Нанооболочки и прецизионные наносистемы на основе напряженных гетероструктур

Принц, Виктор Яковлевич

Нанооболочки и прецизионные наносистемы на основе напряженных гетероструктур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Принц, Виктор Яковлевич АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Нанооболочки и прецизионные наносистемы на основе напряженных гетероструктур»

Автореферат диссертации на тему "Нанооболочки и прецизионные наносистемы на основе напряженных гетероструктур"

на правах рукописи

Принц Виктор Яковлевич

НАНООБОЛОЧКИ И ПРЕЦИЗИОННЫЕ НАНОСИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ НАПРЯЖЕННЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР

специальность: 01.04.10-физика полупроводников

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

2006-4

на правах рукописи

Принц Виктор Яковлевич

НАНООБОЛОЧКИ И ПРЕЦИЗИОННЫЕ НАНОСИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ НАПРЯЖЕННЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР

специальность: 01.04.10-физика полупроводников

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

//Г / о

Работа выполнена в Институте физики полупроводников СО РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор, академик РАН

Морозов Н. Ф.

доктор физико-математических наук, профессор

Брудный В. Н. Окотруб А. В.

доктор физико-математических наук

Ведущая организация:

Ордена трудового красного знамени Институт физики твердого тела РАН, г. Черноголовка

Защита состоится 18 октября в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.003.037.01 при Институте физики полупроводников СО РАН по адресу: 630090, Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики полупроводников СО РАН

Автореферат разослан 30 августа 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук.

профессор

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Создание и исследование наноструктур с контролируемыми размерами и заданными свойствами входит в число важнейших, ключевых проблем нашего времени. Нанотехнология является основной движущей силой науки и техники XXI века [1], она уже приводит к революционным изменениям в материаловедении, электронике, микробиологии, медицине и других областях. Успехи последних лет в этой области позволяют надеяться на создание в ближайшие годы новых материалов и приборов [1-4], в которых определяющими являются квантовые свойства. Для ряда таких приборов, например, квантовых клеточных автоматов [4], туннельных приборов, необходимы структуры и строго периодичные системы, элементы которых выполнены с атомарной точностью. Фундаментальные ограничения известных литографических методов не позволяют достичь такой точности, поэтому в мире идет активный поиск новых высокоточных методов формирования наноструктур. Анализ тенденций развития нанотехнологии позволяет сделать вывод об актуальности перехода от планарной геометрии приборных структур к трехмерной, от одиночных наноструктур к наносистемам, которые должны изготовливаться с атомарной или молекулярной точностью и с высокой воспроизводимостью.

В диссертации изложены экспериментальные и теоретические результаты нового направления физики и технологии твердотельных наноструктур, инициатором которого является автор диссертации. Представленные в диссертации работы по формированию и исследованию трехмерных микро-, нано- и атомно-размерных объектов объединены единым подходом. Он основан на использовании упругих напряжений в тонких гетеропленках, возникающих в результате несоответствия параметров решетки или размеров примесей и атомов кристалла. Совместно с учениками, автором созданы и исследованы новые классы микро- и наноструктур, перспективные для формирования элементной базы микромеханики, наномеханики и нано-электроники.

Цель данной работы

Создать новое направление нанотехнологии, обеспечивающее молекулярную точность изготовления полупроводниковых структур, разработать физические основы формирования новых классов тонкопленочных трехмерных наноструктур и систем, предназначенных для создания элементной базы наноэлектроники и наномеханики.

Теоретически и экспериментально исследовать упругие, электрические и квантовые свойства созданных полупроводниковых и металлических наноструктур и систем. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

• предложить и разработать новые подходы в создании полупроводниковых микро - и наноструктур и прецизионных систем;

• предложить и разработать методы и приемы, позволяющие контролируемо освобождать от связи с подложкой монокристаллические напряженные пленки молекулярных толщин и преобразовывать их в трехмерные оболочки и конструкции разнообразных форм;

• найти условия высокоточного формирования тонкопленочных нанооболочек и трехмерных систем, в том числе, нанотрубок, спиралей, строго периодично гофрированных в латеральных направлениях систем; продемонстрировать формирование этих объектов из полупроводников типа А3В5, 51, ве;

• исследовать закономерности масштабирования объектов и установить предельно достижимые минимальные размеры нанобъектов;

• исследовать теоретически и экспериментально свойства созданных новых квантовых полупроводниковых наноструктур; рассчитать упругие напряжения и квантовые свойства полупроводниковых оболочек, исследовать квантовый транспорт в них;

• рассмотреть возможность использования энергии упругой деформации в качестве движущей силы контролируемого формирования атомно-размерных примесных объектов и приборов на их основе;

• разработать методы и приборы исследования электрических свойств тонких пленок, в том числе, освобожденных от подложки, и примесных центров в них; исследовать в тонких пленках полупроводниковых соединений А3В5 примесные центры, сильно деформирующие окружающую решетку; исследовать зависимость

свойств примесей от их размеров, состава твердых растворов и величины электрических полей;

• изучить области практического применения созданных микро- и наноструктур, создать макеты приборов.

Научная новизна заключается в создании нового направления в области физики и технологии формирования твердотельных наноструктур, обладающих новыми свойствами, открывающих новые возможности в создании приборов микро- и наномеха-ники и наноэлектроники. В диссертации впервые осуществлено следующее:

1. Разработан единый подход в формировании микро-, нано- и атомно-размерных квантовых объектов. Суть подхода - контролируемое преобразование упруго напряженных плоских пленок или упруго напряженной системы примесный атом-окружение в устойчивые микро-, нано- и атомно-размерные квантовые объекты с минимумом упругой энергии.

2. Сформулирована концепция и разработаны технологические и физические основы создания нового класса тонкопленочных наноструктур - прецизионных нано-оболочек (нанотрубок, спиралей, гофрировок) и систем на их основе. Разработаны методы, позволяющие отсоединять от подложки монокристаллические напряженные пленки молекулярных толщин и контролируемо преобразовывать их в трехмерные оболочки и конструкции разнообразных форм. Эффективность методов продемонстрирована на примере изготовления микро- и наноструктур из полупроводниковых, металлических и диэлектрических пленок (ГпОаАя/ОаЛх, 1п8ЬАь/1пА$, 1пР/1пА$, 8)/Ое51, Б^ОеБ^зК^Сг, ЬАб, Аи/П, Та205/0аА$ и т.д.).

3. Определены условия формирования и созданы прецизионные трехмерные твердотельные оболочки, в том числе, отдельные 1пСаАя/ОаАя трубки с внутренним диаметром до 2 нм, периодичные гофрированные системы с периодом до 10 нм. Созданы упруго взаимодействующие, высокоупорядоченные во всех трех измерениях массивы полупроводниковых тонкопленочных наноструктур, в том числе, ТпваАв и ЭЮс наногофрированные пленки, сформированные в строго ограниченном пространстве, и имеющие заданные амплитуду и период гофрировки.

4. На основании результатов численного моделирования оболочек, созданных на основе пленок ТпАв толщиной от 2 до 6 нм было показано, что оболочки обладают

новыми квантовыми свойствами, не проявляющимися в других известных низкоразмерных объектах, а именно:

а) в наногофрированных 1пАб пленках, толщиной менее 3 нм, низшими являются квантовые уровни X - минимума, а локальные упругие деформации изгиба пленки вызывают сдвиги краев зон, расщепление X - минимума и приводят к появлению системы потенциальных ям глубиной до 1 эВ. Такие глубокие потенциальные ямы обеспечивают локализацию волновой функции электрона;

б) в стенках многовитковых ТпАя/ОаАя нанотрубок происходит пространственное разделение электронов и дырок.

5. Предложены и разработаны новые методы и приборы емкостной спектроскопии и неразрушающего, бесконтактного СВЧ экспресс-контроля электрических параметров тонкопленочных структур, в том числе внутренних слоев и границ раздела в тонкопленочных структурах типа п+-гм.

6. Обнаружены и объяснены новые физические явления и эффекты, характерные для тонкопленочных структур, в том числе легированные примесями с глубокими уровнями. Среди них такие как:

а) гигантское возрастание в сильном электрическом поле сечений захвата электронов и дырок на притягивающие и нейтральные безызлучательные центры в ваАя;

б) сильнополевое переключение проводимости тонкопленочных ваАя, 1пР пм структур;

в) влияние упругих полей примесей и дефектов на энергию ионизации и сечения захвата носителей на глубокие центры в ваАв;

г) устойчивость монослойных пленок к окислению и сращивание пленок, образование монокристаллической стенки нанотрубок;

д) возможность управляемого разрыва атомных связей вдоль плоскостей спайности в полупроводниковых пленках с формированием нанометровых атомно-гладких ровных щелей.

Созданы новые твердотельные объекты - свободные монослойные твердотельные пленки, обладающие новыми свойствами и областями применения.

Объекты, методы формирования и исследования структур

Трехмерные микро- и наноструктуры формировались из напряженных полупроводниковых гетероструктур А3В5. Использовались многослойные структуры, содержащие слои ОэАб, А1Ая, СаР, 1пАб, ТпБЬ, А15Ь и слои твердых растворов на их

основе, выращенные молекулярно-лучевой эпитаксией на GaAs, 1пР, 1пА5 и Са8Ь подложках, а также структуры, содержащие слои 51, 5]Ое на 81 подложках и гибридные структуры 1пА5/СаА5/Та205, Я10е/8|7Сг и 810е/81/81хМ)/Сг. Освобождение пленок от связи с подложкой осуществлялось травлением жертвенных слоев, специально выращенных между пленкой и подложкой. Эти слои удалялись оригинальными высокосслективными травителями, не взаимодействующими с основными пленками. Для контролируемого формирования структур применялись новые методы, основанные на использовании кристаллографических, химических и физических свойств полупроводниковых кристаллов. Исходные меза-структуры изготовлялись с использованием литографии и методов травления в плазме. Параметры и свойства созданных наноструктур исследовались с помощью электронных и атомно-силовых микроскопов.

Все исследования электрически активных примесей и дефектов в полупроводниковых соединениях А3В5 и, прежде всего, глубоких примесных центров, сильно деформирующих окружающую решетку, были выполнены с помощью разработанных нами методов и приборов емкостной спектроскопии и неразрушающих СВЧ методов. Для исследований применялся целый ряд оригинальных методов неразру-шающей диагностики тонкопленочных структур. Исследования структур в сильных электрических и квантующих магнитных полях были выполнены на стандартном оборудовании.

Форма и напряжения тонкопленочных оболочек находилась с использованием континуальной теории упругости. Численными методами решались системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных (уравнения Фон Кармана). Энергетический спектр и волновая функция электронов в оболочках определялись с использованием приближения эффективной массы и решением уравнения Шредингера.

Научная и практическая значимость работы. Создано новое направление в физике и технологии твердотельных наноструктур. Созданы новые классы микро- и наноструктур: трехмерные полупроводниковые и металлические микро- и нанообо-лочки (трубки, кольца, спирали, гофрировки и полусферы) с атомно-гладкой поверхностью и прецизионными размерами в диапазоне от микрометров до нанометров. Данные наноструктуры невозможно создать другой известной технологией. Они являются основой для создания приборов микро-, наномеханики, наноэлектро-ники и новых материалов. Их них могут быть изготовлены микро- и наношприцы,

нейрозонды, нанопринтеры, быстродействующие термоанемометры, Ап-транзисторы, туннельные диоды с подвижными электродами, трехмерные массивы периодично расположенных квантовых точек, монокристаллические нановолокна, нанопружины, киральные микро- и нанообъекты и композиционные материалы на их основе.

К настоящему времени созданы макеты микро- и наноинструмснтов для молекулярной биологии на основе трубок и атомно-острых игл Сформированы новые материалы - свободные, сверхгибкие монослойные пленки, спиралеобразные микро-и нановолокна из 81/8!Ое, полупроводниковых соединений А3В5 и нанокомпозиты на их основе. Изготовлены высокоскоростные гибридные термоанемометры. Созданы киральные структуры. Созданы макеты туннельных диодов с подвижными электродами.

Предложены и разработаны следующие методы:

а) отсоединения напряженных пленок молекулярных толщин от монокристаллических полупроводниковых подложек;

б) прецизионного управления изгибом и сворачиванием отсоединенных пленок;

в) селективного травления и бездеформационной сверхкритической сушки структур;

г) сборки сложных конструкций из отдельных оболочек;

д) формирования строго периодичных гофрированных наноструктур и систем.

Разработаны, созданы, запатентованы и используются на предприятиях, оригинальные методы и приборы диагностики и исследования тонкопленочных многослойных структур:

а) методы и приборы емкостной спектроскопии с высоким пространственным разрешением и чувствительностью (измеритель профиля легирования, емкостные высокочастотные и низкочастотные спектрометры глубоких уровней);

б) методы и приборы неразрушающей СВЧ диагностики качества внутренних слоев и границ раздела в тонкопленочных структурах, в том числе в структурах, предназначенных для изготовления интегральных схем, малошумящих ОаАя полевых транзисторов, транзисторов на основе гетсроструктур с двумерным электронным газом;

в) методы неразрушающего измерения порога эффекта обратного управления, его величины в тонкопленочных структурах соединений А3В5;

г) метод неразрушающего измерения подвижности и профиля подвижности в тонкопленочных структурах.

Приборы (профилометр, спектрометр глубоких уровней, неразрушающий измеритель-анализатор границ раздела и буферных слоев «ГРАН») используются в течение ряда лет для входного контроля многослойных ваАв, ОаАв/АЮаАв, GaAsЯпAs п+-гы структур, предназначенных для изготовления малошумящих полевых транзисторов и интегральных схем в НИИ "Сатурн", г.Киев, НИИ "Пульсар"г. Москва, ИРЭ г.Москва, НИИМВ, г.Зеленоград, НИИПП, г.Томск, НИИМЭ, г. Зеленоград, НИИМЭТ г.Калуга и в ИФП СО РАН г. Новосибирск. Данные приборы и особенно возможность неразрушающего контроля всех выращиваемых многослойных структур способствовали улучшению качества полупроводниковых структур. Улучшились, прежде всего, свойства буферных слоев и границ раздела, исчезли паразитные проводящие прослойки на границах раздела пленка-подложка, и как показатель качества, в 105 раз возросло время хранения электронов, захваченных на границе пленка-подложка, приблизившись по этому параметру к лучшим зарубежным структурам.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Контролируемое преобразование упруго напряженных плоских пленок полупроводниковых гетероструктур в нанооболочки молекулярных толщин, открывает новое направление нанотехнологии и ранее не известные возможности в управлении свойствами материалов, создании новых приборов и систем наномеханики, нано-электроники

2. Преобразование плоских напряженных структур в трехмерные осуществимо на молекулярном уровне, с молекулярной точностью в трех направлениях. Прецизионность формирования задается высокой точностью выращивания исходных гетероструктур с помощью молекулярно лучевой эпитаксии. Осуществимо контролируемое отсоединение от подложки полупроводниковых пленок монослойных толщин (до 2МЬ для 1пА5/ОаДя) и их преобразование под действием напряжений несоответствия параметров решетки и в зависимости от заданных граничных условий в трехмерные оболочки: нанотрубки, спирали, вертикальные наностенки, радиальные сверхрешетки, наногофрированные полоски и системы.

ными явлениями. Полупроводниковые оболочки молекулярных толщин обладают устойчивостью к окислению, подвижностью, гибкостью и способностью к сращиванию с другими слоями, к упругому взаимодействию и созданию динамических систем. Механические свойства оболочек толщиной меньше 5ML не описываются континуальной теорией упругости.

4. Электронный спектр в напряженных наногофрированных бипленках на основе InAs толщиной меньше 3 нм определяется квантовыми уровнями электронов X-минимума, а потенциальные ямы в латеральных направлениях (глубиной до 1 эВ) -расщеплением Х-минимума в результате гигантской изгибной деформации пленок. Такие глубокие потенциальные ямы обеспечивают локализацию волновой функции электрона. Упругая деформация играет определяющую роль и в формировании электронного спектра стенок многослойных InAs/GaAs нанотрубок и приводит к пространственному разделению электронов и дырок в стенках.

5. В свободных полупроводниковых нанопленках осуществим управляемый разрыв атомных связей вдоль плоскостей спайности с формированием нанощелей с атомно-гладкими стенками. В качестве движущей силы при формировании нанощелей может выступать упругая энергия напряженной пленки.

6. Сильные электрические поля в GaAs кардинально меняют процессы захвата носителей заряда на притягивающие и нейтральные глубокие безызлучательные центры. Сечения захвата электронов и дырок возрастают до 106 раз, а коэффициент температурной зависимости сечений захвата меняет знак, что противоречит общепринятой теории многофононного захвата, не учитывающей наличие вокруг центра потенциальных барьеров, вызванных статической деформацией окружающей решетки.

7. Дополнительная упругая деформация решетки вокруг глубоких центров в GaAs, возникающая при замене в глубоком центре атомов As на изовалентный атом Sb большего радиуса, приводит к изменению глубины залегания уровня и уменьшению сечения захвата электронов. Энергия ионизации центра А изменяется на 0,1 эВ, а центра EL2 на 0,25 эВ. Упругая деформация решетки увеличивает в 103 раз вероятность вхождения атомов Sb в глубокие центры на место атомов As.

а) разработанные способы контролируемого создания в оболочках гигантских локальных напряжений, взаимодействующих с упругими полями вокруг глубоких примесей, б) предложенный способ локального изготовления коррелированных контактов к обеим поверхностям оболочек; в) обнаруженные сильные зависимости параметров и свойств глубоких центров от величин электрического поля, давления, состава твердого раствора и радиуса примесей.

9. Электрические характеристики внутренних слоев и границ раздела в многослойных оболочках и тонкопленочных приборных структурах (например, в п+-гы структурах) могут быть установлены с помощью оригинальных неразрушающих СВЧ-методов и приборов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены в 1 пленарном, 11 приглашенных и в 23 устных докладах на международных конференциях и симпозиумах в России, Японии, Канаде, США, Германии, Израиле, Швейцарии, Франции, Англии, Белоруссии, а также более чем в 60 стендовых докладах. Индекс цитирования работ превышает 600. За последние три года индекс цитирования работ возрос почти на 200. Часть результатов диссертации вошла в 4 обзора и монографию зарубежных авторов, а также в российские обзоры, монографии и учебники.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 305 наименований Она изложена на 368 страницах и содержит 96 рисунков.

Личный вклад автора. Исследования, результаты которых представлены в диссертации, выполнены по инициативе и под руководством автора или лично автором. Идеи и постановка задач принадлежат автору диссертации. Практически все статьи по теме диссертации написаны автором после обсуждения с соавторами.

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели работы, задачи исследований, приведены научная новизна и практическая ценность, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

Содержание работы

В первой главе изложены физические основы оригинального метода формирования микро- и наноструктур цилиндрической геометрии с атомно-гладкими поверхностями и строго заданными размерами. Описаны методы и результаты формирования полупроводниковых и металлических микро- и нанотрубок, спиралей, других от-

крытых и замкнутых оболочек, которые нельзя изготовить другим известным методом. Показано, что созданные оболочки образуют новый класс квантовых низкоразмерных структур. Рис. 1.1 схематично иллюстрирует метод формирования простейших нанооболочек - нанотрубок, в основе которого лежит использование упругой энергии пленок, вызванной несоответствием параметров решеток слоев и подложки. Приведены результаты изготовления трубок с диаметрами в диапазоне 2нм <Б <100мкм.

а бе г

Рис. 1.1. Схематичная иллюстрация метода формирования нанотрубок.

а) - слои GaAs и InAs с разными постоянными решеток в свободном состоянии Каждый слой на рис содержит два молекулярных монослоя (ML), толщина монослоя 2.7 А для (100) GaAs;

б) - слои GaAs и InAs, выращенные на подложке InP. В ходе эпитаксиального роста тонкие слои наследуют решетку массивной подложки (условие псевдоморфного роста), в) - изгиб упруго напряженной GaAs/InAs пленки при ее освобождении от связи с подложкой в результате селективного удаления жертвенного слоя AlAs; г) - сворачивание GaAs/InAs пленки в трубку-свиток под действием внутренних упругих сил (масштаб рисунка г изменен).

Описаны следующие оригинальные методы, обеспечивающие контролируемое формирование прецизионных наноструктур: а) методы высокоселективного удаления жертвенных слоев с использованием жидкостных и сверхкритических травителей; б) методы направленного сворачивания пленок; в) методы формирования разнообразных структур; д) метод сборки из трубок, колец, спиралей сложных конструкций; г) метод сверхкритической, бездеформационной сушки тонкопленочных (толщиной до Ihm) оболочек; е) методы формирования нанотрубок со строго заданной длиной; ж) метод пассивации поверхности трубок и их заращивания. На рис. 1.2-1.7 приведены примеры, иллюстрирующие физические основы технологии и свойства нанотрубок, спиралей, колец, других более сложных структур и конструкций.

