Морфологические свойства нано- и микроструктур, сформированных на подложках кристаллического и пористого кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Горлачев, Егор Сергеевич АВТОР
кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Ярославль МЕСТО ЗАЩИТЫ
2008 ГОД ЗАЩИТЫ
   
01.04.10 КОД ВАК РФ
Диссертация по физике на тему «Морфологические свойства нано- и микроструктур, сформированных на подложках кристаллического и пористого кремния»
 
Автореферат диссертации на тему "Морфологические свойства нано- и микроструктур, сформированных на подложках кристаллического и пористого кремния"

На правах рукописи

Горлачев Егор Сергеевич

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНО- И МИКРОСТРУКТУР, СФОРМИРОВАННЫХ НА ПОДЛОЖКАХ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО И ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ

Специальность 01 04 10-физикаполупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

003165531

Ульяновск - 2008

Работа выполнена на кафедре микроэлектроники в ГОУ ВПО Ярославский государственный университет им П Г Демидова

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Зимин Сергей Павлович

доктор физико-математических наук, профессор Тимошенко Виктор Юрьевич

доктор технических наук, профессор

Орлов Анатолий Михайлович

ГОУ ВПО Московский государственный институт электронной техники (технический университет)

Защита состоится « 28 » марта 2008 г в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212 278.01 при Ульяновском государственном университете по адресу ул Набережной р Свияга, 106, корп 1, ауд 703

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, с авторефератом - на сайте университета www.uni.ulsu ги

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу

432000, г Ульяновск, ул Л Толстого, д 42, УлГУ, управление научных исследований

Автореферат разослан » февраля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, канд физ-мат наук, доцент

Сабитов О Ю

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современной технологии полупроводников крайне важным вопросом является изучение физических процессов, имеющих место в тонких пленках и гетероэпитаксиальных структурах в ходе процессов формирования и обработки Напряжения и деформации в гетероструктурах являются актуальной темой исследований в последние годы Релаксация напряжений способна привести к микро- и наноструктурированию пленок, что позволяет целенаправленно формировать микро- и наноструктуры с заданными свойствами, представляющими фундаментальный интерес и широкие перспективы практического использования

Одной из главных проблем современной полупроводниковой технологии является создание высококачественных гетероэпитаксиальных систем на кремниевых основаниях, что позволяет совместить рабочие элементы и блок обработки информации в рамках одного кристалла Как правило, материалы, выращиваемые на кремниевой подложке, имеют рассогласование постоянных решеток и температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР). Это приводит к появлению значительных механических напряжений в пленках и как следствие возникновению ряда структурных дефектов, таких как дислокации, которые серьезно сказываются на качестве работы полупроводниковых приборов Напряжения в гетероструктуре могут быть релаксированы посредством деформации податливого пористого буферного слоя [1 и др] С другой стороны, пористые слои могут сами выступать в качестве активных элементов полупроводниковых приборов, в связи с чем актуальными становятся вопросы роста и изучения физических свойств пленок полупроводников, металлов и других материалов на пористых основаниях. Наибольший интерес с данной точки зрения представляет пористый кремний (ПК), совместимый с традиционной 81-технологией Высокая упругость ПК наряду с сохранением монокристаллической структуры кремния при невысокой пористости позволяет использовать ПК в качестве буферных слоев для эпитаксии

Актуальной задачей является исследование свойств гетероэпитаксиальных структур, содержащих пленки полупроводниковых материалов А4В6, активно применяемых при производстве оптоэлектронных устройств ИК-диапазона [2] Полупроводники А4В6 представляют особый интерес при получении структур пониженной размерности Использование материалов А4Вб, в частности халькогенидов свинца РЬТе, РЬ8е, РЬБ, позволяет осуществить переход к размерному квантованию при характерных размерах элементов 25-50 нм (для сравнения, для боровский радиус экситона ~5 нм) [3] Аномально высокая величина диэлектрической проницаемости (~103) халькогенидов свинца приводит к высокой степени локализации электронов и отсутствию флуктуаций потенциала в наноструктурах [4] Квантовые точки (КТ) А4В6 актуальны для фундаментальных и прикладных исследований, поскольку позволяют наблюдать размерные эффекты в относительно протяженных наноструктурах и использовать их в системах оптической связи Важной задачей, решение которой позволит производить нано- и оптоэлектронные устройства в рамках традиционной технологии, является создание массивов КТ А4В6 на кремниевых подложках

Таким образом, исследование морфологических особенностей пленок на пористых подложках, изучение релаксационных процессов при внешних воздействиях в гетеросистемах с буферными слоями ПК, разработка методов формирования наноструктур А4В6 на кремниевых подложках являются актуальными проблемами, решение которых позволит создавать электронные и оптоэлектронные устройства с высокими техническими характеристиками.

Цель работы - исследование морфологии поверхности полупроводниковых пленок А4В6, халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) и алюминиевой металлизации на пористых и монокристаллических кремниевых подложках, изучение физических особенностей процессов поверхностной модификации пленок при плазменной обработке и термическом отжиге

Для достижения данной цели были решены следующие задачи

1 Исследована морфология поверхности эпитаксиальных пленок А4В6 различного состава на кристаллических и пористых кремниевых подложках, изучены характер и физические основы изменения морфологии пленок А4В6 при сухом травлении в аргоновой плазме

2 Разработаны режимы формирования полупроводниковых наноструктур А4В6 методами сухого травления

3 Исследована морфология пленок А1 и ХСП на пористых и кристаллических подложках Изучены особенности релаксации напряжений в исследуемых структурах и происходящие процессы модификации поверхности

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем

1 Впервые обнаружена роль пронизывающих дислокаций и террас на поверхности структур A4B6/CaF2/Si(l 11) в формировании микрорельефа поверхности в ходе плазменной обработки

2 Впервые показана возможность формирования наноструктур полупроводников А4В6 по технологии "top-down" путем плазменной обработки

3 Впервые показано, что при высокотемпературном отжиге имеет место явление порообразования в алюминиевой металлизации на пористом кремнии

Практическая ценность диссертационной работы

1 Систематизированы экспериментальные данные о структуре пленок А4В6 на сплошных и пористых подложках, что может быть использовано при формировании гетероэпитаксиальных структур, меза-элементов и полупроводниковых устройств на их основе

2 Изучены особенности морфологии, имеющие место в пленках А1 и ХСП на макропористом кремнии, что позволяет выработать приемы по устранению нежелательного эффекта порообразования в таких пленках и уменьшению высот хиллоков

3 Установлены закономерности плазменного травления пленок А4В6 в аргоновой плазме, определены технические параметры распыления

4. Впервые получена экспериментальная методика формирования наноструктур А4Вб путем обработки пленок А4В6 на подложках СаР2/81(111) в аргоновой плазме

Проведенные исследования позволяют вынести на защиту следующие положения:

1. Алюминиевая металлизация толщиной 1 мкм на макропористом кремнии является сплошной за счет формирования мостиков над порами Высокотемпературный отжиг 550°С в инертной среде в течение 10-60 минут приводит к разрушению мостиков и порообразованию в алюминиевых пленках

2 Травление в плотной индукционной аргоновой плазме низкого давления поликристаллических пленок А4Вб, полученных на подложках пористого кремния, является однородным

3 При обработке пленок А4В6/СаР2/81(111) и А4В6/ВаР2(111) в аргоновой плазме при реализации эффекта микромаскирования пронизывающие дислокации являются местом локализации микровыступов на поверхности.

4 Углы нанотеррас на поверхности пленок А4В6/СаР2/81(111) при травлении в аргоновой плазме приводят к появлению ансамбля нановыступов, что позволяет формировать наноструктуры А4В6 с фиксированными геометрическими параметрами

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 7-й, 8-й, 9-й международных конференциях «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, 2005, 2006, 2007); международной конференции «Микро- и наноэлектроника - 2007 (1СМ№-2007)» (Звенигород, 2007); научно-практической межрегиональной конференции «Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника» (Ярославль, 2007), 18-й международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2007)» (Звенигород, 2007), международной научно-технической конференции «Молодые Ученые - 2006» (Москва, 2006), 45-й международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Белгород,

2006), Харьковской нанотехнологической Ассамблее-2006 (Харьков, 2006), 5-й международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, 2006), 5-й международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (Санкт-Петербург, 2006), международной научной конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2006), международной научной конференции «Пленки-2005» (Москва, 2005), 7-й, 8-й, 9-й научных молодежных школах по твердотельной электронике «Нанотехнологии и нанодиагностика» (Санкт-Петербург, 2004, 2005), 6-й, 7-й всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2004, 2005) и др

Достоверность результатов, полученных в данной работе, определяется применением высокоточных современных экспериментальных методик, воспроизводимостью результатов, сравнением полученых научных результатов с литературными данными, согласием предложенных моделей с результатами экспериментальных исследований

Личное участие автора В диссертации изложены результаты, полученные как лично автором под научным руководством проф Зимина С П , так и в сотрудничестве с Герке М Н (АСМ-исследования), Амировым И И (плазменная обработка) Подготовка эксперимента, обработка и интерпретация всех полученных экспериментальных данных, построение зависимостей и физических моделей, ряд АСМ-исследований проводились соискателем самостоятельно Научным руководителем проф Зиминым С П была оказана помощь в планировании эксперимента и построении физических моделей Ряд гетероэпитаксиальных структур предоставил Цогг X (ЕТН, Цюрих)

Публикации. По результатам исследований, проведенных в рамках диссертационной работы, опубликовано 28 работ, из них 5 - статьи в

рецензируемых журналах, входящих в список изданий, рекомендованных ВАК РФ Список работ приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы Диссертация содержит 121 страницу текста, включая 43 рисунка, 6 таблиц Список литературы включает 128 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы исследований, формулируется цель работы, кратко излагаются основные решаемые задачи и полученные результаты, включая научную и практическую значимость работы, выдвигаются основные научные положения, выносимые на защиту

Первая глава представляет собой литературный обзор научных данных по теме исследований Проведен анализ публикаций, посвященных формированию пленок различных материалов на пористых основаниях, основным методикам микро- и наноструктурирования поверхности, свойствам структур с пониженной размерностью, физическим свойствам и применению полупроводников А4В6 Представленный обзор научных публикаций позволяет говорить о том, что пористый кремний может выступать в качестве универсального буферного слоя при гетероэпитаксии, позволяющего получать пленки со сниженными механическими напряжениями и в том числе полностью бездефектные Однако требуют продолжения исследования структурных особенностей пленок А4В6 на ПК, являющихся перспективными с точки зрения интеграции ИК-оптоэлектронных устройств в традиционную кремниевую технологию В научной литературе практически отсутствует информация о структурных свойствах металлических и аморфных пленок на подложках ПК, об исследовании морфологии пленок на макропористых основаниях

На момент выполнения дисертационной работы подробно исследованы процессы роста и характеристики квантовых точек А4В6, формируемых на

различных подложках методами молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и коллоидной химии (технологии "bottom-up") Однако не разработаны методики формирования наноструктур полупроводников А4В6 в рамках "top-down" технологии, при том, что ионно-плазменная обработка является одним из ключевых процессов при производстве интегральных полупроводниковых устройств и представляется наиболее эффективным и экономичным методом модификации и наноструктурирования поверхности

Вторая глава посвящена описанию технологических процессов получения экспериментальных образцов, методик их исследования Сводная характеристика исследуемых структур и процессов их обработки приведена на рис 1 Слои ПК толщиной 5-50 мкм с пористостью 5-28% получены анодированием при использовании метода жидкостного контакта Унно-Имаи в электролитах на основе HF при плотности тока анодирования 5-10 мА/см2. В главе описываются технологические режимы получения эпитаксиальных пленок А4В6 на подложках монокристаллического и пористого кремния, на кристаллах фторида бария методами МЛЭ и вакуумного осаждения Приведены условия формирования алюминиевой металлизации и слоев As2Se3 на подложках ПК с различной величиной пористости

Рис. 1 Классификация образцов, исследованных в работе

Обработка поверхности пленок А4В6 в аргоновой плотной плазме высокочастотного индукционного разряда (ВЧИ-плазме) низкого давления проводилась при давлении аргона 0,07-1,2 Па. Плазма зажигалась с помощью ВЧ-генератора (800 Вт, 13,56 МГц), мощность ВЧ-смещения составляла 300500 Вт. Исследование морфологии поверхности осуществлялось с использованием методов атомно-силовой микроскопии (АСМ) на АСМ SMENA и NTEGRA PRIMA (NT-MDT), Omicron UHF AFM/STM. Дополнительные исследования и контроль поверхности проводились на электронном микроскопе JEOL JSM-5400 и оптическом микроскопе ELSAM. Толщина распыленных слоев определялась с помощью профилометра TALYSTEP, исследование элементного состава поверхности проводилось с помощью методов вторично-ионной масс-спектроскопии (ВИМС) на установке САМЕСА IMS-4f, исследование кристаллической структуры проводилось на рентгеновском дифрактометре ДРОН-ЗМ.

