Исследование морфологии и спектральных свойств гетерокомпозиций GeSi/Si, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.15, кандидат наук Лапин, Вячеслав Анатольевич

• Лапин, Вячеслав Анатольевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Лапин, Вячеслав Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ GE-SI, ИХ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ

1.1. Физические свойства элементарных полупроводников Si и Ge

1.2. Особенности эпитаксиального роста структур GeSi/Si в условиях молекулярно-лучевой эпитаксии

1.2.1 Принципиальная конструкция установки молекулярно-лучевой эпитаксии

1.2.2 Кинетика эпитаксиального роста структур при молекулярно-лучевой эпитаксии

1.2.3 Типы релаксации механических напряжений в системе Ge-Si

1.3. Формирование самообразующихся наноостровков GeSi/Si и их свойства

1.4. Пленки GeSi/Si и Ge/Si и возможности их пластической релаксации

1.4.1. Основные положения теории пластической релаксации напряженных пленок

1.4.2 Методики улучшения структурного совершенства гетероструктур Ge-Si

1.4.3 Типы источников зарождения дислокаций для гетероструктур GeSi/Si

1.5. Особенности формирования искусственных подложек германия

1.5.1. Сравнительный анализ методов получения слоев GeSi постоянного и переменного состава

1.5.2. Аннигиляция дислокаций как метод снижения плотности пронизывающих дислокаций в искусственных подложках Ge

1.6. Выводы по главе 1

Глава II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Материалы

2.2 Методика подготовки подложек

2.3. Установка молекулярно-лучевой эпитаксии ЦНА

2.3.1. Конструкция установки молекулярно-лучевой эпитаксии «ЦНА»

2.3.2. Подготовка вакуумных камер, их герметизация и высокотемпературный отжиг

2.3.3. Подготовка и загрузка молекулярных источников

2.4. Калибровка узлов установки молекулярно-лучевой эпитаксии «ЦНА»

2.4.1 Калибровка узла нагрева подложки

2.4.2 Калибровка молекулярных источников Ge и Si

2.5. Методы исследования состава и структуры

2.5.1 Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ)

2.5.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния света

2.5.3 ИК-Фурье-спектроскопия

2.5.4 Микроинтерферометрия для измерения толщин слоев

2.6. Выводы по главе II

Глава III. ПОЛУЧЕНИЕ НАНООСТРОВКОВ СОСТАВА GE/SI, SN/SI И

ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ

3.1. Анализ влияния условий получения на параметры наноостровков

3.1.1 Выявление оптимальной эффективной скорости распыления Ge для формирования наноостровков Ge/Si

3.1.2 Исследование параметров структур Ge/Si в зависимости от температуры подложки

3.1.3 Исследование параметров структур Ge/Si в зависимости от эффективной толщины слоя германия

3.2 Исследование параметров островков Sn/Si (100), а также структур Ge/Sn/Si (100)

3.3. Особенности роста наностровков Ge на подложке Si(100)

3.4. Выводы к главе III

Глава IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ГЕТЕРОСЛОЯ GE/SI(100) В ЗАВИСИМОСТИ ОТ

ЭФФЕКТИВНОЙ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ ГЕРМАНИЯ

4.1. Контроль гетероперехода Ge/Si на наличие окисного слоя методом ИК-спектроскопии

4.2. Исследование морфологии поверхности гетерослоя Ge/Si(100) в зависимости от эффективной толщины слоя германия

4.3. Исследование степени релаксации гетерослоя Ge/Si(100) в зависимости от эффективной толщины слоя германия

4.4. Выводы к главе IV

Глава V. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УЛУЧШЕНИЯ СТРУКТУРНОГ О

СОВЕРШЕНСТВА СПЛОШНЫХ СЛОЕВ GE/SI

5.1 Релаксация напряжений при помощи сверхструктур

5.2. Исследование влияния низкотемпературного буферного слоя на морфологию пленки Ge/Si

5.3. Слои сплава GexSij.x, их использование в качестве буфера в структуре Ge/GexSi,.x/Si(100)

5.3.1 Исследование спектров комбинационного рассеяния света пленок сплава GexSii_x с различной долей германия

5.3.2 Исследование влияния профиля изменения состава буферного слоя GexSi).x на морфологию пленки Ge/Si

5.4. Исследование возможности зарождения дислокаций несоответствия на островках состава Ge/Si в буферном слое с термоциклированием

5.5. Выводы по главе V

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Почетная грамота фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере победителю программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного

Конкурса - УМНИК 2012»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Сертификат участника Международной научно-практической конференции «Вопросы естественных наук: биология, химия, физика»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование морфологии и спектральных свойств гетерокомпозиций GeSi/Si, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в полупроводниковой электронике большое внимание уделяется материалам, перспективным с точки зрения создания новых устройств на квантовых эффектах. Гетероструктуры на основе системы Ge-Si представляют большой научный и практический интерес в силу своих уникальных электрических и оптоэлектрических свойств, а также их совместимостью с существующей кремниевой технологией [1]. Область применения подобных структур включает в себя формирование быстродействующих полевых транзисторов, разработку каскадного GeSi лазера терагерцового диапазона, фабрикацию искусственных подложек германия и т.д. [2] Однако получение релаксированных GeSi/Si (100) слоев с малой шероховатостью поверхности и низкой концентрацией дефектов является отдельной комплексной задачей. Особую сложность представляет собой изготовление искусственных подложек германия, в этом случае рассогласование параметров решеток подложки и слоя достигает ~ 4 %. В качестве методик, позволяющих получить более высококачественные с точки зрения морфологии поверхности слои GeSi, можно указать следующие: рост градиентных слоев, применение низкотемпературных буферных слоев, использование поверхностно-активных примесей, разориентацию подложки. Однако все указанные методики позволяют лишь частично снизить влияние относительно большого рассогласования параметров кристаллических решеток подложки Si и растущего эпитаксиального слоя. В литературе на настоящий момент сведения об особенностях роста структур Ge/Si с эффективной толщиной слоя >25 нм не встречаются. В данной диссертационной работе представлены результаты исследования морфологии поверхности гетероструктур GeSi/Si и их спектральных свойств в зависимости от параметров роста методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Были исследованы и проанализированы структуры GeSi/Si в

широком диапазоне эффективной толщины слоя, начиная с наноостровков различных типов (hut, dome, superdome), и заканчивая сплошными пленками с определенным рельефом поверхности. Отработаны некоторые известные и представлены новые методики, позволяющие снизить шероховатость поверхности пленок, улучшить совершенство выращиваемых слоев.

Целью диссертационной работы является исследование морфологии, механизмов релаксации в структуре и спектроскопических свойств эпитаксиальных пленок Ge/Si и GeSi/Si, осажденных на монокристаллические подложки Si(100) и Si(lll), в зависимости от эффективной толщины выращиваемого слоя и параметров роста.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Установление зависимостей характеристик (формы, размера, плотности распределения) самоформирующихся наноостровков Ge/Si, GexSnj.x/Si, Sn/Si с различной эффективной толщиной от параметров роста (температура подложки, скорость распыления, время ростового процесса) для нахождения оптимальных условий синтеза заданных структур.

2. Установление параметров структур Ge/Si и механизмов их релаксации в зависимости от эффективной толщины гетерослоя.

3. Исследование полученных образцов методами просвечивающей ИК-спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеивания света и методом сканирующей зондовой микроскопии.

4. Разработка методики снижения шероховатости поверхности пленок Ge/GexSi].x/Si при помощи особой структуры буферного слоя GexSii.x.

5. Исследование возможности снижения плотности прорастающих дислокаций на поверхности слоя Ge/GexSit.x/Si за счет аннигиляции дислокаций несоответствия в объеме буферного слоя GexSii„x для улучшения структурного совершенства искусственных подложек Ge.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней установлена взаимосвязь параметров структур Ge/Si и GeSi/Si с ростовыми условиями и эффективной толщиной слоя. Выявлены условия получения наноостровков определенных типов, формы, плотности распределения, а также сплошных пленок с эффективной толщиной >25 нм, впервые установлены механизмы их релаксации на различных этапах роста. Предложены новые методики снижения шероховатости релаксированных пленок Ge/Si и улучшения их структурного совершенства. Практическая значимость

Разработанные технологии могут быть использованы для получения искусственных подложек германия и эпитаксиальных слоев GexSii_x с низкой степенью шероховатости. Результаты работы могут быть полезны для технологов и разработчиков новых методов выращивания кремний-германиевых структур. Результаты могут использоваться при чтении лекционных курсов по специальности «Нанотехнология в электронике». Основные положения, выносимые на защиту;

1. Выявленные закономерности влияния условий и параметров роста самоформирующихся наноостровков на их характеристики (формы, размера, плотности распределения).