Диаметр сформированных трубок определялся толщиной слоев и несоответствием параметров решетки, которые задавались с высокой точностью на этапе моле-кулярно-лучевой эпитаксии. Показано, что диаметры D трубок, свернутых из бис-

лойных пленок с суммарной толщиной с1>4МЬ (монослоев), хорошо предсказываются континуальной теорией упругости, и могут быть найдены из формулы: О = -—5—К +(1г) ^ где и (]2 Толщины слоев, образующих бислойную пленку, 3 ¿иг/а

Аа/а - несоответствие параметров решетки. Формула не учитывает небольшую разницу в величинах модулей Юнга используемых полупроводников. Из более тонких пленок формируются нанотрубки с диаметром меньше расчетного, что может свидетельствовать о вкладе поверхностного натяжения твердых тел в процесс изгиба и сворачивания пленок.

Рис 1 2 Фотографии трубок, закрепленных на подложке' а) - массив СтаАяЛпОаА? трубок с диаметром 2 мкм и толщиной стенок 10 нм, ориентированных вдоль направления <100>; б) - фотография [пСаАз/ваАх трубки, содержащей 40 витков. и 02 - соответственно внутренний и наружный диаметры; в) изображение А и/Т] нанотрубки, сформированной на кремниевой подложке.

Рис 1 3. Изображения трубок, полученные на сканирующем и просвечивающем электронных микроскопах а) одновитковые InGaAs/GaAs микротрубоки. б,с, (1-нанотрубки сформированные из пленок состоящих из - б) 4МЬ ОаА5+4МЬ 1по бСао 4Аб (шестивитковая трубка); с) 2МЬ ОаАз + ШЫпАб (внутренний диаметр трубки 3 нм); с!) 2МЬ ОаАх + 1МЬ ГпАб (внутренний диаметр трубки 3 нм). Стрелками указаны направления сворачивания напряженных бипленок. Процесс формирования левой трубки остановлен раньше, чем правой трубки, в результате сформировались 12 еитковая левая трубка и 25 витковая правая правая трубка Внешние диаметры у трубок отличаются Типичная длина трубок на 1пР подложке 1 -2 мм.

Показано, что многовитковые трубки, сформированные из бипленок суммарной толщиной менее 6МЬ, имеют сплошные монокристаллические стенки с четко регистрируемыми атомными плоскостями, что свидетельствует о сращивании слоев (рис. 1.4). Этому способствует гибкость и атомная гладкость слоев.

Рис. 1.4. Поясняющий рисунок и изображение в высокоразрешающем микроскопе ЬЮаАа/ОаАв нанотрубок.

а) схема хода электронного луча микроскопа через стенку двухвитковой нанотрубки, рамкой выделен фрагмент стенки двухвитковой нанотрубки; б) фрагмент стенки двухвитковой нанотрубки диаметром 250 нм, свернутой из гетеропленки толщиной 5 нм; стрелки указывают на дислокации на границе между витками; с) изображение двухвитковой ^АвЛЗаАз нанотрубки; Ъ-стенки трубки.

Показано, что микро- и нанотрубки прочны и устойчивы к высокотемпературным обработкам. В качестве примера в диссертации описано формирование прецизионных полых каналов при заращивании арсенидом галлия микро- и нанотрубок.

Описано оригинальное формирование киральных микро -и нанообъектов основанное на том, что упругая энергия, которая является движущей силой преобразования плоских напряженных пленок в трехмерные оболочки, существенно зависит от анизотропии упругих свойств материала. Полупроводники 81, ве и полупроводники А3 В5 являются упруго - анизотропными кубическими кристаллами с направлениями наилегчайшего сжатия <100>. Узкие полоски напряженной бипленки ориентированные вдоль таких "мягких" направлений сворачиваются в кольца, а полоски, отклоненные от данных направлений, - в спирали. Спирали с максимальным шагом формируются из полосок ориентированных вдоль жестких направлений <110>; (рис. 1.5).

а) б) в)

Рис. 1 5 Спирали, а) схематичное изображение формирования спиралей из напряженных бислой-ных полосок, ориентированных вдоль «жесткого» направления [110]; б) ЗЮе^-полоска частично свернута в спираль; в) 1пОаА5/СаА$ микроспираль

В диссертации описаны методы формирования открытых оболочек различных форм. Приведены примеры прецизионного формирования трубок и спиралей из следующих многослойных пленок: а) модулировано легированных, б) гибридных металл-диэлектрик - полупроводник, в) содержащих пленку Легмюра-Блоджет, г) содержащих слой с квантовыми точками. Описаны разработанные методы направленного сворачивания пленок. В процессе такого сворачивания трубки перемещаются вдоль поверхности, что позволяет создавать сложные конструкции из трубок (рис. 1.6).

В главе приведено описание метода и полученные результаты по формированию трубок, у которых на этапе молекулярной эпитаксии задаются не только диаметр, но и длина (рис.1.7). Такие трубки открывают возможность изготовления структур с квантово-размерным ограничением в трех направлениях - трубчатые квантовые точки.

Рис 1 6 Примеры объектов, сформированных при помощи направленного сворачивания напряженных 1по2Оао8А5/ОаА5 и 510е/Я1 гетсропленок. Стрелками указаны направления сворачивания пленки а) левовинтовая спираль, переходящая в центре в правовинтовую спираль, сформированная из У-образной мезаструктуры, б) две столкнувшиеся трубки в момент окончания процесса их формирования; в) перекрещивающиеся трубки, г) изогнутые полоски (кантилеверы); д) изогнутая спираль Архимеда

Рис. 1.7. Слева - схема многослойной гетероструктуры С1аА5/АЮаА5/ОаА5/ЛЮаА5 с У-канавками. Боковые стенки У-канавок содержат полоски ОаА$, разделенные полосками АЮаАв. В таких структурах возможна эпитаксия только на полосках СаА$ Справа - а) схема процессов формирования трубки из полоски ЬЮаАБЛЗаАБ, селективно выращенной на стенках У-канавки, б) изображение нанотрубки, сформированной на стенках У-канавки, полученное на сканирующем электронном микроскопе Стрелки указывают направление сворачивания напряженной полоски 1п-СаАБ/СаАв.

Теоретически и экспериментально исследованы квантовые свойства созданных трубок.

Существенно новым в нашем подходе является возможность формировать из исходных плоских слоев (монослоев) оболочки сложной формы, в том числе, оболочки молекулярных толщин. Конфигурация волновых функций разрешенных электронных состояний в таких оболочках может быть контролируемо задана формой оболочек и упругими напряжениями в них. Открывается возможность формирования сложных распределений электронной плотности в пространстве, что перспективно для исследования квантовых явлений и управления квантовыми приборами.

Результаты, приведенные на рис. 1.8 слева, получены решением уравнения Шрсдингера. Расчеты сдвига зон, инициированных деформацией, выполнены для трубки, свернутой из пленки, выращенной на подложке (100), ось трубки ориентирована вдоль кристаллографического направления [010] - при этих условиях отличны от нуля только диагональные компоненты тензора деформации: в осевом направлении - е„ в азимутальном - Ед и в радиальном - ег После нахождения распределения деформации, были установлены сдвиги краев зон: зоны проводимости

АЕГ - асТг(е), валентной зоны АЕшио = ауТг{е)+Ь^ег - ^ ^ (верхний знак относится к зоне тяжелых дырок, нижний - к зоне легких дырок), где Тг(е) = я(, а„ Ь -

константы деформационного потенциала. Поскольку недиагональные компоненты тензора деформации равны нулю, то пьезоэлектрического поля нет.

-1М1 -12« -»и -М| -зи (I .М» 641 411 12и 15«

(Ы

угол, ф градусы

Рис. 1.8 Слева сверху - схематическое изображение нанотрубки ЬАвЛЗаАв, снизу - энергетическое положение краев зоны проводимости 1 и валентной зоны 2 в стенках трубки, а также положение электронного 3 и дырочного 4 уровней энергии Справа сверху изображение изогнутой пленки в магнитном поле (направление тока указано стрелкой, обозначенной I), снизу - уровни Ландау в изогнутой пленке с двумерным электронным газом, помещенной в магнитное поле В

Свойства свернутых пленок, помещенных в магнитные или электрические поля качественно отличаются от свойств плоских пленок. Например, положение уровней Ландау в них сильно зависит от азимутальной координаты (рис. 1.7 справа). Это связано с тем, что в изогнутой пленке составляющая магнитного поля, перпендикулярная поверхности, меняется с координатой. Квантовый эффект Холла и осцилляции Шубникова-де Гааза исследовались в микротрубке с шестью контактами к ней (пленка холловской геометрии свернутая в трубку). Дальнейшее увеличение подвижности электронов в них или уменьшение диаметра трубок в 2-3 раза откроет возможность исследования баллистического транспорта электронов на изогнутой поверхности и наблюдения связанных с ним явлений [5].

Таким образом, последовательное решение проблем формирования привело к созданию технологии оболочек цилиндрической геометрии с атомно-гладкими поверхностями. Такие оболочки невозможно создать любой другой известной техно-

логией. Результаты исследования свойств нанотрубок позволяют утверждать, что они прочны, устойчивы к окислению, обладают новыми квантовыми свойствами. Во второй главе описан оригинальный метод (рис. 2.1), реализация которого позволила создать новый класс строго периодичных, прецизионных, трехмерных наноструктур на основе полупроводников 81, Ое и соединений А3В5 (рис. 2.2- 2.6).

Такие структуры перспективны для изготовления принципиально новых квантовых приборов - сотовых автоматов, молекул из квантовых точек и т.д.

а б в

Рис. 2.1 Схематичная иллюстрация метода изготовления простейшей тонкопленочной наногофри-рованной структуры: а) - слой 1пА$ в свободном состоянии Постоянная решетки 1пАч больше постоянной решетки 1пР; б) - в гетероструктуре 1пА5/А1А5/1пР решетка ШАв продолжает решетку массивной подложки (явление псевдоморфизма), вследствие чего, слой ШАб сжат, в) - выпучивание (гофрировка) сжатого слоя ТпАч в результате упругой релаксации напряжений при его частичном освобождении от подложки.

Рис. 2.1 схематично демонстрирует процесс выпучивания напряженной пленки, который открывает доступ травителя к жертвенному слою и приводит к созданию «тоннелеподобной» структуры. В направлении распространения «тоннелей» пленка остается сжатой, а в перпендикулярном направлении пленка изгибается и происходит упругая релаксация напряжений в ней (рис.2.1). При дальнейшем увеличении длины тоннелей и в продольном направлении происходит частичная релаксация напряжений в результате образования «зигзагов» (рис. 2.2).

Предложен и реализован способ формирования строго периодичных гофрировок. Такие гофрировки образуются из пленок, связанных с подложкой только вдоль прямой линии (рис.2 3). Экспериментально доказана возможность формировать такие практически идеально ровные линии. Показано, что на одной подложке можно организовать гофрировки с периодом от нескольких нм до нескольких мкм. Экспериментально установлено, что полупериод гофрировки равен ширине свободной полоски пленки. При данной геометрии пленки упругая релаксация напряжений происходит как вдоль полоски, так и в перпендикулярном направлении.

а)

б)

в)

г)

Рис. 2.2. Масштабируемость системы зигзагообразных гофрировок.

а)- г) представлены упруго взаимодействующие ГпОаЛх/ОаАя зигзагообразные гофрировки Горизонтальная полоса в верхней части снимка 2.2 а - литографическое окно, от которого начинаются гофрировки.

Рис 2 3. Сжатая полоска, закрепленная одним краем на подложке, неустойчива в плоском состоянии и приобретает гофрированную форму.

а) - схематичное изображение, б) - экспериментальный результат, полученный на 81/51Се структуре Гофрировки, расположенные в нижней части снимка (рис 2.3 б) имеют почти в три раза меньший период, по сравнению с гофрировками, расположенными в верхней части снимка.

В диссертации приведен пример упруго взаимодействующих параллельных гофрировок, сформированных из узкой полоски. У таких пленок максимумы гофрировки, расположенной с одной стороны полоски, находятся точно напротив минимумов гофрировки, расположенной с другой стороны полоски.

Показана возможность формирования сложных многослойных гофрированных систем, предназначенных для создания приборов наномеханики и наноэлектроники (рис.2.4). Для формирования таких прецизионных систем используются многослойные структуры с чередующимися жертвенными и напряженными слоями (рис.2.4,

Рассмотрен круг вопросов, связанных с квантово-размерными эффектами в свободных пленках. В пленках молекулярных толщин размерное квантование ярко выра-

а)

2.5).

жено (например, в пленке ОаА?, толщиной 4МЬ энергия основного квантового уровня электронов относительно дна зоны проводимости - 2 эВ, а в 8М1, пленке - 1 эВ). Показано, также, что толщина многослойных пленок (рис. 2.4, 2.5) может контролируемо изменяется вдоль пленки. При локальном удалении жертвенного слоя и расщеплении многослойной пленки формируется ряд по унциальных ям и барьеров

а)

С*/юкти*мо« удалски« «ертвенжзгослоя

гофрировка.с фиксированной айКлЬтудой и периодом

в)

Рис. 2.4. Простейшие конструкции тонкопленочных структур.

Слева-схематичные иллюстрации, справа - электронно-микроскопические снимки гофрированных структур а) простейшая напряженная структура, в которой, в результате травления жертвенного слоя, произошло выпучивание пленки; б) структура с напряженным ¡пСаАв слоем, расположенным между двумя жертвенными А1А$ слоями (светлые полосы на рис.). Селективное удаление жертвенных слоев приводит к гофрированию 1пОаАя слоя. Период и амплитуда гофрировки задается расстоянием между подложкой и верхним слоем в) «расщепленая» выпученная трехслойная пленка Вторичное выпучивание («прощелкивание» вниз) пленки произошло в области ее наибольшего сжатия.

Показано, что пленки молекулярных толщин в результате изгиба (при наномет-ровых радиусах изгиба) приобретают качественно новые свойства. Например, гофрированная двухслойная нанопленка содержит последовательность сильно сжатых и растянутых локальных участков (рис. 2.6 а). Оценки показывают (рис. 2.6), что глубина потенциальной ямы и для электронов может достигать 1 эВ, и=ае, где а-

константа деформационного потенциала (5-7эВ), е-деформация (деформация в месте изгиба сверх тонких пленок может достигать почти предельной величины -10%.

Рис 2 5 Иллюстрация сложных структур создаваемых с использованием вторичного выпучивания . а) схематичное изображение периодично расщепленных волноводов (для случая непроводящих жертвенных слоев) и квантовых точек (для случая узкозонных, модулировано легированных слоев), соединенных изогнутыми электронными волноводами, б) изображение поперечного сечения сгруктуры с "расщепленными" птенками (исходная структура ОаАз/А1Лз/1пСаЛч/АЮаА5/1пСаА5 содержала два жертвенных слоя А!Ач и АЮаАз, с различной скоростью травления)

а) б)

Рис. 2 6 а) поперечное сечение гофрированной двухслойной пленки, в верхней пленке 1-растянутые, 2-сжатые области; б) потенциальный рельеф и квантовый уровень в верхней пленке, толщиной 3 нм. Квантовые ямы не контактируют с подложкой, что позволяет формировать как сильно локализованные квантовые проволоки так и точки.

Положение квантового уровня (рис. 2.6) оценивалось нами для свободных гофрированных пленок 1пАб толщиной 3 нм. Такие пленки могут быть проводящими даже без выполнения монослойной электронной пассивации поверхности и при расчете их квантовых свойств допустимо еще пользоваться приближением эффективных масс. В отличие от объемного материала, свободные пленки 1пАз, ваАэ не прямозонны, так как вследствие малой эффективной массы электронов Г-минимума их основной квантовый уровень электронов поднимается выше квантового уровня электронов Х-минимума. В диссертации показано, что сдвиг и расщепление Х- минимумов и определяют квантовые свойства гофрировок.

В пленке, выращенной на подложке (001), имеются 2 долины Х2 с осями перпендикулярными поверхности пленки и 4 долины Хху с осями вдоль поверхности пленки. Деформация пленки сдвигает долины Х2 и Хху на величины

соответственно, где ас- гидростатический деформационный потенциал, - сдвиговый деформационный потенциал, е>, еЛ, с, - деформация но осям 5,/г,у (рис.2 6). Первый член уравнений 6 - гидростатический, сдвигает оба типа долин на одну и ту же величину, второй - сдвиговый, вызывает расщепление долин. В рассматриваемой структуре в точках 1 (рис 2.6 а) верхняя пленка растянута - е, положительна, ек имеет противоположный знак, следовательно, здесь долины Хг лежат ниже долин Хху (на величину около 0.5эВ).

В более тонких оболочках, толщиной в несколько монослосв, отсутствует трансляционная симметрия в поперечном направлении. Такие пленки представляют собой новое вещество и требуют специального изучения Можно также ожидать ряд новых поверхностных явлений, индуцированных гигантскими локальными напряжениями в таких оболочках.

Таким образом, при отсоединении от подложки напряженные пленки принимают равновесную стационарную форму, обеспечивающую минимум упругой энергии и приобретают качественно новые квантовые свойства, вызванные как перераспределением напряжений, так и модуляцией толщины пленок. Сформированные периодичные пространственные наногофрировки перспективны для создания квантовых приборов

В третьей главе обсуждается расширение изложенного в предыдущих главах подхода к формированию наноструктур, на атомно-размерные объекты- примеси в кристаллической решетке. Движущими силами формирования тонкопленочных наноструктур являются внутренние напряжения в пленках, вызываемые несоответствием параметров решетки. Локальные внутренние напряжения могут генерироваться и отдельными атомами. Примеси, отличные по размеру от основных атомов, деформируют решетку и создают вокруг себя поле упругих напряжений, которое будет взаимодействовать с полями упругих напряжений собственных дефектов, и с внутренними упругими напряжениями пленок. В результате такого взаимодействия будут формироваться атомно-размерные конструкции, обеспечивающие минимум упругой энергии системы. Для обоснования такого подхода необходимо было раз-

(6)

работать и создать методы и приборы для исследования примесей и дефектов в тонкопленочных структурах, необходимо было изучить свойства примесей и дефектов, эффективность взаимодействия упругих полей. Именно этому посвящены третья и четвертая главы.

В первой части третьей главы описаны результаты разработки методов и приборов исследования примесных и дефектных центров. Представлены новые методы и приборы емкостной спектроскопии глубоких уровней, неразрушающего СВЧ контроля примесей и электрических свойств внутренних слоев тонкопленочных структур.

Изложены оригинальные методы и основанные на них приборы для комплексного исследования мелких и глубоких электрически активных центров в гон-копленочных полупроводниковых структурах:

• методы высокоскоростной емкостной спектроскопии глубоких уровней в режиме постоянной емкости;

• метод локального измерения профиля легирования;

• методы неразрушающей СВЧ диагностики внутренних слоев многослойных тонкопленочных структур п+-гы, в том числе структур с двумерным электронным газом.

Емкостными и СВЧ методами регистрируются процессы перезарядки центров в обедненных областях р-п, п-1 переходов и барьеров Шоттки. Именно в области обеднения создаются условия, при которых доминирующим становится только один из четырех процессов обмена носителями заряда между глубоким уровнем и зоной проводимости и валентной зоной. Выделение только одного процесса и позволяет получить достоверную информацию о параметрах глубоких центров при их концентрации.

Кратко описаны спектрометры глубоких уровней, выгодно отличающиеся от зарубежных приборов, следующим: а) возможностью исследовать глубокие уровни в тонких пленках (режим постоянной емкости); б) возможностью измерять профиль концентрации каждого глубокого уровня в отдельности; в) возможностью исследовать ловушки дырок в диодах Шоттки (инжекция дырок в переходе металл - тонкий диэлектрик - полупроводник). Впервые был реализован режим постоянной емкости для измерения быстрой перезарядки глубоких центров с постоянной времени (10 мс - 10 мке) Результаты исследования глубоких центров с помощью данных приборов изложены в четвертой главе.

На рис. 3.3 а иллюстрируются физические основы метода неразрушающей диагностики процессов в области обеднения внутреннего гы перехода тонкопленочных структур. Метод измерения основан на а) неразрушающем способе приложения смещения к гы переходу, б) монополярной инжекции электронов или дырок в область обеднения гы перехода, в) регистрации с помощью СВЧ-метода изменений проводимости структуры. Важным является то, что СВЧ-метод регистрирует изменения проводимости п- канала, вызванные расширением или сужением ширины области обеднения. Именно такой способ наблюдения за областью обеднения позволяет исследовать структуры, содержащие дополнительный шунтирующий контактный п+ слой. Для инжекции электронов в области обеднения (рис.3.3 а) освещается тыльная поверхность подложки. Электроны проходят через подложку и захватываются на глубокие уровни только в области обеднения. Именно в области обеднения существуют сильные электрические поля, увеличивающие на несколько порядков вероятность захвата электронов и дырок на нейтральные и притягивающие центры (обнаружено нами и описано в четвертой главе).

В главе кратко описаны разработанные и изготовленные аналоговые и цифровые приборы для неразрушающего контроля качества тонкопленочных многослойных структур полупроводников А3В5, в том числе, структур, предназначенных для изготовления интегральных схем и полевых транзисторов. Представленные на рис. 3 3 6 зависимости относятся к структуре с высококачественными границами пленка-подложка и высокоомным буферным слоем. В структурах, с некачественным, проводящим буферным слоем р - типа, постоянная времени релаксации проводимости уменьшается обратно пропорционально концентрации дырок, что вызвано рекомбинацией электронов, захваченных на глубокие центры, с дырками. Постоянная времени релаксаций проводимости зависит от качества структуры и изменяется в диапазоне от миллисекунд до 30 секунд.