В третьей главе описаны результаты исследований поверхностной

морфологии и структуры пленок различных материалов на

монокристаллических и пористых

"" подложках. Пленки А4В6 (РЬТе,

I * 1 ^

■иННШ^Ш РЬБе) толщиной 0,5-3 мкм

1втШ 4 \

^ИИЯИИИмИИИИ^ИВН формировались на ПК с

пористостью 5-28% методом

вакуумного осаждения при

температурах подложки 70-350°С.

На основании проведенных

исследований было установлено, что

пленки А4В6 на буферных слоях

„ , _ пористого кремния являются

гнс. 2. АСМ-изооражение поверхности

пленки РЬТе на подложке СаР2/8К1 И). сплошными, однородными, какие-На поверхности присутствуют террасы и

треугольные ямки выхода дислокаций с либо особенности, связанные С плотностью М0а см-2

порами подложки, отсутствуют Установлено, что в зависимости от условий выращивания пленки могут быть блочными (ЮО)-текстурированными или поликристаллическими с размерами кристаллитов 150-1500 мкм

Эпитаксиальные пленки А4В6 (РЬТе; РЬБе, РЬ,_дЕи,8е, х=0,05-0,16) толщиной 1,5-5 мкм выращивались методом МЛЭ (ЕТН, Цюрих) на подложках СаР2/Вг(111) при температуре подложки 400-420°С при скорости роста ~1 мкм/час Буферные слои СаР2 имели толщину 2-4 нм и применялись для решения проблемы большого рассогласования постоянных решеток халькогенидов свинца и кремния [5] В ходе экспериментальных исследований было установлено, что на поверхности пленок присутствуют ямки выхода дислокаций с латеральными размерами 250-300 нм (плотность лежит в интервале 2 1 07—4 1 08 см-2) и характерные террасы высотой 1,5-2 нм (плотность выступающих вершин треугольных ступеней составляет ~109 см-2) Типичное АСМ-изображение поверхности на примере эпитаксиальной пленки РЬТе/СаР2/81(111) показано на рис. 2 Наблюдаемая морфология поверхности соответствует модели Цогга, описанной в [5] Образование террас на поверхности обусловлено процессами пластической релаксации механических напряжений в эпислоях А4В6(111), вызванных значительным несоответствием ТКЛР материалов пленки и подложки, происходящей путем скольжения дислокаций вдоль направлений <011>.

Для тонких пленок А4В6 толщиной 200-300 нм, выращенных на СаБ2/81(111), впервые наряду со ступенями террас на поверхности наблюдались изогнутые ступени высотой до 50 нм, локализующиеся на местах выхода одной или нескольких дислокаций и являющиеся следствием особенностей спирального роста пленки в области дислокаций В качестве тестовых структур в работе применялись также системы РЬТе/ВаР2(111), полученные методом МЛЭ (НПО «Орион», Москва) В результате близких ТКЛР пленки и подложки особенностью их поверхности являлось отсутствие нанотеррас треугольной формы.

Формирование алюминиевой металлизации на буферном слое макропористого кремния с пористостью 6-8% и латеральными размерами пор

на поверхности 0,5-2,5 мкм проводилось методом термовакуумного напыления. Было показано, что пленка А1 толщиной 1 мкм является поликристаллической, сплошной и не имеет сквозных пор. Экспериментально было установлено, что на поверхности А1 на макропористом ПК наблюдались ровные участки и

участки с углублениями. Число этих углублений соответствовало числу

выходов макропор на исходной поверхности ПК. Глубина ямок достигала 140

нм, а латеральные размеры в верхней части - до 2 мкм. Появление таких

углублений объясняется тем, что сплошная пленка металла мостиком нависает над макропорами. При этом в области ямок происходила локализация выступов (хиллоков) высотой 400-600 нм (рис. 3), характерных для А1 пленок на кремнии

Рис. 3. АСМ-изображение типичного Рис. 4. а- АСМ-топография поверхности А1

Для определения влияния термических напряжений на морфологию

металлизации был проведен стандартный отжиг при температуре 550°С в атмосфере азота в течение 10-60 мин. Было обнаружено явление порообразования в А1 пленках после отжига, сопровождающееся увеличением размеров хиллоков. На рис. 4, а, б представлены топографическое АСМ-изображение участка поверхности пленки и профилограмма типичного

[6].

крупного хиллока на поверхности алюминиевой металлизации на макропористом кремнии

металлизации на макропористом кремнии после отжига 550°С (размах высот составляет 2,5 мкм); б - профилограмма типичного комплекса «хиллок-пора»

крупного хиллока Высота данного хиллока составляет около 1 мкм, ширина у основания 2,2 мкм Из профилограммы видно, что глубина образующейся в результате разрушения А1 мостика поры равна 1,6 мкм, что на 0,6 мкм превышает толщину пленки А1 и, следовательно, пора продолжается в ПК Электронно-микроскопические исследования подтвердили наличие пор в алюминии и показали, что плотность комплексов «хиллок-пора» на различных участках А1 пленки варьируется в пределах (3-10) 105 см-2, соответствуя плотности пор на поверхности ПК Построена физическая модель порообразования в пленках А1 на макропористом кремнии при высокотемпературном отжиге. Согласно этой модели, роль участка А1 пленки, слабо связанного с подложкой и являющегося местом зарождения хиллока, выполняют области над порами В ходе отжига максимальные механические сжимающие напряжения возникают в пленке металла над границами пор ПК, что способствует процессу диффузии металла в область хиллоков и разрыву мостиков

Для подтверждения модели зарождения крупных хиллоков рядом с порами в качестве модельного объекта были выбраны пленки ХСП, широко применяемые в ИК-оптоэлектронике Использовались пленки АБаБез толщиной 0,4-0,6 мкм на мезопористом ПК с аморфной макропористой пленкой В пленках присутствовали поры, на периферии которых наблюдалось формирование крупных выступов Появление последних объясняется релаксацией механических напряжений в ходе остывания структур до комнатной температуры и диффузией материала из области поры по аналогии с пленками А1, характеризующихся близкой с ХСП величиной ТКЛР Полученные результаты позволили объяснить ранее наблюдаемые для пленок ХСП на ПК аномально низкие величины удельного сопротивления в перпендикулярном плоскости пленки направлении [7] Причиной может быть снижение эффективной толщины пленки ХСП и появление токов утечки по стенкам пор

Четвертая глава содержит данные по модификации поверхности пленок А4В6 на пористых и кристаллических подложках при обработке в ВЧИ-плазме. Обработка проводилась в ВЧИ-реакторе в плазме аргона при мощности ВЧ-смещения на алюминиевом электроде-подложкодержателе 300-500 Вт, длительность обработки составляла 30 сек.

Обнаружено, что поликристаллические пленки А4В6/ПК в ходе плазменной обработки распыляются однородно, какой-либо модификации поверхности не происходит. При ВЧ-смещении 400 Вт скорость распыления достигала 50 нм/сек, при отсутствии ВЧ-смещения скорость составляла 2-3 нм/сек.

Принципиально иная картина наблюдалась при плазменной обработке эпитаксиальных пленок А4Вб на подложках СаР2/81(111). Установлено, что происходило селективное распыление поверхности пленок, приводящее к значительной модификации рельефа. Типичное трехмерное АСМ-изображение поверхности модельной структуры РЬТе на 81 после плазменной обработки приведено на рис. 5. Обнаружено, что на поверхности формируются крупные выступы субмикронных размеров (микровыступы). Высота последних соответствует толщине распыленного слоя (350-450 нм на рис. 5). В верхней

Рис. 5. Типичное трехмерное АСМ-изображение поверхности пленки РЬТе на подложке CaF2/Si( III) после обработки в аргоновой плазме (исходное состояние поверхности показано на рис. 2)

части всех микровыступов (рис. 6) присутствовали ямки треугольной формы с латеральными размерами, соответствующими размерам ямок выхода дислокаций на исходной поверхности. Микровыступы были расположены на фоне однородного нанорельефа мелких выступов (нановыступов) на поверхности РЬТе/СаР2/81(111). Высота наноструктур РЬТе составляла 15-55

Рис. 6. Микро- и нановыступы на обработанной в плазме поверхности РЬТе/СаР2/8!(111). Схематично указана ямка выхода дислокации и направление дислокационной линии

нм, полуширина выступов находилась в интервале 40-85 нм, их плотность равнялась (2-3)-109 см"2. С целью анализа механизмов формирования наблюдаемых структур было проведено сравнение величин плотностей микро-и нановыступов с параметрами структурных особенностей. Данные для пленок РЬТе/СаЕ2/81(111) приведены в табл. 1. Строгое соответствие плотности дислокаций в исходных пленках и микровыступов после травления, одинаковый наклон выступов и присутствие на их вершинах ямок выхода дислокаций позволяют утверждать, что крупные выступы локализуются на местах выхода пронизывающих дислокаций эпислоя.

Табл. 1

Параметры пленок РЬТе

№ Легирующая примесь Толщина пленки (мкм) Плотность дислокаций, см-2 Плотность микровыступов, см"2 Плотность нановыступов, см"2

1 - 5,0 2107 2-107 2-1

2 - 4,5 4-107 4-107 3-10Ч

3 - 4,3 7107 7-107 3-109

4 В1 3,2 МО8 МО8 2-109

Для пленок РЬТе на подложках ВаР2(111) экспериментально было обнаружено, что после плазменной обработки на поверхности присутствуют только крупные выступы, что связано с отсутствием террасированной

морфологии исходной поверхности и однородным распылением областей пленки между дислокациями. АСМ-изображение поверхности обработанных в плазме эпислоев РЬТе/ВаР2(111) приведено на рис. 7.

