteroepitaxy / C. Teichen // Physics Reports. - 2002. - V. 365, №4. - P. 335-432.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Al. Денисов С., Шенгуров В. Эпитаксиальные слои кремния на сапфире, выращенные сублимационной МЛЭ. Рост, структура, морфология и некоторые свойства. // 2012. -LAP Lambert Academic Publishing. - 88 с. ISBN: 978-3-8484-2311-8.

A2. Выращивание слоев кремния на сапфире ( 1Т02) методом молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, Д.А. Павлов, Ю.Н. Дроздов, П.А. Шиляев // Известия ВУЗов. Поволжский регион. Естественные науки. - 2004. -Т.5, №.14. - С.77-82.

A3. Выращивание монокристаллических субмикронных слоев кремния на сапфире (1Ï02) методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, Д.А. Павлов, Ю.Н. Дроздов, П.А. Шиляев // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2005. -№.11.-С.32-39.

A4. Свойства слоев кремния, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, Г.Н. Горшенин, Д.В. Шенгуров, С.А. Денисов // Неорганические материалы. - 2005. - Т.41. - С. 1287-1291.

А5.Методы легирования слоев кремния в процессе сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, Д.В. Шенгуров, С.А. Денисов // ФТП. - 2006. - Т.40. - С. 188-194.

А6. Свойства слоев кремния на сапфире, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров, Д.А. Павлов, П.А. Шиляев, Е.В. Короткое, С.М. Планкина, Е.А. Питиримова, В.Н. Трушин, C.B. Тихов,

Д.Г. Будеско // Вестник ИНГУ. Серия ФТТ. - 2006. - №.1(9). - С. 185-190.

А7. Структурное совершенство гетероэпитаксиальных слоев кремния на сапфире, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров, Д.А. Павлов, Е.В.Короткое, Е.А. Питири-мова, В.Н. Трушин // Неорганические материалы. - 2007. - Т.43. - С.391-398.

А8. Выращивание методом молекулярно-лучевой эпитаксии кремниевых слоев п- типа проводимости на сильнолегированных бором подложках / В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, Д.В. Шенгуров, С.А. Денисов // ФТП. - 2009. - Т.43. - С.193-196.

А9. Низкотемпературный рост слоев кремния на сапфире методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, Е.А. Питиримова, В.Н. Трушин // Вестник ННГУ. Серия ФТТ. - 2009. - №.2. -С.49-54.

А10. Слабосигнальный эффект поля в гетероэпитаксиальных слоях кремния на сапфире, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии / C.B. Тихов, В.Г. Шенгуров, Д.А. Павлов, П.А. Шиляев, С.А. Денисов // Вестник ННГУ. Серия ФТТ. - 2009. -№.4. - С.39-44.

All. Подготовка поверхности сапфира для выращивания слоев кремния методом молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, Д.А. Павлов, Е.А. Питиримова // Неорганические материалы. - 2010. - Т.46. -С.773-782.

А12. Электрофизические свойства тонких слоев кремния на сапфире, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии / C.B. Тихов, В.Г. Шенгуров, Д.А. Павлов, П.А. Шиляев, Е.А. Питиримова, В.Н. Трушин, Е.В. Коротков, С.А. Денисов, В.Ю. Чалков // Вестник ННГУ. Серия ФТТ. - 2010. - №.2(1). - С.60-65.

А13. Структурные и электрофизические свойства сильнолегированных тонких слоев кремния на сапфире, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии / Д.А. Павлов, C.B. Тихов, П.А.Шиляев, С.А. Денисов, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров, Е.В. Коротков, C.B. Турков // Вестник ННГУ. Серия ФТТ. - 2010. - №.5(2). - С.309-312.

А14. Диагностика тонких слоев кремния на сапфире в системе электролит/полупроводник / C.B. Тихов, Д.А. Павлов, В.Г. Шенгуров, С.А. Денисов, В.Ю. Чалков, П.А. Шиляев, Е.В. Коротков, C.B. Турков // Вестник ННГУ. Серия ФТТ. - 2010. -№.5(2).-С.313-316.

А15. Установка и вакуумный метод эпитаксиального выращивания многослойных структур, содержащих слои Si, Ge и SiGe / В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов, С.П. Светлов, Д.В. Шенгуров // Вакуумная техника и технология. - 2011. - Т.21. №1. -С.45-48.

А16. Легирование бором гетероструктур Si|.xGex/Si в процессе сублимации кремния в среде германа / В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов, Д.В. Шенгуров, Р.Х Жука-вин, М.Н. Дроздов // Письма в ЖТФ. - 2011. - Т.37, Вып. 13. - С.24-30.

А17. Гетероструктуры Si|.xGex на КНС-подложках, полученные методом сублимации кремния в среде германа / С.А. Матвеев, С.А. Денисов, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров // Физическое образование в ВУЗах. - 2012. - Т. 18, № 1. - С.П32.

А18. Исследование структуры эпитаксиальных слоев кремния, выращенных на подложках сапфира, поверхность которых очищена молекулярным потоком кремния / С.А. Денисов, В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, Е.А.Питиримова // Тезисы докладов V Международной конференции и IV щколы молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе «Кремний-2008», Черноголовка, Россия, 1-4 июля 2008.-С. 168.

А19. Выращивание слоев SiGe на КНС-структурах методом молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, С.А. Матвеев // Х-я юбилейная Международная научная конференция «Химия твёрдого тела: наноматериалы, нанотех-нологии», Ставрополь, Россия, 17-22 октября 2010. - С.137-138.

А20. Эпитаксиальное выращивание слоев Si из сублимационного источника на подложках диаметром до 100 мм / С.А. Денисов, В.Ю. Чалков, С.П. Светлов, В.Г. Шенгуров // Тезисы докладов VIII-ой Международной конференции по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе «Кремний-2011», Москва, Россия, 5-8 июля 2011. - С.135.

А21. Распределение слоя кремния, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии, на сапфировой подложке диаметром 100 мм / С.А. Денисов, В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков // Тезисы докладов 7-ой конференции Всероссийской молодежной научной школы «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение», Саранск, Россия, 7-10 октября 2008. - С.145.

А22. Влияние приложения потенциала к подложке на структуру и морфологию слоев Si на сапфире / С.А.Денисов, В.Ю.Чалков, В.Г.Шенгуров, Е.В.Короткое, Д.А.Павлов, Е.А.Питиримова, В.Н.Трушин // Тезисы докладов 111-й Всероссийской конференции «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Нижний Новгород, Россия, 26-29 октября 2010. - С.95-96.

А23. Зародышеобразование и рост кремниевых слоев на сапфире методом молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, Е.В. Короткое, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров // Тезисы докладов 4-й межрегиональной молодежной научной школы «Материалы нано-, микро- и оптоэлектроники: физические свойства и применение», Саранск, Россия, 5-7 октября 2005.-С.95.

Патенты и заявки на изобретение

Б1. Патент Устройство для вакуумного напыления пленок / В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов // Патент №2411304, дата выдачи 10.02.2011, дата приоритета 21.07.2009.