2. Результаты комплексного исследования морфологии эпитаксиальных пленок Ge/Si и механизмов их релаксации в зависимости от эффективной толщины гетерослоя.

3. Методики по снижению шероховатости гетеросистем Ge/Si и GeSi/Si подложках Si(l 11) и Si (100).

4. Метод снижения плотности прорастающих дислокаций на поверхности слоя Ge/GexSi].x/Si за счет аннигиляции дислокаций несоответствия в объеме буферного слоя GexSii_x.

Достоверность полученных результатов подтверждена:

- многократной повторяемостью экспериментальных данных;

- комплексом методов исследования (микроинтерферометрия, АСМ, РЭМ, ИК-спектроскопия, Раман-спектроскопия);

- согласием теоретических оценок с экспериментальными данными;

- согласованностью с известными литературными данными.

Личный вклад автора

Автором диссертационной работы были получены и исследованы указанные в работе образцы, выведены зависимости свойств пленок и островковых структур от условий и параметров роста, предложены различные методики по снижению шероховатости поверхности слоев GeSi/Si и Ge/Si. Обсуждение и интерпретация экспериментальных результатов проводились при участии научного руководителя и соавторов публикаций.

Реализация результатов работы

Тематика данной работы соответствует перечню приоритетных направлений фундаментальных исследований, утвержденных президиумом РАН.

Результаты диссертационной работы легли в основу проекта, поддержанного фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе Умник 2012 №16888

Диссертационная работа выполнена при поддержке: молодежного научно-инновационного конкурса Инновационные идеи молодежи Северного Кавказа - развитию экономики России». Тема НИОКР: «Разработка технологии изготовления искусственных подложек Ge на Si (100) с тонким гетерослоем» (2012 г.); грант в форме субсидии по теме «Получение и обработка функциональных наноматериалов» (2012 г.); контракт с ОАО "Радиотехнический институт им. Академика А.Л. Минца" (ОАО РТИ) "Создание подсистемы исследовательских и экспериментально-отработочных испытаний ФЭП и СБ стенда СЭП КА" (2009-2011 г.).

9

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международной научной конференции «Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии», (Ставрополь, 2012); региональной научно-практической конференции «Инновационные идеи молодежи Северного Кавказа - развитию экономики России» (Ставрополь, 2011, 2012 г.); Всероссийской молодежной конференции «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника» (Новочеркасск, 2012 г.); региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», (Ставрополь, 2010 г.); конференции молодых ученых по физике полупроводников "Лашкаревские чтения 2012" (Киев, 2012); международной заочной научно-практической конференции «Вопросы естественных наук: биология, химия, физика» (Новосибирск, 2012 г.); ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета «Университетская наука - региону» (Ставрополь, 2013).

Публикации

По тематике диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ, в том числе 5 статей в реферируемых журналах и 14 тезисов к докладам на международных, российских и региональных научно-технических конференциях.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов по работе. Содержит 129 страниц машинописного текста, включая 18 таблиц, 47 рисунков и список цитированной литературы в количестве 136 наименований.

Глава I. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ GE-SI, ИХ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ

1.1. Физические свойства элементарных полупроводников Si и Ge Германий (лат. Germanium, Ge) является химическим элементом IV группы периодической системы Д. И. Менделеева; имеет порядковый номер 32, атомную массу 72,59. В простом виде представляет из себя твердое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском. Существование и свойства германия были предсказаны в 1871 году Д. И. Менделеевым. В природе обнаружен в 1886 году немецким химиком К. Винклером в минерале аргиродите и был назван германием в честь родины Винклера.

Физические свойства германия. Кристаллы германия имеют кубическую структуру типа алмаза с параметром элементарной ячейки а = 5,6575 Â. Плотность твердого Ge составляет 5,327 г/см3 при 25 °С; жидкого -5,557 (при 1000 °С); tm 937,5 °С; tKHn около 2700 °С; коэффициент теплопроводности ~ 60 Вт/(м К) при 25 °С [3]. Чистый германий довольно хрупок при обычной температуре, но при повышенной температуре (выше 550 °С) поддается пластической деформации. Твердость германия по минералогической шкале составляет 6-6,5; коэффициент сжимаемости 1,4-10"6 см2/кгс; поверхностное натяжение 0,6 н/м. Германий - типичный полупроводниковый материал с шириной запрещенной зоны 1,104-10"19 Дж или 0,69 эв (25°С); удельное электрическое сопротивление германия высокой

чистоты 0,60 ом м при 25 °С; подвижность электронов 3900 и подвижность

2 8 дырок 1900 см/в еек (25 °С) (при концентрации примесей менее 10" %).

Прозрачен для инфракрасного излучения с длиной волны больше 2 мкм.

Германий является единственным химическим элементом, образующим с Si непрерывный ряд твердых растворов GexSii_x во всём диапазоне концентраций х = 0 1, кристаллизующихся в структурном типе алмаза (пространственная группа симметрии Fd3m). Постоянные решёток Ge

11

и Si составляют при 300 К as¡ = 0,5431 нм, аСе = 0,5657 нм, то есть различаются на 4,2 %.

Кремний (лат. Silicium, Si) является химическим элементом IV группы периодической системы Д. И. Менделеева; имеет порядковый номер 14, атомную массу 28,086. В природе элемент имеет три стабильных изотопа: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) и 30SÍ (3,05%).

Физические свойства кремния. Кристаллы кремния имеют кубическую гранецентрированную решетку типа алмаза с периодом а = 5.431 Â, плотностью 2,33 г/см3, окраска темно-серая с металлическим блеском. Температура плавления составляет 1417 °С, кипения - 2600 °С. Удельная теплоемкость (при 20-100 °С) 800 Дж/(кгК), или 0,191 кал/(гград); теплопроводность даже для самых чистых образцов не постоянна и находится в пределах (25 °С) 84-126 вт/(м-К), или 0,20-0,30 кал/(см-сек град). Коэффициент термического расширения составляет 2,33 10"6 К" , ниже 120 К становится отрицательным [4]. Кремний прозрачен для длинноволновых ИК-лучей; показатель преломления (для А. = 6 мкм) 3,42; диэлектрическая проницаемость 11,7. Кремний диамагнитен, атомная магнитная

восприимчивость -0,13-10~6. Твердость кремния по Моосу 7,0, по Бринеллю

2 2 2,4 Гн/м , модуль упругости 109 Гн/м , коэффициент сжимаемости

6 2

0,325 10" см /кг. Чистый кремний хрупок при обычной температуре, но при повышенной температуре (выше 800 °С) начинается заметная пластической деформация. Кремний - широко распространенный полупроводник. Электрические свойства очень сильно зависят от наличия и концентрации примесей. Собственное удельное объемное электрическое сопротивление кремния при комнатной температуре принимается равным 2,3-103 ом м. На воздухе на поверхности кремния образуется защитная оксидная пленка, способствующая устойчивости к окислению кремния даже при высоких температурах. В кислороде образует оксид кремния (IV) Si02, начиная с температуры 400 °С.

1.2. Особенности эпитаксиального роста структур GeSi/Si в условиях молекулярно-лучевой эпитаксии

1.2.1 Принципиальная конструкция установки молекулярно-лучевой эпитаксии

Установки МЛЭ представляют из себя многокамерные установки, предназначенные для получения эпитаксиальных многослойных пленочных и островковых структур в условиях сверхвысокого вакуума. В качестве источников молекулярного пучка в установках молекулярно-лучевой эпитаксии используются электронно-лучевые испарители, либо тигли из термостойкого и химически инертного при рабочих температурах нитрида бора. В классической системе МЛЭ молекулярные потоки формируются посредством термического испарения исходных веществ в так называемых

эффузионных ячейках, которые изготавливаются из кварцевых тиглей.

6 8

Предельный вакуум в рабочей камере составляет 10" - 10" Па.

Основные вакуумные камеры установки МЛЭ: модуль загрузки, транспортный узел и камера эпитаксии. Помимо указанных, система может также включать камеры предэпитаксиальной подготовки образца и исследовательские камеры.

Схема процесса МЛЭ показана на рисунке 1.1.

В арсенале диагностических средств МЛЭ активно используется метод дифракции отраженных быстрых электронов (Reflection High Energy Electron Diffraction- RHEED), датчик молекулярного потока, квадрупольный масс спектрометр для контроля состава остаточных газов. Эти приборы позволяют строго контролировать состав слоев и их структуру в режиме послойного роста, на уровне отдельных атомных слоев.

Рисунок 1.1 - Схема процесса молекулярно-лучевой эпитаксии 1 — нагреватель, 2 — подложка. 3 — заслонки, 4,5 — испарительные ячейки I — зона образования молекулярных пучков, II — зона смешивания. III — зона кристаллизации

1.2.2 Кинетика эпитаксиального роста структур при молекулярно-лучевой эпитаксии

Эпитаксиальный рост в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии включает в себя следующие элементарные процессы [5]:

1) адсорбция атомов из пучка на подложке;

2) диффузия адатомов по поверхности подложки;

3) встраивание атомов в кристаллическую решетку образующегося

слоя;

4) зарождение и последующее увеличение двумерных зародышей на подложке или на поверхности растущего слоя;

5) взаимодиффузия атомов, встроившихся в решетку;

6) десорбция адатомов, не встроившихся в решетку.