Для тонкопленочных структур, в том числе, свободных оболочек, был разработан бесконтактный метод, отличающийся от предыдущего тем, что заполнение центров электронами осуществляется во время импульсного разогрева электронов СВЧ полем.

Разработанные неразрушающие СВЧ-методы позволяют предсказывать с высокой точностью величину паразитного управления (эффект обратного управления) в структурах до изготовления интегральных схем (амплитуда и кинетика импульс-

ного эффекта обратного управления изменяется от структуры к структуре в диапазоне 5 порядков).

Рис 3 3 (а) Зоннная диаграмма, поясняющая монополярную инжекцию дырок (А) и электронов (В) в обратно смещенном п-1 переходе ПаАя структуры п+п-буферный слойм (Ъ) релаксации проводимости ДоТО структуры, обусловленные процессами инжекции. Начало засветки (инжекции) при ¡=0, окончание засветки при 1=1о, Уь - приложенное к структуре смещение.

Описаны разработанные критерии оценки пригодности структур для изготовления малошумящих СВЧ транзисторов.

Работоспособность и информативность методов и приборов доказана на примере отбраковки тонкопленочных ваАв структур, предназначенных для изготовления инге!ральных схем и полевых транзисторов с барьером Шоттки, гетеропереходных полевых транзисторов с двумерным электронным газом. Область применимости приборов распространяется и на другие тонкопленочные структуры и сформированные из них оболочки.

В четвертой главе подход в формировании наноструктур, основанный на использовании упругой деформации (главы 1 и 2) расширен на атомно-размерные структуры. В качестве исходной напряженной структуры в данной главе рассматривается примесный атом и его окружение.

Роль упругой деформации решетки изучена на примере изовалентной примеси сурьмы в ОаАэ. Рассмотрена замена атомов Ая в собственных дефектах кристалла на изоэлектронные атомы БЬ. Ковалентный диамегр агома 5Ь больше диаметра атома А$ на ~ 17%, что ведет к упругому сжатию решетки кристалла вокруг атома 8Ь. Наличие таких примесей в свободных монослойных пленках приведет к локальным выпучиваниям пленок, с характерным размером меньше 1 нм.

В главе обосновывается идея использования примесных атомов в монослойных пленках для создания одноатомных приборов. Полученные результаты по ис-

(а)

(Ь)

следованию глубоких центров доказывают высокую эффективность взаимодействия упругих полей вокруг этих центров с локальными областями растяжения и сжатия свободной пленки, что открывает возможность контролируемого формирования атомно-размерных структур и приборов.

Нами впервые были обнаружены изменения в энергетическом спектре глубоких уровней ОаАв, вызванные легированием изовалентной примесью БЬ (рис. 4.1 а).

Показано, что замена в центрах А и ЕЬ2 (А80а), атомов Ав на атомы 8Ь приводит к образованию новых центров А' и ЕЬБЬ, энергии ионизации, которых отличаются от энергий ионизации первоначальных центров, соответственно на 0.1 эВ и 0.25 эВ (рис. 4.1), в то время как температурные зависимости сечения захвата носителей на эти новые центры практически не отличаются от исходных, хотя сечение захвата и уменьшается в несколько раз (рис.4.2). Другим важным фактом является то, что атомы БЬ, с вероятностью почти в 103 раз большей, чем атомы Ая, заполняют вакансии в решетке. Причиной такой гигантской активности атомов БЬ является взаимодействие упругих полей сжатия вокруг атомов БЬ и полей растяжения, например, вокруг вакансий Оа.

а)

п-ваАв

3 '

1°

5 2

о 1

£ °

6 2 X

О 1

150 200 250 300 Температура К

б)

>05

30 250 ЭСО 2Е0 -СО ТемпЕршдаК

Рис 4 1 а) Спектры релаксационной емкостной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ) в образ-пах ОэАб с различным уровнем легирования изовалентной примесью ЯЬ, б) Спектры РСГУ в образцах (1аА5 (8В1-8В4), выращенных ЖФЭ из расплава В1. Уровень легирования примесью 8Ь возрастает от образца ЯВ1 к 8В4. Справа показаны схемы размещения ГУ в запрещенной зоне.

В главе рассмотрены эти и обнаруженные нами другие эффекты и явления, которые объясняются в диссертации наличием вокруг глубоких центров упруго деформированных областей. К ним относятся: а) гигантское (до 106 раз) возрастание

сечений захвата носителей заряда на глубокие центры (рис.4.3); б) сильнополевое переключение проводимости тонких пленок, связанное с наличием таких глубоких центров; в) гигантское (до 106 раз) увеличение сечений захвата электронов на центр НЬ4 при последовательном переходе от ваЛв к Ino.24Gao.76As.

Рис. 4 2. Температурные зависимости сечений захвата на центры А, А', В, EL2 и ELSb, энергетические положения которых в запрещенной зоне приведены на рис.4.1. Пунктирные кривые - литературные данные для центров А и В в сильном электрическом поле.

Ее

4 нм

В)

Рис. 4 3. Результаты измерений сечений захвата электронов и дырок на центры В (рис. а) и EL2 (рис б)- в отсутствии электрического поля и в сильном электрическом поле • (Е больше 1 кэВ/см); в) барьеры в зоне проводимости и в барьерной зоне, вокруг глубокого центра, образованные деформацией решетки (характерные размеры барьеров, оцененные из величины сечения захвата =3-10 нм).

Зависимости, подобные приведенным на рис.4.3, наблюдались нами и для других центров, в том числе, для центров А, А' и ELSb.

В рамках известных моделей глубоких центров в соединениях А3В5, в том числе, в модели центра, описываемого конфигурационно-координатной диаграммой [6], нельзя объяснить результаты, приведенные на рис. 4.1, 4.2, 4.3. Эти результаты находят объяснение в модели центра, сильно деформирующего решетку (рис.4.3 в), предложенной в диссертации. В рамках данной модели гигантское возрастание в электрическом поле сечений захвата электронов и дырок на нейтральные и притягивающие глубокие центры GaAs объясняется разогревом в поле носителей заряда, в результате чего они легко преодолевают барьер, созданный деформационным потенциалом вокруг центров. В рамках этой модели объясняются уменьшение сечений захвата и уменьшение глубины залегания уровней при замене в таких глубоких центрах GaAs агомов As на изовалентные атомы Sb, а также увеличение сечений захвата на центр HL4 при последовательном переходе от GaAs к твердому раствору 1п-GaAs с большей постоянной решетки.

Гшантские напряжения сжатия вокруг изовалентной примеси Sb могут взаимодействовать не только с полями растяжений вакансий Ga, но и с локальным полем растяжения в изогнутой пленке, которое достигает практически предельных для твердых тел величин в несколько ГПа. Реализация индуцированной напряжением диффузии атомов Sb в локальную растянутую область пленки, например, в гофрированной структуре не представляет проблемы. Т.е. местоположение атомов Sb будет задаваться локальными наноразмерными областями пленки. Другой важной составляющей создания однопримесных приборов является то, что сечсние захвата носителей заряда в электрическом поле на ыубокие центры, созданные Sb (А, ELSb), достигает 10"12- 10 13 см (эффективный диаметр центра =3-10 нм), i.e. электрон, вышедший из контакт с размерами 3-10 нм, будет с высокой вероятностью захвачен на глубокий центр Контакш таких размеров к тонким свободным пленкам могут бьпь изготовлены стандартной технолошей, что делае! реальным изготовление одноатомных приборов. Контакты могут быть изготовлены и с двух сторон свободной пленки (глава 5).

В пятой главе изложены первые результаты практических применений микро- и нанотрубок, спиралей, игл. Проанализированы перспективы применения наногоф-рированных пленок для квантовых приборов и функциональных систем на их основе. Переход от двумерной геометрии к трехмерной с разнообразными контролируемыми формами объектов открывает новые возможности в практическом применении наноструктур. Отмечается, что многие области применения углеродных трубок

в наномеханике и созданных полупроводниковых трубок совпадают. В то же время, возможность точного расположения оболочек на подложке, возможность их зара-щивания, богатство форм и диапазон размеров оболочек - от микрометров до нанометра, существенно расширяют области их применения. На рис. 5.1, 5 2 показаны примеры изготовленных макетов устройств микро- и наномеханики.

Рис 5 1 Иглы - шприцы с атомно-резкими краями а) трехвитковая трубка-игла с атомнорезким зазубренным краем, б) прозрачная лля электронных лучей трубка, содержащая ДНК

Рис 5 2 Гибридный термоанемометр АиТ^пОаАя, изготовленный в едином технологическом процессе с помощью оптической литографии.(а) пленка АиТ]/1пОаА5 на подложке арсенида галлия, (Ь) после сворачивания и формирования гибридной трубки Гибридная гетеропленка содержит слои со следующими толщинами: ТпОаАв - 16 нм, ОаАэ - 16 нм, "Л - 15 нм и Аи - 30 нм.

В пиве представлены структуры, предназначенные для создания атомно-острых кантилеверов, игольчатых холодных эмиттеров, твердотельных нановолокон, высокочувствительных сенсоров, вертикальных наностенок, киральных структур на базе прецизионных микро и наноспиралсй. На рис.5.3. показан пример нановолокон, организованные массивы, которые легко помещаются в полимер, образуя нанокомпозитный материал. Перспективны нанокомпозиты, содержащие длинные (до 10 см) металлические нанотрубки и спирали, технология изготовления которых дешевая и не требует специального оборудования.

■ибриднам пленки I пСа Л «/Оа Л $/Т1/А и до сворачивания

ь)

1и6рнл1«м пленка свернутая в трехвитковую трубку длиной 500мкм

Рис. 5.3. 8Юе наноспирагш и нановолокна.

Формирование предельно тонких, подвешенных или свободных монослойных пленок открывает перспективы изготовления приборов наномеханики с высокой чувствительностью, например, туннельных сенсоров с подвижными электродами. Вертикальные наностенки, образованные кольцами, помещенными на подложку представляют интерес для изготовления полевых нанотранзисторов. Наиболее обещающим применением является использование гофрированных структур для создания квантовых приборов и, прежде всего, туннельных приборов, строго коррелированных в пространстве туннельно связанных квантовых сфуктур. Простота создания на основе гофрированных пленок квантовых точек, квантовых проволок, с заданными размерами, или с заданным законом изменения размеров в латеральном направлении, открывает перспективу создания функциональных квантовых систем.

Рассмотрены возможности и условия создания квантовых клеточных автоматов, динамических квантовых систем на базе строго периодичных гофрировок. Уделено внимание массивам туннельных переходов на основе системы гофрированных пленок, расположенных между двумя плоскими параллельными слоями.

Предложена новая концепция трехмерной литографии для внутренних и внешних слоев многослойных твердотельных структур. Литография предназначена для создания строго упорядоченных, периодичных или пространственно коррелированных массивов взаимодействующих нанообъектов и их систем.

Область применимости предложенного и развитого подхода не ограничивается приведенными в диссертации материалами и нанообъектами и может быть распространена на другие твердые материалы и приборы.

Основные результаты и выводы

1. Создано новое направление в области физики и технологии твердотельных наноструктур, содержанием которого является формирование и исследование нового класса трехмерных структур со строго контролируемыми размерами и формой, представляющих собой оболочки молекулярных толщин и системы на их основе. Созданные нанообъекты не могут быть получены другой известной технолошей, обладают уникальными механическими, электронными, квантовыми свойствами и открывают новые возможности в конструировании материалов, приборов наномеха-ники, наноэлектроники и оптоволоконной техники.

2. Показано, что полупроводниковые плоские пленки монослойных толщин (до 2 монослоев для ГпОаАя) могут быть контролируемо отсоединены от подложки и преобразованы под действием собственных, внутренних упругих напряжений в микро-и нанотрубки, спирали, кольца, периодичные наногофрированные пленки, наново-локна, а также другие замкнутые и открытые нанооболочки и регулярные массивы на их основе. Форма и размеры оболочек контролируемо задаются толщиной, внутренними напряжениями пленки и граничными условиями.

3. Предложены оригинальные методы формирования нанооболочек, основанные на упругих свойствах кристалла, высокой точности выращивания исходных напряженных структур, возможности удаления жертвенных слоев монослойных толщин. Эти методы совместимы с методами полупроводниковой микроэлектроники, их совокупность образует технологию, предназначенную для формирования элементной базы наномеханики и квантовой наноэлектроники. Разработанная технология продемонстрирована на примере изготовления новых наноструктур из полупроводниковых, металлических и диэлектрических пленок (ЬЮаАвЛЗаАз, Ь^ЬАвДпАя, 1пРЯпАч, 51/Се81, БШеЗ^з^Сг, ГпАв, Аи/"П, ТагОз/СаАя и т.д.). К настоящему времени сформированы цилиндрические нанооболочки из ряда материалов, в том числе из полупроводниковых пленок ТпОаАз/ОаАй - трубки и спирали с минимальными диаметрами до 2 нм и 7 нм, соответственно, из пленок 5¡Юс-трубки и спирали с минимальными диаметрами, 10 нм и 65 нм, из металлических пленок АиЛП -трубки с минимальным диаметром 40 нм. Созданы гибридные трубки металл-диэлектрик -полупроводник, полупроводниковые и металлические микро- и нанотрубки, волокна с длиной до 10см и композиционные материалы на их основе.

4. Предложен новый подход к созданию регулярных двухмерных и трехмерных массивов квантовых проволок и квантовых точек на основе строго периодичных

гофрированных пленок Созданы ТгЮаАз и 8!Ое гофрированные системы, расположенные между заданными слоями многослойных структур, и имеющие строго заданные амплитуду и период. Сформированы периодичные гофрированные ГпОэАб системы с периодом до 10 нм. Прецизионность таких систем обеспечивается высокой точностью выращивания исходных многослойных структур.

5. Разработана единственная к настоящему времени технология, позволяющая формировать полупроводниковые микро- и нанообъекты разнообразной формы с молекулярной точностью. Изготовлены: а) нанотрубки, с презиционными диаметром, толщиной стенок и длиной; б) вертикальные наностенки; в) прецизионные радиальные сверхрешетки; г) протяженные туннельные зазоры; д) гофрированные полоски, с заданной толщиной, амплитудой, периодом; е) спирали, у которых все поверхности атомно-гладкие, а диаметр и шаг точно заданны; ж) гофрированные системы, с точно заданными периодом и амплитудой.

6. Показано, что электронные, химические и механические свойства монослой-ных полупроводниковых оболочек качественно отличаются от свойств плоских мо-нослойных пленок, связанных с подложкой. Новые квантовые, химические и механические свойства нанооболочек обусловлены локальными гигантскими деформациями в них, сильным квантованием в поперечном направлении, близко расположенными свободными поверхностями и поверхностными явлениями. Механические свойства монослойных оболочек не описываются континуальной теорией упругости - у трубок сформированных из InGaAs/GaAs пленок толщиной 4МЬ, ЗМЬ, 2МЬ диаметры меньше расчетных соответственно в 3, 4.5, и 5 раз. В монослойных полупроводниковых пленках возможен управляемый разрыв атомных связей вдоль плоскостей спайности с формированием нанометровых атомно-гладких ровных щелей. Упругой энергии полосок из напряженных пленок достаточно для разрыва атомных связей по краям полоски в процессе изшба и сворачивания. Полупроводниковые оболочки молекулярных толщин устойчивы к окислению, гибки, способны упруго взаимодействовать друг с другом, сращиваться и создавать динамические системы.

7. Методами численного моделирования показано, что полупроводниковые на-нооболочки обладают ярко выраженными квантовыми свойствами, не проявляющимися в других известных низкоразмерных объектах В отличие от них, в напряженных 1пАз наногофрированных бипленках толщиной меньше 3 нм и с периодом порядка 40 нм, электронный спектр определяется квантовыми уровнями электронов X-минимума, а потенциальные ямы в латеральных направлениях глубиной до 1 эВ -

сдвигом и расщеплением Х-минимума в результате гигантской изгибной деформации пленок Такой значительный потенциальный рельеф обеспечивает локализацию волновой функции электрона в отдельной потенциальной яме наногофрированной пленки.

В отличие от плоских пленок в стенках многослойных 1п Аз/ваЛв нанотрубок происходит пространственное разделение элекгронов и дырок. Этот эффект вызван гигантским изменением упругой деформации по толщине стенок, которая и определя-~ ет потенциальный рельеф.

8. Разработаны методы и приборы, позволяющие получать информацию об глубоких центрах и электрических свойствах внутренних слоев и границах раздела в тонкопленочных многослойных структурах и нанооболочках. Это новые методы и приборы емкостной спектроскопии глубоких уровней и неразрушающие СВЧ-методы и приборы Эффективность емкостных методов проиллюстрирована на примерах исследования свойств глубоких центров, а неразрушающих СВЧ-методов - на примере контроля арсенид галлиевых п+-пм структур и модулировано легированных гетероструктур, предназначенных для изготовления полевых транзисторов и интегральных схем.

9. Обнаружено, что сильные электрические поля в ваАБ кардинально меняют процессы захвата носителей заряда на притягивающие и нейтральные глубокие бе-зызлучательные центры. В сильных электрических полях сечения захвата электронов и дырок на центры не уменьшаются, как это следует из общепринятой теории безызлучательного многофононного захвата, а возрастают до 106 раз. Это явление объяснено наличием вокруг центров потенциальных барьеров, вызванных статической деформацией окружающей решетки. Разогрев в электрическом поле электро. нов и дырок позволяет им преодолевать эти барьеры и эффективно захватываться на * центры. Данное явление лежит в основе обнаруженного сильнополевого переключения проводимости тонкопленочных гы структур и разработанных методов нераз-

« рушающей диагностики тонкопленочных структур.

10. Показано, что дополнительная упругая деформация решетки вокруг глубоких центров в GaAs, возникающая при замене в глубоком центре атомов Ав на изова-лентный атом ЭЪ большего радиуса, приводит к изменению глубины залегания уровня и уменьшению сечения захвата электронов. Взаимодействие полей сжатия решетки вокруг примеси 8Ь и полей растяжения вокруг дефектов типа вакансия увеличивает в 103 раз вероятность вхождения атомов БЬ в дефект.

а) гигантское (до 106 раз) возрастание сечений захвата электронов и дырок на глубокие центры в ваАв (эффективный диаметр взаимодействия (10 нм - 3 нм) сравним с толщиной свободных пленок и достижимыми размерами литографического рисунка);

б) сильнополевой эффект переключения проводимости в пленках ваАя, 1пР (проводимость меняется до 105 раз);

в) значительное (до 105 раз) возрастание сечений захвата электронов на глубокие центры в 1пОаАз при возрастании содержания 1п до 33%;

г) сильная зависимость от деформации кристалла вероятности образования примесных центров и положения их уровней в запрещенной зоне.

Основные результаты диссертации опубликованы в обзорах:

I. Кравченко А.Ф., Принц В.Я. Исследование глубоких центров в арсениде галлия методом емкостной спектроскопии - Известия ВУЗов «Физика», 1980, № 1, с 53-63.

2 Prinz V Ya Properties of semiconductor nanotubes and nanoshells fabricated on (111), (110) GaAs, Si and on vicinal (001) GaAs substrates. - Physica E, 2004, 23, p. 260-268.

3. Принц В Я Трехмерные самоформирующиеся наноструктуры на основе свободных напряженных гетеропленок. Известия ВУЗов «Физика», 2003, 46(6), с. 35-43.

4 Prirr/ V Ya Precise semiconductor nanotubes and nanocorrugated quantum systems -Physica E, 2004, 24, p. 54-62.

5 Prrnz V.Ya A new concept in fabricating building blocks for nanoelectronic and nanome-chamc devices. - Microelectronic Engineering, 2003, 69 (2-4), p. 466-475.

6. Принц В Я Селезнев В А , Чеховский А В. Самоформирующиеся полупро-водниковые микро-и нанотрубки - Микросистемная техника 2003, № 6, с 10-16

7. Принц В.Я. Самоформирующиеся прецизионные 3D наноструктуры для будущих приборов наноэлектроники и наномеханики. в сборнике «Нанотехнологии в полупроводниковой электронике» под ред чл.-кор. А Л Асеева, изд. СО РАН, Новосибирск, 2004, с. 85-120.

в статьях и сообщениях

8 Принц В Я., Бобылев Б А О влиянии сильного электрического поля на захват электронов безызлучательными центрами в GaAs - ФТП, 1980, т 12(9), с. 1939-1941.

9. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N. Influence of a strong electric field on the carrier capture by nonradiative deep-level centers m GaAs. -Phys. Stat. Sol. (b), 1983, 118(1), p. 159-166.

Ю.Кравченко А.Ф., Принц В.Я. Зависимость энергетического спектра уровней, вводимых облучением электронами в GaAs^P и AlxGaj xAs, от состава. - ФТП, 1978 т 12, с. 16121614.

II. Принц В Я., Геталов B.C. О глубоких центрах в нелигированном эпитаксиальном GaAs. -Электронная техника, серия «Материалы», 1980, в. 1, с. 48-52.