Б2. Патент Сублимационный источник напыляемого материала для установки молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов, Д.В. Шенгуров// Патент №2449411, дата выдачи 27.04.2012, дата приоритета 13.01.2011.

БЗ. Устройство нагрева подложки для установки изготовления полупроводниковой структуры / В.Г. Шенгуров, С.А. Денисов, В.Ю. Чалков, С.П. Светлов // Заявка на изобретение №2010149024 от 30.11.2010. Принято положительное решение о выдаче патента от 06.04.2012.

Подписано в печать 10.09.2012 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1. Заказ № 606. Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета в РИУ ИНГУ им. Н.И. Лобачевского. 603000, г. Нижний Новгород, ул. Б. Покровская, 37

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 Проблемы гетероэпитаксиального роста субмикронных слоев кремния и кремний-германия на сапфире.

1.1 Данные о кристаллографии 81, Ое, сапфира и их ориентационные соотношения.

1.2 Молекулярно-пучковая эпитаксия кремния из сублимационного источника.

1.3 Гетероэпитаксиальный рост слоев кремния на сапфире.

1.3.1 Подготовка подложек сапфира для эпитаксиального роста слоев кремния.

1.3.2 Условия роста монокристаллических слоев кремния на сапфире.

1.3.3 Начальная стадия роста слоев кремния на сапфире.

1.4 Дефекты кристаллической структуры слоев кремния на сапфире.

1.5 Методы улучшения структурного совершенства КНС-структур.

1.5.1 Двухтемпературный режим роста.

1.5.2 Рост слоев кремния из ионно-молекулярных потоков.

1.5.3 Другие методы улучшения структуры слоев кремния на сапфире.

1.6 Гетероэпитаксиальные слои 810е на сапфире.

1.7 Постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА 2 Сверхвысоковакуумные технологические установки, методики выращивания эпитаксиальных слоев кремния на сапфире и исследования их структуры и морфологии поверхности.

2.1. Сверхвысоковакуумные установки для выращивания эпитаксиальных гетероструктур.

2.1.1 Устройство сверхвысоковакуумных технологических установок.

2.1.2 Устройства для нагрева подложек.

2.1.3 Сублимационные источники паров кремния.

2.2. Общие вопросы методики роста КНС-структур.

2.2.1 Основные этапы технологического цикла.

2.2.2 Характеристики процесса роста эпитаксиальных слоев кремния.

2.3. Методы исследования.

2.4 Выводы.

ГЛАВА 3 Теоретическое и экспериментальное исследование распределения толщины слоя по площади подложки диаметром до 100 мм при испарении из неподвижных и движущихся сублимационных источников.

3.1 Теоретические оценки распределения толщины слоя по площади подложки в зависимости от закона движения источника кремния или их числа.

3.1.1 Выбор метода расчета.

3.1.2 Распределение толщины слоя по площади подложки в зависимости от закона движения источника.

3.1.3 Распределения толщины слоя по площади подложки при испарении из нескольких источников.

3.2 Экспериментальное исследование распределения толщины слоя по площади подложки.

3.2.1 Испарение из неподвижных источников кремния.

3.2.2 Испарение из источника, движущегося по закону синуса.

3.2.3 Испарение из источника, движущегося по линейному закону.

3.3 Выводы.

ГЛАВА 4 Особенности эпитаксиального роста слоев кремния на сапфире в процессе сублимационной молекулярно-пучковой эпитаксии.

4.1. Влияние предэпитаксиального высокотемпературного отжига подложек на их структуру и морфологию.

4.1.1 in situ высокотемпературный отжиг подложек сапфира в вакууме.

4.1.2 Отжиг подложек сапфира в потоке атомов кремния.

4.2 Начальная стадия роста слоев кремния на сапфире.

4.3 Влияние условий роста на процесс эпитаксии слоев кремния на сапфире.

4.3.1 Рост при постоянной температуре подложки.

4.3.2 Двухтемпературный режим роста.

4.3.3 Влияние послеростового отжига на структуру слоев кремния на сапфире.

4.4 Влияние приложения отрицательного потенциала к подложке на структуру и морфологию поверхности слоев кремния на сапфире.

4.5 Структурное совершенство слоев кремния на подложках сапфира стандартной формы диаметром 76 и 100 мм.

4.6 Фотолюминесценция легированных эрбием слоев кремния на сапфире.

4.7 Выводы.

ГЛАВА 5 Эпитаксиальный рост слоев SiGe на сапфире и КНС-подложках.

5.1 Слои SiGe, выращенные непосредственно на сапфире.

5.2 Слои SiGe, выращенные на КНС-подложках.

5.3 Некоторые оптические свойства структур со слоями SiixGex:Er на сапфире.

5.3 Выводы.

Актуальность темы

Одним из приоритетных направлений развития современной физики полупроводников является развитие технологии формирования гетероструктур, которое необходимо для улучшения параметров приборов твердотельной микро- и оптоэлектрони-ки. Среди различных полупроводниковых материалов кремний является основным материалом микроэлектроники. Это связано с уникальным сочетанием его свойств и высоким уровнем технологии синтеза этого материала и приборов на его основе. Значительное улучшение параметров приборов на основе кремния достигается, когда используются слои твердого раствора 8Юе за счет увеличения подвижности носителей заряда. Оптоэлектронные применения 81 также могут быть значительно расширены за счет использования слоев твердого раствора 8Юе. Большие надежды при этом возлагаются на использование этого материала для создания эффективных излучателей на основе 81.

Задачи разработки специализированных интегральных схем (ИС) с улучшенными характеристиками скорости обработки информации и повышенной устойчивостью к воздействию дестабилизирующих факторов способствовали появлению новых структур на основе кремния, а именно структур кремния на сапфире (КНС) и кремний-германия на сапфире. Однако вырастить слои кремния на сапфире с малой плотностью кристаллических дефектов трудно из-за большого несоответствия параметров решеток кремния и сапфира и разницы коэффициентов линейного теплового расширения. Эта проблема усугубляется при выращивании слоев твердого раствора 8Юе на сапфире из-за еще большего рассогласования параметров решеток слоя и подложки.

Для решения проблемы выращивания эпитаксиальных слоев или твердого раствора 8Юе на сапфире необходимо использовать низкотемпературные методы, например, молекулярно-пучковую эпитаксию (МПЭ). В то же время, используемое в МПЭ осаждение кремния и германия с помощью электронно-лучевого испарения сопряжено с рядом недостатков: трудность обеспечения автотигельного режима испарения, особенно Се; трудность получения слоев 81 и Ое с чистотой <11014 см"3 из-за загрязнений; кроме того, в потоке 81 содержится до 20% многоатомных молекул, конденсация которых в некогерентную позицию приводит к формированию дефектов.

Метод сублимационной МПЭ 81 имеет ряд преимуществ при выращивании елоев 81 и 8Юе по сравнению как с МПЭ с твердотельными источниками, так и с газовыми. С использованием простого устройства для испарения 81 можно формировать поток атомов 81 достаточно высокой интенсивности и низкого фонового легирования. Поток атомов 81 из сублимационного источника ближе к моноатомному, что снижает плотность дефектов в слоях и оказывает положительное влияние на весь процесс эпи-таксиального роста. При введении в камеру роста германа происходит его разложение на сублимационном источнике, что позволяет выращивать слои БЮе с меньшими трудностями, чем МПЭ с электронно-лучевым испарением. Методом сублимационной МПЭ можно выращивать слои 81 и БЮе при более низкой температуре.