Среднее перемещение атома по поверхности за время t [6]

(1.1)

где Ds - коэффициент поверхностной диффузии:

Ds = Dsoexp(-¡|0 (1-2)

Предэкспоненциальный множитель Ds0 = a v, где а — средняя длина

диффузионного прыжка (то есть среднее расстояние между соседними

эквивалентными положениями атома в плоскости роста), к — постоянная

12 1

Больцмана, v ~ 10 с" — частота колебаний атома на поверхности. Энергия активации поверхностной диффузии для полупроводников Esd ~ 1 эВ. Таким образом, при Tg = 600 ^ 800 °С, за 1 секунду атом смещается на несколько десятков или даже сотен межатомных расстояний, что соответствует ~ 104 диффузионным прыжкам.

1.2.3 Типы релаксации механических напряжений в системе Ge-Si

Существует две причины возникновения механических напряжений в гетероэпитаксиальной структуре - это разница в коэффициенте термического расширения и различие параметров кристаллической решетки сопрягаемых материалов, причем доминирующим фактором является именно значения постоянных решеток. В случае, если несоответствие параметров решетки является достаточно высоким, как в Ge-Si системе, релаксация напряжений в структуре может происходить по следующим механизмам: псевдоморфный рост, упругая релаксация, взаимодиффузия гетерослоев и генерация дислокаций несоответствия (ДН) (рисунок 1.2).

1

в г

Рисунок 1.2 - Механизмы релаксации напряжений в структуре: (а) псевдоморфный рост; (б) упругая релаксация; (в) взаимодиффузия слоев; (г) генерация ДН

- Псевдоморфный рост (рисунок 1.2, а). Этот механизм задействован в случае, если толщина слоя меньше критической, т.е. < 3 МС для чистого Ge. Релаксация происходит в направлении, перпендикулярном поверхности подложки [7].

- Упругая релаксация (рисунок 1.2, б). После формирования на поверхности Si псевдоморфного слоя толщиной ~ 3 МС для чистого Ge (при «классических» условиях роста, когда температура подложки составляет 500600 °С), происходит формирование 3D островков по механизму Странски-Крастанова. Однако в случае, если температура подложки недостаточно высокая (ниже 375 °С [8]), островки не образуются, релаксация напряжений происходит при помощи генерации ДН.

- Взаимодиффузия (рисунок 1.2, в). Диффузия адатомов в объем подложки, вследствие чего напряжения постепенно релаксируют в объеме смешанного состава. В основном, такой механизм проявляется при высоких температурах (более 600 °С согласно Kissinger et al [9])

- Генерация ДН (рисунок 1.2, г). После того, как толщина слоя

начинает превосходить критическую, энергия становится настолько

16

большой, что на границе раздела возникают дислокации несоответствия, частично или полностью снимающие напряжения в объеме пленки.

В процессе молекулярно-лучевой эпитаксии на подложке Si первые несколько монослоев (MC) GeSi растут псевдоморфно, по механизму Ван-дер-Мерве. Таким образом, формируется сжатый в плоскости подложки смачивающий слой, в котором накапливаются упругие напряжения сжатия. Эти напряжения линейно возрастают с увеличением толщины осажденного слоя, и с определенного момента, после превышения критического значения толщины, происходит либо пластическая релаксация через образование ДН, либо упругая релаксация напряжений через образование самоформирующихся наноостровков. Тип механизма релаксации зависит от термодинамических условий и от доли Ge в сплаве GeSi [10]. Принято, что релаксация упругих напряжений путем образования дислокаций реализуется при х < 0,5, а путём формирования островков — при х > 0,5 (граничное значение х зависит от условий роста).

При пониженных температурах роста, недостаточных для реализации механизма упругой релаксации, образование дислокаций несоответствия происходит в случае, когда накопленной упругой энергии достаточно для преодоления энергетического барьера образования дислокации (~ 5 эВ для системы GeSi/Si(001) [11]). Критическая толщина образования дислокаций dcr зависит от х (рисунок 1.3). При дальнейшем росте релаксация упругих напряжений, накапливаемых по мере увеличения d, происходит путем образования всё новых дислокаций несоответствия.

Л*

Рисунок 1.3 - Зависимость критической толщины образования дислокаций несоответствия с1сг для эпитаксиального слоя Ое^^.^^ОО!) от д: [12]. 1 — область псевдоморфного роста; 2 — метастабильная область; 3 — область образования дислокаций

1.3. Формирование самообразующихся наноостровков Се81/81 и их свойства

Самоформирующиеся по механизму Странски-Крастанова наноостровки Ое81/81 привлекают большой интерес исследователей. Это связано с возможностью создания на их основе новых приборов с использованием квантовых эффектов [13].

Процесс образования когерентных наноостровков происходит, как уже отмечалось, после превышения некоторой критической толщины слоя ё\уь При этом слоевой рост сменяется трехмерным. В этом случае уменьшению свободной энергии системы подложка - смачивающий слой - островки способствует перераспределение упругих напряжений: вблизи вершины островков проявляются напряжения растяжения, а у их основания -напряжения сжатия (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Схема перераспределения упругих напряжений в пирамидальном кластере Ge/Si

Величина критическои толщины Owl зависит от х, а также от условии роста. Например, для системы Ge/Si(001) dWL уменьшается от 5 монослоев (0,75 нм) до 3 монослоев (0,45 нм) при повышении Тподложки от 500 до 800 °С [14].

После того, как началось образование 3D островков, их форма, размер и плотность распределения Ns зависят от эффективной толщины осажденного слоя, а также от ростовых условий. Сразу после превышения эффективной толщиной критического значения dWL, на поверхности начинают зарождаться трехмерные наноостровки, иначе называемые нанокластерами Ge. Они когерентны с кремниевой подложкой, т.е. не содержат дислокаций на границе раздела Ge/Si. При умеренных температурах роста состав массивов нанокластеров бимодален: часть из них имеет форму пирамид с квадратными основаниями, а другие имеют в качестве основания прямоугольники [15]. Благодаря своей форме, напоминающей хижины, такие нанокластеры называются hut-островками (от англ. hut - хата) [16] (рисунок 1.5). Hut-кластеры с прямоугольными основаниями огранены плоскостями (105) (рисунок 1.6, а), имеют характерное отношение длины к ширине основания 3 : 1, угол между основанием и гранью ~ 11° [17]. В плоскости подложки их основания ориентированы вдоль <100>. Пирамидальные (pyramid-островки) также огранены плоскостями (105) (рисунок 1.6, б).

X: 79,Я нм

Рисунок 1.5 - Полученные методом СТМ микроизображения ЬШ> кластеров ве, сформированных на поверхности 51(001) в процессе МЛЭ при температуре подложки 360 °С [18]

[100]

Рисунок 1.6 - Схематичное представление разных типов самоформирующихся когерентных островков германия: а) hut-кластер; б) пирамидальный островок (pyramid); в) dome-островок [19]

По мере увеличения эффективной толщины слоя германия doe растут и латеральные размеры упруго напряженных пирамидальных и hut-островков до значений примерно 100 - 120 нм. Соотношение высоты к длине при этом остается на уровне ~ 1 : 10, форма тоже сохраняется. Однако увеличение упругой энергии системы островки — смачивающий слой - подложка

приводит к необходимости включения новых механизмов релаксации напряжений:

1) образование дислокаций несоответствия. Такой механизм подразумевает условие превышения критической толщины слоя dGe > dWL и нарушение когерентности наноостровков с подложкой. Таким образом, упругой релаксации слоя недостаточно для снятия все возрастающих напряжений, процесс релаксации интенсифицируется механизмом пластической релаксации.

2) Образование «канавки» вокруг островков, которая является разрывом смачивающего слоя и обнажения поверхности подложки [20]. Подобные углубления в слое Ge/Si уменьшает упругие напряжения за счет того, что замещают собой области повышенных упругих напряжений, где смыкаются боковые грани островка и смачивающего слоя. В работе [21] показано, что глубина канавки прямо пропорциональна латеральному размеру островков, а коэффициент пропорциональности возрастает с увеличением температуры подложки.