12 Принц В Я , Булатецкий К. Г. Спектроскопия глубоких примесных уровней компенсационным методом - ПТЭ, 1979, № 4, с. 255.

13. Самойлов В.А , Принц В.Я. Емкостный спектрометр глубоких уровней - ПТЭ, 1985, в 5, с. 178.

14. Принц В Я , Хайри Е.Х, Самойлов В.А., Болховитянов Ю.Б. Глубокий уровень вводимый в GaAs легированием изовалентной примесью Sb - ФТП, 1986, т. 20(8), с. 1392-1395.

15. Орлов О М , Принц В Я , Скок Э М Прибор для автоматического измерения профиля концентрации мелких уровней. ПТЭ, 1979, № 4, с.258-261.

16. Yakusheva N.A., Prinz V.Ya., Bolkhovityanov Yu В. Discovery of Electron Traps in LPE GaAs Grown from a Bismuth Melt. - Phys. St. Sol. (a.), 1986, 95, p. K43-K46.

17. Принц В Я , Кулагин С А Майор В И Зависимость параметров остаточных глубоких уровней в n- InGaAs от состава. - ФТП, 1987, т. 12, с. 2130.

18. Принц В Я., Бородовский П.А , Булдыгин А Ф. Сильнополевой эффект переключения проводимости эпитаксиальных слоев GaAs и InP на полу изолирующих подложках. -ФТП, 1987, т.8, с. 1517.

19. Мальцев С.В., Принц В.Я. Сильнополевое заполнение глубоких уровней в гетерострук-турных полевых транзисторах с модулированным легированием (AIGaAs/GaAs) -ФТП, 1992, т. 26, в. 12, с. 2133-2136.

20. Речкунов С.Н., Принц В.Я Низкочастотный емкостной спектрометр глубоких уровней в полупроводниках - ПТЭ, 1986, N. 5, с. 182-185.

21 Принц В Я , Самойлов В.А О контроле емкостными методами эпитаксиальных структур GaAs, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ. - Микроэлектроника, 1989, т. 18, в 5, с. 416- 420.

22.Zeman B.J., Kristofic J, Pnnz V.Ya, Rechkunov S.N. Deep levels in GaAsl xP under high hydrostatic pressure. - Crystal Properties and Preparation, 1989, (19-20), p. 29-32.

23 Принц В.Я., Речкунов C.H. Выявление неоднородности встроенного заряда в МДП-структурах на основе арсенида индия при измерении профиля легирования -Микроэлектроника, 1990, т. 19, в. 3 с. 252-257.

24 Принц В .Я., Панаев И А, Преображенский В.В., Семягин Б.Р. Высокотемпературная анизотропия проводимости сверхрешеток GaAs квантовых проволок, выращенных на фасетированных поверхностях [311]А. - Письма ЖЭТФ, 1994 т. 60, № 3, с. 209-212.

25 Prinz V Ya , Buldygin A F , Rechkunov S N , Samoylov V A New methods for microwave nondestructive characterization of the multilayer structures grown on SI substrates, Semi-insulating III-V materials. Edited by M. Godlewski, Wold Scientific, 1994, p. 159-162.

26 Самойлов В A , Принц В Я , Якушева Н А Влияние изовалентной примеси Sb на образование электрически активных дефектов в GaAs - ФТП, 1994, т 28, в 9, с. 1617.

27 Журавлев К С , Принц В Я и др Электронное свойство буферных слоев GaAs, полученных методом МЛЭ при Т=360-640 С. - ФТП, 1994, т. 28, с. 1937-1946.

28. Gorokhov Е.В., Noskov A.G , Pnnz V.Ya. Stress generation and relaxation in passivating films and its new application in nanolithography. - Material Science Forum. 1995, 185-188, p. 129.

29 Речкунов С H , Самойлов В А , Принц В Я Исследование глубоких уровней в буферных слоях эпитаксиальных структур арсенида галлия, предназначенных для изготовления полевых транзисторов с барьером Шоттки и интегральных схем, Микроэлектроника, 1995, т. 24, с. 389-392.

30 Prinz V Ya., Scleznev V А , Gutakovsky А К Novel technique for fabrication one- and two-dimensional systems - Surface Science, 1996, 361/362, p 886-889

31. Prinz V Ya., Seleznev V.A , Samoylov V.A., Gutakovsky A.K. Nanoscale engineering using controllable formation of ultra-thin cracks in heterostructures, - Microelectronic Engineering, 1996 (30), p 439-442.

32. Володин В A , Ефремов М.Д , Принц В Я , Преображенский В.В , Семягин Б Р Наблюдение локализации LO-фононов в квантовых проволоках GaAs на фасетированной поверхности (311)А. - Письма в ЖЭТФ, 1996, т. 63, вып. 12.

33 Prinz V Ya., Selezncv V.A., Gutakovsky А К. Application of controllable crack formation for nanoelectronic device elements fabrication. Compound Semiconductors 1996: Chapter2, 1997 ЮР Publishing Ltd., p.49-54.

34 Panaev I A , Prinz V Ya Nondestructive and contactless microwave methods for profiling mobility in active layers of multilayer structures grown on semiinsulating substrates - Materials Science and Engineering, 1997, B44, p. 130-133.

35. Prinz V Ya., Rechkunov S.N., Samoylov V.A. Correlation between high-speed device performance and defect in multilayer structures recognized by nondestructive microwave methods. - Inst. Phys. Conf. Ser., 1997, 160, p. 487-490.

36 Panaev I A . Prinz V Ya , Vorob'ev А В , Prcobrazhensky V.V , Semyagin В R Transport properties of AlAs/GaAs multilayer structures grown on (311)A GaAs substrates. - Compound Semiconductors Inst Phys.Conf.Ser., 1997, 155, IOP Publishing Ltd, p.l 13-116.

37 Yakunin M.V„ Arapov Yu.G., Gorodilov N A , Neverov V.N., Buldygin S.A., Vorob'ev А В., Panaev l.A , Prinz V.Ya , Preobrazhensky V V., Semyagin B.R Quantum Hall effect in a laterally corrugated layer AlAs/GaAs/AlAs(311)A. - Compound Semiconductors. Inst. Phys. Conf. Ser., 1997, 155, Ch.2, IOP Publishing Ltd., p. 739-742.

38. Prinz V.Ya, Seleznev V A., Gutakovsky A.K. Proceedings 24th International Conference on the Physics of Semiconductors, (ICPS 24), Israel, 1998, Th3-D5, The Physics of Semiconductors, World Scientific, Singapore, 1999 (CD).

39.Gorokhov E В , Prinz V.Ya., A Noskov.G., Gavrilova T.A. A novel nanolithographic concepts using crack-assisted patterning and self-alignment technology. - J. of the Electrochem. Socicty, 1998, 145(6), p. 2120-2131

40 Prinz V Ya, Seleznev V A , Gutakovsky А К , Chehovskiy A.V , Preobrazenskii V V , Put-yato M A., Gavrilova T A Free-standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes, nanoheli-ces and their arrays. - Physica E, 2000, 6(1-4), p. 828-831.

41. Prinz V.Ya., Golod S.V., Mashanov V.l., Gutakovsky A K. Free-standing conductive GeSi/Si helical microcoils, micro- and nanotubes. - Inst Phys. Conf., 2000, 166, p 203-206.

42.0садчий B.M , Принц В Я Разделение носителей заряда в свернутых гетероструктурах - Письма в ЖЭТФ, 2000, т.12, в. 6, с.451-456.

43. Vorob'ev В. A., Gutakovsky А.К., Prinz V.Ya., Preobrazhenskn V V., Putyato M.A. Interface corrugation in (311 )A GaAs/AlAs superlattices - Appl. Phys. Lett., 2000, 77(19), p. 2976-2978.

44. Vorob'ev A.B., Gutakovsky A.K., Prinz V.Ya., Preobrazhenskii V V., Semyagin В R. Comparative X-HREM study of (311)A and (100) GaAs/AlAs superlattices. - Inst Phys. Conf. Ser, 2000, v. 166, p. 165-168.

45. Vorob'ev А.В , Gutakovsky A K., Prinz V.Ya Cleavage of thin films for X-HREM study of interface quality in heterostmcturcs - J.Cryst Growth, 2000, v. 210, N 1-3, p 182-186

46 Воробьев А.Б., Гутаковский A.K., Принц В.Я., Селезнев В.А. Формирование однослойного массива наночастиц для просвечивающей электронной микроскопии -ЖТФ, 2000, т 70, в 6, с. 116-118..

47 Prinz V Ya , Seleznev V А , Gutakovsky А К , Chehovskiy А V , Preobrazenskii V V , Putyato M.A. Free-standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes/ - Inst. Phys Conf. 2000, Ser. №166, p. 199-202.

48 Golod S V, Prinz V.Ya, Mashanov V.l., Gutakovsky A.K. Fabrication of conducting GeSi/Si micro-and nanotubes and helical microcoils. - Sem. Sei. Techn.,2001,16, p.181-185.

49 Принц В Я , Речкунов С Н Самойлов В А , Булдыгин А Ф Неразрушающие методы и прибор для контроля качества многослойных структур, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ СВЧ диапазона. - Наука-производству, 2001, 12, с.34-37.

50. Принц В.Я., Самойлов В.А. Универсальный спектрометр глубоких уровней в полупроводниках. - Наука-производству, 2001, 12, 40-43.

51 Prinz V Ya , Grützmacher D , Beyer А , David С , Ketterer В , Deccard E A new technique for fabricating three-dimensional micro- and nanostructures of various shapes superlattices. -Nanotechnology, 2001, 12, p. 399-402.

52.Vorob'ev A.B. and Prinz V.Ya. Directional rolling of strained heterofilms. - Semiconductor Science and Technology, 2002, 17 (6), p. 614-616.

53 Prinz V Ya , Chehovskiy A V , Preobrazhenskii V V., Semyagin B.R and Gutakovsky A.K. A technique for fabricating InGaAs/GaAs nanotubes of precisely controlled length. -Nanotechnology, 2002, 13, p. 231-233.

54. Pnnz V.Ya., Vorob'ev A.B., and Seleznev V.A.. Three-dimensional structuring using self-rolling of strained InGaAs/GaAs films. - Compound Semiconductors 2001, Inst Phys. Conf. Ser., 2002, N 170, Ch 4, p. 319-323.

55. Vorob'ev A.B., Prinz V.Ya., V Preobrazhenskii.V. and Semyagin B.R. Free-Standing InAs/InGaAs Microtubes and Microspirals on InAs (100). - J. J. of Appl. Phys., 2003, 42, Part 2 (1A/B), p. L7-L9.

56 Seleznev V A , Yamaguchi H , Hirayama Y., and Prinz V.Ya Single-turn GaAs/InAs nanotubes fabricated using the supercritical CO2 drying technique. J. J. of Appl. Phys., 2003, 42, Part 2 (7A), p. L791-L794.

57. Prinz A.V. and Prinz V. Ya. Application of semiconductor micro- and nanotubes in biology. -Surface Science, 2003, 532-535, p. 911-915.

58 Prinz A.V., Prinz V.Ya. and Seleznev V.A. Semiconductor micro- and nanoneedles for microinjection and ink-jet printing. - Microclectronic Engineering, 2003 67-68, pp. 782-788.

59 Prinz V Ya. New ultra-precise semiconductor and metal nanostructures- tubes, shells and their ordered arrays. - Third IEEE Conference on Nanotechnology Proceedings, IEEE, New Jersey, USA, 2003,p. 199-204.

60.Vorobev A.V., Prinz V.Ya., Toropov A.I., Lutich A.A., Gaiduk A.A., Gaponenko S V., Grutzmacher D. Strain-induced photoluminescence red shift of InGaAs/GaAs microtubcs. - in Physics, Chemistry and Application of Nanostructures, 2003, editors V.E.Borisenko, S V Gaponenko, V.S.Gurin, World Scientific, p. 51-54.

61.Prinz V.Ya. New precise nanostructures: semiconductor shells and their well ordered arrays. -in Physics, Chemistry and Application of Nanostructures, 2003, editors V.E.Borisenko, S.V.Gaponenko, V.S.Gurin, World Scientific, p. 471-474.

62. Vorob'ev A.B., Prinz V.Ya., Yukecheva Ju.S., and Toropov A.I. Magnetotransport properties of two-dimension electron gas on cylindrical surface. - Physica E, 2004, v 24, p 171-176.

63. Zhang L , Grützmacher D., Golod S.V., Prinz V.Ya and Deckardt E. Free-standing Si/SiGe micro- and nano-objects. - Physica E, 2004, (23), p. 280-285.

64 Prin7 V Ya Precise semiconductor, metal and hybrid nanotubes and nanofibers - in "Nanoengineered Nanofibrous Materials, Nato Science Series II, Mathematics, Physics and Chemistry, 2004 V. 169, ed: Guceri, S.I; Y. Gogotsi, and V. Kuznetsov Kluwer Academic Book Publishers, Dordrecht, Netherlands p. 47-64.

65 Maslov A A., Aniskin V.V., Shiplyuk A.N., Prinz V.Ya., and Seleznev V.A. Metal/GaAs/InGaAs hot-tube sensors for thermoanemometer. - In proceedings of International conference on the methods of aeroprysical resrarch, 2004, Novosibirsk, publishing house "Nonparel", p 235-239.

66. Chehovskiy A.V. and Prinz V.Ya. Application of supercritical fluids for fabrication of freestanding nanoobjects. - International Journal of Nanoscience, 2004, v. 3, 1&2 1-8.

67. Griitzmacher D , Kirfel О, Deckardt E., Zhang L., Golod S.V., Prinz V.Ya., Wagli P. Freestanding Si/SiGe micro- and nanotubes for microelectronics, in Future trends in microelectronics. - The nano, the giga, and the ultra. 2004, editors Lurui S , Xu J., Zaslavsky A., Wiley, p. 235-242.

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

69. Golod S.V., Prinz V.Ya., Wagli P., Zhang L., Kirfel O., Deckhardt E„ Glaus F. David C. and Griitzmacher D. Free-Standing SiGe/Si/Cr and SiGe/Si/SixN/Cr Microtubes. - Appl. Phys. Lett., 2004, v. 84(17), p. 3391-3393.

70. Golod S V., Prinz V.Ya., Mashanov V.I. Directional-rolling method for strained SiGe/Si films anits application to fabrication of hollow needle. - Thin Solid Films, 2005, v. 489/1-2 pp. 169176.

71.0sadchii V.M. and Prinz V Ya. Quantum confinement in nanocorrugated semiconductor films. - Phys. Rev. B, 2005, 72,033313.

в авторских свидетельствах и патентах

72.А.С. 573782 (СССР). Способ контроля полупроводниковых материалов и устройство для его осуществления./ В Я Принц, О.М.Орлов, Э М Скок - Опубл. в Б.И., 1977, N 35.

73. А с. 710007 (СССР). Способ измерения распределения носителей заряда в полупроводниках./ О.М.Орлов, В.Я Принц, Э.М.Скок. - Опубл. в БИ., 1980, N 2.

74 А с 843642 (СССР) Способ контроля глубоких уровней в полупроводниках и устройство для его реализации./ В.Я.Принц, О.М.Орлов. - Опубл. в БИ., 1982, N 12.

75. А с. 805873 (СССР). Способ контроля ловушек неосновных носителей заряда в полупроводниках./ В.Я.Принц. - Опубл. в БИ , № 30, 1983.

76. Патент 1463083 (Россия). Матричный фотоприемник./ В.Я.Принц. - Опубл. -в Б И., № 14, 1995

77. Патент 1306407 (Россия). Полупроводниковый прибор / В Я.Принц, П.А Бородовский, А.Ф.Булдыгин. - Опубл. в Б.И., №11, 1995.

78 Патент 2097872 Неразрушающий способ определения подвижности носителей заряда в полупроводниковых структурах на полуизолирующих подложках и устройство для его осуществления. /Принц В.Я., Панаев И.А.- Опубл. в Б.И., 1997, №33.

79. Патент 2006984. Способ отбраковки полупроводниковых структур на полуизолирующих подложках по степени проявления эффекта обратного управления. /Принц В.Я -Опубл. в Б.И., 1994, №2.

80. Патент 2112300. Способ изготовления защитной маски для нанолитографии. /Принц В.Я., Селезнев В.А., Принц А.В. - Опубл. в Б.И., 1998, №15.

81. Патент 2094902. Способ изготовления субмикронных и нанометровых элеменов приборов. /Горохов Е.Б., Носков А.Г., Принц В.Я. - Опубл в БИ., 1997, №30.

82. Патент 2094908 «Неразрушающий способ контроля качества многослойных полупроводниковых структур на полуизолирующих подложках», /Принц В.Я. - Опубл. в Б.И., 1997, №30.

83. Патент 2179458 Микроигла в интегральном исполнении и способ ее изготовления, /Принц А.В., Селезнев В.А., Принц В.Я. - Опубл. в Б.И., 2002, № 5.

84. Патент Российской Федерации RU 2238239 Способ создания нанотрубок. /Настаушев Ю.В., Принц В.Я. - Опубл. в Б.И., 2004, № 29.

Цитированная литература

1. Роко К., Уильяме Р С. и Аливисатос П. Нанотехнология в ближайшем десятилетии, прогноз направления исследований. Под редакцией А.В.Хачояна, Р.А.Андриевского, 2002, Москва, «Мир».

2. Moriarty P. Nanostructured materials. - Rep. Prog. Phys., 2001 (64), p.297-381.

3. Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology, v. 1 - Academic Press, San Diego - Tokio, 2000, p.327-360.

4. Handbook of Nanoscience, engineering, and technology, ed. W. A. Goddard, D. W. Brenner, S.E.Lyshevski, G.j. Iafrate 2003 by CRC Press LLC.

5. Magarill L.I., Romanov D.A., and Chaplik A.V. Low-dimensional electrons in curvilinear nanostructures. - Usp. Phys. Nauk, 2000, 170, No. 3, p. 325-327.

6. Henry C.H., Lang D.V. Nonradiative capture and recombination by multiphonon emission in GaAs and GaP. - Phys.Rev. B, 1977, 15, p. 989.

Бумага офсет. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. ' _Тираж 100 экз. Заказ 0822.___

Отпечатано в типографии ООО «Нонпарель» 630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1 Лицензия ПДЛ 57-52 от 01.04.1999.

Р15803

РНБ Русский фонд

2006г4 15950

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Принц, Виктор Яковлевич

Введение Общая характеристика работы.

Глава 1. Новое направление в нанотехнологии.

Роль упругих сил в формировании трехмерных нанооболочек и наносистем.

§ 1.1. Тенденции и подходы в нанотехнологии.

§ 1.2. Физические основы оригинального подхода к формированию микро-и нанооболочек.

Прецизионные молекулярные нанооболочки.

§ 1.3. Полупроводниковые и металлические нанотрубки и нанокольца.

Сборка сложных конструкций. Экспериментальные результаты.

§ 1.4. Анизотропия механических свойств полупроводников и формирование микро - и наноспиралей.

Ключевые этапы технологии полупроводниковых микро - и

§1.5. нанооболочек. а) методы высокоселективного удаления жертвенных слоев б) методы направленного сворачивания, формирование самых разнообразных по форме структур; метод сборки из оболочек сложных конструкций в) сверхкритическая сушка оболочек

§ 1.6. Концепции формирования прецизионных в 3-х измерениях наноструктур. Примеры созданных структур.

§ 1.7. Свойства цилиндричеких микро - и нанооболочек.

Введение диссертация по физике, на тему "Нанооболочки и прецизионные наносистемы на основе напряженных гетероструктур"

Актуальность темы. Создание и исследование наноструктур с контролируемыми размерами и заданными свойствами входит в число важнейших, ключевых проблем нашего времени. Нанотехнология является основной движущей силой пауки и техники XXI века и многие государства уже имеют свои национальные программы по нанотехнологии [1]. Она приведет и уже приводит к революционным изменениям в материаловедении, электронике, микробиологии, медицине, и других областях. Успехи последних лет в этой области позволяют надеяться на создание в ближайшие годы новых материалов и приборов [1-4], в которых определяющими являются квантовые свойства. Для ряда таких приборов, например, квантовых клеточных автоматов [4], туннельных приборов, необходимы структуры и строго периодичные системы, элементы которых выполнены с атомной или молекулярной точностью. Фундаментальные ограничения стандартных литографических методов не позволяют достичь такой точности, поэтому в мире идет активный поиск новых высокоточных методов. Анализ литературы и тенденций развития нанотехнологии позволяет сделать вывод об актуальности перехода от плоской геометрии приборных структур к трехмерной, от одиночных наноструктур к наноструктурам, изготовление которых осуществляется с атомной или молекулярной точностью и высокой воспроизводимостью.

В диссертации изложены экспериментальные и теоретические результаты нового направления нанотехнологии, инициатором которого является автор диссертации. Совместно с учениками автора созданы и исследованы новые классы прецизионных твердотельных наноструктур, перспективных для формирования элементной базы наномеханики и наноэлектроники.

Цель данной работы

Создать новое направление нанотехнологии, обеспечивающее молекулярную точность изготовления структур, разработать физические основы формирования новых классов тонкопленочных трехмерных наноструктур и систем, предназначенных для создания элементной базы наиоэлектроники и наномеханики.