Предложена физическая модель роли пронизывающих дислокаций и нанотеррас на поверхности в процессе формирования микро- и нановыступов в

ходе распыления

приповерхностной области пленок, что схематично показано на рис. 8. Согласно данной модели, основной причиной

формирования крупных выступов является эффект микромаскирования

выходов пронизывающих дислокаций, который препятствует распылению вершин выступов. Образование системы нановыступов происходит на углах треугольных террас на поверхности исходных пленок за счет неоднородности травления.

Установлено, что при увеличении энергии ионов Етн, прямо пропорциональной мощности смещения происходило более активное

распыление эпитаксиапьных слоев, что приводило к увеличению высот микровыступов и, в то же время, к значительному снижению их плотности при превышении критического значения энергии, являющейся характеристикой материала. Скорость распыления Красп пленок халькогенидов свинца в аргоновой плазме равнялась 2-15 нм/сек и зависела от мощности ВЧ-смещения:

Красп=я- РУСЫ+ У0=Ь-(Екон-Е„ор), (1)

где а,Ь- постоянные материала, У0 — скорость распыления пленки при нулевом ВЧ-смещении (~2 нм/сек), при котором энергия падающих ионов определяется потенциалом самосмещения плазмы и составляет 10-15 эВ, £пор - пороговая энергия распыления материала ионами аргона. Показано, что увеличение времени процесса сопровождалось ростом высот микровыступов и

\1т

Рис. 7. АСМ-изображение поверхности обработанной в плазме пленки РЬТе/ВаР2(111)

увеличением их полуширины. Была обнаружена линейная зависимость высоты выступов И от времени обработки V.

(2)

^ ^расп'^-

Рис. 8. Схема формирования микро- и иановыетупов в ходе плазменной обработки на структурных неоднородностях эпитаксиальных слоев А4В6 на подложках CaF2/Si( 111): а - схематичное изображение поверхности исходных пленок A4B6/CaF2/Si( 111); б - схематичное изображение поверхности пленок A4B6/CaF2/Si( 111) после плазменной обработки

Установлено, что скорость распыления эпитаксиальных слоев толщиной 1,9-5 мкм не зависит от длительности процесса при толщине распыленного слоя до 1 мкм. Для тонких пленок скорость распыления значительно возрастает за счет тепловых эффектов.

Из сравнения профилограмм микровыступов для длительностей обработки 30-90 сек был обнаружен эффект уширения выступов в латеральном направлении с течением времени. Наблюдаемое увеличение ширины выступов в ходе обработки происходит за счет переосаждения распыленного материала пленки.

В соответствии с моделью микромаскирования, область выхода дислокаций на поверхность маскируется слабораспыляемыми частицами, что приводит к локализации маски и формированию выступов на пронизывающих дислокациях в ходе распыления. В случае присутствия на исходной поверхности ямки выхода дислокации, эта ямка маскируется и остается на вершине формирующегося микровыступа (рис. 6). При отсутствии на исследуемых пленочных структурах ямок выхода дислокаций на поверхность, маскирование сопровождается образованием бугорков на вершинах

микровыступов (рис, 7) При достижении ионами плазмы определенной пороговой энергии возможно повреждение областей маски и снижение плотности микровыступов

Для определения материалов, играющих роль в процессах микромаскирования, было проведено сравнительное ВИМС-исследование пленок А4Вб, обработанных на алюминиевом и кремниевом подложкодержателях Было обнаружено, что в случае пленок, обработанных на алюминиевом электроде и характеризующихся присутствием микровыступов, концентрации А1 и F в приповерхностной области в среднем на порядок выше, чем для пленок, обработанных на кремниевом подложкодержателе и не обладающих микроструктурированным рельефом Алюминий может присутствовать на поверхности пленок за счет распыления электрода, тогда как присутствие следовых концентраций фтора может быть обусловлено распылением полимерных соединений со стенок реактора или открытых участков подложек CaF2, BaF2 В случае кремниевого электрода снижение влияния F обусловлено его поглощением пластиной Si [8] С целью определения роли соединений фтора в процессе микромаскирования дислокаций пленок А4В6 были проведены эксперименты по обработке образцов во фторсодержащей плазме (смесь газов Ar/SF6). Обработка проводилась при размещении образцов на кремниевом держателе, чтобы исключить присутствие соединений алюминия В результате наблюдалось формирование микровыступов на поверхности, что позволяет говорить о том, что именно присутствие фтора определяет данный процесс

Для определения электрических параметров фазы, дающей вклад в образование микромасок, методами контактной АСМ с использованием кантилеверов с проводящим покрытием были проведены измерения карты тока по поверхности обработанных в плазме пленок A4B6/CaF2/Si(ll 1) Было обнаружено, что в области вершин микровыступов, соответствующих ямкам выхода дислокаций на исходной поверхности, присутствуют участки с высокой проводимостью В рамках исследуемой системы высокопроводящей фазе может соответствовать либо алюминий, внесенный в данную область в

процессе плазменной обработки за счет распыления электрода, либо свинец, аккумулированный в области дислокаций в атмосферах Коттрела [9]. Причиной формирования масок в области дислокаций при этом может быть, соответственно, присутствие встроенного заряда, локализующего частицы А1+, или избыточного РЬ, вступающего в реакцию со фтором. В первом случае микромаскирование может осуществляться нелетучими соединениями А1РХ, во втором - РЬР*. Не исключается, что при наличиии обоих материалов может иметь место образование более сложных тройных соединений. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что формирование микровыступов в ходе плазменной обработки пленок А4В6/СаР2/81(111) имеет место при условии микромаскирования дислокаций А1- и Р-содержащими нелетучими соединениями.

В пятой главе диссертационной работы представлен способ создания массива полупроводниковых наноструктур на поверхности эпитаксиалькых пленок А4В6 на подложках CaF2/Si(lll) при обработке в аргоновой ВЧИ-плазме. Для решения этой задачи потребовалось подавить возникновение крупных выступов, для чего нужно исключить появление эффекта микромаскирования и значительно уменьшить скорость распыления при достаточных для стабилизации процессов временах обработки. Была применена

обработка в ВЧИ-плазме при

отсутствии ВЧ-смещения на

электроде, при этом энергия ионов Аг+ и скорость распыления материалов А4В6 были минимальны и

Рис. 9. Массив нановыступов А^В6, сформированный методом составляли 10-15 эВ "top-down" в ходе плазменной обработки пленки PbSe/CaF2/Si( 111)

1400.00 nm

1200.00 nm 1000 00

1400 00 nm 1200 00 nm Ю0 00 nm

и ~2-3 нм/сек, соответственно Важно, что при этом были сведены к минимуму радиационные повреждения материала и удален минимальный приповерхностный слой Проводилась обработка модельных гетероэпитаксиальных структур РЬ8е/СаР2/81(111), длительность обработки составляла 2-5 мин На поверхности пленок происходило формирование массивов однородных нановыступов Для обработки в течение 2 мин средняя плотность выступов составила (7-8) 109 см-2, средняя высота - 20-25 нм, полуширина на полувысоте - 40 нм, латеральные размеры у основания - 100 нм (рис 9) Минимальное среднее квадратичное отклонение по высоте составило 45% Увеличение продолжительности обработки приводило к увеличению толщины распыленного слоя и соответственно увеличению высот наноструктур до 60-80 нм наряду с возрастанием разброса по высоте Плотность нановыступов оставалась прежней и соответствовала плотности выступов террас на исходной поверхности, являясь характеристикой эпитаксиальной структуры Обнаружено, что форма нановыступов и их расположение следует форме треугольных террас на исходной поверхности

В заключении приводятся основные выводы по данной диссертационной работе и общий анализ полученных результатов

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 В ходе диссертационной работы были изучены морфологические особенности пленок А4В6 на подложках кристаллического и пористого кремния, А1 металлизации и пленок АвгЭез на ПК Установлено, что алюминиевая металлизация толщиной 1 мкм на макропористом кремнии является сплошной за счет формирования мостиков над порами Впервые было обнаружено, что после высокотемпературного отжига 550°С в результате процессов релаксации напряжений происходит порообразование в А1 пленках за счет разрыва участков пленки, первоначально нависавших мостиками над макропорами ПК Вместе с тем происходит диффузия металла из области

мостиков в область хиллоков, что приводит к увеличению геометрических размеров последних Показано, что пленки ХСП на подложках ПК характеризуются присутствием крупных выступов в области пор, появление которых объясняется релаксацией механических напряжений и диффузией материала из области поры на поверхность

2 Результаты исследований показали, что пленки А4В6 толщиной 0,5-5 мкм на подложках пористого кремния, в том числе и макропористого, являются поликристаллическими, сплошными, без углублений или пор Распыление гшенок А4В6/ПК/81 в аргоновой плазме имеет однородный характер, модификация поверхности отсутствует, что может быть использовано для формирования ненапряженных мезаструктур А4В6 на кремнии с буферными пористыми слоями

3 В ходе выполнения диссертационной работы были предложены режимы обработки гетероэпитаксиальных структур А4В6/СаР2/81(111) и А4В6/ВаР2(111) в реакторе высокочастотной индукционной аргоновой плазмы, приводящие к формированию системы микро- и нановыступов Предложена модель, согласно которой пронизывающие дислокации в пленках А4В6 являются местом локализации микровыступов при определенных условиях обработки в плазме, приводящих к эффекту микромаскирования Анализ результатов показал, что микромаскирование может происходить нелетучими соединениями РЬРГ и А1Р*

4 В рамках диссертационной работы были определены технологические условия плазменной обработки, приводящие к подавлению формирования микро- или нановыступов Установлено, что в ходе плазменной обработки пленок А4В6 на подложках СаР2/81(111) происходит формирование нановыступов за счет селективного распыления краев террас. Последнее явление позволило разработать технологический процесс формирования однородных массивов полупроводниковых наноструктур А4Вб с фиксированными геометрическими параметрами

Список цитируемой литературы:

1 Romanov SI, Mashanov V.I, Sokolov L V, Gutakovskn A., Pchelyakov О P GeSi films with reduced dislocation density grown by molecular-beam epitaxy on compliant substrates based on porous silicon // Appl Phys Lett - 1999 - Vol 75, No 26 -P 4118-4120

2 Boberl M , Heiss W, Schwarzl T, Wiesauer К, Sprmgholz G Midmfrared continuous-wave photolummescence of lead-salt structures up to temperatures of 190°C//Appl. Phys Lett -2003 - Vol 82, No 23 -P 4065-4067

3 Wise F.W Lead salt quantum dots The limit of strong quantum confinement // Acc Chem Res -2000 - Vol 33 -P 773-780

4 Grabecki G Quantum ballistic phenomena in nanostructures of paraelectric PbTe // J Appl Phys -2007 - Vol 101, No 8 -P 081722-1-081722-6

5 Zogg H , Maissen С , Blunier S, Teodoropol S , Overney R M , Richmond T, Tomm J W Thermal-mismatch strain relaxation mechanisms m heteroepitaxial lead chalcogemde layers on Si substrates // Semicond Sci Technol - 1993 - Vol 8 -P S337-S341

6 D'Heurle F , Berenbaum L , Rosenberg R On the structure of aluminum films // Trans Met.Soc AIME - 1968 - Vol 242 -P 502-511

7 Зимин С П , Зимин Д С , Приходько О Ю, Рягузов А П, Богоявленская Е А Особенности структуры и электрических свойств пленок As2Se3, выращенных на пористом кремнии // Сб трудов 3-й междунар конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» С-Пб,2002 -С 188

8 Pelletier J, Arnal Y, Durandet A SF6 plasma etching of silicon evidence of sequential multilayer fluorine adsorption // Europhys Lett -1987 - Vol 4, No 9.-P 1049-1054

9 Xu T N., Wu H Z, Si J X, Cao С F Observation of triangle pits in PbSe grown by molecular beam epitaxy // Appl Surf Sci - 2007 - Vol 253, No. 12 - P. 54575461

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Zimin S.P., Gorlachev E.S., Amirov I.I., Gerke M.N., Zogg H., Zimin D. Role of threading dislocations during treatment of PbTe films in argon plasma H Semicond. Sei. Technol. - 2007. - Vol. 22, No. 8. - P. 929-932.