После достижения определенной эффективной толщины (¿/се ^ 5,5 7 монослоев, в зависимости от Тподложки) hut- островки преобразуются в куполообразные dome-островки (от англ. dome — купол). В таких структурах отношение высоты к длине имеет большее значение, огранка имеет большее количество плоскостей: (105), (113), (15 3 23) (рисунок 1.6, в). Такой переход обусловлен тем, что дополнительные грани позволяют dome-островкам сильнее релаксировать. В процессе трансформации dome- в hut- островки может иметь место их сосуществование, однако при ¿/Ge ~ 10 монослоев все островки становятся одного dome-типа. При подходящих термодинамических условиях островки довольно однородны по размерам. Так в работе [22] были получены рекордные значения однородности при Тподложки =700 °С, dGe ~ 10,3 монослоев. В Слое Ge с Dome-островками за счет действия механизма упругой релаксации степень упругих напряжений может

быть понижена до 80 - 90 % [23]. При дальнейшем увеличении doe рост dome-островков продолжается, в них накапливаются дислокации несоответствия. До образования сплошного слоя при слиянии островков структуры с большими латеральными размерами и высотой названы superdome-островками. С их слиянием происходит формирование сплошного слоя пленки GeSi с высокой шероховатостью и плотностью пронизывающих дислокаций.

Размеры, форма и состав островков имеют сложную зависимость от условий выращивания. Существует несколько разновидностей моделей островкового роста в зависимости от ростовых условий, к примеру, термодинамическая и молекулярно-кинетическая. Кинетическая модель рассмотрена в работе [24]. Основное положение данной теории заключается в том, средний размер островка <D> при фиксированном аспектном соотношении AR = h/D может быть рассчитан следующим образом:

^ (AEs)3/2_/Ds(Te)

(L3)

gV g Ge

где Ds — коэффициент поверхностной диффузии Ge-адатомов, vGe — скорость поступления Ge-атомов на поверхность, AES и АЕе — изменение поверхностной и упругих энергий на единицу площади поверхности за счет образования островка.

Из данной теории следует, что параметрами островков можно управлять путем изменения поверхностной диффузионной длины адатомов Ge. Для ее снижения в работе [25] одновременно с осаждением атомов Ge на подложку был добавлен сурфактант. Указывается, что сурфактанты уменьшают длину адатомов путем пассивации свободных Ge связей, однако они не встраиваются в кристаллическую решетку растущего слоя, а сегрегируют на поверхности. Такая методика позволяет повысить плотность Ge-островков.

Еще одним методом формирования наноостровков с высокой плотностью является BLAG (Buffer layer-assisted growth) метод [26]. Он заключается в нанесении при температуре 10 К на подложку кремния нескольких монослоев инертного газа (Хе), после чего производится осаждение Ge. При этом ад атомы Ge будут иметь сверхвысокую подвижность и сформируют наноостровки различных типов в зависимости от эффективной толщины без образования смачивающего слоя [27]. Впоследствии при нагревании подложки инертный газ сублимирует. Таким образом были сформированы массивы наноостровков с плотностью 5 х Ю12 см"2.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лапин, Вячеслав Анатольевич, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

[1] Ismail К. Electron transport properties of Si/SiGe heterostructures: measurements and device implications / K. Ismail, S. F. Nelson, J. O. Chu, B. S. Meyerson //'Appl. Phys. Lett. - 1993. - Vol. 63. - P. 660 - 662.

[2] Болховитянов Ю. Б. Возможности и основные принципы управления пластической релаксацией пленок GeSi/Si и Ge/Si ступенчато изменяемого состава / Ю. Б. Болховитянов, А. К. Гутаковский, А. С. Дерябин, О. П. Пчеляков, Л. В. Соколов // ФТП. - 2008. - т.42. - вып. 1. - С. 3-22.

[3] Тананаев И. В. Химия германия / И. В. Тананаев, М. Я Шпирт -М., 1967.

[4] Козловский Е. А. Горная энциклопедия / Под редакцией Е. А. Козловского — М.: Советская энциклопедия, 1984—1991.

[5] Филатов Д. О. Фотоэлектрические свойства наноструктур GeSi/Si. Учебное пособие. / Д. О. Филатов, М. А. Исаков, М. В. Круглова -Н.Новгород: ННГУ, 2010. - 118 с.

[6]. Белявский В. И. Физические основы полупроводниковой нанотехнологии / В. И. Белявский // СОЖ. - 1998. - №10. - С. 92 - 98.

[7] Liu W. К. Thin Films: Heteroepitaxial Systems / W. К. Liu, M. B. Santos // World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. - Singapore, 1999.

[8] Ericsson L. Silicon/Germanium molecular beam epitaxy. Physics D-level thesis / L. Ericsson // Karlstads universitet, Karlstad, 2006.

[9] Kissinger W. Dependence of the interface sharpness of a Ge single quantum well on molecular-beam-epitaxial growth conditions / W. Kissinger, H. J. Osten, G. Lippert, B. Dietrich, E. Bugiel // Journal of Applied Physics. -1994.-Vol. 76.-P. 8042.

[10] Tersoff J. Competing relaxation mechanisms in strained layers / J. Tersoff, F. K. LeGoues // Phys. Rev. Lett. - 1994. - Vol. 72. - P. 3570.

[11] LeGoues F. К. Measurement of the activation barrier to nucleation of dislocation in thin films / F. K. LeGoues, P. M. Mooney, J. Tersoff // Phys. Rev. Lett. - 1993.-Vol. 71.-P. 396.

[12] Paul D. J. Si/SiGe heterostructures: from material and physics to devices and circuits / D. J. Paul // Semicond. Sci. Technol. - 2004. - Vol. 19. P. R75.

[13] Пчеляков О. П. Кремний-германиевые наноструктуры с квантовыми точками: механизмы образования и электрические свойства / О. П. Пчеляков, Ю. Б. Болховитянов, А. В. Двуреченский, Л. В. Соколов, А. И. Никифоров, А. И. Якимов, Б. Фойхтлендер // ФТП. - 2000. - том 34. -вып. 11.-С. 1281 - 1299.

[14] Tomitori М. STM study of the Ge growth mode on Si(001) substrates / M. Tomitori, K. Watanabe, M. Kobayashi et al // Appl. Surf. Sci. - 1994. -Vol. 76-77.-P. 322.

[15] Iwawaki F. STM study of epitaxial grows of Ge on Si(001) / F. Iwawaki, M. Tomitori, O. Nishikawa // Surf. Sci. Lett. - 1991. - Vol. 253. -P. 411.

[16] Voigtlander B. Fundamental processes in Si/Si and Ge/Si epitaxy studied by scanning tunneling microscopy during growth / B. Voigtlander // Surf. Sci.-2001.-Vol. 43.-P. 127.

[17] Fujikawa Y. Charge transfer in the atomic structure of Ge (105) / Y. Fujikawa, T. Sakurai, M. G. Lagally // Appl. Surf. Sci. - 2006. - Vol. 252. -P. 5244-5248.

[18] Арапкина Л. В. Классификация Hut-кластеров Ge в массивах, формируемых на поверхности Si(001) методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низких температурах / Л. В. Арапкина, В. А. Юрьев // Успехи физических наук. Приборы и методы исследований. - 2010. - том 180. - №3 -С. 289-302.

[19] Лобанов Д. Н. Метод молекулярно пучковой эпитаксии и его применение для формирования SiGe наноструктур (учебно-методические материалы) Д. Н. Лобанов, А. В. Новиков, 3. Ф. Красильник // Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского -Нижний Новгород, 2010.

[20] Tambe D. Т. On the energetic origin of self-limiting trenches formed around Ge/Si quantum dots / D. T. Tambe, V. B. Shenoy // Appl. Phys. Lett. -2004.-Vol. 85.-P. 1586.

[21] Sonnet P. Physical origin of trench formation in Ge/Si(100) islands / P. Sonnet, P. C. Kelires // Appl. Phys. Lett. - 2004. - Vol. 85. - P. 203.

[22] Востоков H. В. Однородные наноостровки Ge на Si(001) / H. В. Востоков, И. В. Долгов, Ю. Н. Дроздов и др // Изв. РАН: Серия физическая. - 2000.-№ 63. - С. 302.

[23] Востоков Н. В. Упругие напряжения и состав самоорганизующихся наноостровков GeSi на Si (001) / Н. В. Востоков, С. А. Гусев, И. В. Долгов и др // ФТП. - 2000. - № 34. - С. 8.

[24] Дубровский В. Г. Температурная зависимость морфологии ансамблей нанокластеров в системе Ge/Si(100) / В. Г.Дубровский,

B. М. Устинов, А. А. Тонких и др // Письма в ЖТФ. - 2003. - № 29. С. 41.

[25] Тонких А. А. О возможностях подавления формирования dome-кластеров при молекулярно-пучковой эпитаксии Ge на Si (100) / А. А. Тонких, Г. Э. Цырлин, В. Г. Дубровский и др // ФТП. - 2004. - № 38. -

C. 1239.

[26] Li А. P. Buffer layer-assisted grows of Ge nanoclusters on Si / A. P. Li, J. F. Wendelken // Nanoscale Res Lett. - 2006. - № 1 - P. 11 - 19.