Теоретически и экспериментально исследовать упругие, электрические и квантовые свойства созданных полупроводниковых и металлических наноструктур и систем.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. предложить и разработать новые подходы в создании полупроводниковых микро - и наноструктур и прецизионных систем;

2. предложить и разработать методы и приемы, позволяющие контролируемо освобождать от связи с подложкой монокристаллические напряженные пленки молекулярных толщин и преобразовывать их в трехмерные оболочки и конструкции разнообразных форм;

3. найти условия, позволяющие формировать с высокой точностью тонкопленочные нанооболочки и трехмерные системы, в том числе, нанотрубки, спирали, гофрированные строго периодичные в латеральных направлениях системы. Продемонстрировать формирование этих объектов из полупроводников типа А3В5, Si, Ge;

4. исследовать закономерности масштабирования объектов и установить предельно достижимые минимальные размеры нанобъектов;

5. исследовать теоретически и экспериментально свойства созданных новых квантовых микро- и нанообъектов; рассчитать упругие напряжения и квантовые свойства полупроводниковых оболочек исследовать квантовый транспорт в созданных объектах;

6. разработать методы и приборы исследования электрических свойств и электрически активных центров в тонкопленочных стуктурах, в том числе в освобожденных от подложки.

7. исследовать в тонких пленках полупроводниковых соединений А3В5 примесные центры, сильно деформирующие окружающую решетку; исследовать зависимость свойств примесей от их размеров, состава твердых растворов и величины электрических полей; рассмотреть возможность использования энергии упругой деформации в качестве движущей силы контролируемого формирования атомно размерных примесных объектов и приборов на их основе;

8. изучить области практического применения созданных микро- и наноструктур, создать макеты простейших приборов.

Научная новизна заключается в создании нового направления в области физики и технологии формирования твердотельных наноструктур, обладающих новыми свойствами, открывающих новые возможности в создании приборов микро - и наномеханики и наноэлектроники.

Разработан единый подход в формировании микро-, нано - и атомно размерных квантовых объектов. Суть подхода - в контролируемом преобразовании упруго деформированных плоских пленок или упруго деформированной системы примесный атом-окружение в устойчивые микро-, нано- и атомно размерные квантовые объекты с минимумом упругой энергии.

Сформулирована новая концепция и разработаны технологические и физические основы создания нового класса тонкопленочных наноструктур -прецизионных нанооболочек и систем на их основе. Разработаны методы, позволяющие отсоединять от подложки монокристаллические напряженные пленки молекулярных толщин, и контролируемо преобразовывать их в трехмерные оболочки и конструкции разнообразных форм. Эффективность методов продемонстрирована на примере изготовления микро- и наноструктур из полупроводниковых, металлических и диэлектрических пленок (InGaAs/GaAs, InSbAs/InAs, InP/InAs, Si/GeSi, Si/GeSi/Si3N4/Cr, InAs, Au/Ti, Ta205/GaAs и т.д.).

Определены условия формирования и созданы прецизионные трехмерные твердотельные оболочки различных форм, в том числе, отдельные InGaAs/GaAs трубки с внутренним диаметром до 2 нм, периодичные гофрированные системы с периодом до 10 нм. Созданы упруго взаимодействующие, высокоупорядоченные во всех трех измерениях массивы полупроводниковых тонкопленочных наноструктур, в том числе, InGaAs и SiGe наногофрированные пленки, сформированные в строго ограниченном пространстве, и имеющие заданные амплитуду и период гофрировки.

На основании результатов численного моделирования оболочек, созданных на основе пленок InAs толщиной от 2 до 6 нм было показано, что оболочки обладают новыми квантовыми свойствами, не проявляющимися в других известных низкоразмерных объектах; а) в стенках многовитковых InAs/GaAs нанотрубок происходит пространственное разделение электронов и дырок; б) в наногофрированных InAs пленках, толщиной менее Знм, низшими являются квантовые уровни X - минимума, а локальные упругие деформации изгиба пленки вызывают сдвиги краев зон, расщепление X - минимума и приводят к появлению системы потенциальных ям глубиной до 1 эВ. Такие глубокие потенциальные ямы обеспечивают локализацию волновой функции электрона.

Впервые показана возможность контролируемого разрезания свободных тонких пленок (толщиной меньше 100 нм) атомно резкими хрупкими трещинами шириной < 2 нм с ровными атомно гладкими краями. Предложены и разработаны новые методы и приборы емкостной спектроскопии и неразрушающего, бесконтактного СВЧ экспресс-контроля электрических параметров тонкопленочных структур, в том числе внутренних слоев и границ раздела в структурах типа n+-n-i;

Обнаружены новые физические явления и эффекты, характерные для тонкопленочных структур, в том числе содержащих примесные центры с глубокими уровнями. Предложны физические модели, объясняющие обнаруженные явления. Среди них такие как: а) гигантское возрастание в сильном электрическом поле сечений захвата электронов и дырок на притягивающие и нейтральные безызлучательные центры в GaAs; б) сильнополевое переключение проводимости тонкопленочных GaAs, InP n-i структур; в) влияние упругих полей примесей и дефектов на энергию ионизации и сечения захвата носителей на глубокие центры в GaAs; г) устойчивость монослойных пленок к окислению и сращивание пленок, образующих стенку нанотрубок.

Созданы новые твердотельные объекты - свободные монослойные твердотельные пленки, обладающими новыми свойствами и требующими дальнейшего развития физических методов исследования и новых квантовохимических подходов.

Объекты, методы формирования структур и методы исследования

Трехмерные микро- и наноструктуры формировались из напряженных многослойных гетероструктур на основе соединений А3В5, выращенные молекулярно-лучевой эпитаксией на GaAs, InP и InAs, GaSb подложках и содержащих слои GaAs, AlAs, GaP, InAs, InSb, AlSb и слои твердых растворов на их основе. Исходными структурами являлись также структуры, содержащие слои Si, SiGe на Si подложках и гибридные структуры InAs/GaAs/Ta205, SiGe/Si/Cr и SiGe/Si/SixNy/Cr. Для освобождения пленок от связи с подложкой использовались жертвенные слои, специально выращенные между пленкой и подложкой, которые удалялись оригинальными высокоселективными травителями, не взаимодействующими с основными пленками. Формирование прецизионных наноструктур осуществлялось оригинальными методами , основанными на кристаллографических, химических и физических свойствах полупроводниковых кристаллов. Для изготовления исходных меза-структур применялись оптическая и электронная литографии и методы травления в плазме. Параметры и свойства созданных наноструктур исследовались с помощью сканирующего электронного микроскопа, сканирующего атомно-силового микроскопа и высокоразрешающего просвечивающего микроскопа.

Все исследования электрически активных примесей и дефектов в полупроводниковых соединениях А3В5 и, прежде всего, глубоких примесных центров, сильно деформирующих окружающую решетку, были выполнены разработанными высокоточными методами емкостной спектроскопии и неразрушающими СВЧ методами. Для исследований применялся целый ряд оригинальных методов неразрушающей диагностики тонкопленочных структур. Исследования структур в сильных электрических и квантующих магнитных полях были выполнены на стандартном оборудовании.

Нахождение формы и напряжений в тонкопленочных оболочках осуществлялось в рамках континуальной теории упругости. Численными методами решались системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных (уравнения Фон Кармана). Энергетический спектр и волновая функция электронов нанотрубках и наногофрировках находились с использованием приближения эффективной массы и решением уравнения Шредингера.

Научная и практическая значимость работы. Создано новое направление в физике и технологии твердотельных наноструктур. Созданы новые классы микро- и наноструктур, пригодных для формирования элементной базы наномеханики, наноэлектроники, для применений в молекулярной биологии, оптике. Трехмерные микро- и наноструктуры (трубки, кольца, спирали, гофрировки и системы) с атомно гладкой поверхностью и прецизионными размерами в диапазоне от мкм до нм, которые невозможно создать другой известной технологией. Данные наноструктуры ^-представляют собой основу для создания приборов микро-, наномеханики, наноэлектроники и новых материалов, в том числе для изготовления наношприцов, нейрозондов, нанопринтеров, быстродействующих термоанемометров, fin-транзисторов и вертикальных транзисторов, туннельных диодов с подвижными электродами, трехмерных массивов периодично расположенных квантовых точек, монокристаллических нановолокон, нанопружин, киральных микро- и нанообъектов и композиционных материалов на их основе.

Предложены и разработаны комплексные методы отсоединения от монокристаллических полупроводниковых гетероструктур напряженных пленок молекулярных толщин, методы прецизионного управления их изгибом, методы направленного сворачивания напряженных пленок, методы бездеформационной сверхкритической сушки и селективного травления структур, метод сборки сложных конструкций из отдельных оболочек, методы формирования строго периодичных гофрированных наноструктур и систем.

Созданы макеты микро- и наноинструменты для молекулярной биологии на основе трубок и атомно острых игл. Изготовлены высокоскоростные гибридные термоанемометры. Сформированы плотные массивы наноигл, показана возможность изготовления атомно острых игл. Созданы киральные структуры. Созданы макеты туннельных диодов с подвижными электродами. Созданы новые материалы -свободные, сверхгибкие монослойные пленки, спиралеобразные микро- и нановолокна из Si/SiGe, полупроводниковых соединений А3В5 и нанокомпозиты на их основе.

Комплекс разработанных методов исследования как свободных трехмерных тонкопленочных структур, так и планарных тонкопленочных структур уже используемых для изготовления приборов.

Разработаны, созданы, запатентованы и используются на предприятиях, методы и приборы диагностики и исследования тонко пленочных многослойных структур: а) методы и приборы емкостной спектроскопии с высоким пространственным разрешением и чувствительностью (измеритель профиля легирования, емкостные высокочастотные и низкочастотные спектрометры глубоких уровней), методы диагностики качества внутренних слоев многослойных тонкопленочных структуры; б) оригинальные методы и приборы неразрушающей и бесконтактной СВЧ диагностики качества внутренних слоев и границ раздела в тонкопленочных структурах, в том числе в структурах, предназначенных для изготовления интегральных схем, малошумящих GaAs полевых транзисторов, полевых транзисторов на основе гетероструктур с двумерным электронным газом; в) методы неразрушающего измерения порога эффекта обратного управления, его величины в тонкопленочных структурах; г) метод неразрушающего измерения подвижности и профиля подвижности в тонкопленочных структурах.

Приборы (профилометр, спектрометр глубоких уровней, неразрушающий измеритель-анализатор границ раздела и буферных слоев «ГРАН») используются в течение ряда лет для входного контроля многослойных n+-n-i структур, предназначенных для изготовления малошумящих полевых транзисторов и интегральных схем в НИИ "Сатурн", г. Киев, НИИ "Пульсар" г. Москва, ИРЭ г. Москва, НИИМВ, г. Зеленоград, НИИПП, г. Томск, НИИМЭ, г. Зеленоград, НИИМЭТ г. Калуга. Неразрушающий контроль структур способствовал улучшению качества полупроводниковых структур (прежде всего буферных слоев и границ раздела) на заводах ЭЛМА г. Зеленоград, НИИПП г.Томск и в ИФП СО РАН г. Новосибирск. Например, постоянная времени хранения электронов, захваченных на границе пленка-подложка и характеризующая качество буферного слой, возросла почти в 105 раз за десять лет и приблизилась к значениям постоянной времени лучших зарубежных структур.

На защиту выносятся следующие научные положения:

2. Преобразование плоских напряженных структур в трехмерные осуществимо на молекулярном уровне, с молекулярной точностью в трех направлениях. Прецизионность формирования задается высокой точностью выращивания исходных гетероструктур с помощью молекулярно лучевой эпитаксии. Осуществимо контролируемое отсоединение от подложки полупроводниковых пленок монослойных толщин (до 2ML для InAs/GaAs) и их преобразование под действием напряжений несоответствия параметров решетки и в зависимости от заданных граничных условий в трехмерные оболочки: нанотрубки, спирали, вертикальные наностенки, радиальные сверхрешетки, наногофрированные полоски и системы.

3. Свойства полупроводниковых оболочек молекулярных толщин качественно отличаются от свойств исходных плоских пленок, связанных с подложкой. Новые квантовые, химические и механические свойства нанооболочек обусловлены локальными гигантскими деформациями в них, сильным квантованием в поперечном направлении, близко расположенными свободными поверхностями и поверхностными явлениями. Полупроводниковые оболочки молекулярных толщин обладают устойчивостью к окислению, подвижностью, гибкостью и способностью к сращиванию с другими слоями, к упругому взаимодействию и созданию динамических систем. Механические свойства оболочек толщиной меньше 5ML не описываются континуальной теорией упругости.

4. Электронный спектр в напряженных наногофрированных бипленках на основе InAs толщиной меньше 3 нм определяется квантовыми уровнями электронов Х-минимума, а потенциальные ямы в латеральных направлениях (глубиной до

1 эВ) - расщеплением Х-минимума в результате гигантской изгибной деформации пленок. Такие глубокие потенциальные ямы обеспечивают локализацию волновой функции электрона. Упругая деформация играет определяющую роль и в формировании электронного спектра стенок многослойных InAs/GaAs нанотрубок и приводит к пространственному разделению электронов и дырок в стенках.

8. Использование внутренней упругой энергии в качестве движущей силы формирования и позиционирования нанообъектов, перспективно для создания атомно-размерных объектов на основе глубоких центров в монослойных нанооболочках соединений А3В5. Основанием для этого являются: а) разработанные способы контролируемого создания в оболочках гигантских локальных напряжений, взаимодействующих с упругими полями вокруг глубоких примесей, б) предложенный способ локального изготовления коррелированных контактов к обеим поверхностям оболочек; в) обнаруженные сильные зависимости параметров и свойств глубоких центров от величин электрического поля, давления, состава твердого раствора и радиуса примесей.

9. Электрические характеристики внутренних слоев и границ раздела в многослойных оболочках и тонкопленочных приборных структурах (например, в n+-n-i структурах) могут быть установлены с помощью оригинальных неразрушающих СВЧ-методов и приборов.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы были представлены в 11 приглашенных и более, чем в 20 устных докладах на международных конференциях и симпозиумах в России, Японии, Канаде, США, Германии, Израиле, Швейцарии, Франции, Англии, Белоруссии, а также более, чем в 60 стендовых докладах на:

Всесоюзном симпозиуме по процессам роста и синтеза полупроводниковых кристаллов и пленок (Новосибирск, 1975); Всесоюзной конференции "Радиационные эффекты в твердых телах" (Ашхабад, окт., 1977); Всесоюзном совещании по исследованию арсенида галлия (Томск, сент., 1978); Всесоюзной конференции по физике соединений А3В5 (Ленинград, окт., 1978); Всесоюзном совещании по глубоким уровням в полупроводниках (Ташкент, окт., 1980); Всесоюзной конференции по физике полупроводников Кишинев, 1988,1 Всесоюзной конференции "Физические основы твердотельной электроники" (Ленинград, 1989); Конференции по проблемам СВЧ электроники (Львов, 1989); 3-ем Всесоюзном семинаре по электронным процессам в двумерных системах (Новосибирск, 1989); Всесоюзном семинаре по горячим электронам в полупроводниковых структурах пониженной размерности (Звенигород 1990); Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев, 1990); 5-ой и 6-ой Международных конференциях по модулированным полупроводниковым структурам (Пара, 1991, Гармиш-Партенкирхен, 1993), 5-ой и 6-ой Международных конференциях по сверхрешеткам и микроструктурам (Берлин, 1990, Ксиан, 1992); 1-ой и 2-ой Международных к онференциях по физике низкоразмерных структур (Черноголовка, 1993, Дубна, 1995); Российской конференции "Микроэлектроника-94" (Звенигород, 1994); 7 Международном симпозиме по пассивации (Технический университет, Клаусхаль, ФРГ, 1994), 8th Conference on Semi-insulating 111-V Materials, (Warsaw, Poland, 1994), Int.Symposium "Heterostructures in Sciense and Technology"(Wurzburg, Germany, 1995); Eleven Int. Conference on the Electronic Properties of Two- Dimentional Systems (Nottingham, UK, 1995); Int. Conference "Micro-and Nano Engineering" (Aix-en-Provence, France, 1995); 3rd International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St.

Petersburg, Russia, 1995; 1996; 1997; 1999; 2000; 2001; 2003; 2004; 23r International Symposium on Compound Semiconductors, St.-Petersburg, Russia, 1996; 111 Всероссийская конференции по физике полупроводников Москва, 1997; Autumn School: "Advanced semiconductors:formation, propertiesand characterization nanoscale structures" (Halle, Germany, 1997); Международной конференции DRIP - XII (Берлин,

1997); The 24th Int. Conference on the Physics of Semiconductors9 Jerusalem, Israel,

1998); Всесоюзной конференции Микро- и Наноэлектроника-98, Звенигород 1998; 26 International Symposium on Compound Semiconductors, Berlin, Germany, 1999; 8th International Conference on Defects - Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors, Narita, Japan, 1999; International Autumn School on New Techniques in Electron Microscopy for Material Science, Halle, Germany, 1999; XIII Международной конференции "Electronic Properties of two-dimensional systems", Оттава, Канада, 1999; XXVI Международном симпозиуме "Compound Semiconductors", Берлин, Германия, 1999; IV Российской конференции по физике полупроводников, Новосибирск, 1999; V Российской конференции по физике полупроводников, Нижний Новгород, 2001; Fourth International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces, 2002, Karuizawa, Japan; Symposium "Nano and Giga Challenges in Microelectronics 2002; 2004; Fifth ISTC Scientific Advisory Committee Seminar, Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology, St.Petersburg, Russia 27-29 May, 2002, Международная зимняя школа по физике полупроводников С-Петербург-Зеленогорск 2002; International Conference on Superlattices, Nanostructures and Nanodevices (Toulouse, France, 22-26 July 2002); NANO-7, 7th international conference on nanometer scale science and technology, Malmo, Sweden 24-28 June, 2002; "Micro- and Nano-Engineering 2002" Lugano; 26th International Conference on the Physics of Semiconductors (29 July - 2

August 2002, Edinburgh International Conference Centre (EICC), Scotland, UK); 15th

International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics (5-9 August

2002, Clarendon Laboratory, Oxford, UK; NATO-Advance Study Institute (ASI)

Nanoengineered Nanofibrous Materials", Antalya, Turkey, September 1-12, 2003; IEEE

Nano 2003"; San Francisco (USA), August 12-14, 2003; Autumn School on Materials th

Science and Electron Microscopy, Berlin, Germany, September, 2003; 5 International Workshop on Epitaxial Semiconductors on Patterned Substrates and Novel Index Surfaces (ESPS-NIS), Stuttgart, Germany, October 13-15, 2003; International Conference NANOMEETING-2003, May 20-23, 2003, Minsk, Belarus; 12th Euro-MBE Workshop, Bad Hofgastein, Austria, February 16-19, 2003; Proc. 12th International Conference on Methods of Aerophysical Research, Novosibirsk, 2004.

Были сделаны также приглашенные доклады в институтах Японии и Германии: Японии(ЫТТ и ATR), Германии: Майнц (Институт микромеханики), Фрайбург (Институт прикладной физики твердого тела).

Общий индекс цитирования работ превышает 600. За последние три года индекс цитирования работ возрос почти на 200. Часть результатов диссертации вошла в 4 обзора и монографию зарубежных аторов, а также в российские обзоры, монографии и учебники.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения и списка литературы из 305 наименования. Она изложена на 368 страницах и содержит 96 рисунков.

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты и выводы

1. Создано новое направление в области физики и технологии твердотельных наноструктур, содержанием которого является формирование и исследование нового класса трехмерных структур со строго контролируемыми размерами и формой, представляющих собой оболочки молекулярных толщин и системы на их основе. Созданные нанообъекты не могут быть получены другой известной технологией, обладают уникальными механическими, электронными, квантовыми свойствами и открывают новые возможности в конструировании материалов, приборов наномеханики, наноэлектроники и оптоволоконной техники.

2. Показано, что полупроводниковые плоские пленки монослойных толщин (до 2 монослоев для InGaAs) могут быть контролируемо отсоединены от подложки и преобразованы под действием собственных, внутренних упругих напряжений в микро- и нанотрубки, спирали, кольца, периодичные наногофрированные пленки, нановолокна, а также другие замкнутые и открытые нанооболочки и регулярные массивы на их основе. Форма и размеры оболочек контролируемо задаются толщиной, внутренними напряжениями пленки и граничными условиями.

InGaAs/GaAs, InSbAs/InAs, InP/InAs, Si/GeSi, Si/GeSi/Si3N4/Cr, InAs, Au/Ti, Ta205/GaAs и т.д.). К настоящему времени сформированы цилиндрические нанооболочки из ряда материалов, в том числе из полупроводниковых пленок InGaAs/GaAs - трубки и спирали с минимальными диаметрами до 2 нм и 7 нм, соответственно, из пленок Si/GeSi -трубки и спирали с минимальными диаметрами, 10 нм и 65 нм, из металлических пленок Au/Ti -трубки с минимальным диаметром 40 нм. Созданы гибридные трубки металл-диэлектрик -полупроводник, полупроводниковые и металлические микро- и нанотрубки, волокна с длиной до 10см и композиционные материалы на их основе.