В то же время получаемые данным методом слои были однородны по толщине у на небольшой площади (1-4 см ). Для изготовления ИС на основе структур, выращенных методом МПЭ, необходимо использовать подложки стандартной формы большей площади (дисках 0=76-100 мм).

К началу наших исследований (2004 г.) рост слоев кремния на сапфире методом МПЭ из сублимационного источника для практического использования был изучен недостаточно. Для реализации широких возможностей этого метода необходимо было установить фундаментальные закономерности между условиями роста и структурой выращиваемых слоев кремния на сапфире. В свете вышесказанного данная работа является актуальной.

Цель и основные задачи работы

Цель работы заключалась в проведении исследований особенностей роста методом сублимационной МПЭ слоев 81 и 8Юе на подложках сапфира, в том числе и на подложках стандартной формы (диски диаметром до 100 мм), а также в комплексном исследовании их условий роста, направленных на разработку технологии низкотемпературного выращивания КНС-структур и слоев 8Юе на них для микро- и оптоэлек-троники.

Достижение цели работы потребовало решения следующих основных задач:

1. Разработка метода и устройств для выращивания сублимационной МПЭ слоев 81 и 8Юе на подложках стандартной формы - дисках 0 = 16- 100 мм.

2. Теоретическое и экспериментальное исследование распределения толщины слоя 81 по площади подложки при испарении из плоского источника в зависимости от геометрических размеров (ширины и длины источника, расстояния между источником и подложкой), закона движения (сканирования) источника относительно подложки.

3. Исследование влияния высокотемпературного предэпитаксиального отжига на структуру и морфологию поверхности сапфира.

4. Исследование начальной стадии роста эпитаксиальных слоев кремния на сапфире для уточнения механизма роста при низкотемпературном осаждении из сублимационного источника.

5. Исследование особенностей ростовых процессов в методе сублимационной МПЭ слоев кремния на сапфире и влияние на них внешних условий.

6. Исследование условий роста, а также структурных, морфологических и некоторых оптических свойств слоев твердого раствора SiGe на сапфире.

Научная новизна работы

1. Разработан и исследован принципиально новый метод выращивания эпитаксиальных слоев кремния из сублимационного источника на подложках стандартной формы в виде дисков диаметром до 100 мм. Разработан комплект устройств, позволяющих осуществлять качение сублимационного источника относительно подложки, формировать из него поток атомов Si высокой интенсивности и осуществлять нагрев оптически прозрачной в видимом диапазоне волн подложки (сапфир) до высоких температур (вплоть до 1450°С).

2. Впервые всесторонне теоретически и экспериментально исследован процесс равномерного осаждения слоев кремния по площади подложки в зависимости от числа неподвижных сублимационных источников или источника, движущегося относительно подложки по разным законам. Установлено, что при сканировании источника по линейному закону достигается более однородное распределение толщины слоя Si: ее разброс составлял ~5% на площади, ограниченной координатами х = ±34 мм и у = ±50 мм (центр координат находится в центре подложки).

3. Впервые для метода сублимационной МПЭ исследована начальная стадия роста слоев кремния на подложке сапфира (ll02), подготовленной в условиях in situ высокотемпературного отжига, в зависимости от ее температуры. Установлено, что зародыши кремниевого слоя образуются с большей вероятностью на моноатомных ступенях, сформированных при высокотемпературном (>1400°С) отжиге сапфира, за счет дополнительных связей. Выявленная экспериментально зависимость плотности зародышей от времени осаждения позволила установить, что образование и рост их происходит по механизму насыщения со временем. Установлено также, что рост зародышей в плоскости подложки происходит быстрее, чем в высоту, что свидетельствует о преобладающем влиянии поверхностной диффузии в процессе роста.

4. Впервые исследована зависимость структуры и морфологии поверхности слоев кремния на сапфире (П02) от температуры и ее вариации в процессе роста. Установлены допустимые ее значения, обеспечивающие достаточно высокое совершенство слоев. Обнаружен эффект снижения температуры эпитаксиального роста слоев на сапфире и улучшения морфологи поверхности в процессе роста их с приложением к подложке отрицательного потенциала (-200 В), которому дано объяснение на основе модели о вкладе кинетической энергии потока в активацию подвижности адатомов 81.

5. Впервые исследована зависимость структуры и морфологии гетероструктур со слоями твердого раствора кремний-германий на сапфире (П02) от комплекса технологических параметров (температуры, давления германа), а также от толщины буферного слоя 81. Установлено, что достаточно высокое совершенство слоев 81].хОех с х<0,25 на сапфире достигается при низких температурах роста (360-410°С) и оно сравнимо с совершенством таких слоев, выращенных на подложках 81(100). Введение прослойки кремния между сапфиром и слоем 8Юе улучшает структурное совершенство последних. Однако при малых толщинах прослойки слои 8Юе имеют преимущественную ориентацию (011), а не (001), как слои кремния на сапфире. Этому эффекту дается объяснение на основе несоответствия параметров решеток слоя и подложки.

6. Впервые комбинированным методом осаждения из сублимационного источника кремния и германия из германа (СеН4) получены структуры со слоями Бм.хОех :Ег на сапфире (П02), которые продемонстрировали высокую интенсивность фотолюминесценции на X — 1,54 мкм, сравнимую с интенсивностью фотолюминесценци таких же слоев, выращенных на 81(001).

Практическая ценность работы

Результаты, полученные в данной работе, могут служить основой технологии выращивания методом сублимационной МПЭ структур кремний или кремний-германий на сапфире для кремниевой микро-, нано- и оптоэлектроники.

К основным практически важным результатам можно отнести следующие:

1. Разработанный для сублимационной МПЭ 81 метод расчета распределения толщины осаждаемого слоя позволяет определить значения технологических параметров для выращивания слоев 81 с заданным однородным распределением их толщины по площади подложки.

2. Разработанный метод предэпитаксиальной подготовки поверхности подложки сапфира путем высокотемпературного отжига в потоке атомов Si может быть использован в технологии выращивания методом МПЭ слоев Si и других полупроводниковых слоев (например, GaN).

3. Установленные количественные зависимости структурных, морфологических и оптических параметров слоев Si и SiGe от условий роста на подложках сапфира позволяют разработать методики формирования конкретных эпитаксиальных гетерост-руктур приборного качества.

4. На основе полученных результатов предложен ряд новых технических решений, на которые получены 2 патента и одно положительное решение по заявке.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Метод МПЭ с сублимационным источником паров кремния позволяет выращивать на подложках сапфира R-среза эпитаксиальные слои Si(001) с высоким совершенством структуры (при ds¡ = 0,5 мкм, Acoi/2 <18 угл. мин.) и относительно гладкой поверхностью (RMS = 2,4 нм от скана поверхности размером 10x10 мкм), однородные по толщине (~5%) на большой площади (до 0=100 мм) при использовании линейного движения источника относительно подложки.