2. Zimin S.P., Bogoyavlenskaya E.A., Gorlachev E.S., Naumov V.V., Zimin D., Zogg H., Arnold M. Structural properties of PbjJEu^Se/CaFj/SKlll) // Semicond. Sei. Technol. - 2007. - Vol. 22, No. 12 - P. 1317-1322.

3. Зимин С.П., Горлачев E.C., Герке M.H. Свойства поверхности алюминиевого покрытия на макропористом кремнии // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон, исследования. - 2007. - № 10. - С. 44-46.

4. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Герке М.Н. Порообразование в алюминиевых пленках на макропористом кремнии при высокотемпературном отжиге // Письма ЖТФ. - 2008. - Т. 34, Вып. 4. - С. 16-23.

5. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Герке М.Н., Кутровская С.В., Амиров И.И. Морфология поверхности эпитаксиальных пленок PbjJEu^Se после плазменной обработки // Изв. вузов. Физика. - 2007. - Т. 50, № 11. - С. 9093.

6 Амиров И И, Горлачев Е С, Зимин С П, Герке М Н Распыление эпитаксиальных пленок PbTe, PbSe, Pbi_JEu,Se в плотной аргоновой плазме // Труды 18-й международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2007)», Т 3 - Звенигород, 2007. - С. 180-183

7 Zimm S Р., Gorlachev Е S , Amirov 11. Formation of IV-VI semiconductor nanohillocks using Ar inductively coupled plasma II Proc Int. Conf "Micro- and nanoelectronics - 2007". - Zvenigorod, 2007. - P2-36.

8. Зимин С П., Горлачев Е С, Амиров И И Формирование массива нановыступов на поверхности полупроводников А4Вб методом плазменного распыления // Труды 9-й международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» - Ульяновск: УлГУ, 2007. -С 128

9 Зимин С П , Горлачев Е С, Кантинова Е А, Герке М Н АРМ-исследования алюминиевой металлизации на пористом кремнии // Труды 7-й международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» -Ульяновск УЛГУ, 2005 - С 42

10 Зимин С П, Горлачев Е С, Герке М Н Исследование алюминиевой металлизации на мезопористом кремнии методами атомно-силовой микроскопии // Материалы международной научной конференции «Пленки-2005», часть 1. - М МИРЭА, 2005 - С 140-142

11 Зимин С П , Горлачев Е С, Богоявленская Е А , Бучин Э Ю, Амиров И И, Нестеров С И, Герке М Н , Zogg Н, 7лтт □ Модификация поверхности пленок теллурида свинца при обработке в аргоновой плазме // Сборник статей 4-й международной научной конференции «Материалы и технологии XXI века» - Пенза Приволжский Дом знаний, 2006 - С 26-29

12 Зимин С П , Горлачев Е С , Герке М Н , Приходько О.Ю, Рягузов А П Исследование структурных характеристик аморфных пленок Аз28ез на мезопористом кремнии методами атомно-силовой микроскопии // Сборник статей 5-й международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» - С -Пб Изд-во Политехнического университета, 2006 - С 169-170

13 Зимин С П , Горлачев Е С , Канагеева Ю М , Савенко А Ю , Лучинин В В , Мошников В А Структурные и электрические характеристики пористого кремния со сложной морфологией // Сборник статей 5-й международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» - С -Пб Изд-во Политехнического университета, 2006 - С 226-227

14 Зимин СП, Горлачев ЕС, Герке МН, Амиров ИИ, Zogg Н АРМ-исследования пленок РЬ^лЕи^е на кремнии после плазменного травления // Труды 8-й международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» - Ульяновск УЛГУ, 2006 - С 86

15 Зимин С П , Горлачев Е С , Герке М Н , Приходько О Ю , Рягузов А П Атомно-силовая микроскопия поверхности пленок Аз25е3 на подложках пористого кремния // Сборник трудов Харьковской нанотехнологической

Ассамблеи-2006, Т 2 «Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике» - Харьков, 2006 -С 395-398

16 Зимин С П , Горлачев Е С , Герке М Н , Кутровская С В , Амиров И И Морфология поверхности эпитаксиальных пленок РЬцЕи^е после плазменной обработки // Сборник трудов 45-й международной конференции «Актуальные проблемы прочности» - Белгород Изд-во БелГУ, 2006 - С 89-90

17 Горлачев Е С, Кутровская С В Особенности нанорельефа поверхности обработанных в плазме пленок РЬТе на подложках ВаР2 // Материалы международной научно-технической школы-конференции «Молодые Ученые -2006», Т 2. - М МИРЭА, 2006 - С 45-47

18 Горлачев Е С , Кутровская С В Особенности микрорельефа эпитаксиальных пленок РЬЭе после обработки в аргоновой плазме // Сборник научных трудов молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные проблемы физики», вып 6 -Ярославль ЯрГУ,2007 -С 72-77

19 Зимин С П , Горлачев ЕС Влияние термообработки в инертной среде на электрические свойства пористого кремния с оксидной фазой // Труды 5-й международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» - Томск Изд ТПУ, 2006 - С 126129

20 Зимин С П , Богоявленская Е А , Горлачев Е.С , Бучин Э Ю, Амиров И И Модификация эпитаксиальных пленок А4В6 на кремнии при анодировании и плазменной обработке // Труды 3-й российского совещания «Кремний-2006» -Красноярск,2006 -С 44

21 Горлачев ЕС Атомно-силовая микроскопия нанорельефа пленок РЬТе после плазменной обработки // Материалы 9-й научной молодежной школы по твердотельной электронике «Нанотехнологии и нанодиагностика» - С -Пб Изд-воСПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2006 -С 31

22 Горлачев Е С. Исследование топологии роста пленок алюминия на пористом кремнии с различной морфологией // Материалы 7-й всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике - С -Пб Изд-во СПбГПУ, 2005 - С 23

23 Горлачев Е С Электрические свойства высокоомного пористого кремния с оксидной фазой // Сб. науч трудов молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные проблемы физики», вып 5 -Ярославль ЯрГУ, 2005 -С 96-103

24 Зимин С П , Горлачев Е.С Электропроводность высокоомного пористого кремния с оксидной фазой // Труды 7-й международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» - Ульяновск- УЛГУ, 2005. -С. 41

25 Горлачев Е.С Влияние кратковременного отжига 550 и 650°С на электрические свойства двусторонней макропористой структуры // Материалы 8-й научной молодежной школы по твердотельной электронике «Актуальные аспекты нанотехнологии». - С.-Пб . Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005 - С 36 26. Горлачев Е.С., Кантинова Е.А Исследование особенностей роста пленок алюминия на пористом кремнии методами атомно-силовой микроскопии // Материалы 8-й научной молодежной школы по твердотельной электронике «Актуальные аспекты нанотехнологии» - С.-Пб Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005 -С. 37.

27 Горлачев Е.С. Влияние кратковременного отжига на проводимость слоев высокопористого кремния с оксидной фазой // Материалы 7-й научной молодежной школы по твердотельной электронике «Физика и технология микро- и наноструктур» - С.-Пб . Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004 - С 35.

28 Горлачев Е С Изменение электропроводности высокопористого кремния с оксидной фазой после отжига 550 и 650°С // Материалы 6-й всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике - С.-Пб. Изд-во СПбГПУ, 2004 - С 40

Лицензия ПД 00661 от 30 06 2002 г Печ л 1 Заказ 307 Тираж 100 Отпечатано в типографии Ярославского государственного технического университета г Ярославль, ул Советская, 14 а, тел 30-56-63

 
Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Горлачев, Егор Сергеевич

Введение.

Глава 1. Формирование пленок и наноструктур на пористых и кристаллических подложках.

1.1. Формирование и свойства слоев пористого кремния.

1.2. Получение полупроводниковых пленок на буферных слоях пористого кремния.1.

1.3. Методы формирования наноструктур на поверхности твердых тел.

1.3.1. Методы "bottom-up".

1.3.2. Методы "top-down".

1.4. Свойства и практическое применение полупроводников

А4В6 и наноструктур на их основе.:7.

1.5. Выводы.

Глава 2. Характеристика образцов и методика проведения эксперимента.

2.1. Методика формирования слоев пористого кремния.

2.2. Формирование структур с буферными слоями пористого кремния.

2.3. Формирование эпитаксиальных пленок А4В6 на монокристаллическом кремнии.

2.4. Методика плазменной обработки поверхности образцов.

2.5. Атомно-силовая микроскопия как метод исследования морфологии поверхности.

Глава 3. Морфологические свойства пленок А4В6, А1, ХСП на подложках монокристаллического и пористого кремния.

3.1. Морфология пленок А4В6.

3.1.1. Морфология поверхности пленок А4В6 на пористом кремнии.

3.1.2. Морфология поверхности пленок А4В6 на CaF2/Si(l 11).

3.2. Морфология поверхности алюминиевой металлизации на пористом кремнии.

3.2.1. Морфология пленок А1 на подложках мезопористого кремния.

3.2.2. Морфология пленок А1 на подложках макропористого кремния и ее модификация в ходе высокотемпературного отжига.

3.3. Морфология пленок ХСП на пористом кремнии.

3.4. Выводы.

Глава 4. Морфология поверхности пленок А4В6 после плазменной обработки.73 ■

4.1. Морфология поверхности пленок А4В6 на подложках пористого кремния после обработки в аргоновой плазме.

4.2. Формирование микро- и наноструктур на поверхности эпитаксиальных пленок А4В6 на подложках монокристаллического кремния в ходе обработки в аргоновой плазме.

4.3. Зависимость морфологии поверхности эпитаксиальных пленок

А4В6 от энергии ионов плазмы.

4.4. Эволюция рельефа пленок А4В6 при увеличении длительности обработки.

4.5. Модель микромаскирования при формировании микровыступов.

4.6. Выводы.

Глава 5. Формирование наноструктур А4В6 на подложках Si по методу "top-down".

5.1. Зависимость параметров нановыступов на поверхности A4B6/CaF2/Si(l 11) от режимов обработки в аргоновой плазме.

5.2. Свойства массивов нановыступов на поверхности A4B6/CaF2/Si(lll).

5.3. Выводы.

Основные результаты работы.

 
Введение диссертация по физике, на тему "Морфологические свойства нано- и микроструктур, сформированных на подложках кристаллического и пористого кремния"

Актуальность темы. В современной технологии полупроводников крайне важным вопросом является изучение физических процессов, имеющих место в тонких пленках и гетероэпитаксиальных структурах в ходе процессов формирования и обработки. Напряжения и деформации в гетероструктурах являются актуальной темой исследований в последние годы. Релаксация напряжений способна привести к микро- и наноструктурированию пленок, что позволяет целенаправленно формировать микро- и наноструктуры с заданными свойствами, представляющими фундаментальный интерес и широкие перспективы практического использования.