4. Предложен новый подход к созданию регулярных двухмерных и трехмерных массивов квантовых проволок и квантовых точек на основе строго периодичных гофрированных пленок. Созданы InGaAs и SiGe гофрированные системы, расположенные между заданными слоями многослойных структур, и имеющие строго заданные амплитуду и период. Сформированы периодичные гофрированные InGaAs системы с периодом до 10 нм. Прецизионность таких систем обеспечивается высокой точностью выращивания исходных многослойных структур.

5. Разработана единственная к настоящему времени технология, позволяющая формировать полупроводниковые микро- и напообъекты разнообразной формы с молекулярной точностью. Изготовлены: а) нанотрубки, с презиционными диаметром, толщиной стенок и длиной; б) вертикальные наностенки; в) прецизионные радиальные сверхрешетки; г) протяженные туннельные зазоры; д) гофрированные полоски, с заданной толщиной, амплитудой, периодом; е) спирали, у которых все поверхности атомно-гладкие, а диаметр и шаг точно заданны; ж) гофрированные системы, с точно заданными периодом и амплитудой.

6. Показано, что электронные, химические и механические свойства монослойных полупроводниковых оболочек качественно отличаются от свойств j/ плоских монослойных пленок, связанных с подложкой. Новые квантовые, химические и механические свойства нанооболочек обусловлены локальными гигантскими деформациями в них, сильным квантованием в поперечном направлении, близко расположенными свободными поверхностями и поверхностными явлениями. Механические свойства монослойных оболочек не описываются континуальной теорией упругости - у трубок сформированных из InGaAs/GaAs пленок толщиной 4ML, 3ML, 2ML диаметры меньше расчетных соответственно в 3, 4.5, и 5 раз. В монослойных полупроводниковых пленках возможен управляемый разрыв атомных связей вдоль плоскостей спайности с формированием нанометровых атомно-гладких ровных щелей. Упругой энергии полосок из напряженных пленок достаточно для разрыва атомных связей по краям полоски в процессе изгиба и сворачивания. Полупроводниковые оболочки молекулярных толщин устойчивы к окислению, гибки, способны упруго взаимодействовать друг с другом, сращиваться и создавать динамические системы.

7. Методами численного моделирования показано, что полупроводниковые ианооболочки обладают ярко выраженными квантовыми свойствами, не проявляющимися в других известных низкоразмерных объектах. В отличие от них, в напряженных InAs наногофрированных бипленках толщиной меньше 3 нм и с периодом порядка 40 нм, электронный спектр определяется квантовыми уровнями электронов Х-минимума, а потенциальные ямы в латеральных направлениях глубиной до 1 эВ - сдвигом и расщеплением Х-минимума в результате гигантской изгибной деформации пленок. Такой значительный потенциальный рельеф обеспечивает локализацию волновой функции электрона в отдельной потенциальной яме наногофрированной пленки.

В отличие от плоских пленок в стенках многослойных InAs/GaAs нанотрубок происходит пространственное разделение электронов и дырок. Этот эффект вызван гигантским изменением упругой деформации по толщине стенок, которая и определяет потенциальный рельеф.

8. Разработаны методы и приборы, позволяющие получать информацию об глубоких центрах и электрических свойствах внутренних слоев и границах раздела в тонкопленочных многослойных структурах и нанооболочках. Это новые методы и приборы емкостной спектроскопии глубоких уровней и неразрушающие СВЧ-методы и приборы Эффективность емкостных методов проиллюстрирована на примерах исследования свойств глубоких центров, а неразрушающих СВЧ-методов - на примере контроля арсенид галлиевых n+-n-i структур и модулировано легированных гетероструктур, предназначенных для изготовления полевых транзисторов и интегральных схем.

9. Обнаружено, что сильные электрические поля в GaAs кардинально меняют процессы захвата носителей заряда на притягивающие и нейтральные глубокие безызлучательные центры. В сильных электрических полях сечения захвата электронов и дырок на центры не уменьшаются, как это следует из общепринятой теории безызлучательного многофононного захвата, а возрастают до 106 раз. Это явление объяснено наличием вокруг центров потенциальных барьеров, вызванных статической деформацией окружающей решетки. Разогрев в электрическом поле электронов и дырок позволяет им преодолевать эти барьеры и эффективно захватываться на центры. Данное явление лежит в основе обнаруженного сильнополевого переключения проводимости тонкопленочных n-i структур и разработанных методов иеразрушающей диагностики тонкопленочных структур.

10. Показано, что дополнительная упругая деформация решетки вокруг глубоких центров в GaAs, возникающая при замене в глубоком центре атомов As на изовалентный атом Sb большего радиуса, приводит к изменению глубины залегания уровня и уменьшению сечения захвата электронов. Взаимодействие полей сжатия решетки вокруг примеси Sb и полей растяжения вокруг дефектов типа вакансия увеличивает в 103 раз вероятность вхождения атомов Sb в дефект.

11. Показано, что использование внутренней упругой энергии в качестве движущей силы формирования и позиционирования нанообъектов, перспективно для создания атомно-размерных объектов на основе глубоких центров в монослойных нанооболочках соединений А3В5. Основанием для этого являются: разработанные способы контролируемого создания в оболочках гигантских локальных напряжений, взаимодействующих с упругими полями вокруг глубоких примесей, предложенный способ локального изготовления коррелированных контактов к обеим поверхностям оболочек, обнаруженные сильные зависимости параметров и свойств глубоких центров от величин электрического поля, давления, состава твердого раствора и радиуса примесей, а именно: а) гигантское (до 106 раз) возрастание сечений захвата электронов и дырок на глубокие центры в GaAs (эффективный диаметр взаимодействия (10 нм - 3 нм) сравним с толщиной свободных пленок и достижимыми размерами литографического рисунка); б) сильнополевой эффект переключения проводимости в пленках GaAs, InP (проводимость меняется до 105 раз); в) значительное (до 105 раз) возрастание сечений захвата электронов на глубокие центры в InGaAs при возрастании содержания In до 33%; г) сильная зависимость от деформации кристалла вероятности образования примесных центров и положения их уровней в запрещенной зоне.

Заключение

Данная работа была выполнена в Институте физики полупроводников СО РАН. Она начиналась в Лаборатории кинетических явлений в полупроводниках (зав. лаб. д.ф.-м.н., проф. А.Ф. Кравченко) и была продолжена в Лаборатории высокочастотных процессов в полупроводниках (зав. лаб. д.ф.-м.н. П.А. Бородовский), а с 1992 года в Лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур (зав. лаб. к.ф.-м.н. В.Я. Принц).

Автор искренне благодарен д.ф.-м.н. проф. А.Ф. Кравченко, д.ф.-м.н. П.А. Бородовскому, член-корр. РАН И. Г. Неизвестному, член-корр. РАН А. В. Чаплику за поддержку и интерес к работе на всех этапах ее выполнения.

Автор благодарен своим ученикам - молодым сотрудникам Лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН: с.н.с. к.ф.-м.н. В.А. Селезневу, н.с. С.В. Голоду, с.н.с. к.ф.-м.н А.Б. Воробьеву, н.с. к.ф.-м.н А.В. Чеховскому, м.н.с. А.В. Принцу и м.н.с. А.В. Копылову совместная работа с которыми привела к формированию нового направления нанотехнологии, а также, с.н.с. к.ф.-м.н. В.А. Самойлову и с.н.с. С.Н. Речкунову, совместная работа с которыми привела к созданию комплекса емкостных и неразрушающих СВЧ приборов для исследования и диагностики многослойных тонкопленочных структур, в том числе, предназначенных для изготовления полевых транзисторов и интегральных схем.

Автор также благодарен в.н.с. к.ф.-м.н. А.К. Гутаковскому за исследование нанотрубок на высокоразрешающем электронном микроскопе, с.н.с. к.ф.-м.н. В.В. Преображенскому, к.ф.-м.н. Б.Р. Семягину, зав. лаб. к.ф. -м.н. А.И. Торопову за предоставление высококачественных эпитаксиальных гетероструктур, с.н.с. к.ф,-м.н. В.М. Осадчему и многим другим сотрудникам ИФП СО РАН за помощь, в процессе выполнения работы.

Личный вклад автора

Исследования, результаты которых представлены в диссертации, выполнены по инициативе и под руководством автора или лично автором. Идеи, постановка задач и интерпретация результатов принадлежат автору диссертации. Практически все статьи по теме диссертации написаны автором после обсуждения с соавторами.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Принц, Виктор Яковлевич, Новосибирск

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

2. Moriarty P. Nanostructured materials.- Rep. Prog. Phys., 2001, 64, p.297-381.

3. Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology, Academic Press, San Diego-Tokio, 2000, l,p.327-360.

4. Handbook of Nanoscience, engineering, and technology, ed. W. A. Goddard, D. W. Brenner, S.E.Lyshevski, G.j. Iafrate, 2003, by CRC Press LLC.

5. Compano R. Technology Roadmap for Nanoelectronics, European Communities, 2001, Belgium.

6. Елецкий A.B. Углеродные нанотрубки. -УФН, 1997, т. 167, №9, с.945-97.

7. Bernholc J., Brenner D., Buongiorno M. Nardelli, Meunier V. and Roland C.- Annu. Rev. Mater. Res., 2002, 32, p.347-375.

8. Saito Y., Tsuji N., Minamino Y., Ueji R. A new and simple process to obtain nanostructured bulk low-carbon steel with superior mechanical property.- Scripta Materialia, 2002, 46, p. 305-310.

9. Ajayan P. M., Chem.Rev., 1990, 99, p. 1787-1799.

10. Rueckes Т., Kim K., Joselevich E., Tseng G.Y., Cheung C., Lieber C. Carbon Nanotube-Based Nonvolatile Random Access Memory for Molecular Computing.- Science, 2000, 289, p. 94-97.

11. No"tzel R., Ledentsov N.N., Da'weritz L., Hohenstein M., and Ploog K. Semiconductor quantum-wire structures directly grown on high-index surfaces. Phys. Rev. B, 1992, 45, p.3507.

12. Feynman R.P. There's Plenty of Room at the Botton, 1959, http:Avww.zyvex.com/nanoteeh/feynman.html.

13. Landauer R., IBM J.Res.Dev., 1957, 1, p.223; R.Landauer, Phil.Mag., 1970, 21, p. 863.

14. Келдыш Л.Б., ФТТ, 1962, т.4 с. 2265; Esaki L., Tsu R. - IBM J. Res. Dev., 1970, v.14, p.61.

15. Likharev K.K. -Microelektronikz, 1987, 16, p. 195; K.K.Likharev, Physics and possible applications of single-electron devices, Future Electron Dev. J. 1995, v.6, p. 5-14.

16. Prinz V.Ya., Seleznev V.A., and Gutakovsky A.K. Self-formed InGaAs/GaAs Nanotubes: Concept, Fabrication, Properties. -The Physics of Semiconductors, 1999, Wold Scientific ISBN: 981-02-4030-9 (CD).

17. Prinz V.Ya., Seleznev V.A., Gutakovsky A.K., Chehovskiy A.V., Preobrazenskii V.V., Putyato M.A., and Gavrilova T.A. Free-standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes, nanohelices and their arrays. -PhysicaE, 2000, v. 6, (1-4), p. 828-831.

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

19. Prinz V.Ya., Griitzmacher D., Beyer A., David C., Ketterer В., and Deccard E. A new technique for fabricating three-dimensional micro- and nanostructures of various shapes. Nanotechnology, 2001, 12, p. 399-402.

20. Prinz V. Ya., Chehovskiy A. V., Preobrazenskii V. V., Semyagin B. R. and Gutakovsky A. K. A technique for fabricating InGaAs/GaAs nanotubes of precisely controlled length. -Nanotechnology, 2002, 13, p.231-233.

21. Golod S. V., V. Prinz Ya., Mashanov V. I., and Gutakovsky A. K. Fabrication of conducting GeSi/Si micro-and nanotubes and helical microcoils. Sem. Sci. Techn., 2001, v 16, p. 181-185.

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

23. Принц A.B., В Селезнев A., Принц В.Я. Микроигла в интегральном исполнении и способ ее изготовления, Патент № 2179458, опубл. 2002, бюл. № 5.

24. Timoshenko S., and Gere J.M. Theory of Elastic Stability. New-York: McGraw-Hill, 1961, ch. 9.

25. Timoshenko S., and Woinowsky-Krieger S. Theory of Plates and Shells. McGraw-Hill, New York, 1959.26.0садчий B.M., Принц В.Я. Разделение носителей заряда в свернутых гетероструктурах. Письма в ЖЭТФ, 2000, т.72, в.6, с.451-456.

26. V Prinz. Ya., Golod S. V., Mashanov V. I., and Gutakovsky A. K. Free-standing conductive GeSi/Si helical microcoils, micro- and nanotubes. Inst. Phys. Conf. Ser., 2000, v. 166, p. 203-206.

27. Prinz V.Ya., A Vorob'ev.B., and Seleznev V.A. Three-dimensional structuring using self-rolling of strained InGaAs/GaAs films. Compound Semiconductors, 2001, Inst. Phys. Conf. Ser., 2002, 170, Ch 4, pp. 319-323.

28. Prinz V.Ya. A new concept in fabricating building blocks for nanoelectronic and nanomechanic devices. Microelectronic Engineering, 2003, 69 (2-4), pp. 466-475.

29. Принц В.Я. Трехмерные самоформирующиеся наноструктуры на основе свободных напряженных гетеропленок. Известия вузов "Физика", 2003, 46(6), с. 35-43.

30. Prinz V.Ya. Properties of semiconductor nanotubes and nanoshells fabricated on (111), (110) GaAs, Si and on vicinal (001) GaAs substrates. -Physica E, 2004, v. 24 p. 260268.

31. Prinz V.Ya. Precise semiconductor nanotubes and nanocorrugated quantum systems. -Physica E, 2004, v. 24, pp.54-62.

32. Prinz V.Ya., and Vyun V.A. Phys. Rev. (направлена в печать).

33. Prinz V.Ya., and Prinz A.V. -Science (направлена в печать).

34. Nastaushev Yu.V., Prinz V.Ya., and Svitasheva S.N. A technique for fabricating Au/Timicro- and nanotubes. Nanotechnology, 2005, 16, p. 908-912. Патент Российской

35. Федерации RU 2238239 Способ создания нанотрубок. Ю.В.Настаушев, ВЛ.Принц,опубл. 2004, Бюл. № 29.

36. Vorob'ev A.B., Prinz V.Ya., Toropov A.I., and Yukecheva Yu.S. 3Workshop on Electron Deices and Materiels, Proceedings EDM 2002, p.64-67.

37. Vorob'ev A.B., Prinz V.Ya., Yukecheva Ju.S., and Toropov A.I. Magnetotransport properties of two-dimension electron gas on cylindrical surface. -Physica E, 2004, v. 24 p. 171-176.

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

39. Vorob'ev A.B., Prinz V.Ya., Preobrazhenskii V.V., and Semyagin B.R. Free-standing InAs/InGaAs microtubes and microspirals on InAs (100). Jpn. J. Appl. Phys, 2003, 42, Part 2 (1A/B), p. L7-L9.

40. Seleznev V.A., Yamaguchi H., Hirayama Y., and Prinz V. Single-Turn GaAs/InAs Nanotubes Fabricated Using the Supercritical C02 Drying Technique. Jpn. J. Appl. Phys. 2003, 42, No.7AL791 - L794.

41. Chehovskiy A.V., and Prinz V.Ya. Application of supercritical fluids for fabrication of free-standing nanoobjects, in Proc. 11th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology". St. Petersburg, Russia, 2003, p.292-293.

42. Chehovskiy A.V. and Prinz V.Ya. Application of supercritical fluids for fabrication of free-standing nanoobjects. International Journal ofNanoscience, 2004, v. 3, 1&2 1-8.

43. Golod S.V., Prinz V.Ya., Wagli P., Zhang L., Kirfel O., Deckhardt E., Glaus F., David C. and Griitzmacher D. Free-Standing SiGe/Si/Cr and SiGe/Si/SixNy/Cr Microtubes. -Appl. Phys. Lett., 2004, 84, No. 17, p. 3391-3393.

44. Принц В.Я., Селезнев В.А., Чеховский А.В. Самоформирующиеся полупроводниковые микро- и нанотрубки. Микросистемная техника, 2003, № 6, с.10-16.

45. Zhang L., Griitzmacher D., Golod S.V., Prinz V.Ya., and Deckardt E. Free-standing Si/SiGe micro- and nano-objects. Physica E, 2004,23, p. 280-285.

46. Prinz V.Ya. New ultra-precise semiconductor and metal nanostructures: tubes, shells and their ordered arrays. IEEE Trans on Nanotechnol. 2003 Third IEEE Conference on Nanotechnology Proceedings, IEEE, New Jersey, USA, p. 199-204

47. Golod S.V., Prinz V.Ya., and Mashanov V.I. Microneedles directionally rolled from strained SiGe/Si bifilms on (110) Si substrates. Thin Solid Films, 2005.

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

49. Prinz A.V., and Prinz V.Ya. Application of semiconductor micro- and nanotubes in biology. -Surface Science, 2003, 911, p. 532-535.

50. Патент Российской Федерации № 2207576, Датчик термоанемометра, А.Н. Шиплюк, В.А. Селезнев, В.М. Анискин. Зарегистрирован 27.06.2003.

51. Заявка на изобретение Нановолокна. 2003, Принц А.В., Принц В.Я.

52. Prinz V.Ya. New precise nanostructures: semiconductor shells and their well ordered arrays, in: Physics, Chemistry and Application of Nanostructures, editor V.E.Borisenko, S.V. Gaponenko and V.S.Gurin, World Scientific, 2003, p.471-474.

53. Kopilov A.V., and Prinz V.Ya. (to be published).

54. Vorob'ev A.B., Prinz V.Ya., Yukecheva Yu. S., Toropov A.I. Magnetotransport properties of two-dimensional electron gas on cylindrical surface. Physica E, 2004, 23, p.171-176.

55. Prinz V.Ya., Seleznev V.A., Gutakovsky A.K., Toropov A.I., Aliev V.S. Rolled InAs/GaAs/Ta205 heterofilms containing InAs quantum dots. 2004, (to be published).

56. Prinz V.Ya., Seleznev V.A., Gutakovsky A.K., Toropov A.I., Aliev V.S. RolledL

57. As/GaAs/Ta205 heterofilms containing InAs quantum dots Proceedings of 11 International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, June 23-28,2003, p. 327.

58. Соотс P.А., Принц В.Я., Селективный травитель, заявка на изобретение.

59. Tsui Y.C., and Clyne T.W. An analitical model for predicting residual stresses in progressivily deposited coatings.- Thin Solid Films., 1997, 306, p.23.

60. Tredgold R.H. Rep.Prog.Phys., 1987, 50, p. 1609-1656.

61. Franceschetti A., and Zunger A. Appl. Phys. Lett., 1996, v. 68, N 24 p.3455.

62. Magarill L.I., Romanov D.A., and Chaplik A.V. Low-dimensional electrons in curvilinear nanostructures. Usp. Phys. Nauk, 2000, 170, No. 3, p. 325-327.

63. Magarill L.I., Romanov D.A., and Chaplik A.V. Ballistic transport and spin-orbitinteraction of two-dimensional electrons on cylindrical surface. JETP, 1998, v.86, p.771-779.

64. Magarill L.I., Chaplik A.V. Influence of spin-orbit interaction of two-dimensional electrons on the magnetization of nanotubes JETP, 1999, v.88, p.815-818.

65. Entin M.V., Magarill L.I. Spin-orbit interaction of electrons on a curved surface. Phys. Rev. B, 2001, v.64, p.085330-1 - 085330-5.

66. Entin M.V., Magarill L.I. Electrons in a twisted quantum wire. Phys. Rev. B, 2002, v.66, p. 205308-1 -205308-5.

67. Magarill L.I., Entin M.V. Electrons in a curved quantum wire. JETP, 2003, v.96, p. 766-774. Vurgaftman I., J Meyer.R., and Ram-Mohan L.R. Applied physics review. -J.Appl.Phys., 2001, v.89, p.5815-5875.

68. Schmidt.G., and Eberl K. Nature, 2001, v.410, р.168+ correction: Nature, 2001, v.412, p.42.

69. Schmidt O. G., Deneke C., Manz Y.M. and Muller C. Semiconductor tubes, rods and rings of nanometer and micrometer dimension.- Physica E, 2002, 13, p. 969-973.

70. Schmidt O.G., and Jin-Phillipp N.Y. Free-standing SiGe-based nanopipelines on Si (001) substrates. Appl. Phys. Lett., 2001, 78, p.3310-3312.

71. Schmidt O.G, Deneke C., Schmarje N., MulleC. r, and Jin-Phillipp N.Y. Materials -Science and Engineering C, 2002, v. 19, p.393-396.

72. Vaccaro P.O., Kubota K., and Aida T. Appl. Phys. Lett., 2001, v.78, p.2852-2854.

73. Kubota K., Vaccaro P.O., Ohtani N., Hirose Y., Hosoda M., and Aida T. Photoluminescence of GaAs/AlGaAs micro-tubes contsining uniaxially strained quantum wells. Physica E, 2002, 13, p.313-316.