2. Предэпитаксиальный высокотемпературный отжиг подложки сапфира (П02) при > 1210°С в потоке атомов Si и при > 1400°С без потока приводит к формированию на ее поверхности моноатомных ступеней, вдоль которых происходит образование зародышей на начальной стадии роста слоя кремния.

3. Приложение к подложке сапфира небольшого по величине (-200 В) отрицательного потенциала способствует эффективному снижению температуры роста Si на сапфире и сглаживанию морфологии его поверхности за счет достижения большей подвижности адатомов Si и их однородного распределения по поверхности роста.

4. Рост совершенных по структуре слоев Sii.xGex (х<25%) на подложках сапфира (ll02) с ориентацией (001) при низких температурах (360-410°С) возможен при введении тонкого (~100 нм) буферного слоя Si; без этого слоя формируется слой с ориентацией SiGe(Oll), что связано с несоответствием параметров решеток слоя и подложки. Наблюдаемая высокая фотолюминесценция гетероструктур Si/Sii„xGex :Er/Si/ сапфир (il02) на X = 1,54 мкм сравнима с ФЛ от таких структур, выращенных на Si(001), подтверждает их высокое структурное совершенство.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях: Международной конференции "Кремний" (Москва, 2005, 2007, 2011; Черноголовка, 2008; Н.Новгород, 2010; С.Петербург, 2012), Международной конференции «Рост кристаллов и тепломассоперенос (ГСЭС-2005)» (Обнинск, 2005), Национальной конференции по росту кристаллов (Москва, 2004, 2006), Всероссийской молодежной научной школе «Материалы нано-, микро-оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение» (Саранск, 2004-2008), Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (С.Петербург, 2005, 2011), Ш-й Всероссийской конференции «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (Н.Новгород, 2010), Нижегородской научной сессии молодых ученых (Н.Новгород, 2007, 2008), Научной конференции «Структура и свойства твердых тел» (Н.Новгород, 2006), XXIV научные чтения им. Н.В. Белова (Н.Новгород, 2005), Научной студенческой конференции (Н.Новгород, 2003, 2005, 2006), ХП-й конференции «Высокочистые вещества и материалы. Получение, свойства, применение» (Н.Новгород, 2004), Х-й юбилейной международной научной конференции «Химия твёрдого тела: наноматериалы, нанотехнологии» (Ставрополь, 2010).

Публикации

Перечень публикаций, раскрывающих основное содержание работы, содержит 51 печатную работу, в том числе одну монографию, 16 статей в рецензируемых журналах и 34 работы в материалах конференций. Также получено два патента и одно положительное решение о выдаче патента.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 154 страницы, включая 75 рисунков, 8 таблиц, список цитируемой литературы из 135 наименований.

Результаты исследования структур со слоями SiGe на сапфире в целом позволяют в полной мере использовать преимущества подложки сапфира. При этом тонкий буферный слой кремния может служить как основа для гетероэпитаксиального роста, так и для интеграции приборов на основе SiGe и Si.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные достижения и результаты настоящей работы состоят в следующем:

1. Разработан и изготовлен комплект устройств для сублимационной МПЭ Si: устройство колебательного движения (сканирования) источника относительно подложки для осаждения слоя на подложки стандартной формы (диски диаметром до 100 мм); устройство для нагрева до высоких (~1450°С) температур оптически прозрачной в видимом диапазоне волн подложки (сапфира); устройство сублимационного источника высокой интенсивности и чистоты потока с возможностью его легкой замены.

2. Написаны программы расчета распределения толщины слоя Si по площади подложки в зависимости от геометрических параметров и закона движения полос-кового сублимационного источника. Определены условия МПЭ, обеспечивающие рост слоев Si однородной толщины на подложках стандартной формы. Экспериментальное исследование процесса роста подтвердило теоретические оценки. Установлено, что наиболее однородное распределение толщины слоев по площади подложки достигается при движении источника по линейному закону: распределение толщины имеет вид усеченной четырехгранной пирамиды, а ее разброс составляет ~5% на площади, ограниченной координатами х = ±34 мм и у = ±50 мм (центр координат находится в центре подложки).

3. Обнаружено, что in situ высокотемпературный отжиг подложек сапфира в потоке атомов Si при Ts>1210°C, а без потока при TS>1400°C приводит к формированию на их поверхностях ступеней атомарной высоты, на которых при последующем росте зарождаются островки Si. Появление ступеней было объяснено микроразориентацией исходной поверхности сапфира, которая при отжиге превращается в террасчатую поверхность. Взаимодействие атомов Si с поверхностью сапфира (А1203) при его отжиге проходит по известной химической реакции, продуктами которой являются атомы А1 и летучая моноокись SiO. В результате испарения ее происходит и испарение адсорбированных атомов кислорода и углерода.

4. Установлено, что на начальной стадии роста Si на сапфире наблюдается островковый характер. Плотность мест зарождения близка к плотности их в слоях, выращенных ГФЭ из силана. С увеличением толщины слоя механизм роста сменяется на послойный. Из зависимости плотности зародышей от времени роста установлено, что образование и рост зародышей происходит по механизму насыщения со временем, а характер зависимости поперечного размера частиц от времени позволяет заключить, что рост частиц в плоскости подложки происходит быстрее, чем в высоту. Это свидетельствует о преобладании влияния поверхностной диффузии в процессе роста.

5. Исследована зависимость структурного совершенства слоев Si на сапфире от температуры роста, в которой был определен вид структуры, сделана количественная оценка их структурного совершенства и выявлена кинетика перехода от монокристаллического роста к росту поликристалла при снижении температуры роста. Установлено, что зависимость структурного совершенства слоев Si на сапфире от температуры роста носит немонотонный характер. Слои со структурой монокристалла растут в интервале температур 550-850°С. При этом наиболее совершенные по структуре слои формируются при Ts = 700-750°С. Ухудшение структурного совершенства слоя при низких температурах объясняется снижением подвижности адатомов. При высоких температурах (>850°С) происходит фасети-рование поверхности сапфира, рост слоя Si на такой грубой поверхности требует аккомодации слоев на выступах и ямках за счет образования дислокаций или дефектов упаковки. Разработан режим двухтемпературного роста для эффективного сглаживания морфологии поверхности слоя Si на сапфире за счет использования низкотемпературного (500-550°С) зародышевого слоя Si толщиной <0,1 мкм и последующего роста основного слоя при повышенной температуре.

6. Установлено, что при одинаковой температуре роста в интервале 450-600°С структурное совершенство слоев кремния на сапфире, выращенных с приложением отрицательного потенциала (-200 В) к подложке, выше, а морфология поверхности значительно глаже, чем слоев, выращенных без приложения потенциала. Эти различия слоев усиливаются при снижении температуры роста. Структурное совершенство и морфология поверхности слоев, выращенных с приложением потенциала при Ts = 475°С, соответствует слоям, выращенным без приложения потенциала при Ts = 600°С, т.е. разница температур составляет ~125°С. Данный эффект объясняется на основе модели усиления подвижности нейтральных адатомов Si за счет передачи м части энергии ионов Si+.