Одной из главных проблем современной полупроводниковой технологии является создание высококачественных гетероэпитаксиальных систем на кремниевых основаниях, что позволяет совместить рабочие элементы и блок обработки информации в рамках одного кристалла. Как правило, материалы, выращиваемые на кремниевой подложке, имеют рассогласование постоянных решеток и температурных коэффициентов линейного расширения (TKJIP). Это приводит к появлению значительных механических напряжений в пленках и как следствие возникновению ряда структурных дефектов, таких как дислокации, которые серьезно сказываются на качестве работы полупроводниковых приборов. Напряжения в гетероструктуре могут быть релаксированы посредством деформации податливого пористого буферного слоя [1-2 и др.]. С другой стороны, пористые слои могут сами выступать в качестве активных элементов полупроводниковых приборов, в связи с чем актуальными становятся вопросы роста и изучения физических свойств пленок полупроводников, металлов и других материалов на пористых основаниях. Наибольший интерес с данной точки зрения представляет пористый кремний (ПК), совместимый с традиционной Si-технологией. Высокая упругость ПК наряду с сохранением монокристаллической структуры кремния при невысокой пористости позволяет использовать ПК в качестве буферных слоев для эпитаксии.

Актуальной задачей является исследование свойств гетероэпитаксиаль-ных структур, содержащих пленки полупроводниковых материалов А4Вб, активно применяемых при производстве оптоэлектронных устройств ИК-диапазона [3]. Полупроводники А4В6 представляют особый интерес при получении структур пониженной размерности. Использование материалов А4В6, в частности халькогенидов свинца PbTe, PbSe, PbS, позволяет осуществить переход к размерному квантованию при характерных размерах элементов 25—50 нм (для сравнения, для Si боровский радиус экситона ~5 нм) [4]. Аномально высокая величина диэлектрической проницаемости (—103) халькогенидов свинца приводит к высокой степени локализации электронов и отсутствию флуктуаций потенциала в наноструктурах [5]. Квантовые точки (КТ) А4В6 актуальны для фундаментальных и прикладных исследований, поскольку позволяют наблюдать размерные эффекты в относительно протяженных наноструктурах и использовать их в системах оптической связи. Важной задачей, решение которой позволит производить нано- и оптоэлектронные устройства в рамках традиционной технологии, является создание массивов КТ А4В6 на кремниевых подложках.

Таким образом, исследование морфологических особенностей пленок на пористых подложках, изучение релаксационных процессов при внешних воздействиях в гетеросистемах с буферными слоями ПК, разработка методов формирования наноструктур А4Вб на кремниевых подложках являются актуальными проблемами, решение которых позволит создавать электронные и оптоэлектронные устройства с высокими техническими характеристиками.

Цель работы - исследование морфологии поверхности полупроводниковых пленок А4Вб, халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) и алюминиевой металлизации на пористых и монокристаллических кремниевых подложках, изучение физических особенностей процессов поверхностной модификации пленок при плазменной обработке и термическом отжиге.

Для достижения данной цели были решены следующие задачи:

1. Исследована морфология поверхности эпитаксиальных пленок А4В6 различного состава на кристаллических и пористых кремниевых подложках, изучены характер и физические основы изменения морфологии пленок А4В6 при сухом травлении в аргоновой плазме.

2. Разработаны режимы формирования полупроводниковых наноструктур А4Вб методами сухого-травления-.

3. Исследована морфология пленок А1 и ХСП на пористых и кристаллических подложках. Изучены особенности релаксации напряжений в исследуемых структурах и происходящие процессы модификации поверхности?

Научная' новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Впервые обнаружена роль пронизывающих дислокаций и террас на поверхности структур в формировании микрорельефа поверхности в ходе плазменной обработки:

2. Впервые показана возможность формирования»наноструктур полупроводников А4В6 по технологии "top-down" путем плазменной обработки.

3. Впервые показано, что при высокотемпературном отжиге имеет место явле1 ние порообразования в алюминиевой металлизации на пористом кремнии.

Практическая ценность диссертационной работы:

1. Систематизированы экспериментальные данные о структуре пленок А4Вб на сплошных И' пористых подложках, что может быть использовано при формировании' гетероэпитаксиальных структур, меза-элементов и полупровод- ■ никовых устройств на их основе.

2. Показаны особенности морфологии, имеющие место в пленках- А1 и ХСП на* макропористом кремнии, что позволяет выработать приемы по устранению нежелательного эффекта порообразования в таких пленках и уменьшению высот хиллоков.

3. Установлены закономерности плазменного травления пленок А4В6 в аргоновой плазме, определены технические параметры распыления.

4. Впервые получена экспериментальная методика формирования наноструктур А В путем обработки пленок АЪ6 на подложках CaF2/Si(l 11) в аргоновой плазме.

Проведенные исследования позволяют вынести на защиту следующие положения:

1. Алюминиевая металлизация толщиной 1 мкм на макропористом кремнии является сплошной за счет формирования мостиков над порами. Высокотемпературный отжиг 550°С в инертной среде в течение 10-60 минут приводит к разрушению мостиков и порообразованию в алюминиевых пленках.

2. Травление в плотной индукционой аргоновой плазме низкого давления поликристаллических пленок А4В6, полученных на подложках пористого кремния, является однородным.

3. При обработке пленок A4B6/CaF2/Si(l 11) и A4B6/BaF2(l 11) в аргоновой плазме при реализации эффекта микромаскирования пронизывающие дислокации являются местом локализации микровыступов на поверхности.

4. Углы нанотеррас на поверхности пленок A4B6/CaF2/Si(l 11) при травлении в аргоновой плазме приводят к появлению ансамбля нановыступов, что позволяет формировать наноструктуры А4В6 с фиксированными геометрическими параметрами.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 7-й, 8-й, 9-й международных конференциях «Опто-, нано-электроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, 2005, 2006, 2007); международной конференции «Микро- и наноэлектроника - 2007 (ICMNE-2007)» (Звенигород, 2007); научно-практической межрегиональной конференции «Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника» (Ярославль, 2007); 18-й международной- конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью

ВИП-2007)» (Звенигород, 2007); международной научно-технической конференции «Молодые Ученые - 2006» (Москва, 2006); 45-й международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Белгород, 2006); Харьковской на-нотехнологической Ассамблее-2006 (Харьков, 2006); 5-й международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, 2006); 5-й международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (Санкт-Петербург, 2006); международной научной конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2006); международной научной конференции «Пленки-2005» (Москва, 2005); 7-й, 8-й, 9-й научных молодежных школах по твердотельной электронике «Нано-технологии и нанодиагностика» (Санкт-Петербург, 2004, 2005); 6-й, 7-й всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2004, 2005) и др.

Достоверность результатов, полученных в данной работе, определяется применением высокоточных современных экспериментальных методик, воспроизводимостью результатов, сравнением полученых научных результатов с литературными данными, согласием предложенных моделей с результатами экспериментальных исследований.

Личное участие автора. В диссертации изложены результаты, полученные как лично автором под научным руководством проф. Зимина С.П., так и в сотрудничестве с Герке М.Н. (АСМ-исследования), Амировым И.И. (плазменная обработка). Подготовка эксперимента, обработка и интерпретация всех полученных экспериментальных данных, построение зависимостей и физических моделей, ряд АСМ-исследований проводились соискателем самостоятельно. Научным руководителем проф. Зиминым С.П. была оказана помощь в планировании эксперимента и построении физических моделей. Ряд гетероэпитакси-альных структур предоставил Цогг X. (ЕТН, Цюрих).

Публикации. По результатам исследований, проведенных в рамках диссертационной работы, опубликовано 28 работ, из них 5 — статьи в рецензируемых журналах, входящих в список изданий, рекомендованных ВАК РФ.

1. Zimin S.P., Gorlachev E.S., Amirov I.I., Gerke M.N., Zogg H., Zimin D. Role of threading dislocations during treatment of PbTe films in argon plasma // Semicond. Sci. Technol. - 2007. - Vol. 22, No. 8. - P. 929-932.

2. Zimin S.P., Bogoyavlenskaya E.A., Gorlachev E.S., Naumov V.V., Zimin D., Zogg H., Arnold M. Structural properties of Pbi.xEuxSe/CaF2/Si(l 1Г) // Semicond. Sci. Technol.-2007.-Vol. 22, No. 12-P. 1317-1322.

3. Зимин С.П., Горлачев E.C., Герке M.H. Свойства поверхности алюминиевого-покрытия на макропористом кремнии // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон, исследования. - 2007. - № 10. - С. 44-46.

4. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Герке М.Н. Порообразование в алюминиевых пленках на макропористом кремнии при высокотемпературном отжиге // Письма ЖТФ. - 2008. - Т. 34, Вып. 4. - С. 16-23.

5. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Герке М.Н., Кутровская С.В., Амиров И.И. Морфология поверхности эпитаксиальных пленок Pbj.xEu^Se после плазменной обработки // Изв. вузов. Физика. - 2007. - Т. 50, № 11 - С. 90-93.

6. Амиров И.И., Горлачев Е.С., Зимин С.П., Герке М.Н. Распыление эпитаксиальных пленок PbTe, PbSe, Pbi^Eu^Se в плотной аргоновой плазме // Труды 18-й международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2007)», Т. 3. - Звенигород, 2007. - С. 180-183.

7. Zimin S.P!, Gorlachev E.S., Amirov I.I. Formation of IV-VL semiconductor nano-hillocks using Ar inductively coupled plasma // Proc. Int. Conf. "Micro- and. nanoe-lectronics - 2007". - Zvenigorod, 2007. - P2-36.

8. Зимин С.П., Горлачев E.C., Амиров И.И: Формирование массива нановысту-пов на поверхности полупроводников А4В6 методом плазменного распыления*// Труды 9-й международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехно-логии и микросистемы». - Ульяновск: УлГУ, 2007. - С. 128.

9. Зимин С.П., Горлачев Е.С, Кантинова Е.А., Герке М.Н. AFM-исследования алюминиевой; металлизации на пористом кремнии // Труды 7-й международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы». — Ульяновск: УЛГУ, 2005. —С. 42.

10. Зимин С.П., Горлачев Е.С, Герке М.Н. Исследование алюминиевой металлизации на мезопористом кремнии методами атомно-силовой микроскопии // Материалы международной научной конференции «Пленки-2005», часть 1. -- М.: МИРЭА, 2005. - С. 140-142.

11. Зимин С.П., Горлачев Е.С, Богоявленская Е.А., Бучин Э.Ю., Амиров И.И., Нестеров С.И., Герке М.Н:,. Zogg Н.,. Zirnin D. Модификация* поверхности пленок теллурида свинца при обработке в аргоновой плазме // Сборник статей 4-й международной научной конференции «Материалы и технологии XXI века». — Пенза: Приволжский Дом знаний, 2006. - С. 26-29.

12. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Герке М.Н., Приходько О.Ю., Рягузов А.П. Исследование структурных характеристик аморфных пленок As2Se3 на мезопористом кремнии методами атомно-силовой микроскопии // Сборник статей 5-й международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники». - С.-Пб.: Изд-во Политехнического университета, 2006: - С. 169-170.

13. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Канагеева Ю.М., Савенко А.Ю;, Лучинин В.В., Мошников В.А. Структурные и электрические характеристики пористого кремния со сложной морфологией,// Сборник статей 5-й международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники»: - С.-Пб.: Изд-во Политехнического университета, 2006. - С. 226-227.

14. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Герке М.Н., Амиров И.И., Zogg II. AFM-исследования пленок Pbi^Eu^Se на кремнии после плазменного травления // Труды 8-й международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы». - Ульяновск: УЛГУ, 2006; - С. 86.

15. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Герке М.Н., Приходько О.Ю., Рягузов А.П. Атомно-силовая= микроскопия поверхности пленок As2Se3 на подложках пористого кремния // Сборник трудов Харьковской нанотехнологической Ассамблеи

2006, Т. 2 «Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике». — Харьков, 2006. — С. 395-398.

16. Зимин С.П., Горлачев Е.С., Герке М.Н., Кутровская С.В., Амиров И.И. Морфология поверхности эпитаксиальных пленок Pbi^Eu^Se после плазменной обработки // Сборник трудов 45-й международной конференции «Актуальные проблемы прочности». - Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. - С. 89-90:

17. Горлачев Е.С., Кутровская С.В: Особенности нанорельефа поверхности обработанных в плазме пленок РЬТе на подложках BaF2 // Материалы международной научно-технической школы-конференции «Молодые Ученые — 2006», Т. 2.-М.: МИРЭА, 2006. - С. 45-47.

18. Горлачев Е.С., Кутровская С.В. Особенности микрорельефа эпитаксиальных пленок PbSe после обработки в аргоновой плазме // Сборник научных трудов молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные проблемы физики», вып. 6. - Ярославль: ЯрГУ, 2007. - С. 72-77.

19. Зимин С.П., Горлачев Е.С. Влияние термообработки в инертной среде на электрические свойства пористого кремния с оксидной фазой // Труды 5-й международной научной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах». - Томск: Изд. ТПУ, 2006. - С. 126-129.

20. Зимин С.П., Богоявленская Е.А., Горлачев Е.С., Бучин Э.Ю., Амиров И.И. Модификация эпитаксиальных пленок А4В6 на кремнии при анодировании и плазменной обработке // Труды 3-го российского совещания «Кремний-2006». — Красноярск, 2006. - С. 44.

21. Горлачев Е.С. Атомно-силовая-микроскопия нанорельефа^ пленок РЬТе по- -еле плазменной обработки // Материалы 9-й научной молодежной школы по твердотельной электронике «Нанотехнологии и нанодиагностика». - С.-Пб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2006. - С. 31.

22. Горлачев Е.С. Исследование топологии роста пленок алюминия на пористом кремнии с различной морфологией // Материалы 7-й всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто-и наноэлектронике. - С.-Пб.: Изд-во СПбПТУ, 2005. - С. 23.

23. Горлачев Е.С. Электрические свойства высокоомного пористого кремния с оксидной фазой // Сб. науч. трудов молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные проблемы физики», вып. 5. - Ярославль: ЯрГУ, 2005. - С. 96-103.

24. Зимин СЛ., Горлачев Е.С. Электропроводность высокоомного пористого кремния с оксидной фазой // Труды 7-й междунар. конф. «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы». - Ульяновск: УЛГУ, 2005. - С. 41.

25. Горлачев Е.С. Влияние кратковременного отжига 550 и 650°С на электрические свойства двусторонней макропористой структуры // Материалы 8-й научной молодежной школы по твердотельной электронике «Актуальные аспекты нанотехнологии». - С.-Пб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. - С. 36.

26. Горлачев Е.С., Кантинова Е.А. Исследование особенностей роста пленок алюминия на пористом кремнии методами атомно-силовой микроскопии // Материалы 8-й научной молодежной школы по твердотельной электронике «Актуальные аспекты нанотехнологии». - С.-Пб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. -С. 37.

27. Горлачев Е.С. Влияние кратковременного отжига на проводимость слоев-высокопористого кремния с оксидной фазой // Материалы 7-й научной молодежной школы по твердотельной электронике «Физика и технология микро- и наноструктур». - С.-Пб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004. - С. 35.

28. Горлачев Е.С. Изменение электропроводности высокопористого кремния с оксидной фазой после отжига 550 и 650°С // Материалы 6-й всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. - С.-Пб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. - С. 40.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Диссертация содержит 121 страницу текста, включая 43 рисунка, 6 таблиц. Список литературы включает 128 наименований.

 
Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты работы

1. В ходе диссертационной работы были изучены морфологические особенности пленок А4В6 на подложках кристаллического и пористого кремния, А1 металлизации и пленок As2Se3 на ПК. Установлено, что алюминиевая металлизация толщиной 1 мкм на макропористом кремнии является сплошной за счет формирования мостиков над порами. Впервые было обнаружено, что после высокотемпературного отжига 550°С в результате процессов релаксации напряжений происходит порообразование в А1 пленках за счет разрыва участков пленки, первоначально нависавших мостиками над макропорами ПК. Вместе с тем происходит диффузия металла из области мостиков в область хиллоков, что приводит к увеличению геометрических размеров последних. Показано, что пленки ХСП на подложках ПК характеризуются присутствием крупных выступов в области пор; появление которых объясняется релаксацией механических напряжений и диффузией материала из области поры на поверхность.

2. Результаты исследований показали, что пленки А4В6 толщиной 0,5-3 мкм на подложках пористого кремния, в том числе и макропористого, являются поликристаллическими, сплошными, без углублений или пор. Расга>шение пленок A4B6/nK/Si в аргоновой плазме имеет однородный характер, модификация поверхности отсутствует, что может быть использовано для формирования ненапряженных мезаструктур А4В6 на кремнии с буферными пористыми слоями.

3. В ходе выполнения диссертационной работы были предложены режимы обработки:' гетероэпитаксиальных структур A4B6/CaF2/Si(lll) и A4B6/BaF2(l l l) в реакторе высокочастотной индукционной аргоновой плазмы,, приводящие к формированию системы микро- и наиовыступов. Предложена модель, согласно которой пронизывающие дислокации в пленках А4В6 являются местом локализации микровыступов при определенных условиях обработки в плазме, приводящих к эффекту микромаскирования. Анализ результатов показал, что микромаскирование может происходить нелетучими соединениями PbF* и А\¥х.

4. В рамках диссертационной работы были определены технологические условия плазменной обработки, приводящие к подавлению формирования микро- или нановыступов. Установлено, что в ходе плазменной обработки пленок А4Вб на подложках CaF2/Si(lll) происходит формирование нановыступов за счет селективного распыления краев террас. Последнее явление позволило разработать технологический процесс формирования однородных массивов полупроводниковых наноструктур А4Вб с фиксированными геометрическими параметрами.

 
Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Горлачев, Егор Сергеевич, Ярославль

1. Romanov S.I., Mashanov V.I., Sokolov L.V., Gutakovskii A. GeSi films with reduced dislocation density grown by molecular-beam epitaxy on compliant substrates based on porous silicon // Appl. Phys. Lett. 1999. - Vol. 75, No. 26. -P. 4118-4120:

2. Zimin S.P., Preobrazhensky M.N., Zimin D.S., Zaykina R.F., Borzova G.A. Growth and properties of PbTe films on porous silicon // Infrared Phys. Technol. 1999. - Vol. 40. - P. 337-342.

3. Boberl M., Heiss W., Schwarzl Т., Wiesauer K., Springholz G. Midinfrared continuous-wave photoluminescence of lead-salt structures up to temperatures of 190°C // Appl. Phys. Lett. 2003. - Vol. 82, No. 23. - P. 4065-4067.

4. Wise F.W. Lead salt quantum dots: The limit of strong quantum confinement // Acc. Chem. Res. 2000. - Vol. 33. - P. 773-780.

5. Grabecki G. Quantum ballistic phenomena in nanostructures of paraelectric PbTe // J. Appl. Phys. 2007. - Vol. 101, No. 8. - P. 081722-1-081722^6.

6. Uhlir A. Electropolishing of silicon // Bell. Syst. Tech. J. 1956. - Vol. 35. — P. 333-338.

7. Konaka S., Tabe M., Sakai T. A new silicon-on-insulator structure using a silicon molecular beam epitaxial growth on porous silicon // Appl. Phys. Lett. — 1982. Vol. 41, No. l.-P. 86-88.

8. Canham L.T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers // Appl. Phys. Lett. 1990. - Vol. 57, No. 10. — P. 1046-1048.

9. Properties of porous silicon. Ed. Canham L. Malvern: DERA, 1997. - 400 p.

10. Зимин С.П. Классификация электрических свойств пористого кремния // ФТП. 2000. - Т. 34, Вып. 3. - С. 359-363.

11. Костишко Б.М., Пузов И.П., Нагорнов Ю.С. Стабилизация светоизлучаю-щих свойств пористого кремния термовакуумным отжигом // Письма ЖТФ. 2000. - Т. 26, Вып. 1. - С. 50-55.

12. Аверкиев Н.С., Казакова Л.П., Смирнова Н.Н. Перенос носителей заряда в пористом кремнии // ФТП. 2002. - Т. 36, Вып. 3. - С. 355-359.

13. Форш П.А., Мартышов М.Н., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. Динамическая электропроводность анизотропно наноструктурированного кремния // ФТП. 2006. - Т. 40, Вып. 4. - С. 476-481.

14. Kocka J., Pelant I., Fejfar A. Light emitting silicon, recent progress // J. Non-Cryst. Solids. 1996. - Vol. 198-200. - P. 857-862.

15. Von Beren J., Wolkin-Vakrat M., Jorne J., Fauchet P.M. Correlation of photoluminescence and bandgap energies with nanocrystal sizes in porous silicon // J. Porous Mat. 2000. - Vol. 7. - P. 271-273.

16. Ben-Chorin M., Muller F., Koch F. Nonlinear electrical transport in porous silicon // Phys. Rev. B. 1994. - Vol. 49, No. 4. - P. 2981-2984.

17. Горячев Д.Н., Беляков JI.B., Сресели O.M. Формирование толстых слоев пористого кремния при недостаточной концентрации неосновных носителей // ФТП: 2004. - Т. 38, Вып. 6. - С. 739-744.

18. Орлов A.M., Скворцов А.А., Клементьев-А.Г., Синдяев А.В. Адсорбционные изменения на поверхности пористого кремния в процессе естественного и высокотемпературного старения // Письма ЖТФ. 2001. - Т. 27, Вып. 2.-С. 76-83.

19. Зимин СЛ., Комаров Е.П. Влияние кратковременного отжига на проводимость пористого кремния и переходное сопротивление контакта алюминий-пористый кремний // Письма ЖТФ. 1998. - Т. 24, Вып. 6. - С. 45-51.

20. Астрова Е.В., Воронков В.Б., Ременюк А.Д., Толмачев В.А., Шуман В.Б.- Изменение параметров и состава тонких пленок пористого кремния в результате окисления. Эллипсометрические исследования // ФТП. 1999. — Т. 33, Вып. 10. - С. 1264-1270.

21. Костишко Б.М., Атажанов Ш.Р., Пузов И.П., Саломатин СЛ., Нагорнов Ю.С. Гетероструктурные эффекты в карбонизированном пористом кремнии // Письма ЖТФ. 2000. - Т. 26, Вып. 5. - С. 42-48.