[27] Li A. P. Photoluminescence and local structure og Ge nanoclusters on Si without a wetting layer / A.P. Li, F. Flack, M.G. Lagally, M.F. Chisholm, K. Yoo, Z.Y. Zhang, H.H. Weitering, J.F. Wendelken // Phys. Rev. B. - 2004. -№69.-P. 245310.

[28] Bean J. С. GexSi]_x/Si strained layer superlattice grown by molecular-beam epitaxy / J С Bean, L С Feldman, A T Fiory, S Nakahara, I К Robinson // J. Vac. Sci. Technol. - 1984. - A 2. - P. 436 - 440.

[29] Fukuda Y. High quality heteroepitaxial Ge growth on (100) Si by MBE / Y. Fukuda, Y. Kohama // J. Cryst. Growth. - 1987. - Vol. 81. P. 451 - 457.

[30] People R. Calculation of critical layer thickness versus lattice mismatch for GexSii_x/Si strained-layer heterostructures / R. People, J. C. Bean // J. Appl. Phys. Lett. - 1985. - Vol. 47. - P. 322.

[31] Merwe V. D. Crystal Interfaces. Part I. Semi-Infinite Crystals / Van der Merwe // J. Appl. Phys. - 1963. - Vol. 34(1). - P. 117.

[32] Kasper E. Equally strained Si/SiGe superlattices on Si substrate / E. Kasper, H. J. Herzog, H. Daembkes, G. Abstreiter // Layered Structure and Epitaxy. - 1986. - Vol. 56. - P. 347 - 357.

[33] Kasper E. Elastic strain and misfit dislocation density in Ge0.92Si0.08 films on silicon substrates / E Kasper, H J Herzog // Thin Solid Films. - 1977. -Vol. 44.-P. 357-370.

[34] Болховитянов Ю. Б. Искусственные подложки GeSi для гетероэпитаксии - достижения и проблемы / Ю. Б. Болховитянов, О. П. Пчеляков, Л. В. Соколов, С. И. Чикичев // ФТП. - 2003. - том 37. -вып. 5.-С. 513 - 538.

[35] Болховитянов Ю. Б. Кремний-германиевые эпитаксиальные пленки: физические основы получения напряженных и полностью релаксированных гетероструктур / Ю. Б. Болховитянов, О. П. Пчеляков, С. И. Чикичев // УФН. - 2001. - № 171. - С. 689.

[36] Houghton D. С. Strain relaxation kinetics in GexSii.x/Si heterostructures / D. C. Houghton // J. Appl. Phys. - 1991. - Vol. 70. - P. 2136.

[37] Gillard V. T. Role of dislocation blocking in limiting strain relaxation in heteroepitaxial films / V. T. Gillard, W. D. Nix, L. B. Freund // J. Appl. Phys. -1994.-Vol. 76.-P. 7280.

[38] Matthews J. W. Defects in epitaxial multilayers: I. Misfit dislocations / J. W. Matthews, A. E. Blakeslee // J. Cryst. Growth. - 1974. - Vol. 27. -P. 118-125.

[39] Dodson B. W. Meta-stability in Si/Ge strained layer structures B. W. Dodson // MRS Sym. Proc. on Heteroepitaxy on Silicon: Fundamentals, Structure and Devices. - 1988. - Vol. 116. - P. 491 - 503.

[40] Green M. L. Mechanically and thermally stable Si-Ge films and heterojunction bipolar transistors grown by rapid thermal chemical vapor deposition at 900 °C / M. L. Green, B. E. Weir, D. Brasen, Y. F. Hsieh, G. Higashi, A. Feygenson, L. C. Feldman, R. L. Headrick. // J. Appl. Phys. - 1991. - Vol. 69. -P. 745.

[41] People R. Calculation of critical layer thickness versus lattice mismatch for GexSi].x/Si strained layer heterostructures / R. People, J. C. Bean // Appl. Phys. Lett. - 1985. - Vol. 47. - P. 322 - 324.

[42] People R. Modulation doping in GexSii_x/Si strained layer heterostructures: Effects of alloy layer thickness, doping setback, and cladding layer dopant concentration / R. People, J. C. Bean, D. V. Lang // J. Vac. Sci. Technol. - Vol. A3. - P. 846 -850.

[43] Kasper E. A one-dimensional SiGe superlattice grown by UHV epitaxy / E. Kasper, H. .J Herzog, H. Kibbel // Appl. Phys. - 1975. - Vol. 8. - P. 199.

[44] Jain S. C. Structure, properties and applications of GexSil-x strained layers and superlattices / S. C. Jain, W. Hayes // Semicond. Sci. Technol. - 1991. -Vol. 6.-P. 547-576.

[45] Luan H. -C. High-quality Ge epilayer on Si with low threading-dislocation densities / H. -C. Luan, D. R. Lim, K. K. Lee, K. M. Chen, J. G. Sandland, K. Wada, L. C. Kimerling // Appl. Phys. Lett. - 1999. - Vol. 75. -P. 2909.

[46] Colace L. Efficient high-speed near-infrared Ge photodetectors integrated on Si substrates / L. Colace, G. Masini, G. Assanto, H. C. Luan, K. Wada, L. C. Kimerling//Appl. Phys. Lett. - 2000. - Vol. 76. - P. 1231 - 1233.

[47] Fujii O. Sophisticated methodology of dummy pattern generation for suppressing dislocation induced contact misalignment on flash lamp annealed eSiGe wafer / O. Fujii, T. Sanuki, Y. Oshiki, T. Itani, T. Kugimiya, N. Nakamura, M. Tamura, T. Sato, I. Mizushima, H. Yoshimura, M. Iwai, and F. Matsuoka // VLSI Tech. - 2009. - P. 156.

[48] Halbwax M. Kinetics of Ge growth at low temperature on Si (001) by ultrahigh vacuum chemical vapor deposition / M. Halbwax, D. Bouchier, V. Yam,

D. D'ebarre, L. H. Nguyen, Y. Zheng, P. Rosner, M. Benamara, H. P. Strunk, C. Clers // Appl. Phys. Lett. - 2005. - Vol. 97. - P. 64907-1.

[49] Liu J. Ge films grown on Si substrates by molecular-beam epitaxy below 450°C / J. Liu, H. J. Kim, O. Hulko, Y. H. Xie, S. Sahni, P. Bandaru,

E. Yablonovitch // J. Appl. Phys. - 2004. - Vol. 96. - P. 916 - 919.

[50] Hoshi Y. Ion dose, energy, and species dependencies of strain relaxation of SiGe buffer layers fabricated by ion implantation technique / Y. Hoshi, K. Sawano, A. Yamada, N. Usami, K. Arimoto, K. Nakagawa, Y. Shiraki // Journal of App. Phys. - 2010. - Vol. 107. - P. 103509.

[51] Yang C. L. Alleviating eSiGe Strain Relaxation Using Cryo-Implantation / C. L. Yang, C. I. Li, G. P. Lin, I. M. Lai, R. Liu, H. Y. Wang, B. C. Hsu, M. Chan, J. Y. Wu, B. N. Guo, B. Colombeau, T. Wu, S. Lu // Electrochemical and Solid-State Letters. - 2011. - Vol. 14 (11). - P. 467 - 469.

[52] Sakai A. Ge growth on Si using atomic hydrogen as a surfactant / A. Sakai, T. Tatsumi // Appl. Phys. Lett. - 1994. - Vol. 64. - P. 52.

[53] Dreiner S. Surfactant mediated heteroepitaxial growth of Ge/Si(lll) probed by X-Ray photoelectron diffraction / S. Dreiner, C. Westphal, F. Sokeland, H. Zacharias // Appl. Surf. Science. - 1998. - Vol. 123-123. - P. 610 - 614.

[54] Wietler T. F. Advances in surfactant-mediated growth of germanium on silicon: high-quality p-type films on Si / T, F. Wietler, A. Ott, E. Bugiel, K. R. Hofmann // Materials science in semiconductor processing. - 2005. - Vol. 8. -P. 73-77.

[55] Jiang Z. Effect of Sb as a surfactant on the inner diffusion of epilayer Ge atoms into Si substrate / Z. Jiang, A. Xu, D. Hu, H. Zhu, X. Liu, X. Wang, M. Mao, X. Zhang, J. Hu, D. Huang, X. Wang // Thin Sol. Films. - 1998. -Vol. 321.-P. 116-119.

[56] Bolkhovityanov Yu. B. Sb as surfactant at plastic relaxation of GeSi/Si(001) films grown by molecular-beam epitaxy: Reduction of surface roughness value / Yu. B. Bolkhovityanov, A. S. Deryabin, A. K. Gutakovskii, L. V. Sokolov // J. Cryst. Growth. - 2006. - Vol. 297. - P. 57 - 60.