7. Показано, что рост слоев твердого раствора SiGe в МПЭ непосредственно на подложках сапфира приводит к появлению в слоях кристаллитов с разной ориентацией: помимо (001) еще и (011) и (111), что объясняется несоответствием параметров решеток слоя и подложки. Формирование слоев SiGe с единственной ориентацией (001) возможно при введении буферного слоя Si толщиной -0,1 мкм.

8. Методом МПЭ из сублимационного источника кремния и введением в камеру роста германа (GeH4) выращены многослойные структуры Si/Sii.xGex :Ег /Si /сапфир с толщиной слоев SiGe:Er больше критической толщины и х=0,15-0,25, которые демонстрируют ФЛ на X = 1,54 мкм высокой интенсивности.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает благодарность и признательность научному руководителю д.ф.-м.н. Шенгурову В.Г. за выбор и разработку актуальной темы исследования, за помощь в планировании экспериментов и анализе результатов. Отдельную благодарность автор выражает Чалкову В.Ю. за помощь в проведении экспериментов по выращиванию структур и к.ф.-м.н. Светлову С.П. за помощь при проведении расчетов распределения толщины слоя по площади подложки.

Автор выражает признательность сотрудникам физического факультета ННГУ к.ф.-м.н. Питиримовой Е.А., к.ф.-м.н. Шиляеву П.А., Короткову Е.В., к.ф.-м.н. Нико-личеву Д.Е. за проведение измерений структур методами электронографии, атомно-силовой микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии; сотруднику НИФТИ д.ф.-м.н. Трушину В.Н. за снятие дифракционных кривых; сотрудникам Института физики микроструктур РАН (г. Н.Новгород) к.ф.-м.н. Степиховой М.В. и к.ф.-м.н. Красильниковой Л.В. за измерение спектров фотолюминесценции, д.ф.-м.н. Дроздову Ю.Н. за снятие дифракционных кривых структур БЮе.

1. Гиваргизов Е.И. Искусственная эпитаксия. М.: Наука. 1988. - 176 с.

2. Silicon on sapphire CMOS for optoelectronic microsystems / A.G. Andreou, Z.K. Kalayjian, A. Apsel, P.O. Pouliquen, R.A. Athale, G. Simonis, R. Reedy // Circuits and Systems. 2001. - V.l. -P.22-30.

3. Юдинцев В.А. Радиационно стойкие интегральные схемы. Надежность в космосе и на земле / В.А.Юдинцев // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2007, №5. - С.72-77.

4. Manasevit Н.М. Single-Crystal Silicon on a Sapphire Substrate / H.M. Manasevit, W.J.Simpson // J. Appl. Phys. 1964. - V.35. -P.1349-1351.

5. Chang C.C. Silicon-on-sapphire epitaxy by vacuum sublimation: LEED-Auger studies and electronic properties of the films / C.C. Chang // J. Vac. Sci. Technol. 1971. - V.8. - P.500-511.

6. Bean J.C. Growth of thin silicon films on sapphire and spinel by molecular beam epitaxy / J. C. Bean // Appl. Phys. Lett. 1980. - V.36. - P.741-743.

7. Molecular beam epitaxy versus chemical vapor deposition of silicon on sapphire / E.D. Richmond, M.E. Twigg, S. Qadri, J.B. Pellegrino, M.T. Duffey // Appl. Phys. Lett. 1990. - V.56. -P.2551-2553.

8. Spin-dependent photoconductivity in CVD- and MBE-grown silicon on sapphire / C. Raifear-taiqh, L.Bradley, R.C.Barklie, A.M. Hodge, E.D. Richmond // Semicond.Sci. and Technol. -1995. -V.10. -P.1595-1603.

9. Wado H. Epitaxial growth of SiGe on AI2O3 using Si2H6 gas and Ge solid source molecular beam epitaxy / H. Wado, K. Ohtani, M. Ishida // J.Crystl.Growth. 1996. - V.169. - P.457-462.

10. Шенгуров В.Г. Молекулярно-лучевая эпитаксия кремния с использованием сублимирующих источников / В.Г. Шенгуров // Поверхность. Физика. Химия. Механика. 1994, №10-11. - С.44-50.

11. Грум-Гржимайло С.В., Классен-Неклюдов М.В. Методы и приборы для контроля качества кристаллов рубина. М.: Наука. - 1968. - 105 с.

12. Акустические кристаллы // Справочник под ред. Шаскольской М.П. М.:Наука. - 1982. -632 с.

13. Палатник JI.C., Папиров И.И. Эпитаксиальные пленки. -М.:Наука. 1971. - 480 с.

14. Larssen P.A. Crystallographic match in epitaxy between silicon and sapphire / P.A. Larssen // Acta Cryst. 1966. - V.20. - P.599-602.

15. Silicon on sapphire (SOS) device technology / Toshiyuki Nakamura, Hideaki Matsuhashi, Yo-shiki Nagatomo // Oki Technical Review. 2004. - V.71, №.4 - P.66-69.

16. Heteroepitaxial silicon-aluminum oxide interface-additional studies of orientation relationship of single-crystal silicon on sapphire / H.M. Manasevit, R.L. Nolder, Mondy L.A. // Trans. Metall. Soc. AIME. 1968. - V.242. - P.465-469.

17. Efimov A.N: Symmetry constraints and epitaxial growth on nonisomorphic substrate / A.N. Efimov, A.O. Lebedev // Thin Solid Films. 1995. - V.260. - P.l 11-117.

18. Александров JI.H. Переходные области эпитаксиальных полупроводниковых пленок. Новосибирск: Наука. 1978. - 224 с.

19. Ota Y. Silicon molecular beam epitaxy / Y.Ota // Thin Solid State. 1983. - V. 106. - P.3-136.

20. Bean J.G. Silicon molecular beam epitaxy: Highlights of recent work / J.G. Bean // J. Electron.Mater. 1990. - V. 19. - P. 1055-1059.

21. Hirayama H. Gas source Si-MBE / H. Hirayama, K. Hiroi, T. Tatsumi // J.Cryst.Growth. 1990.- V.105. P.46-51.

22. Honig R.E. On the heats of sublimation and evaporation of germanium / R.E. Honig // J. Chemical Physics. 1954.-V.22. - P. 1610.

23. Ченга Л., Плога Л. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры. М.: Мир. 1989. -584 с.

24. Эпитаксиальные слои кремния, полученные сублимацией в вакууме / В.В. Постников, М.И. Овсянников, Р.Г. Логинова, Р.А. Рубцова, Т.Н. Сергиевская, В.А. Толомасов. // Докл. АН СССР. 1967. - Т. 175, №4. - С.817-818.

25. Kilgore B.F. Preparation of evaporated silicon films / B.F. Kilgore, R.W. Roberts // Review of Scientific Instruments. 1963. - V.34, №1. -P.ll-12.

26. Кожухов A.B. Установка для масс-спектрометрических методов анализа / А.В. Кожухов, Б.З.Кантер // Приборы и техника эксперимента. 1990. Т.32. - С.918-921.

27. Получение высоколегированных эпитаксиальных слоев кремния при низких температурах / В.П. Кузнецов, А.Ю. Андреев, Н.А. Алябина // Электронная промышленность. 1990, №9.- С.57-60.