22. Turner D.R. Electopolishing of silicon in hydrofluoric acid solutions // J. Electrochem. Soc. 1958. - Vol. 5. - P. 402-405.

23. Memming R., Schwandt G. Anodic dissolution of silicon in hydrofluoric acid solution // Surf. Sci. 1966. - Vol. 4. - P. 109-124.

24. Allongue P., De Villeneuve C.H., Pinsard L., Bernard M.C. Evidence for hydrogen incorporation during porous silicon formation // Appl. Phys. Lett. -1995. Vol. 67, No. 7. - P. 941-943.

25. Lin T.L., Chen S.C., Kao Y.C., Wang K.L. 100-fjm-wide silicon-on-insulator structures by Si molecular beam epitaxy growth on porous silicon // Appl. Phys. Lett. 1986. - Vol. 48, No. 26. - P. 1793-1795.

26. Lin T.L., Sadwick L., Wang K.L., Kao Y.C., Hull R., Nieh C.W., Jamieson D.N., Liu- J.K. Growth and characterization of molecular beam epitaxial* GaAs layers on porous silicon // Appl. Phys. Lett. 1987. - Vol. 51, No. 11. - P. 814816.

27. Novikov P.L., Aleksandrov L.N., Dvurechenski A.V., Zinov'ev V.A. Mechanism1 of silicon epitaxy on porous silicon layers // JETP Lett. 1998. — Vol. 67, No. 7.-P. 539-544.

28. Новиков П.Л. Моделирование образования пористого кремния и эпитаксии кремния на его поверхности // Изв. вузов. Физика. 1999. - №3. - С. 49-56.

29. Гутаковский А.К., Романов С.И., Пчеляков О.П., Машанов В.И., Соколов JI.B., Ларичкин И.В. Эпитаксия кремния и твердых растворов германий-кремний на пористом кремнии // Изв. АН. Сер. Физическая. 1999. — Т. 63, №2.-С. 255-261.

30. Kang T.W., Leem J.Y., Kim T.W. Growth of GaAs epitaxial layers on porous silicon // Microelectron. J. 1996. - Vol. 27. - P. 423-436.

31. Saravanan S., Hayashi Y., Soga Т., Jimbo Т., Umeno M., Sato N., Yonehara* T. Growth of GaAs epitaxial layers on Si substrate with porous Si- intermediate layer by chemical beam epitaxy // J. Cryst. Growth. 2002. - Vol. 237-239. - P. 1450-1454.

32. Chang C.C., Lee C.H. Characterization and fabrication of ZnSe epilayer on porous silicon substrate // Thin Solid Films. 2000. - Vol. 379. - P. 287-291.

33. Boufaden Т., Matoussi A., Guermazi S., Juillaguet S., Toureille A., Mlik Y., El Jani B. Optical properties of GaN grown on porous silicon substrate // Phys. Stat. Sol. (a). 2004. - Vol. 201, No. 3. - P. 582-587.

34. Hsich W.T., Fang Y.K., Wu K.H., Lee W.J., Ho J.J., Ho C.W. Using porous silicon as semi-insulating substrate for J3-SIC high temperature optical-sensing devices // IEEE Trans. Electron Dev. 2001. - Vol. 48, No. 2. - P. 801-803.

35. Зимин С.П., Преображенский M.H., Зимин Д.С. Формирование двухсторонней пористой структуры при электрохимическом травлении кремния методом Унно-Имаи // Письма ЖТФ. 2000. - Т. 26, Вып. 1. - С. 24-29.

36. Zogg Н., Maissen С., Blunier S., Teodoropol S., Overney R.M., Richmond Т., Tomm J.W. Thermal-mismatch strain relaxation mechanisms in heteroepitaxial lead chalcogenide layers on Si substrates // Semicond. Sci. Technol. 1993. -Vol/8.-P. S337-S341.

37. Беляков Л.В., Захарова И.Б., Зубкова Т.Н., Мусихин С.Ф., Рыков С.А. Исследование ИК фотодиодов на основе РЬТе, полученных на буферном подслое пористого кремния // ФТП. 1997. - Т. 31, №1. - С. 93-95.

38. Зимин С.П., Зимин Д.С., Саунин И.В., Бондоков Р.Ц. Низкотемпературный рост пленок РЬТе на пористом кремнии // Неорганические материалы. — 1998.-Т. 34,№4.-С. 114-115.

39. Zimin S.P., Preobrazhensky M.N., Zimin D.S. High-quality lead telluride films grown on silicon with buffer porous silicon layers // Proc. SPIE. 1999. — Vol. 3890.-P. 497-501.

40. Зимин С.П., Преображенский M.H., Зимин Д.С. Структурные особенности пленок селенида свинца, полученных на облученном электронами пористом кремнии // Материалы 10-го междунар. симпозиума «Тонкие пленки в электронике». 1999, Ярославль. - С. 249-253.

41. Miranda C.R.B., Abramof P.G., De Melo F.C.L., Ferreira N.G. Morphology andstress study of nanostructured porous silicon as a substrate for PbTe thin filmsgrowth by electrochemical process // Materials Research. 2004. - Vol. 7, No. 4.-P. 619-623.

42. Levchenko V.I., Postnova L.I., Bondarenko V.P., Vorozov N.N.,. Yakovtseva V.A., Dolgyi L.N. Heteroepitaxy of PbS on porous silicon // Thin Solid Films.,— 1999.- Vol. 348.-P. 141-144.

43. Hung SiG., Su Y.K., Ghang S;L, Ghen S:G., JrL.W.,;Fang Т.Щ mm, Ghem M. Self-formation of GaN hollow nanocolumns by inductively coupled-plasma etching // Appl; Phys. A. 2005.-Vol. 80: - P. 1607-1610.

44. Daruka I., Barabasi A.-L. Dislocation-free island formation im heteroepitaxial growth: a study at equilibrium // Phys. Rev. Lett. 1997. - Vol. 79; No., 19-P. 3708-3711.

45. Widmann F., Daudin В., Feuillet G., Samson Y.,,Rouviere J!L.,.Pelekanos N. Growth kinetics and optical properties of self-organized GaN quantum dots // J. App. Phys. 1998. - Vol. 83, No. 12. - P. 7618-7624.

46. Ma Z.H., Sun W.D., Sou I.K., Wong G. K. L. Atomic force microscopy studies., of ZnSe self-organized dots fabricated on ZnS/GaP // Appl. Phys. Lett. 1998. -Vol. 73,No. 10.-P. 1340-1342.

47. Teichert С., Hofer С., Lyutovich К., Bauer М., Kasper Е. Interplay of dislocation network and island arrangement in SiGe films grown1 on Si(001) // Thin Solid Films. 2000. - Vol. 380, No. 1-2. - P. 25-28.

48. Raab A., Springholz G. Controlling the size and density of self-assembled PbSe quantum dots by adjusting the substrate temperature and layer thickness // Appl: Phys. Lett. 2002. - Vol. 81, No. 13. - P. 2457-2459.

49. Springholz G., Holy V., Pincolits M., Bauer G. Self-organized growth of three-dimensional quantum-dot crystals withh fcc-like stacking and a tunable lattice constant// Science. 1998. - Vol. 282. - P. 734-737.

50. Abtin L., Springholz G., Holy V. Surface exchange and shape transitions of PbSe quantum dots during overgrowth // Phys. Rev. Lett. 2006. - Vol. 97. - P. 266103-1-266103-4.

51. Alchalabi К., Zimin D., Kostorz G., Zogg H. Self-assembled semiconductor quantum dots with nearly uniform sizes // Phys. Rev. Lett. 2003. - Vol. 90, No. 2.-P. 026104-1-026104-4.

52. Hines M., Scholes G.D. Colloidal PbS nanocrystals with size-tunable near-infrared emission: Observation of post-synthesis self-narrowing of the particle size distribution // Adv. Mater. 2003. - Vol. 15, No. 21. - P. 1844-1849.

53. Bakueva E., Gorelikov I., Musikhin S., ZHao X.S., Sargent E.H., Kumacheva E. PbS quantum dots with stable efficient luminescence in the near-IR spectral range-// Adv. Mater. 2004. - Vol. 16, No. 11. - P. 926-929.

54. Turyanska L., Patane A., Henini M., Hennequin В., Thomas N.R. Temperature dependence of the photoluminescence emission from thiol-capped PbS quantum dots//Appl. Phys. Lett. — 2007. — Vol. 90.-P. 101913-1-101913-3.

55. Reynoso V.C.S;, De PaulaA.M:, Guevas R.F., Medeiros Neto E^

56. Gesar C.E., BarbosaЕ.С. РЬТе quantum dot doped glasses with absorption edge in the 1.5 jam wavelength:region // Electronic Eett. 1995. - Vol. 31, No. 12. — P. 1013-1015. ^

57. Graievich A.F., Kellermann G., Barbosa E.G., Alves O.L. Structure characterization and mechanism: of growth of PbTe nanocrystals embedded in a: silicate glass // Phys. Rev. Lett. 2002. - Vol: 89, No. 23. - P. 235503-1235503-4.

58. Facsko S., Dekorsy Т., Koerdt C., Trappe C., Kurz Hi,- Vogt A., Hartnagel' Hi Formation of ordered nanoscale semiconductor dots by ion sputtering // Science»- 1999;-Vol. 285, No. 5433.-P. 1551-1553.

59. Gago R., Vazquez E., Guerno R., Varela Mi, Ballesteros G., Albella J.M. Productioniof ordered silicon nanocrystals by low-energy ion sputtering // Appl: Phys. Lett;-2001.-Vol: 78,No: 21.-P: 3316-3318;

60. Frost F., Rauschenbach B. Nanostructuring of solid surfaces by ion-beam erosion // Appl. Phys. A. 2003. - Vol. 77, No. l.-P. 1-9.

61. Kim J. Surfacemorphology ofGe(l 11) during etching by keV ions II Phys. Rev. B. 2003. - Vol. 67, No. 4. - P. 045404-1-045404-6.

62. Ling L., Li:W.-Q:, Qi E J:, Eu Mi, Yang^X., Gu G.-X. Nanopatterning of SiplO). surface by ion sputtering: An experimental and simulation study // Phys. Rev. B.- 2005.-VoK 71. P. 155329-1-155329-8.

63. Facsko S., Bobek Т., Stahl A., Kurz H. Dissipative continuum model for self-organized, pattern formation during ion-beam erosion // Phys. Rev. B; 2004. — Vol. 69. - P. 153412-1-153412-4.

64. Bradley R.M., Harper J.M.E. Theory of ripple topography induced by ion bombardment // J. Vac. Sci. Technol. A. 1988. - Vol. 6, No. 4. - P. 23902395.

65. Sigmund P. Theory of Sputtering. I. Sputtering yield of amorphous and-polyciystalline targets // Phys. Rev. 1969. - Vol. 383, No. 2. - P. 184-416.

66. Youtsey C., Romano L.T., Adesida I. Gallium nitride whiskers formed- by-selective photoenhanced wet etching of dislocations // Appl. Phys. Lett. — 1998. Vol. 73, No. 6. - P. 797-799.

67. Yoshida H., Urushido Т., Miyake H., Hiramatsu K. Formation of GaN self-organized nanotips by reactive ion etching // Jpn. J. Appl. Phys. 2001'. - Vol. 40, Part 2, No. 12A. — P. L1301-L1304.