74. Hosoda M., Kishimoto Y., M Sato., Nashima S., Kubota K., Saravanan S., Vaccaro P.O., Aida Т., and Ohtani N. Quantum-well microtube constructed from a freestanding thin quantum-well layer. Appl. Phys. Lett., 2003, v.83, n.6, p.1017-1019.

75. Kubota К., T Fleischmann., S Saravanan., Vaccaro P.O., and Aida T. Self-assembly of microstage using micro-orifami technique on GaAs.- Jpn. J. Appl. Phys., 2003, v.42, p. 4079-4083.

76. Mendach S., Schumacher O., Heyn Ch., Schnull, and Hansen W. Transport on curved two-dimensional electro gases in InGaAs-Tubes and Coils, Fifth International Workshop on ESPS-NIS Stuttgart, Germany, 2003, p.20.

77. Kleiner A. Chiral spin currents and quantum Hall effect in nanotubes. Phys.Rev.B.,2003, 67, p.155311.

78. Захарова Г.С., Волков B.JI., Ивановская B.B., Ивановский А.Л. Нанотрубки и родственные наноструктуры оксидов металлов. Екатеринбург: УрО РАН, 2005.

79. Lorke A., Bohm S., Wegscheider W. Curved two-dimensional electron gases. -Superlattices and microatructures, 2003, 33 (5-6), p. 347-356.

80. Takagaki Y., Sun Y.J., Brandt O., et al. Strain relaxation in AIN/GaN bilayer films grown on gamma-LiA102(100) for nanoelectromechanical systems.- Appl. Phys. Lett.,2004, 84 (23), p. 4756-4758.

81. Nikishkov G.P., Khmyrova I., Ryzhii V. Finite element analysis of self-positioning microstructures and nanostructures. Nanotechnology, 2003, 14 (7), p. 820-823.

82. Schumacher О., Mendach S., Welsch H., et al. Lithographically defined metal-semiconductor-hybrid nanoscrolls. -Appl. Phys. Lett., 2005, 86 (14), Art. No. 143109.

83. Deneke C., Schmidt O.G. Real-time formation, accurate positioning, and fluid filling of single rolled-up nanotubes. -Appl. Phys. Lett., 2004, 85 (14), p. 2914-2916.

84. Zhang L., Golod S.V., Deckardt E., et al. Free-standing Si/SiGe micro- and nanoobjects, Physica E. 2004, 23 (3-4), p. 280-284.

85. Magarill L.I., Entin M.V. Electrons in a curvilinear quantum wire. JETP, 2003, 96 (4), p. 766-774.

86. Ivanovskii A.L. Non-carbon nanotubes: Synthesis and simulation. Uspekhi khimii, 2002,71 (3), p. 203-224.

87. Ivanova EA, Morozov N. F. An approach to the experimental determination of the bending stiffness of nanosize shells. Doklady physics, 2005, 50 (2), p. 83-87.

88. Иванова E.A., Кривцов A.M., Морозов Н.Ф., Фирсова А.Д. Учет моментпого взаимодействия при расчете изгибной жесткости наноструктур. Доклады Академии наук. 2003, 391, N 6, с.764-768.

89. Иванова Е.А., Кривцов A.M., Морозов Н.Ф. Особенности расчета изгибной жесткости нанокристаллов. -Доклады Академии наук. 2002, 385(4), с. 494-496.

90. Vedernikov A.I., Chaplik A.V. Vibration modes and electron-phonon interaction in semiconductor nanotubes. -Semiconductors, 2004, 38 (11), p. 1316-1322.

91. Voncken M.M.A.J., Schermer J.J., Bauhuis G.J., et al. Strain-accelerated HF etching of AlAs for epitaxial lift-off. -J. Physics C, 2004, 16 (21), p. 3585-3596.

92. Fleischmann Т., Kubota K., Vaccaro P.O., et al. Self-assembling GaAs mirror with electrostatic actuation using micro-origami. -Physica E, 2004, 24 (1-2), p. 78-81.

93. Ocampo J.M.Z., Vaccaro P.O., Kubota K., et al. Characterization of GaAs-based micro-origami mirrors by optical actuation. Microelectronic engineering, 2004, 73-4, p. 429-. 434.

94. Vedernikov A.I., Govorov A.O., Chaplik A.V. Plasma oscillations in nanotubes and the Aharonov-Bohm effect for plasmons. JETP, 2001. 93 (4), p. 853-859.

95. Shevchenko S.N. and Kolesnichenko Yu.A. Conductance of the elliptically shaped quantum wire, -JETP, 2001, 92, p.811-815.

96. Deneke C., Jin-Phillipp N.Y., Loa I, et al. Radial superlattices and single nanoreactors. -Appl. Phys. Lett., 2004, 84 (22), p. 4475-4477.

97. Deneke C., Muller C., Jin-Phillipp N.Y., et al. Diameter scalability of rolled-up In(Ga)As/GaAs nanotubes. -Semiconductor science and technology, 2002, 17(12), p.1278-1281.

98. Shein I.R., Ivanovskaya V.V., Medvedeva N.I. et al. Electronic properties of new Ca(AlxSil-x)(2) and Sr(GaxSil-x)(2) superconductors in crystalline and nanotubular states. JETP Letters, 2002, 76 (3), p. 189-193.

99. Kibis O.V., Parfitt D.G.W., Portnoi M.E. Superlattice properties of carbon nanotubes in a transverse electric field. Phys. Rev. B, 2005, 71 (3), Art. No. 035411.

100. Chen H.C., Liao K.F., Lee S.W., et al. Self-forming silicide/SiGe-based tube structure on Si(001) substrates. Thin solid films, 2004,469-70, p. 483-486.

101. Deneke C., Schmidt O.G. Lithographic positioning, areal density increase and fluid transport in rolled-up nanotubes. Physica E. 2004, 23 (3-4), p. 269-273.

102. Belov V.V., Dobrokhotov S.Y., Sinitsyn S.O., et al. Quasiclassical approximation and the Maslov canonical operator for nonrelativistic equations of quantum mechanics in nanotubes. Doklady mathematics, 2003, 68 (3), p. 460-465.

103. Yang W.Y., Xie Z.P., Ma J.T., et al. Polygonal single-crystal aluminum borate microtubes. Journal of the american ceramic society. 2005, 88 (2), p. 485-487.

104. Tokuda Т., Sakano Y., Mori D., et al. Fabrication and current-drive of SiGe/Si 'Micro-origami' epitaxial MEMS device on SOI substrate. Electronics letters, 2004, 40 (21), p. 1333-1334.

105. Glassmaker N.J., Hui C.Y. Elastica solution for a nanotube formed by self-adhesion of a folded thin film. J. Appl. Phys., 2004, 96 (6), p. 3429-3434.

106. Mendach S., Schumacher О., Heyn C., et al. Preparation of curved two-dimensional electron systems in InGaAs/GaAs-microtubes. Physica E. 2004, 23 (3-4), p. 274-279.

107. Remskar M., Inorganic nanotubes. -Adv. Mat., 2004, 16 (17), p. 1497-1504.

108. Liu Y., Dong H., Liu M.L. Well-aligned "nano-box-beams" of Sn02. Adv. Mat., 2004, 16 (4), p. 353.

109. Bulaev D.V., Geyler V.A., Margulis V.A., Effect of surface curvature on magnetic moment and persistent currents in two-dimensional quantum rings and dots. Phys. Rev. B, 2004, 69 (19): Art. No. 195313.

110. Zhou T.Y., Xin X.Q. Room temperature solid-state reaction-a convenient novel route to nanotubes of zinc sulfide. Nanotechnology, 2004, 15 (5), p. 534-536.

111. Chaplik A.V., Blick R.H. On geometric potentials in quantum-electromechanical circuits. New journal of physics, 2004, 6, Art. No. 33.

112. Bulaev D.V., Margulis V.A. Magnetic moment of an electron gas on the surface of constant negative curvature. European physical journal B, 2003, 36 (2), p. 183-186.

113. Magarill LI, Entin M.V. Optical and photoelectric properties of helical quantum wires. JETP Letters, 2003, 78 (4), p. 213-217.

114. Vorob'ev A, Vaccaro P, Kubota K, et al. SiGe/Si microtubes fabricated on a silicon-on-insulator substrate Journal of physics d-applied physics, 2003, 36 (17), pp. L67-L69.

115. Bulaev D.V., Geyler V.A., Margulis V.A. Quantum Hall effect on the Lobachevsky plane. Physica B. 2003, 337 (1-4), p. 180-185.

116. Wang B.L., Chen Q., Wang R.H., et al. Synthesis and characterization of K2Ti60i3nanowires. Chem. Phys. Lett., 2003, 376 (5-6), p. 726-731.

117. Vorob'ev A., Vaccaro P., Kubota K., et al. Array of micromachined components fabricated using "micro-origami" method. -Jap. J. Appl. Phys. Lett., part 1-regular papers short notes & review papers. 2003,42 (6B), p. 4024-4026.

118. Golod S.V., Grutzmacher D., David C., et al. Fabrication of SiGe/Si/Cr bent cantilevers based on self-rolling of epitaxial films. Microelectronic engineering. 2003, 67-8, p. 595-601.

119. Korenblum В., Rashba E.I. Classical properties of low-dimensional conductors: Giant capacitance and non-ohmic potential drop. Phys. Rev. Lett., 2002, 89 (9): Art. No. 096803.

120. Vayssieres L, Keis K, Hagfeldt A. et al. Three-dimensional array of highly oriented crystalline ZnO microtubes. Chem. Mat., 2001, 13 (12), p. 4395.

121. Schmidt O.C., Schmarje N., Deneke C., et al. Three-dimensional nano-objects evolving from a two-dimensional layer technology. -Adv. Mat., 2001, 13 (10), p. 756759.

122. Nikishkov G.P. Curvature estimation for multilayer hinged structures with initial strains. J. Appl. Phys., 2003, 94 (8), p. 5333-5336.

123. Schmidt O.G., Deneke С., Kiravittaya S., et al. Self-assembled nanoholes, lateral quantum-dot molecules, and rolled-up nanotubes. IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, 2002, 8 (5), p. 1025-1034.

124. Zhang L., Deckhardt E., Weber A., Schonenberger C. and Griitzmacher D. Controllable fabrication of SiGe/Si and SiGe/Si/Cr helical nanobelts. Nanotechnology, 2005, 16(6), p. 655-663.

125. Mendach S., Kipp Т., Welsch H., Heyn Ch. and Hansen W., Interlocking mechanism for the fabrication of closed single-walled semiconductor microtubes. Semicond. Sci. Technol. 2005,20, p. 402-405.

126. Ведерников А.И., Чаплик A.B. Двумерные электроны в спирально свернутых квантовых ямах. ЖЭТФ, 2000, т. 117, вып.2. с.449-451.

127. Ведерников А.И., Чаплик А.В., Колебательные моды и элекгронно-фононное взаимодействие в полупроводниковых нанотрубках, ФТП, 2004,38(11).

128. Handbook of Nanoscience, engineering, and technology, ed. Goddard W. A., Ill Brenner D. W., Lyshevski S.E., Iafrate G.j., 2003, by CRC Press LLC.

129. Леденцов H.H., Устинов B.M., Щукин B.A., Копьев П.С., Алферов Ж.И., Д. Бимберг, Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. Обзор. Физика и техника полупроводников, 1998, т.32, №4, с. 385-410.

130. Notzel R., Ledentsov N.N., Daweritz L., Hohenstein M., Ploog K. Direct synthesis of corrugated superlattices on non-(100)-oriented surfaces. Phys.Rev.Lett., 1991, v. 67, p. 3812-3815,

131. Notzel R., Ledentsov N.N., Daweritz L., Ploog K., Hohenstein M. Semiconductor quantum-wire structures directly grown on high-index surfaces Phys. Rev. B, 1992, v. 45, №7, p. 3507-3515

132. Принц В.Я., Панаев И.А., Преображенский В.В., Семягин Б.Р., Высокотемпературная анизотропия проводимости сверхрешеток GaAs квантовых проволок, выращенных на фасетированных поверхностях 311 А, Письма ЖЭТФ, 1994, т.60, N3, с.209-212.

133. Panaev I.A., Prinz V.Ya., Vorob'ev A.B., Preobrazhenskii V.V., Semyagin B.R. Transport properties of AlAs/GaAs multilayer structures grown on (311)A GaAs substrates. Inst. Phys. Conf. Ser., 1997, v. 155, p. 113-116.

134. Vorob'ev A.B., Gutakovsky A.K., Prinz V.Ya., Preobrazhenskii V.V., Putyato M.A. Interface corrugation in GaAs/AlAs (311)A superlattices. Appl. Phys. Lett., 2000, v. 77, № 19, p. 2976-2978.

135. Vorob'ev A.B., Gutakovsky A.K., Prinz V.Ya. Cleavage of thin films for X-HREM study of interface quality in heterostructures. J. Cryst. Growth, 2000, v. 210, p. 182186.

136. Vorob'ev A.B., Gutakovsky A.K., Prinz V.Ya., Preobrazhenskii V.V., Semyagin B.R. Comparative X-HREM study of (311)A and (100) GaAs/AlAs superlattices. Inst. Phys. Conf. Ser., 2000, v. 166, p. 165-168.

137. Shchukin V. and Bimberg D., Spontaneous ordering of nanostructures on crystal surfaces, Rev. of Modern Physics, 1999, v.71(4).

138. Shchukin V., Borovkov A., Kop'ev P., Theiry of quantum-wire formation on corrugated surfaces. Phys. Rev. B, 1995, v.51(24), p. 17767-17779.

139. Алферов Ж.И. Двойные гетероструктуры: концепция и применения в физике, электронике и технологии (Нобелевские лекции по физике 2000) нобелевская лекция,

140. Vurgaftman I. and Meyer J., Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys J. Appl. Phys., 2001, v. 89(11), p.5815-5873.

141. Brunner K., Si/Ge nanostructures. Rep. Prog. Phys., 2002, 65, p.27-72.

142. Herman M.A., Richter W., Sitter H. Epitaxy. Physical orinciples and technical implementation. Spriger. Verlag Berlin Heidelberg New York, 2004, p. 522.

143. Vurgaftman I., and Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band parameters III-V compound semiconductors and their alloys. J. Appl. Physics, 2001, 89(11), p. 58155873.

144. Херман Мю Полупроводниковые сверхрешетки. Перевод с англ. Шика А., -Москва: «Мир», 1989, 238 с.

145. Milun М., Pervan P., Woodruff D. Quantum well structures in thin metal films: simple model physics in reality?-Rep. Prog. Phys., 2002, 65, p. 99-141.

146. Prinz V. Ya., Properties of semiconductor nanotubes and nanoshells fabricated on (111), (110) GaAs, Si and on vicinal (001) GaAs substrates. Physica E, 2004, 23, pp. 260-268.

147. Prinz V.Ya. Precise semiconductor nanotubes and nanocorrugated quantum systems. Physica E, 2004,24, pp. 54-62.

148. Принц В.Я., Самоформирующиеся прецизионныне 3D наноструктуры для будущих приборов наноэлектроники и наномеханики. в сборнике Нанотехнологии в полупроводниковой электронике, под ред. чл.-кор. А.Л.Асеева, изд. СО РАН Новосибирск, 2004. с. 85-120.

149. Zhang S.B., Yeh C.Y., Zunger A. Electronic structure of semiconductor quantum films. -Phys.Rev. B, 1993,48(15), p.l 1204-11219.

150. Williamson A.J., Zunger A. InAs quantum dots: Predicted electronic structure of free-standing versus GaAs-embedded structures. Phys.Rev. B, 1999, 59(24), p. 1581915824.

151. Franceschetti A., Zunger A. Free-standing versus AlAs-embedded GaAs quantum dots, wires, and films: The emergence of zero-confinement state. Appl.Phys.Lett., 1996, 68(24), p. 3455-3457.

152. Kim J., Wang L.W., Zunger A. Prediction of charge separation in GaAs/AlAs cylindrical nanostructures. Phys.Rev. B, 1997, 56(24), pp. R15541-R15544.

153. Williamson A.J., Zunger A., Canning A. Prediction of strain-induced conduction-band minimum in embedded quantum dots. Phys.Rev. B, 1998, 57(8), p.R4253-R4256.

154. Williamson A.J., Franceschetti A., Fu H., Wang L.W., Zunger A. Indirect band gaps in quantum dots made from direct-gap bulk materials. J.Electron. Mater., 1999, 28(5), p.414-425.

155. Fritsche R., Wisotzki E., Islam A.B.M.O., Thissen A., Klein A., Jaegermann W., Electronic passivation of Si (111) by Ga-Se half-sheet termination. Appl. Phys. Lett., 2002, 80 (8), p. 1388-1390.

156. Wilks S.P., Teng K.S, Dunstan P.R., Williams R.H., The passivation of atomic scale defects present on III-V semiconductor laser facets: an STM/STS investigation. -Appl. Surf. Scien., 2002, 190, p. 467-474.

157. Preisler E.J., Strittmatter R.P., McGill T.C., Hill C.J., Nitridation of epitaxially grown 6.1 A semiconductors studied by X-ray photoelectron spectroscopy. Appl. Surf, Scien., 2004, 222, p. 6-12.

158. Berkovits V.L., Ulin V.P., Losurdo M., Capezzuto p., Bruno G., Perna G., Capozzi V., Wet chemical nitridation of GaAs (100) by hydrazine solution for surface passivation. Appl. Phys. Lett., 2002, 80 (20), p. 3739-3741.

159. Augelli V., Ligonzo Т., Minafra A., Schiavulli L., Capozzi V., Perna G., Ambrico M., Losurdo M., Optical and electrical characterization of n-GaAs surfaces passivated by N2-H2 plasma. J. of Luminescence, 2003 , 102-103, p. 519-524.

160. Anantathanasarn S., Hasegawa H., Photoluminescence and capacitance-voltage characterization of GaAs surfaces passivated by an ultrathin GaN interface control layer. Appl. Surf. Scien., 2002, 190, p. 343-347.

161. Anantathanasarn S., Ootomo S., Hashizume Т., Hasegawa H., Surfaces passivation of GaAs by ultra-thin cubic GaN layer. -Appl. Surf. Scien., 2002, 159-160, pp. 456-461.

162. McGinley C., Borchert H., Talapin D. V., Adam S., Lobo A., de Castro A. R. В., Haase M., Weller H., and Moller Т., Core-level photoemission study of the InAs/CdSe nanocrystalline system. -Phys. Rev. B, 2004, 69, p. 045301.

163. Borchert H., Talapin D. V., McGinley C., Adam S., Lobo A., de Castro A. R. В., Moller Т., Weller H., High resolution photoemission study of CdSe and CdSe/ZnS core-shell nanocrystals. -The Journal of Chemical Physics, 2003, 19(3), p. 1800-1807.

164. Lu W., Schmidt W.G., Bernhole J., Cycloaddition reaction versus dimmer cleavage at the Si(001):C5H8 interface. -Phys. Rev. B, 2003, 68, p. 115327.

165. Sun J., Seo D., O'Brien W., Himpsel F., Ellis A., Chemical bonding electronic properties of SeS2-treated GaAs (100). -J. Appl. Phys., 1999, 85(2). p. 969-977.

166. Bryant G. Theory for quantum-dot quantum wells: Pair correlation and internal quantum confinement in nanoheterostructures, -Phys. Rev. B, 52(24), p. R16997-R17000.

167. Cordero S., Carson P., Estabrook R., Strouse G. and Buratto S. Photo-Activated Luminescence of CdSe quantum dot monolayers, -J. Phys. Chem. B, 2000, 104, p. 12317-12142.

168. Nirmal M. and Brus 1., Luminescence photophysics in semiconductor nanocrystals, -Acc. Chem. Res. 1999, 32, p. 407-414.

169. Micic O., Curtis C., Jones K., J. Sprague and A.Nozik, Synthesis and characterization of InP quantum dots, -J.Phys.Chem. 1994, 98, p.4966-4969.

170. Green M. and O'Brien P. Recent advances in the preparation of semiconductors as isolated nanometric particles: new routes to quantum dots, -Chem. Commun. 1999, p. 2235-2241.

171. Марков С., Органический синтез коллоидных квантовых точек. Окно в Микро Мир, 2002, №4, с. 18.

172. Chen S., Huang К., Stearns J., Alkanethiolate-Protected palladium nanoparticles, -Chem. Mater. 2000, v. 12 (2) p.540-547.

173. Alivisatos A. Perspecives on the physical chemistry of semiconductor nanocrystals, -J. Phys. Chem. 1996, v.100(31), p.13226-13239.

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

175. Pan E. Elastic and piezoelectric fields in substrates GaAs (001) and GaAs (111) due to a buried quantum dot. J. Appl. Phys. 2002, 91(10), p. 6379.

176. Kroemer H., Heterostructures tomorrow: from Physics to moore's law, Compound Semiconductor, -Inst. Phys. Conf. Ser., 2000, 166(1), p. 1-11.