28. Исследование эпитаксиальных кремниевых слоев, выращенных в вакууме / М.И. Овсянников, В.Г. Шенгуров, В.Н. Шабанов, М.Л. Шильникова // Электронная техника. Сер. Материалы. 1983, Вып.9(182). - С.34-38.

29. Установка для сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии кремния / С.П. Светлов, В.Г. Шенгуров, В.А. Толомасов, Г.Н. Горшенин, В.Ю. Чалков // Приборы и техника эксперимента. 2001, №5. - С.137-140.

30. Racette G.W. Improved silicon source for ultra-high vacuum deposition / G.W.Racette,

31. D.J.Rutecki // Insulation/Circuits. 1981. - V.27, №9. - P.40-41.34 http://www.mbe-komponenten.de/products/efflisionysusi.html Компания: MBE-Komponenten GmbH (Германия). Последнее посещение 14.08.2012.

32. Effusion cell orientation dependence of molecular beam epitaxy flux uniformity / K.T. Shiralagi,

33. A.M. Kriman, G.N. Maracas // J. Vac. Sci. Technol. A. 1991. - V.9 - P.65-70.

34. Nanbu K. Thickness distribution of films fabricated by the molecular beam epitaxy technique / K.Nanbu, Y.Watanabe // Vacuum. 1986. - V.36. - P.349-354.

35. Об одной модели расчета неравномерности слоя в методе молекулярно-пучковой эпитаксии / А.А. Майоров, А.Г. Филаретов, Г.Э. Цырлин // Сб.: Научное приборостроение. Автоматизация научных исследований. Л.: Наука. 1988. - с.73-78.

36. Оптимизация диаграмм направленности потоков молекулярных источников / И.Е. Махов, Л.С. Махова, Э.М. Помазкова // Электронная промышленность. 1990, №10. -С.64-65.

37. Лембра Ю.Я. К оценке неоднородности пленки в методе эпитаксии молекулярных пучков / Ю.Я.Лембра // Поверхность. Физика, химия, механика. 1985, №9. - С.81-85.

38. Лозгачев В.И. Распределение потоков молекул на плоскости при испарении в вакууме /

39. B.И. Лозгачев // Журнал технической физики. 1962. - T.XXXII, Вып.8. - С.1012-1022.

40. Перов А.С. Распределение потока молекул на плоскости при вакуумном испарении с произвольно ориентированного прямоугольного излучателя / А.С. Перов // Журнал технической физики. 1975. - T.XLV, Вып.6. - С.1296-1298.

41. Pellegrino J.G. Substrate annealing and the MBE growth of silicon on sapphire / J.G. Pellegrino,

42. E.D. Richmond // MRS Proceedings, Pittsburgh, USA. 1988. - V.107. P.383.

43. Ashurov Н.В. Dependence of silicon film density deposited on a sapphire substrate on growth conditions during partially ionized evaporation / H.B. Ashurov, A.G. Budrevich, A.S. Ljutovich // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 1990. V.51. - P.476-478.

44. Лютович A.C. Формирование переходных слоев при осаждении кремния из ионно-молекулярных потоков на подложки сапфира /А.С. Лютович, Л.В.Кулагина, Х.Б. Ашуров // Поверхность. Физика, химия, механика. 1994. - Вып.2. - С.55-59.

45. Effects of surface treatment on sapphire substrates / Yinzhen Wang, Shiliang Liu, Guanliang Peng, Shengming Zhou, Jun Xu // J. Crystl. Growth. 2005. - V.274. - P.241-245.

46. Study on Sapphire Surface Preparation for Ill-Nitride Heteroepitaxial Growth by Chemical Treatments / F. Dwikusuma, D. Saulys, and T. F. Kuech // J. Electrochem. Soc. 2002. - V.149. -P.G603-G608.

47. Evolution of steps on vicinal (0001) surfaces of a-alumina / L. Pham Van, O. Kumosikov, J. Cousty // Surface Science. 1998. V.411. - P.263-271.

48. Peng L.M. Studies on the etching and annealing behaviour of a-Al203 (Toi2) surfaces by reflection electron microscopy / L.M. Peng, J.T Czernuszka // Surface Science. 1991. -V.243. - P.210-218.

49. Richmond E.D. XPS Analysis of the sapphire surface as a function of high temperature vacuum annealing / E.D. Richmond // MRS Proceedings, Pittsburgh, USA. 1989. - V.159. -P.253-256.

50. Электронографическое исследование термически обработанной поверхности корунда / С.А. Семилетов, Х.С. Багдасаров, B.C. Папков, З.И. Магомедов // ФТТ. 1968. - Т. 10. - С.71.

51. Морфологические исследования поверхностей корунда, термически обработанных в интервале температур 1200-1600°С / Е.Н. Акуленок, Ю.К. Данилейко, В.С.Папков, В.Я. Хаи-мов-Мальков // Кристаллография АН СССР. 1970. - Т. 15, №6. - С. 1200.

52. Single-crystal germanium grown on (1T02) sapphire-by molecular beam epitaxy / D.J. Godbey, S.B. Qadri, M.E. Twigg, E.D. Richmond // Appl. Phys. Lett. 1989. - V.54. - P.2449-2451.

53. Self-formed silicon quantum wires on ultrasmooth sapphire substrates / S. Yanagiya, S. Kami-mura, M. Fujii, M. Ishida, Y. Moriyasu, M. Matsui, M. Yoshimoto, T. Ohnishi, K.Yoshida, K. Sasaki, H. Koinuma // Appl. Phys. Lett. -1997. V.71. - P.14109-1411.

54. Точицкий Э.Н. Кристаллизация и термообработка тонких пленок. Минск: Наука и техника. 1976. - 376 с.

55. Папков B.C., Цыбульников М.Б. Эпитаксиальные кремниевые слои на диэлектрических подложках и приборы на их основе. М.:Энергия. 1979. - 88 с.

56. Early growth of silicon on sapphire. I. Transmission electron microscopy / M.S.Abrahams, C.J. Buiocchi, R.T. Smith, J.F. Corboy, J.Blanc, G.W.Cullen // J.Appl.Phys. -1976. V.47. - P.5139-5150.

57. Blanc J. Early growth of silicon on sapphire. II. Models / J. Blanc, M.S. Abrahams // J. Appl. Phys. 1976.-V.47.-P.5151-5160.

58. Yasuda Y. Epitaxial growth of silicon films evaporated on sapphire / Y. Yasuda, Y. Ohmura // Jap. J.Appl.Phys. 1969. - V.8. - P.1098-1106.

59. Папков B.C. Начальная стадия роста и морфология поверхности кремния при гетероэпи-таксии на сапфире / B.C. Папков, М.В. Сувориков, Т.И. Маркова // Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы. 1971. - Вып.9. - С.124-128.

60. Godbey D.J. The nucleation and growth of germanium on (1T02) sapphire deposited by molecular beam epitaxy / D.J. Godbey, M.E.Twigg // J.Appl.Phys. 1991. - V.69. -P.4216-4221.