[57] Ferrari C. Misfit dislocation and threading dislocation distribution in InGaAs and GeSi/Si partially relaxed heterostructures / C. Ferrari, G. Rossetto, E. A. Fitzerald // Materials Science and Engineering: B. - 2002. - Vol. 91 - 92. -P. 437-440.

[58] Fertig III R. S. Threading dislocation interaction in an inhomogeneous stress field: A statistical model / R. S. Fertig III, S. P. Baker // Scripta Materialia. -2011.-Vol. 65.-P. 384-387.

[59] Ueno T. Characterization of low temperature grown Si layer for SiGe pseudo-substrates by positron annihilation spectroscopy / T. Ueno, T. Irisawa, Y. Shiraki, A. Uedono, S. Tanigawa, R. Suzuki, T. Ohdaira, T. Mikado // J. Cryst. Growth. - 2001. - Vol. 227 - 228. - P. 761 - 765.

[60] Bolkhovityanov Yu. B. Strain relaxation of GeSi/Si(001) heterostructures grown by low-temperature molecular-beam epitaxy / Yu. B. Bolkhovityanov, A. S. Deryabin, A. K. Gutakovskii, M. A. Revenko, L. V. Sokolov // J. Appl. phys. - 2004. - Vol. 96 (12). - P. 7665.

[61] Peng C. S. Strain relaxation of GeSi alloy with low dislocation density grown on low-temperature Si buffers / C. S. Peng, H. Chen, Z. Y. Zhao, J. H. Li,

116

D. Y. Dai, Q. Huang, J. M. Zhou, Y. H. Zhang, C. H. Tung, T. T. Sheng, J. Wang // J. Cryst. Growth. - 1999. - Vol. 201 - 202. - P. 530 - 533.

[62] Peng C. S. The formation of dislocation in the interface of GeSi/low-temperature Si buffer grown on Si (001) / C. S. Peng, Y. K. Li, Q. Huang, J. M. Zhou // J. Cryst. Growth. - 2001. - Vol. 227 - 228. - P. 740 - 743.

[63] Bolkhovityanov Yu. B. Dominating nucleation of misfit dislocations from the surface in GeSi/Si(001) films with a stepwise composition grown by means of molecular-beam epitaxy / Yu. B. Bolkhovityanov, A. S. Deryabin, A. K. Gutakovskii, M. A. Revenko, L. V. Sokolov // J. Cryst. Growth. - 2006. -Vol. 293.-P. 247-252.

[64] Ni W. -X. X-ray reciprocal space mapping studies of strain relaxation in thun SiGe layers (100 nm) using a low temperature growth step / W. -X. Ni, K. Lyutovich, J. Alami, C. Tengstedt, M. Bauer, E. Kasper // J. Cryst. Growth. -2001.-Vol. 227-228.-P. 756-760.

[65] Chen P. S. Formation of relaxed SiGe on the buffer consists of modified SiGe stacked layers by Si pre-intermixing / P. S. Chen, S. W. Lee, M. H. Lee, C. W. Liu // Appl. Surf. Sci. - 2008. - Vol. 254 (19). - P. 6076 - 6080.

[66] Glasko J. M. Defects formed during 1 MeV Si ion-irradiation of GeSi/Si strained-layer heterostructures at elevated temperatures / J. M. Glasko, R. G. Elliman, J. Zou, D. J. H. Cockayne, J. D. Fitz Gerald // Nuclear instruments and methods in Physics research section B: Beam interactions with materials and atoms. - 1999. - Vol. 148. - P. 206 - 210.

[67] Bauer M. Relaxed SiGe buffers with thicknesses below 0.1 ¡o,m / M. Bauer, K. Lyutovich, M. Oehme, E. Kasper, H. -J. Herzog, F. Ernst // Thin Sol. Films. - 2000. - Vol. 369. - Issues 1-2. - P. 152 - 156.

[68] Gaucher B. Silicon germanium based millimeter-wave ICs for Gbps wireless communications and radar systems / B. Gaucher, B. Floyd, S. Reynolds, U. Pfeiffer, J. Grzyb, A. Joseph, E. Mina, B. Orner, H. Ding, R. Wachnik, K. Walter // Semicond. Sci. Technol. - 2007. - Vol. 22. - P. 236.

117

[69] Chilukuri K. Monolithic CMOS-compatible AlGalnP visible LED arrays on silicon on lattice-engineered substrates (SOLES) / K. Chilukuri, M. J. Mori, C. L. Dohrman, E.A. Fitzgerald // Semicond. Sci.Technol. - 2007. -Vol. 22.-P. 29.

[70] Ginige R. Characterization of Ge-on-Si virtual substrates and single junction GaAs solar cells / R. Ginige, B. Corbett, M. Modreanu, C. Barrett, J. Hilgarth, G. Isella, D. Chrastina, H. von Koenel // Semicond. Sci. Technol. -2006.-Vol. 21.-P. 775.

[71] Isella G. Heterojunction photodiodes fabricated from Ge/Si (100) layers grown by low-energy plasma-enhanced CVD / G. Isella, J. Osmond, M. Kummer, R. Kaufmann, H. von Koenel // Semicond. Sci. Technol. - 2007. - Vol. 22. -P. 26.

[72] Colace L. Ge/Si(001) Photodetector for Near Infrared light / L. Colace, G. Masini, F. Galluzzi, G. Assanto, G. Capellini, L. Di Gaspare, F. Evanqelisti // Solid State Phenomena. - 1997. - Vol. 54. - P. 55 - 58.

[73] Hartmann J. M. Epitaxial growth of Ge thick layers on nominal and 6° off Si(001); Ge surface passivation by Si / J. M. Hartmann, A. Abbadie, N. Cherkashin, H. Grampeix, L. Clavelier // Semicond. Sci. Technol. - 2009. -Vol. 24.-055002.

[74] Shan V. A. High quality relaxed Ge layers grown directly on Si(001) substrate / V. A. Shan, A. Dobbie, M. Myronov, D. R. Leadley // Solid-State Electronics.-2011.-Vol. 62 (l).-P. 189- 194.

[75] Bauer M. High Ge content photodetectors on thin SiGe buffers / M. Bauer, C. Schollhorn, K. Lyutovich, E. Kasper, M. Jutzi, M. Berroth // Materials Science and Engineering: B. - 2002. - Vol. 89. - P. 77 - 83.

[76] Sawano K. Strain field and related roughness formation in SiGe relaxed buffer layers // K. Sawano, N. Usami, K. Arimoto, K. Nakagawa, Y. Shiraki // Thin Sol. Films. - 2006. - Vol. 508. - P. 117 - 119.

[77] Liao K. F. Formation of high-quality and relaxed SiGe buffer layer with H-implantation and subsequent thermal annealing / K. F. Liao, P. S. Chen, S. W. Lee, L. J. Chen, C. W. Liu // Nuclear instruments and methods in physics research Section B: Beam interactions with materials and atoms. - 2005. - V 237. -P. 217-221.

[78] Caymax M. Non selective thin SiGe strain-relaxed buffer layers: Growth and carbon-induced relaxation / M. Caymax, R. Delhougne, M. Ries, M. Luysberg, R. Loo // Thin Sol. Films. - 2006. - Vol. 508. - P. 260 - 265.

[79] Currie M. Controlling threading dislocation densities in Ge on Si using graded SiGe layers and chemical-mechanical polishing / M. Currie, S. B. Samavedam, T. Langdo, C. W. Leitz, E. A. Fitzgerald // Appl. Phys. Lett. -1998.-Vol. 72.-P. 1718.

[80] Leonhardt D. Dislocation reduction in heteroepitaxial Ge on Si using Si02 lined etch pits and epitaxial lateral overgrows / D. Leonhardt, S. M. Han // Appl. Phys. Lett. - 2011. - Vol. 99 - P. 111911.

[81] Aouassa M. Ultra-thin planar fully relaxed Ge pseudo-substrate on compliant porous silicon template layer / M. Aouassa, S. Escoubas, A. Ronda, L. Favre, S. Gouder, R. Mahamdi, E. Arbaoui, A. Halimaoui, I. Berbezier // Appl. Phys. Lett. - 2012. - Vol. 101. - P. 233105.

[82] Yin H. Strain relaxation of SiGe islands on compliant oxide / H. Yin, R. Huang, K. D. Hobart, Z. Suo, T. S. Kuan, C. K. Inoki, S. R. Shieh, T. S. Duffy, F. J. Kub, J. C. Sturm // Journal of App. Phys. - 2002. - Vol. 91. - № 12.

[83] Luo Y. H. Effective compliant substrate for low-dislocation relaxed SiGe growth / Y. H. Luo, J. L. Liu, G. Jin, J. Wan, K. L. Wang, C. D. Moore, M. S. Goorsky, C. Chin, K. N. Tu // Appl. Phys. Lett. - 2001. - Vol. 78. - P. 1219.