68. Yu C.-C., Ghu C.-F., Tsai J.-Y., Huang H.-W., Hsueh T.-H., Lin C.-F., Wang S.-C. Gallium nitride nanorods fabricated by inductively coupled plasma reactive* ion etching // Jpn. J. Appl. Phys. 2002. - Vol.41, Part 2, No. 8B. - P. L910-L912.

69. Hung S.C., Su Y.K., Chang S.J., Chen, S.C., Fang Т.Н., Ji L.W. GaN nanocolumns formed by inductively coupled plasmas etching // Physica E. — 2005.-Vol. 28.-P. 115-120.

70. Волков' Б.А., Рябова Л.И., Хохлов Д.Р. Примеси с переменной валентностью в твердых растворах на основе теллурида свинца // УФН. — 2002! — Т. 172, №8.-С. 875-906.

71. Heremans' J.P., Thrush С.М., Morelli D.T. Thermopower enhancement in lead1 telluride nanostructures // Phys. Rev. В. 2004-. - Vol. 10i - P. 115334-1115334-5.

72. Furst J., Pascher H.,. Schwarzl Т., Boberl M., Springholz G., Bauer G., Heiss W. Continuous-wave emission from midinfrared IV-VI vertical-cavity surface-emitting lasers// Appl. Phys. Lett. -2004. -Vol. 84, No. 17.-P. 3268-3270.

73. Arnold M., Zimin D., Zogg H. Resonant-cavity-enhanced photodetectors for the mid-infrared //Appl. Phys. Lett. 2005. - Vol. 87. - P. 141103-1-141103-3.

74. Таске M. Lead-salt lasers // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A-2001.-Vol. 359. -. P. 547-566.

75. Покутний С.И. Экситонные состояния в полупроводниковых квантовых точках в рамках модифицированного метода эффективной массы // ФТП: — 2007.-Т. 41,Вып. 11.-С. 1341-1346.

76. Allan G., Delerue С. Unusual quantum confinement effects in IV-VI materials // Materials Sci. Engineering C. -2005. Vol. 25,No. 5-8. -P. 687-690.

77. Imai K., Unno H. FIPOS technology and its application to LSI's // IEEE Trans; Electron Dev. 1984. - Vol. ED-31, No. 3. - P. 297-302.

78. Ковалев A.H., Маняхин Ф.И. Свойства и механизм фотопроводимости поликристаллических слоев сульфида свинца // Поверхность: Физика, химия,, механика.-1986. -№2.-С; 117-126. ,

79. Mengui U.A., Abramof Е., Rappl Р.Н.О., Ueta A.Y. Characterization of SnTe films grown by molecular beam epitaxy // Brazil. J. Phys. 2006. - Vol; 36, No. 2A.-P. 324-327.

80. Springholz G., Ueta A.Y., Frank N, Bauer G. Spiral growth and threading dislocations for molecular beam epitaxy of PbTe on BaF2 (1 1 1) studied by scanning tunneling microscopy // Appl; Phys. Lett. 1996. - Vol. 69. - P. 28222824;

81. Ishizaka A., Shiraki Y. Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon MBE // J. Electrochemical Society. 1986. - Vol. 133, No. 4.-P. 166-167.

82. Орликовский А.А. Плазменные процессы в микро- и наноэлектронике. Часть 1. Реактивное ионное травление // Микроэлектроника. 1999. — Т. 28, № 5. - С. 344-362.

83. Орликовский А.А. Плазменные процессы в микро- и наноэлектронике. Часть 2. Ппазмохимические реакторы нового поколения и их применение в технологии микроэлектроники // Микроэлектроника. 1999. - Т. 28, № 6. — С. 415-426.

84. Амиров ИИ. Ионно-химическое травление кремния и окиси кремния в многокомпонентной плазме // Исследование технологических процессов и приборов микроэлектроники (Тр; ФТИАН; Т. 12). М:: Наука: Физматлит, 1997.-С. 19-36.

85. Амиров И.И., Бердников А.Е., Изюмов МЮ: Процессы травления резистов в реакторе с ВЧ-индукционным источником плазмы // Микроэлектроника: 1998. - Т. 27,. № 1.-е. 22-27;

86. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов: — М.: Радио и связь, 1986. 232 с.

87. Woodworth J.R., Riley М.Е., Meister D.C., AragomB.P., Le M.S., SawbH;Hi Ion energy and! angular'. distributions in inductively coupled radio- frequency; discharges-in argon //Ji AppI: Phys. 1996: -Vol: 80; No: 3: - P. 1304-13 IT;

88. Арутюнов: П.А., Толстихина A.JI. Атомно-силовая микроскопия в задачах, проектирования приборов микро- и наноэлектроники. Часть 1 // Микроэлектроника. 1999. - Т. 28, № 6. - С. 405-414.

89. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2005. -144 с:

90. EiufRiP!,'XmZ., Хш Wang W.K-.,.Eam G.Z:. Distorted^ surfacetopography, observed by atomic: force microscopy // Measurement; 2006: — Vol. 39.-P. 12-15.

91. Wu H.2., Fang X.M., Salas R.J., McAlister D., McCann P.J. Molecular beam epitaxy growth of PbSe on BaF2-coated Si(lll) and observation of the PbSe growth interface // J. Vac. Sci. Technol. 1999. - Vol. 17, No. 3. - P. 12631266.

92. Труханов E.M., Колесников A.B., Василенко А.П., Гутаковский А.К. Влияние типа винтовой составляющей дислокаций несоответствия на образование пронизывающих дислокаций в полупроводниковых-гетероструктурах //ФТП. 2002. - Т. 36, Вып. 3. - С. 309-316.

93. D'Heurle F., Berenbaum L., Rosenberg R. On the structure of aluminum films // Trans. Met. Soc. AIME. 1968. - Vol: 242. -P. 502-511.

94. Bacconier В., Lormand G., Papapietro M., Achard M., Papon A.-M. A study of heating rate and texture influences on annealing hillocks by a statistical* characterization of A1 thin-film topography // J. Appl. Phys. 1988. — Vol. 64, No. Г1.-Р. 6483-6489.

95. Ericson F., Kristensen N., Schweitz Ji-A., Smith U. A transmission-electron, microscopy study of hillocks in thin aluminum films // J: Vac. Sci. Technol1. B'. — 1991.-Vo. 9, No. 1.-P. 58-63.

96. Smith U., Kristensen N., Ericson F., Schweitz L-A. Local stress relaxation' phenomena in thin aluminum films // J. Vac. Sci. Technol. A. 1991. - Vol. 9, No. 4.-P. 2527-2535.

97. Kim D.-K., Nix W. D., Vinci R. P:, Deal M.D., Plummer J.D. Study of the effect of grain boundary migration-on hillock formation in A1 thin, films II JL Appl; Phys. 2001'. - V. 90, No. 2. - P: 781-788.

98. Blech I.A., Meieran E.S. Electromigration in thin A1 films // J. Appl. Phys. — 1969. Vol. 40, No. 2. - P. 485-49 Г.

99. Скворцов-А.А., Орлов A.M., Рыбин, B.B. К вопросу диагностики деграда-ционных процессов в системе алюминий-кремний при импульсных электрических воздействиях II Письма ЖТФ. 2006. — Т. 32, Вып. 6. - С. 18-23.

100. Бернштейн M.JT., Займовский В.А. Механические свойства металлов. — М.:, Металлургия, 1979. 496 с.

101. Кучис Е.В. Гальваномагнитные эффекты и методы их исследования. — М.: Радио и связь, 1990. 264 с.

102. Сарсембинов Ш.Ш., Приходько О.Ю., Мальтекбасов М.Ж., Максимова С .Я., Аверьянов B.JI. Биполярная фотопроводимость в аморфных пленках As2Se3 // ФШ. 1991. - Т. 25, Вып. 3. - С. 564-566.

103. Andriesh A.M. Ghalcogenide glasses in optoelectronics // ФТП. — 1998. — T. 32, Вып. 8. С. 970-975.

104. Tanaka К. Nanostructured chalcogenide glasses // J. Non.-Cryst. Solids. 2003. -Vol.326&327.-P. 21-28. '

105. Schwarzl Th., Heiss W., Kocher-Oberlehner G., Springholz G. CH4/H2 plasma etching of IV-VI semiconductor nanostructures // Semicond. Sci. Technol. — 1999.-Vol. 14, No. 2.-P. 11-14.

106. Кибалов-Д.С., Журавлев И.В., Лепшин П.А., Смирнов В.К. Перенос волнообразного нанорельефа на поверхность различных материалов // Письма ЖТФ. 2003. - Т. 29, Вып. 22. - С. 63-67.

107. Lieberman М.А. Spherical shell model of an asymmetric rf discharge // J. Appl. Phys. 1989. - Vol. 65. No. 11. - P. 4186-4191.

108. Вавилов В.С., Кив A.E., Ниязова O.P. Механизмы,образования и миграции дефектов в полупроводниках. -М.: Наука, 1981. 368 с.

109. Hayakawa Т., Suzuki Т., Uesugi Т., Mitsushima Y. Mechanism of residue formation in silicon trench etching using a bromine-based plasma // Jpn. J. Appl. Phys. 1998. - Voh 37, Part 1, No. 1. - P. 5-9.

110. Oehrlein G.S., Rembetski J.F., Payne E.H. Study of sidewall passivation and microscopic silicon1 roughness phenomena in chlorine-based reactive ion etching of silicon trenches // J. Vac. Sci. Technol. B. 1990. - Vol. 8, No. 6. - P. 11991211.

111. Pelletier J., Arnal Y., Durandet A. SF6 plasma etching of silicon: evidence of sequential multilayer fluorine adsorption // Europhys. Lett. 1987. - Vol. 4, No. 9.-P. 1049-1054.

112. Blavette D., Cadel E., Fraczkiewicz A., Menand A. Three-dimensional atomic-scale imaging of impurity segregation to line defects // Science. 1999. - Vol. 286, No. 5448. - P. 2317-2319.

113. Тхорик Ю.А., Хазан JI.C. Пластическая деформация и дислокации несоответствия в гетероэпитаксиальных системах. — Киев: Наук, думка, 1983. — 304 с.

114. Скворцов А.А., Орлов A.M., Фролов В.А., Соловьев А.А. Электростимули-рованное движение краевых дислокаций в кремнии при комнатных температурах // ФТТ. 2000. - Т. 42, Вып. 11. - С. 1998-2003.

115. Wu H.F., Zhang H.J., Lu Y.H., Xu T.N., Si J.X., Li H.Y., Bao S.N., Wu H.Z., He P. Scanning tunneling microscopy of epitaxial growth of PbSe thin film on BaF2(l 11) // J. Cryst. Growth. 2006. - Vol. 294: - P. 179-183.

116. Xu T.N., Wu H.Z., Si J.X., Cao C.F. Observation of triangle pits in PbSe grown by molecular beam epitaxy // Appl. Surf. Sci. 2007. - Vol. 253, No. 12. - P. 5457-5461.

117. Матаре F. Электроника дефектов в полупроводниках. М.: Мир, 1974. — 464 с.

118. Ramos R., Cunge G., Pelissier В., Joubert О. Cleaning aluminum fluoride coatings from plasma reactor walls in SiCL/Cfe plasmas // Plasma Sources Sci. Technol: -2007. Vol. 16, No. 4. - P. 711-715.

119. Основные свойства неорганических фторидов. Справочник. Под ред. Галкина Н.П. М.: Атомиздат, 1975. - 400 с.