177. Landau L. D., and Lifshitz E. M., Theory of Elasticity (Pergamon, Oxford, 1986).

178. Audoly В., Stability of Straight Delamination Blisters, -Phys. Rev. Lett., 1999, 83(20), p.4124-4127.

179. Gille G., Rau В., Buckling instability and adhesion of carbon layers, -Thin Solid Film, 1984, 120, p.109-121.

180. Yu H., Kim C., Sanday S., Buckle Formation in vacuum-deposited thin films, -Thin Solid Film, 1991,196, p.229-233.

181. Brandt O., Ploog K., Bierwolf R., and Hohenstein M. Breakdown of continuum elasticity theory in the limit of monatomic films. Physical Review Letters, 1992, 68, p.1339.

182. Woicik J., Pellegrino J., Southworth S., Shaw P., Karlin В., Bouldin C., Miyano K., Accommodation of strain in ultrathin InAs/GaAs films, -Phys. Rev.B, 1995, 52(4), p. R2281-R2284.

183. Hybertsen M. S., Role of interface strain in a lattice-matched heterostructure. Phys. Rev. Lett. 1990,64, p. 555.

184. Van de Walle C.G. Band lineups and deformation potentials in the model-solid theory. -Phys.Rev. B, 1989, 39(3), pp. 1871-1883.

185. Uchida K., Takagi S. Carrier scattering induced by thickness fluctuation of silicon-on-insulator film in ultrathin-body metal-oxide-semiconductor field-effect transistors, -Appl. Phys. Lett., 2003, 82(17), p. 2916-2918.

186. Barker J., Introduction to quantum transport in electron waveguides. Granular nanoelectronics ed. By D.Ferry J. Barker C. Jacoboni NATO ASI Series B: Physics, 1990, p. 251.

187. Creci G., Weber G., Electron and hole states in V-groove quantum wires: an effective potential calculation, -Semicond. Sci. Technol., 1999, 14, pp. 690-694.

188. Gorelik L. Y., Isacsson A., Voinova M. V., Kasemo В., Shekhter R. I., and Jonson M. Shuttle Mechanism for Charge Transfer in Coulomb Blockade Nanostructures. -Phys. Rev. Lett. 1998, 80, p. 4526^529.

189. Blick R. H., Erbe A., Percini L. at all. Nanostructured silicon for studying fundamental aspects of nanomechanics. J. Phys. Cond. Mat. 2002,14, p. R905-R945.

190. Кравченко А.Ф., Принц В .Я. Исследование глубоких центров в арсениде галлия методом емкостной спектроскопии. -Известия ВУЗов, Физика, 1980, № 1 с. 53-63.

191. Орлов О.М., Принц В .Я., Скок Э.М. Прибор для автоматического измерения профиля концентрации мелких уровней. -ПТЭ, 1979, № 4, с.258-261.

192. А.с. 573782 (СССР). Способ контроля полупроводниковых материалов и устройство для его осуществления./ В.Я.Принц, О.М.Орлов, Э.М.Скок. Опубл. в Б.И., 1977, N35.

193. А.с. 710007 (СССР). Способ измерения распределения носителей заряда в полупроводниках./ О.М.Орлов, В.Я.Принц, Э.М.Скок. Опубл. в БИ., 1980, N 2.

194. Принц В. Я., Булатецкий К. Г. Спектроскопия глубоких примесных уровней компенсационным методом ПТЭ, 1979, № 4, с. 255.

195. А.с. 843642 (СССР). Способ контроля глубоких уровней в полупроводниках и устройство для его реализации. В.Я.Принц, О.М.Орлов. Опубл. в БИ., 1982, N 12.

196. Самойлов В.А., Принц В.Я. Емкостный спектрометр глубоких уровней. ПТЭ, 1985, в. 5, с. 178.

197. Речкунов С.Н., Принц В.Я. Низкочастотный емкостной спектрометр глубоких, уровней в полупроводниках ПТЭ, 1986, N. 5, с. 182-185.

198. Принц В. Я., Самойлов В.А. О контроле емкостными методами эпитаксиальных структур GaAs, предназначенных для изготовления ИС и ПТШ. -Микроэлектроника, 1989, т. 18, в.5, с. 416- 420.

199. Принц В.Я., Речкунов С.Н. Выявление неоднородности встроенного заряда в МДП-структурах на основе арсенида индия при измерении профиля легирования. -Микроэлектроника, 1990, т. 19, в. 3 с. 252-257.

200. А.с. 805873 (СССР). Способ контроля ловушек неосновных носителей заряда в полупроводниках. В.Я.Принц. Опубл. в БИ., №30, 1983.

201. Патент 2006984 «Способ отбраковки полупроводниковых структур на полуизолирующих подложках по степени проявления эффекта обратного управления» В.Я.Принц. Опубл. в Б.И., 1994, №2.

202. Патент 2094908 «Неразрушающий способ контроля качества многослойных полупроводниковых структур на полуизолирующих подложках», В.Я.Принц, Опубл. вБ.И., 1997, №30.

203. Принц В.Я. Способ неразрущающей характеризации полупроводниковых слоев на полуизолирующих подложках по эффекту обратного управления, Патент России, опубл.1993, N 4819845.

204. Патент 2097872 «Неразрушающий способ определения подвижности носителей заряда в полупроводниковых структурах на полуизолирующих подложках и устройство для его осуществления» В.Я.Принц, И.А.Панаев опубл. в Б.И. 1997, №33.

205. Panaev I.A., Prinz V.Ya., Nondestructive and contactless microwave methods for profiling mobility in active layers of multilayer structures grown on semiinsulating substrates. -Materials Science and Engineering, 1997, B44 p. 130-133.

206. Мальцев C.B., Принц В.Я., Сильнополевое заполнение глубоких уровней в гетероструктурных полевых транзисторах с модулированным легированием (AlGaAs/GaAs). ФТП, 1992, т.26, в.12, с.2133-2136.

207. Lang D. V. Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors. J. Appl. Phys., 1974, v.45, № 7, p. 3023.

208. Lang D. V. Fast capacitance transient apparatus: Application to ZnO and О centers in GaP p-n junctions.-J. Appl. Phys., 1974, v.45, № 7, p. 3014.

209. Miller G.L., Lang D.V., Kimerling L.C. Capacitance transient spectroscopy. Ann. Rev. Mater. Sci., 1977, p. 377.

210. Miller G.L., Ramizer J.V. and Robinson D. A. H. Correlation method for semiconductor transient signal measurement. J. Appl. Phys., 1975, v.46, № 6, p. 2638.

211. Breitenstein О. A Capasitence Meter of High Absolute Sensitivity Suitable for Scaning DLTS Aplication. Phys. Stat. Sol. (a) 1982, v.71, p. 159.

212. Johnson N. M. Measurement of deep levels in hydrogenated amorphous silicon by transient voltage spectroscopy. Appl. Phys. Lett., 1983, v. 42, № 11, p. 981.

213. Johnson N. M., Bartelink D.J., Gold R.B., Gibbons J. P. Constant capacitance of defect density in semiconductors J. Appl. Phys., 1979, v. 50, № 7, p. 4828.

214. Misrashi S. Peaker A.R. Hamilton B. A high sensitivity bridge for measurement of deep states in semiconductors. J. Phys. E: Sci. Inst, v.13, 1980, p.1055-1060.

215. DeJule R. Y., Haase M. A., Ruby D.S., Stillman G. E. Constant capacitance DLTS circuit for measuring high purity semiconductors. Solid-State Electronics, 1985, v.28, No 6, p. 639.

216. Принц В.Я., Бобылев Б.А. О влиянии сильного электрического поля на захват электронов безызлучательными центрами в GaAs.- ФТП, 1980, т.12(9), с. 19391941.

217. Prinz V.Ya., Rechkunov S.N., Influence of a strong electric field on the carrier capture by nonradiative deep-level centers in GaAs, -Phys. Stat. Sol. (b), 1983, v.H8(l), p.159-166.

218. Полевые транзисторы на арсениде галлия. Под ред. Д. В. Ди Лоренцо и Д.Д.Канделуола.-М.:Радио и связь (1988), с.33-35, 95.г-

219. Кучис Е.В., Гальвано-магнитные эффекты и методы их исследования. М.: Радио и связь (1990), с.152-160.

220. W.Jantz et al., Appl. Phys.A (1988) 45, p.225-232.

221. Schenkel Т., Persand A., and Park S.J., Solid state quantum computer development in silicon with ion implantation. -J. Appl. Phys., 2003, v. 94, N 11, p.7017-7024.

222. Henry C.H., Lang D.V. Nonradiative capture and recombination by multiphonon emission in GaAs and GaP.- Phys.Rev. B, 1977, 15, 989.

223. Kimerling L.- Solid St. Electron. 1978,21, p. 1391.

224. Болховитянов Ю.Б., Принц В.Я., Хайри Е.Х. Энергетический спектр глубоких уровней в GaAs легированном Sb. В кн.: Тез. докл, II Всес. совещание по глубоким уровням в полупроводниках, Ташкент, 1980, ч. I, с. 73.-74.

225. Принц В.Я.,. Хайри Е.Х, Самойлов В.А., Болховитянов Ю.Б. Глубокий уровень вводимый в GaAs легированием изовалентной примесью Sb. - ФТП, 1986, т. 20, в. 8, с. 1392-1395.

226. Соловьева Е.В., Рытова Н.С., Мильвидский М.Г., Ганина Н.В. Электрические свойства арсенида галлия, легированного изовалентными примесями. (GaAs:Sb, GaAa: In). ФТП, 1981, т. 15, в. 11, с. 2141-2146.

227. Соловьева Б.В., Мильвидскнй М.Г., Особенности дефектообразования в полупроводниках при изовалентном легировании. ФТП, 1983, т. 17, в. И с. 2022-2024.

228. Пихтин А.Н., Оптические переходы в полупроводниковых твердых растворах. -ФТП, 1977, т. 11, в. 3, с. 425-455.

229. Баженов В.К., Фистуль В.И., Изоэлектронные примеси в полупроводниках. Состояние проблемы. ФТП, 1984, т. 18, в.8, с. 1345-1362.

230. Бирюлин Ю.Ф., Ганина Н.В., Чалдышев В.В. Фотолюминисценция твердых растворов GaAsi.xSbx (0<х<0,01). ФТП, 1981, т. 15, в. 9, с. 1849-1852.

231. Бирюлин Ю.Ф., Ганина Н.В., Мильвидскнй М.Г., Чалдышев В.В., Шмарцев Ю.В. Фотолюминисценция твердых растворов GaAsi.xSbx и Gai.xInxAs (х<0,01).-ФТП, 1983, т. 17, в. 1, с. 108-114.

232. Баженов В.К., Петухов А.Г., Соловьева Е.В. Резонансный уровень сурьмы в арсениде галлия. ФТП, 1981, т. 15, в. 4, с. 768-771.

233. Уфимцев В.Б., Фистуль В.И. Изовалентное легирование соединений A3Br -Электронная техника. Материалы, 1984, в. 9 (194), с. 42-49.

234. Kalukhov V.A. and Chikichev S.I. The Influence of Isoelectronic Impurities on Intrinsic Deep Levels in Liquid Phase Epitaxial Gallium Arsenide. Phys. St. Sol. (a), 1985, v. 88, p. K59.

235. Yakusheva N.A., Prinz V.Ya., Bolkhovityanov Yu.B. Discovery of Electron Traps in LPE GaAs Grown from a Bismuth Melt. Phys. St. Sol. (a.), 1986, v. 95, p. K43-K46.

236. Самойлов B.A., Якушева H.A., Принц В.Я. Влияние изовалентной примеси Sb на образование электрически активных дефектов в GaAs. IX Всесоюзная конференция по физике полупроводников. Киев, 1990.

237. Самойлов В.А., Принц В.Я., Якушева Н.А. Влияние изовалентной примеси Sb на образование электрически активных дефектов в GaAs. ФТП, 1994, т.28, в.9, с.1617.

238. Mitonneau A., Martin G. М., Mircea A. Hole traps in bulk and epitaxial GaAs crystals. Electron. Lett., 1977, 13(22), p. 666-667.

239. Cavallini A., Polenta L. Mott barrier behavior by enhanced donorlike level neutralization in semi-insulating GaAs Schottky diodes. -Phys. Rev. B, 2004, 70 (7), Art. No. 075208.

240. Ling C.C., Fung S., Beling C.D., et al. A study of the electric field transient at the Au/semi-insulating GaAs contact under an alternating current square-pulse bias. -J. Phys. Cond. Mat. 2002, 14 (49), p.13705-13715.

241. Neumann A. Slow domains in semi-insulating GaAs. -J. Appl. Phys., 2001, 90 (1), p.1-26.

242. Isler M., Liebig D. Enhanced multiphonon capture of hot electrons by deep centers with strong lattice coupling: A Monte Carlo study of InP : Fe. -Phys. Rev. B, 2000, 61 (11), p.7483-7488.

243. Vittone E., Fizzotti F., Mirri K., et al., IBIC analysis of gallium arsenide Schottky diodes . -Nuclear instruments & methods in physics research section b-beam interactions with materials and atoms, 1999, 158 (1-4), p. 470-475.

244. Quintanilla L., Pinacho R., Enriquez L., et al. Electrical characterization of He-ion implantation-induced deep levels in p(+)n InP junctions.- J. Appl. Phys., 1999, 86 (9), p. 4855-4860.

245. Kohne L., Dadgar A., Bimberg D., et al. Osmium related deep levels in indium phosphide. -Physica status solidi a-applied research, 1999, 171 (2), pp. 521-537.

246. Yonenaga I., Werner M., Bartsch M., et al. Recombination-enhanced dislocation motion in SiGe and Ge. -Physica status solidi a-applied research 1999, 171 (1), p. 35-40.

247. Bonilla L.L., Hernando P.J., Kindelan M., et al. Determination of EL2 capture and emission coefficients in semi-insulating n-GaAs. Appl. Phys. Lett., 1999, 74 (7), p. 988-990.

248. Nava F., Vanni P., Canali C., et al. Analysis of uniformity of as prepared and irradiated SI GaAs radiation detectors. -IEEE transactions on nuclear science, 1998, 45 (3), p. 609-616.

249. Berwick K., Brozel M.R. Breakdown effects in semi-insulating gallium arsenide -Evidence for electric field enhanced hole capture. -Institute of physics conference series, 1998, 160, p. 123-128.

250. Cola A., Reggiani L., Vasanelli L. An extended drift-diffusion model of semi-insulating n-GaAs Schottky-barrier diodes. -Semiconductor science and technology, 1997, 12(11), p. 1358-1364.

251. Dadgar A., Engelhardt R., Kuttler M., et al. Capacitance transient study of the deep Fe acceptor in indium phosphide.- Phys. Rev. B, 1997, 56 (16), p. 10241-10248.

252. Hu Y.F., Ling С.С., Beling C.D., et al. Saturated electric field effect at semi-insulating GaAs-metal junctions studied with a low energy positron beam.- J. Appl. Phys., 1997, 82 (8), p. 3891-3899.

253. McGregor D.S., Hermon H. Room-temperature compound semiconductor radiation detectors. -Nuclear instruments & methods in physics research section a-accelerators spectrometers detectors and associated equipment 1997, 395 (1), p. 101-124.

254. Luo Y.L., Chen T.P., Fung S., et al. Reverse I-V characteristics of Au/semi-insulating GaAs(lOO). -Solid state communications, 1997, 101 (9), p. 715-720.

255. Sturman B.I., Aguilar M., AgulloLopez F. Analysis of space-charge wave effects in GaAs:EL2. -Phys. Rev. B, 1996, (19), p. 13737-13743.

256. Piazza F., Christianen P.C.M., Maan J.C. Electric field dependent EL2 capture coefficient in semi-insulating GaAs obtained from propagating high field domains. -Appl. Phys. Lett., 1996, 69 (13), p. 1909-1911.

257. Yamashita A. Capacitance-voltage hysteresis of an electrolyte-GaAs Schottky contact associated with field-enhanced trapping of hot electrons. -Sol.-St. El. 1996, 39 (9), p. 1269-1275.

258. Castaldini A., Cavallini A., Delpapa C., et al. Bias dependence of the depletion layer width in semiinsulating gaas by charge collection scanning microscopy. -Scanning microscopy, 1994, 8 (4), p. 969-978.

259. Delaye P, Sugg B. Photorefractive effect in gaas at low-temperature influence of the metastable state of the EL2 deffect. -Optical materials, 1995,4 (2-3), p. 256-261.

260. Delaye P, Sugg B. Temperature enhancement of the photorefractive effect in gaas due to the metastable state of the el2 defect. Phys. Rev. B, 1994. 50 (23), p. 1697316984.

261. McGregor D.S., Rojeski R.A., Knoll G.F., et al. Evidence for field enhanced electron-capture by el2 centers in semiinsulating gaas and the effect on gaas radiation detectors.- J. Appl. Phys., 1994, 75 (12), p. 7910-7915.

262. Turki K., Picoli G., Viallet J.E. Behavior of inpfe under high-electric-field. J. Appl. Phys., 1993, 73 (12), p. 8340-8348.

263. Lee J.C., Strojwas A.J., Schlesinger Т.Е., et al. Electrical isolation design rule for GaAs integrated-circuits fabricated on semi-insulating substrates. IEEE transactions on electron devices, 1991, 38 (3), p. 447-454.

264. Berwick K., Brozel M.R., Buttar C.M., et al. Assessment of SI GaAs particle detectors. Materials science and engineering b-solid state materials for advanced technology, 1997, 44 (1-3), p. 330-333.

265. Воробьев Ю.В., «О причинах сильной полевой зависимости сечений захвата электронов на глубокие примесные уровни в полупроводнике с разноэнергетическими долинами зоны проводимости». Физика и техника полупроводников, 1982, т.16, в.11, с.2033-2035.

266. Goto Н., Adachi Y., and Ikoma Т., Carrier capture by multiphonon emission at extrinsic deep centers induced by self-trapping in GaAs. J. Appl. Phys., 1983, v.54, p.1909-1923.

267. Принц В .Я., Кулагин С.А. Майор В.И. Зависимость параметров остаточных глубоких уровней в n- InGaAs от состава. ФТП, 1987, т. 12, с. 2130 .

268. Кравченко А.Ф., Принц В .Я. Зависимость энергетического спектра уровней, вводимых облучением электронами в GaAsi.xP и AlxGai.xAs, от состава. ФТП, 1978 т.12, с. 1612-1614.

269. Zeman B.J., Kristofic J., Prinz V.Ya, Rechkunov S.N. Deep levels in GaAsi.xP under high hydrostatic pressure Crystal Properties and Preparation, 1989, (19-20), p. 29-32.

270. Принц В.Я., Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф., Сильнополевой эффект переключения проводимости эпитаксиальных слоев GaAs и InP на полуизолирующих подложках. ФТП, 1987, т.8, с. 1517.

271. Патент 1463083 (Россия). Матричный фотоприемник./ В.Я.Принц. -в Б.И., № 14, 1995.

272. Патент 1306407 (Россия). Полупроводниковый прибор. /В.Я.Принц, П.А.Бородовский, А.Ф.Булдыгин. Опубл. в Б.И., №11, 1995.

273. Morenza J. L., Esteve D., Sol. St. Electron, 1978, 21, p. 239-746.

274. Hess K., Morkoc H., Shichijo H. Streetman B.G., Negative differential resistance through real-space electron transfer. Appl. Phys. Lett. 1979, 35(6), p. 469-471.

275. Lin L., Pisano A., Silicon-processed microneedles // Journal of Microelectromechanical Systems. V.8, 1999, p.78-84.

276. Il-Seok Son, Lai A., Hubbard В., Olsen Т., A multifunctional silicon-based microscale surgical system, Sensors and Actuators A, 2001, 91, p. 357-362.

277. Mailly F.et al., Anemometer with hot platinum thin film, Sensors and Actuators A, 2001,94, p. 32-38.

278. Fedorov A.V., Shiplyuk A.N., Maslov A.A., Burov E.V., and Malmuth N., Stabilization of a hypersonic boundary layer using an ultrasonically absorptive coating. J.Fluid Mech., 2003, 479, p. 99-124.

279. Hinze J.O., Turbulence an introduction to its mechanism and theory. New York McGraw-Hill book company, Inc., 1959, 680.

280. Goser K., Glosekotter P., Dienstuhl J., Nanoelectronics and nanosystems, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 2004

281. Prinz V.Ya., Yamaguchi H. at al., J. J. Appl. Phys., 2005.

282. Prinz V.Ya., V Seleznev.A., and Gutakovsky A.K., Application of controllable crack formation for nanoelectronic device elements fabrication, Inst. Phys. Conf. Ser., 1996, 155, p. 49-54.

283. Yamazaki K., Yamaguchi Т., and Namatsu H., Three-Dimensional Nanofabrication with 10-nm Resolution. Jpn. J. Appl. Phys., 2004, Vol. 43, p. LI 111.

284. Афанасьев A.M., Цымбал Е.Ю., Протопопов В.В., Предельные возможности капиллярных рентгеновских оптических систем. Труды ФТИАН том 4, Москва «Наука» 1992, отв. редактор JI.В.Беликов, с. 30-41.

285. Шевченко B.B., Киральные электромагнитные объекты. Соросовский образовательный журнал, 1998, № 2, с. 109-114.

286. Pendry J. A chiral route to negative refraction. Science, 2004, 306(19), p. 1353-1355.