[84] Chen C. Investigation of strain-relaxed SiGe thin film growth on ion«

implanted Si compliant substrate / C. Chen, B. Yu, J. Liu, J. Cao, D. Zhu, Z. Liu // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interaction with Materials and Atoms. - 2005. - Vol. 239 (4). - P. 433 - 439.

[85] Shaleev M. V. Transition from planar to island growth mode in SiGe structure fabricated on SiGe/Si(001) strain-relaxed buffers / M. V. Shaleev, A. V. Novikov, J. M. Hartmann, O. A. Kuznetsov, D. N. Lobanov, Z. F. Krasilnik // Appl. Phys. Lett.-2012.-Vol. 101.-P. 151601.

[86] Shaleev M. V. Transition from the two- to three- dimensional growth of Ge films upon deposition onto relaxed SiGe/Si(001) buffer layers / M. V. Shaleev, A. V. Novikov, D. V. Yurasov, J. M. Hartmann, O. A. Kuznetsov, D. N. Lobanov, Z. F. Krasilnik // Semiconductors. - 2013. - Vol. 47 (3). - P. 427 - 432.

[87] Xie Y. H. Fabrication of relaxed GeSi buffer layers on Si(100) with low threading dislocation density / Y. H. Xie, E. A. Fitzgerald, P. J. Silverman, A. R. Kortan, В. E. Weir // Materials Science and Engineering: B. - 1992. -Vol. 14(3).-P. 332-335.

[88] Samavedam S. B. Novel dislocation structure and surface morphology effects in relaxed Ge/Si-Ge(graded)/Si structure / S. B. Samavedam, E. A. Fitzgerald // J. Appl. Phys. - 1997. - Vol. 81. - P. 3108.

[89] Fitzgerald E. A. Dislocations in relaxed SiGe/Si heterostructures / E. A. Fitzgerald, M. T. Currie, S. B. Samavedam, T. A. Langdo, G. Taraschi, V. Yang, C. W. Leitz, M. T. Bulsara // Physica status solidi (a). - 1999. - Vol. 171. -P. 227-238.

[90] Kasper E. New virtual substrate concept for vertical MOS transistors / E. Kasper, K. Lyutovich, M. Bauer, M. Oehme // Thin Sol. Films. - 1998. -Vol. 336.-P. 319-322.

[91] Болховитянов Ю. Б. О зарождении дислокаций несоответствия с поверхности при выращивании пленок GeSi/Si(100) методом низкотемпературной (300-400 °С) молекулярной эиитаксии / Ю. Б. Болховитянов, А. С. Дерябин, А. К. Гутаковский, М. А. Ревенко, Л. В. Соколов // ФТП. - 2003. - том 40. - вып. 3. - С. 324 - 331.

[92] Аврутин В. С. Низкотемпературная релаксация упругих напряжений в SiGe/Si-гетероструктурах, облученных ионами Ge+ /

120

В. С. Аврутин, Ю. А. Агафонов, А. Ф. Вяткин, В. И. Зиненко, Н. Ф. Изюмская, Д. В. Иржак, Д. В. Рощупкин, Э. А. Штейнман, В. И. Вдовин, Т. Г. Югова // ФТП. - 2004. - том 38. - вып. 3. - С. 325 - 330.

[93] Savano К. Fabrication of high quality SiGe relaxed thun layers by ion implantation technique with Ar, Si and Ge ions / K. Savano, A. Fukumoto, Y. Hoshi, J. Yamanaka, K. Nakagawa, Y. Shiraki // Thin Sol. Films. - 2008. -Vol. 517(1).-P. 87-89.

[94] Eaglesham D. J. Implantation and transient В diffusion in Si: The source of the interstitials // D. J. Eaglesham, P. A.Stolk, H. -J. Gossmann, J. M Poate // Appl. Phys. Lett. - 1994. - Vol. 65. - P. 2305.

[95] Bolkhovityanov Yu. B. Specific features of formation and propagation of 60° and 90° misfit dislocations in GexSii.x/Si films with x>0.4 / Yu. B. Bolkhovityanov, A. S. Deryabin, A. K. Gutakovskii, L. V. Sokolov // J. Cryst. Growth.-2010.-Vol. 312.-P. 3080-3084.

[96] Bolkhovityanov Yu. B. Edge misfit dislocations in the GeSi/Si(001) pair: Conditions and specific features of high-quantity generation / Yu. B. Bolkhovityanov, A. S. Deryabin, A.K. Gutakovskii, L. V. Sokolov // J. Cryst. Growth. - 2012. - Vol. 338 (1). - P. 12 - 15.

[97] Bolkhovityanov Yu. B. Mechanism of induced nucleation of misfit dislocation in the Ge-on-Si(OOl) system and its role in the formation of the core structure of edge misfit dislocations / Yu. B. Bolkhovityanov, A. S. Deryabin,

A. K. Gutakovskii, L. V. Sokolov // Acta Materialia. - 2013. - Vol. 61 (2). -P. 617-621.

[98] Бавижев M. Д. Исследование влияния условий роста на морфологию поверхности слоев нитрида галлия,полученных методом молекулярно- лучевой эпитаксии / М. Д. Бавижев, А. Н. Залозный,

B. А. Лапин // Материалы XII регионально- технической "Вузовская наука-Северо- Кавказскому региону" : Естественные и точные науки.Технические и прикладные науки. - Ставрополь, 2008. - Т. 1. - С. 3.

[99] Лапин В. А. Оптимизация установки МЛЭ "ЦНА" для выращивания микро- и наноструктур Ge/Si и GeSi/Si / В. А. Лапин // Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии : XI Международная научная конференция (22-27 апреля). - Ставрополь, 2012.-С. 113-115.

[100] Лапин В. А. Измерение толщин слоев в гетероструктурах, выращенных методом МЛЭ / В. А. Лапин // Вузовская наука - СевероКавказскому региону : материалы XIV научно-технической конференции. -Ставрополь, 2010. - Т. 1.- С. 15- 16.

[101] Бахтизин Р. 3. Физические основы сканирующей зондовой микроскопии / Р. 3. Бахтизин, Р. Р. Галлямов // Уфа, РИО БашГУ. - 2003. -82 с.

[102] Миронов. В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений / В. Л. Миронов // ИФМ РАН - г. Н. Новгород, 2004. - 110 с.

[103] Комбинационного рассеяния спектроскопия // Химическая энциклопедия. Т. 2 - М.: Советская энциклопедия. - 1990. - С. 436 - 438.

[104] Gardiner D. J. Practical Raman spectroscopy / D. J. Gardiner // Springer Verlag. - 1989. - 276 p.

[105] Прохоров A. M. Физический энциклопедический словарь / A. M. Прохоров, Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов // М.: Советская энциклопедия. - 1984. - 944 с.

[106] Методические указания по выполнения лабораторных работ по курсу: методы и средства измерения, испытания и контроля/ МГТУ «Станкин», кафедра «ИИСиТ», М.: 2008. - 8 с.

[107] Кулешов Д. С. Высокоэффективные фотоэлектрические преобразователи нового поколения для автономных робототехнических систем/ Д. С. Кулешов, Ф. Ф. Малявин, В. А. Лапин// Итоги и перспективы развития Российско-Германского сотрудничества в области мехатроники:

сборник тезисов и статей Всероссийской научной школы для молодежи -Новочеркасск, 2011. - т. 1 - С. 50 - 53.

[108] Кулешов Д. С. Получение полупроводниковых микро- и наноструктур методом ионно-лучевого травления через самоорганизующуюся маску / Д. С. Кулешов, В. А. Лапин // Материалы международной заочной научно-практической конференции «Вопросы естественных наук: биология, химия, физика - Новосибирск, 2012. - т. 1 -С. 138-141.

[109] Сысоев И. А. Применение метода ионно-лучевого осаждения/травления для получения полупроводниковых квантовых точек / И. А. Сысоев, Д. С. Кулешов, Ф. Ф. Малявин, В. А. Лапин // "Научная дискуссия: инновации в современном мире": материалы I международной заочной научно-практической конференции. Часть I. (23 мая 2012 г.). -Москва: Изд. "Международный центр науки и образования". - 2012. - 186 с.

[110] Малявин Ф. Ф. Нанокластеры Ge/Si (100), полученные методом ионно-лучевого осаждения / Ф. Ф. Малявин, Д. С. Кулешов, В. А. Лапин // Материалы всероссийской молодежной конференции «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника» (11-12 октября). - Новочеркасск, 2012. - С. 69 - 71.

[111] Лапин В. А. Исследование спектров рамановского рассеяния на островках GE на SI (100) разных типов / В. А. Лапин // Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии : XI Международная научная конференция (22-27 апреля). - Ставрополь, 2012. - С. 111-113.