61. Abrahams M.S. Cross-sectional electron microscopy of silicon on sapphire / M.S. Abrahams, C.J. Buiocchi // Appl. Phys. Lett. 1975. - V.27. - P.325-327.

62. Trilhe J. Three-dimensional distribution of twins in epitaxial silicon on sapphire / J.Trilhe // J.

63. Electrochem. 1977. - V.124. - P. 1299-1300.

64. Smith R.T. Influence of sapphire substrate orientation on SOS crystalline quality and SOS/MOS transistor mobility / R.T. Smith, C.E. Vetzel // J. Cryst. Growrh. 1982,- V.58. - P.61-72.

65. Малюков Б.А. Исследование явления кристаллографической разориентации эпитаксиаль-ных пленок кремния на сапфире / Б.А.Малюков, В.Е. Королев, B.C. Папков, М.А. Воркунова // Кристаллография. 1980. - Т.25, №2. - С.444-445.

66. Manasevit Н.М. A survey of the heteroepitaxial growth of semiconductor films on insulating substrates / H.M. Manasevit // J. Cryst. Growrh. 1974. -V.22. - P. 125-148.

67. Twigg M.E. Elimination of microtwins in silicon grown on sapphire by molecular beam epitaxy / M.E. Twigg // Appl. Phys. Letters. 1989. - V.54. - P. 1756-1759.

68. Yamada H. Low-temperature heteroepitaxial film growth of Si on sapphire by reactive ion beam deposition / H.Yamada, Y. Torii // J. Appl. Phys. 1987. - V.62. - P.2298-2301.

69. Misfit dislocations in heteroetitaxial Si on sapphire / M.S.Abrahams, C.J. Buiocci, J.F.Corboy, G.W.Cullen // Appl. Phys. Lett. 1976. - V.28. - P.275-277.

70. Mooney P.M. SiGe MOSFET Structures on silicon-on-sapphire substrates grown by ultra-high vacuum chemical vapor deposition / P.M. Mooney, J.O. Chu, J.A. Ott // J. Electronic Materials. -2000. V.29. - P.921-927.

71. Hughes J. Anisotropy in electrical properties of (001) Si/ (0lT2)Al2O3 / J. Hughes, A.C. Thor-sen // J. Appl. Phys. 1973. - V.44. - P.2304-2310.

72. Englert Th. Determination of existing stress in silicon films on sapphire substrate using Raman spectroscopy / Th. Englert, G. Abstreiter, J. Pontcharra // Solid-State Electronics. 1980. - V.23. -P.31-33.

73. Джибути З.В. Фотостимулированная релаксация внутренних механических напряжений в эпитаксиальных КНС-структурах / З.В.Джибути, Н.Д.Долидзе, Г.Л.Эристави // ЖТФ. 2008. - Т.78. - С.135-137.

74. Reedy R.E. Suppressing A1 outdiffusion in implantation amorphized and recrystallized silicon on sapphire films / R.E. Reedy, T.W. Sigmon, L.A. Christel // Appl. Phys. Lett. 1983. - V.42. -P.707- 709.

75. Dumin D.J. Electrical properties of silicon films grown epitaxially on sapphire / D.J. Dumin // J. Appl. Phys. 1967. - v38. - p. 1909-1914.

76. Gas source molecular beam epitaxy of wurtzite GaN on sapphire substrates using GaN buffer layers / N.Grandjean, M.Leroux, M.Laugt, J.Massies // Appl.Phys.Lett. 1997. - V.71. -P.240-242.

77. Blue emission from Tm-doped GaN electroluminescent devices / A. J. Steckl, M. Garter, D. S. Lee, J. Heikenfeld, R. Birkhahn // Appl.Phys. Lett. 1999. - V.75. - P.2184-2186.

78. An Atomic Force Microscopy study of the Initial nucleation of GaN on sapphire / M.Richard-Babb, S.L. Buczkowski, Zhonghai Yu, Т.Н. Myers // MRS Proceedings, Pittsburgh, USA. 1995. -V.395. - P.237.

79. Itoh Т., Nakamura T. Epitaxial growth of silicon assisted by ion implantation / T. Itoh, T.Nakamura // Rad.Effects. 1971. -V.9. - P. 1-4.

80. Marinov M. Influents of ion bombardment on the surface structure of silicon single crystals / M.Marinov // Thin Solid Films. 1979. - V.61. - P.363-371.

81. Green J.E. Ion surface interactions during vapor phase crystal growth by sputtering MBE, and plasma-enhanced CDD; Application to semiconductors / J.E. Green, S.A.Barnet // J.Vac.Sci.Technol. - 1982. - V.21. - P.285-302.

82. Бабаев В.Г. Адсорбция паров металла в присутствии ионного облучения / В.Г. Бабаев, М.Б. Гусева // Изв. АН СССР. сер. физ. 1973. - Т.37, №2. - С.2596-2606.

83. Shimizu S. Epitaxial growth of Si on (T012) AI2O3 by partially ionized vapor deposition / S. Shimizu, S. Komiya // J.Vac.Sci.Technol. 1980. - V.17. - P.489-491.

84. Лютович A.C. Ионно-активированная кристаллизация пленок. Ташкент. -1982.-148 с.

85. Лютович А.С. Ионно-активированная кристаллизация пленок. В кн.: "Рост кристаллов". -М.: Наука, 1986. - Т.15. - с.5-13.

86. Yamata H. Thin heteroepitaxial Si-on-sapphire films grown at 600°C by reactive ion beam deposition / H. Yamata, Y. Torii // J. Appl. Phys. 1988. - V.64. - P.4509.

87. Cullen G.W. The preparation and properties of chemically vapor deposited silicon on sapphire and spinel / G.W. Cullen // J. Cryst. Growth. 1971. - V.9. - P. 107-125.

88. Duchemin J.P. Kinetics of silicon growth under low Hydrogen pressure / J.P. Duchemin, M. Bonnett, M.F. Keelsch // J.Electrochem. Soc. 1978. - V.125. - P.637-644.

89. Takagi T. Role of ions in ion-based film formation / T. Takagi // Thin Solid Films. -1982. -V.92.-P.1-17.

90. Эффекты воздействия низкоэнергетических ионов на рост кремниевых пленок / Д.В. Шенгуров, А.В. Шабанов, Д.А. Павлов, В.Г. Шенгуров, А.Ф. Хохлов // Тез.докл. ХШ-ой Межд. конф. «Взаимодействие ионов с поверхностью». М.:1997. - Т.2. - С.346-349.

91. Improvement of crystalline quality of epitaxial Si layer by ion-implantation techniques / Lau S.S., Matteson S., Mayer J.W., Revesz P., J. Gyulai, J. Roth, T. W. Sigmon, T. Cass // Appl.Phys.Lett. V.34. - P.76-78.

92. Golecki I. Improvement of crystalline quality of epitaxial silicon-on-sapphire by ion implantation and furnace regrowth /1. Golecki, M.A. Nicolet // Solid-State Electronics. V.23. - P.803-806.

93. Воротынцев B.M. Применение имплантации ионов кремния для формирования структурно-совершенных слоев кремния на сапфире / В.М.Воротынцев, Е.Л.Шолобов, В.А.Герасимов // ФТП. -2011,- Т.45. С. 1662-1666.

94. Особенности процесса твердофазной рекристаллизации аморфизированных ионами кислорода структур кремния на сапфире / Александров П.А., Демаков К.Д., Шемардов С.Г., Кузнецов Ю.Ю. // ФТП. 2009. - Т.43. - С.627-629.

95. Рекристаллизация с границы раздела кремний-сапфир как новый метод получения структурно-совершенных пленок кремния на сапфировоф подложке / Александров П.А., Демаков К.Д., Шемардов С.Г., Кузнецов Ю.Ю. // ФТП. 2010. -Т.44. - С. 1433-1435.

96. Gated Hall effect measurements in high-mobility «-type Si/SiGe modulation-doped heterostruc-ture / K. Ismail, M. Arafa, F. Stern, J.O. Chu, B.S. Meyerson //Appl. Phys. Lett. 1995. - V.66. -P.842-844.

97. High speed p-type SiGe modulation-doped field-effect transistors / M. Arafa, P. Fay, K. Ismail, J.O. Chu, B.S. Meyerson, I. Adesida // IEEE Electron Dev. Lett. 1996. - V.17. - P.124-126.

98. Meyerson B.S. Low-temperature silicon epitaxy by ultrahigh vacuum/chemical vapor deposition / B.S. Meyerson // Appl. Phys. Lett. 1986. - V.48. - P.797-799.

99. Advanced thin-film silicon-on-sapphire technology: microwave circuit applications / R.A. Johnson, P.R. de la Houssaye, C.E. Chang, P-F. Chen, M.E. Wood, G.A. Garcia, I. Lagnado, P.M. Asbeck // IEEE Trans. Electron Dev. 1998. - V.45. - P.1047-1054.

100. Dubbelday W.B. The growth of SiGe on sapphire using rapid thermal chemical vapor deposition / W.B. Dubbelday, K.L. Kavanagh // J.Crystl.Growth. 2001. - V.222. - P.20-28.

101. Тонкие монокристаллические пленки германия на сапфире, полученные ионным распылением / Р.Н. Ловягин, А.Л. Асеев, Р.Ш. Ибрагимов, С.И. Стенин // Микроэлектроника.1973. Т.2, Вып.2. - С. 184-186.

102. Identification of a Mobility-Limiting Scattering Mechanism in Modulation-Doped Si/SiGe He-terostructures / K. Ismail, F.K. Legoues, K.L. Saenger, M. Arafa, J.O. Chu, P.M. Mooney, B.S. Meyerson // Phys. Rev. Lett. 1994. - V.73. - P.3447-3450.

103. Park Y. / Rhombohedral epitaxy of cubic SiGe on trigonal c-plane sapphire / Y. Park, G.C. King, S.H. Choi // J.Crystl.Growth. 2008. - V.310. - P.2724-2731.

104. Lagnado I. Integration of Si and SiGe with AI2O3 (sapphire) /1. Lagnado, P.R de la Houssaye // Microelectron. Eng. 2001. -V.59. - P.455-459.

105. Нагреватель подложек в сверхвысоком вакууме / Шенгуров В.Г., Светлов С.П., Толома-сов В.А., Чалков В.Ю. // ПТЭ. 2004, №5. - С.158-160.

106. Несмеянов А.Н. Давление паров химических элементов. М.:АН СССР. - 1961.-396 с

107. Патент Сублимационный источник напыляемого материала для установки молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов, Д.В. Шенгуров // Патент №2449411, дата выдачи 27.04.2012, дата приоритета 13.01.2011.

108. Патент Устройство для вакуумного напыления пленок / В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов // Патент №2411304, дата выдачи 10.02.2011, дата приоритета 21.07.2009.

109. Перевощиков В.А., Луфт Б.Д., Возмилова Л.Н. Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников. М.: Изд-во "Радио и связь". -1982. -136 с.

110. Перевощиков В.А., Скупов В.Д. Особенности абразивной и химической обработки поверхности полупроводников. Н. Новгород: Изд-во ННГУ. -1992. -200 с.

111. Химический и фазовый состав ленок оксида кремния с нанокластерами, полученными путем ионной имплантации углерода / А.В. Боряков, Д.Е. Николичев, Д.И. Тетельбаум, А.И. Белов, А.В. Ершов, А.Н. Михайлов // ФТТ. 2012. - Т.54. - С.370-377.

112. Медведев С.А. Введение в технологию полупроводниковых материалов. М.: «Высшая школа». - 1970. - 504 с.

113. Портнов В.Н., Чупрунов Е.В. Возникновение и рост кристаллов. М.: «Физматлит». -2006.-328 с.

114. Characterization of amorphous and polycrystalline Si and Ge films / J. Gonzalez-Hernandez, S.S. Chao, D.Martin, R.Tsu // SPIE. 1985. - V.524. - P. 126-136.

115. Горелик С.С., Дашевский МЛ. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. -М.: Металлургия. 1988. - 574 с.

116. Шенгуров В.Г. Молекулярно-лучевая эпитаксия кремния, стимулированная ионным облучением / Дис. док. физ.-мат. наук: 01.04.07 / В.Г. Шенгуров. Н. Новгород. 2003. - 409 с.

117. The adsorption of oxygen on silicon (111) surfaces / H.Ibach, K.Horn, R.Dorn, H.Luth // Surf. Sci. 1973. - V.38. - P.433-454.

118. Глазов В. M., Земсков В. С. Физико-химические основы легирования полупроводников. -М.: Наука, 1967. 371 е.; гл.2 п.З. с.96-198.

119. Соболев Н.А. Светоизлучающие структуры Si : Ег. Технология и физические свойства. / Н.А. Соболев // ФТП. 1995. - Т.29. - С. 1153-1177.

120. Structure of the 0.767-eV oxygen-carbon luminescence defect in 450°C thermally annealed Czochralski-grown silicon / W. Kuerner, R. Sauer., A. Doerner, K. Thonke // Phys. Rev. B. 1989. - V.39. - P.13327-13337.

121. Optically active erbium centers in silicon / H. Przybylinska, W. Jantsch, Yu. Suprun-Belevitch, M. Stepikhova, L. Palmetshofer, G. Hen-dorfer, A. Kozanecki, R.J. Wilson, B.J. Sealy // Phys. Rev. B. 1996. -V.54. - P.2532-2547.

122. Гетероэпитаксия легированных эрбием слоев кремния на сапфире / В.Г. Шенгуров, Д.А. Павлов, С.П. Светлов, В.Ю.Чалков, П.А.Шиляев, М.В.Степихова, JI.B. Красильникова, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник ФТТ. 2005. - V.47. - Р.86-89.

123. Температурная зависимость морфологии ансамблей наноостровков в системе Ge/Si(100) / В.Г. Дубровский, В.М. Устинов, А.А. Тонких, В.А.Егоров, Г.Э.Цырлин, P.Werner // Письма в журнал технической физики. 2003. - Т. 29, Вып.17. - С.41-48.

124. Teichert С. Self-organization of nanostructures in semiconductor heteroepitaxy / C. Teichert // Physics Reports. 2002. - V. 365, №4. - P. 335-432.