[112] Лапин В. А. Исследование спектров Рамановского рассеяния на островках Ge, сформированных на зародышах SnxSii_x/Si (100) / В. А. Лапин // Конференция молодых ученых по физике полупроводников "Лашкаревские чтения 2012" (3-5 апреля) - Киев, 2012. - С. 63 -65.

[113] Лапин В. А. Исследование особенностей роста островков Ge на Si (100) в условиях МЛЭ / В. А. Лапин, Б. М. Синельников, М. Д. Бавижев,

И. А. Сысоев, Д. С. Кулешов, Ф. Ф. Малявин // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2013. - №5. - С. 100- 104.

[114] Асеев A. J1. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике / Отв. редактор A. JI. Асеев - Новосибирск: Издательство СО РАН. - 2004. -368 с.

[115] Двуреченский А. В. Квантовые точки 2 типа в системе Ge/Si / А. В. Двуреченский, А. И Якимов // ФТП. - 2001. - т. 35. - вып. 9. -С. 1143 - 1153.

[116] Liu J. L. The effect of plastic strain relaxation on the morphology of Ge quantum dot superlattices / J. L. Liu, K. L. Wang, Q. H. Xie, S. G. Thomas // Journal of Crystal Growth. - 2005. - Vol. 274. - P. 367 - 371.

[117] Jin G. Controlled arrangement of self-organized Ge islands on patterned Si (110) substrates // G. Jin, J. L. Liu, S. G. Thomas, Y. H. Luo, K. L. Wang, B. -Y. Nguyen // Appl. Phys. Lett. - 1999. - Vol. 75. - P. 2752.

[118] Милехин А. Г. Инфракрасная спектроскопия кремниевых сращенных пластин / А. Г. Милехин, С. Himcinschi, М. Friedrich, К. Hiller, М. Wiemer, Т. Gessner, S. Schulze, D. R. Т. Zahn // ФТП. - 2006. - том 40. -вып. 11.-С. 1338- 1348.

[119] Shirai Н. Higher frequency shifts of a surface vibration mode accompanied by native oxide growth on silicon in air / H. Shirai // Jpn. J. Appl. Phys. - 1994. - Vol. 33. - P. 94.

[120] Tolstoy V. P. Handbook of infrared spectroscopy of ultrathin films / V. P. Tolstoy, I. V. Chernyshova, V. A. Skryshevsky // Published by John Wiley & Sons, Inc. - Hoboken, New Jersey. - 2003.

[121] Лапин В. А. ИК-спектроскопия оксидных слоев в объеме структур Ge/Si / В. А. Лапин // Девятая ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (19 апреля). - Ростов-на-Дону. - 2013.

[122] Dana A. Raman and ТЕМ studies of Ge nanocrystal formation in SiOx:Ge/SiOx multilayers / A. Dana, S. Agan, S. Tokay, A. Aydinli, T. G. Finstad // phys. stat. sol. (c) 4. - 2007. - №. 2. - P. 288 - 291.

[123] Tripathi S. Surface and interface effects on plasmon loss features in Ge thin films and Si/Ge multilayers / S. Tripathi, R. Brajpuriya, A. Sharma, S. M. Chaudhari // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. -2006.-Vol. 151.-P. 165- 169.

[124] Володин В. А. Определение состава и механических деформаций в GexSil-x - гетероструктурах из данных спектроскопии комбинационного рассеяния света: уточнение параметров модели / В. А. Володин, М. Д. Евремов, А. С. Дерябин, Л. В. Соколов // ФТП. - 2006. - том 40. -вып. 11.-С. 1349- 1355.

[125] Rath S. Alloy effects on the Raman spectra of Sii.xGex and calibration protocols for alloy compositions based on polarization measurements / S. Rath, M. L. Hsieh, P. Etchegoin, R. A. Stradling // Semicond. Sci. Technol. - 2003. -№ 18.-P. 566-575.

[126] Лапин В. А. Разработка технологии изготовления искусственных подложек Ge на Si (100) с тонким гетерослоем / В. А. Лапин // Региональная научно-практическая конференция «Инновационные идеи молодежи Северного Кавказа - развитию экономики России» (15-16 мая). - Ставрополь, 2012.-С. 36.

[127] Сысоев И. А. Технология формирования металлических контактов солнечных элементов с использованием ионно-лучевого травления / И. А. Сысоев, Л. Д. Прокопенко, Д. С. Кулешов, Ф. Ф. Малявин, В. А. Лапин // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - Ставрополь, 2012. - № 3 (32). - С. 12-16.

[128] Лапин В. А. Метод снижения шероховатости релаксированной пленки ge на si (111) при помощи сверхструктур si (111) - (7x7) / В. А. Лапин, М. Д. Бавижев, Д. С. Кулешов, Ф. Ф. Малявин // Вестник Северо-Кавказского

государственного технического университета. - Ставрополь, 2012. -№ 3 (32). - С. 6 - 9.

[129] Лунин Л. С. Влияние характера изменения температуры подложки в процессе роста на топологию поверхности пленки Ge/Si(100) / Л. С. Лунин, М. Д. Бавижев, И. А. Сысоев, В. А. Лапин, Д. С. Кулешов, Ф. Ф. Малявин // Вестник Российского университета дружбы народов: серия инженерные исследования. - Москва, 2012. - № 3. - С. 98 - 103.

[130] Головко С. М. Исследование параметров ионно- лучевой установки для получения гетероструктуры Ge на Si / С. М. Головко, В. А. Лапин, И. А. Сысоев // Научный потенциал студенчества в XXI веке : IV Международная научная конференция студентов, аспирантов, молодых ученых. - Ставрополь, 2010. - Т. 1. - С. 28 - 29.

[131] Лапин В. А. Исследование спектров Рамановского рассеяния пленок сплава GexSii_x/Si(100) с различной долей германия / В. А. Лапин, Д. С. Кулешов // Материалы международной заочной научно-практической конференции «Вопросы естественных наук: биология, химия, физика -Новосибирск, 2012. - т. 1 - С 142 - 145.

[132] Alonso М. I. Raman spectra of c-Sil-xGex alloys / M. I. Alonso, К. Winer // Phys. Rev. B. - 1989. - № 39. - P. 10056 - 10062.

[133] Lockwood D. J. Strain-shift coefficients for phonons in Sii.^Ge^ epilayers on silicon / D. J. Lockwood, J. -M. Baribeau // Phys. Rev. B. - 1992. -№45.-P. 8565 -8571.

[134] Franz M. Phonons in Gej.xSix bulk crystals / M. Franz, K. F. Dombrowski, H. Ruecker, B. Dietrich, K. Pressel, A. Barz, U. Kerat, P. Dold, K. W. Benz // Phys. Rev. B. - 1999. - № 59. - P. 10614 - 10621.

[135] Лунин Л. С. Зависимость топологии поверхности и спектров рамановского рассеяния пленок GexSii.x/Si от изменения состава по толщине слоя / Л. С. Лунин, И. А. Сысоев, М. Д. Бавижев, В. А. Лапин, Д. С. Кулешов, Ф. Ф. Малявин // Кристаллография. - 2013. - том 58. - №3. - С. 504 - 507.

[136] Лапин В. А. Метод генерации дислокаций несоответствия в буферном слое GexSil-x с их последующей аннигиляцией для улучшения

126

структурного совершенства искусственных подложек Ое / В. А. Лапин // 1-ая ежегодная научно-практическая конференция Северо-Кавказского федерального университета «Университетская наука - региону» (5-26 апреля). - Ставрополь, 2013.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Почетная грамота фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере победителю программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса - УМНИК 2012»

Ире/к еЛате. 1ь

Наб. гим>ате. чтети

//. Н. Ьортпик

/ енера,1ьиыи директор

<1>от><1 сч<>ей<. таим ри шитик*

малых форм предприятий

пиучпи-техпическои сфере

С. Г. Ли. ыков

ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВ1

молы* форм предприятий

Победитель цро! рам мы "Участник молодежного научио-имиовацнонною конкурса" ("УМИШК**) ^

Мшш __I_

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Сертификат участника Международной научно-практической конференции «Вопросы естественных наук: биология, химия, физика»

Новосибирск, 2012 г

.....]

СЕРТИФИКАТ

Участника

Международной научно-практической конференции

«ВОПЮСЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК: БИОЛОГИЯ, ХИМИЯ, ФИЗИКА»

веч

Настоящийхертификат грдтвержда^ участие в конференции и публикацию статьи в сборнике трудов

Лапин Вячеслав Анатольевич, Кулешов Дмитрий Сергеевич,

«ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ РАМАНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ ПЛЕНОК СПЛАВА СЕХ8П-Х/81(100) С РАЗЛИЧНОЙ ДОЛЕЙ ГЕРМАНИЯ»

Руководитель НП «Сибирская Ассоциация Консультантов»