Рис. 6. Локальные напряжения на границе с подложкой (а) и деформациярешетки вкогерентном островке (б)

Толщина смачивающего слоя, при которой начинается спонтанное зарождение островков, зависит от рассогласования параметров решеток материалов, а также от наносимого материала и от анизотропии свойств подложки. Например, при эпитаксии германия на монокристаллическом кремнии это происходит, когда толщина германия превышает несколько монослоев. Для контролируемого расположения островков в определенных местах подложки ее подвергают предварительной обработке для создания на ее поверхности неоднородностей, служащих центрами зарождения.

Стадия зарождения определяет поверхностную плотность островков. Образование первого сверхкритического зародыша немедленно приводит к фрагментации всего смачивающего слоя. Предполагаемое распределение напряжений в окрестности островка показано на рис. 6. Поверхность островка благоприятна для понижения напряжений, максимальная величина которых – у границы с подложкой. Благодаря релаксации напряжений в объеме островка, на поверхности они минимальны. Островок имеет монокристаллическую напряженную бездислокационную структуру.

Наногофрированные структуры

Метод молекулярно-лучевой эпитаксии открывает новые возможности создания квантово-размерных структур, туннельно связанных структур.

Рассмотрим процесс создания туннельно связанных периодических 3D-наноструктур, которые могут рассматриваться как латеральные молекулы из квантовых точек. Основой процесса является использование напряженных пленок, выращенных с помощью молекулярной эпитаксии, а также процессы самоорганизации, происходящие при отсоединении от подложки сжатых пленок.

Упрощенную последовательность формирования выпуклой InAs плен-ки, освобожденной от связи с InP-подложкой в локальной области длиной L, схематично иллюстрирует рис. 11.2.11.



Исходная сжатая пленка при ее освобождении упруго релаксирует, увеличивая свою длину, и выпучивается с амплитудой А, которая зависит от длины и несоответствия постоянных решеток Δа/а:



где Δа/а = 5%.

---

Размеры слоя InAs превышают размеры подложки InP вследствие большего размера постоянной решетки. При создании гетеросттуры InAs/AlAs/InP формируется сжатый слой InAs.

При селективном травлении такой сэндвич-структуры происходит выпучивание, или гофрировка слоя InAs в результате упругой релаксации. При этом слой InAs частично освобождается от подложки.

Методом самоорганизации при эпитаксиальном росте с последующим травлением жертвенных слоев созданы периодически гофрированные нано-структуры на основе сверхтонких напряженных полупроводниковых пленок и гетеропленок (InAs, InGaAs/GaAs, SiGe/Si). Для достижения прецизионности вводятся ограничения на амплитуду гофрировок.

Для этого на этапе молекулярной эпитаксии в структуру дополнительно водятся расположенные выше и ниже на заданном расстоянии от напряженного слоя ненапряженные слои, которые и ограничивают период и амплитуду (рис. 11.2.12).



Поскольку молекулярная эпитаксия позволяет задавать толщину эпитаксиальных слоев, а следовательно, и расстояние между слоями, с атомарной точностью, то получаемые вышеописанным способом гофрировки будут иметь прецизионные амплитуду и период.

Гофрированная пленка — это периодически расположенные локально изогнутые области. При изгибе внешние слои пленки растягиваются, внутренние сжимаются, что существенно изменяет ширину запрещенной зоны в данных областях. Оценить возникающую деформацию ε и изменение ширины запрещенной зоны ΔЕ можно, исходя из простых геометрических соображений. Деформация изогнутой пленки с радиусом изгиба R равна разности длин внешней и внутренней окружностей.



При этом в тонких пленках деформация может достигать 10%, такая гигантская деформация существенно изменяет ширину запрещенной зоны в месте изгиба, создавая квантовую яму. Действительно, изменения ширины запрещенной зоны ΔЕ (в простейшем случае) связаны с деформацией ε и величиной деформационного потенциала D соотношением ΔЕ = εD. Оценка ΔЕ в ультратонких пленках дает величину до ≈ 1 эВ, т. е. имеющиеся в гофрированных структурах упругие деформации вызывают сдвиги краев зон и приводят к появлению системы потенциальных ям.

---

Как показали расчеты, при периодах гофрировки ниже 100 нм электронные состояния локализованы в отдельных ямах. При уменьшении периода система может рассматриваться как система взаимодействующих квантовых точек. Энергетическое положение уровней изменяется при изменении толщины и периода гофрировки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При осаждении одного материала на подложку из другого материала возможно три варианта формирования поверхностных структур:

1) послойный рост сплошной пленки (двухмерный рост) в режиме, называемом модой Франка-Ван-дер-Мерве (Frank-van der Merwe);

2) образование и рост островков (трехмерный рост) – мода Волмера-Вебера (Volmer-Weber);

3) комбинированный режим – мода Странского-Крастанова (Stranski-Krastanov), когда изначально пленка растет послойно, а затем трансформируется в островковую структуру.

Независимо от вида эпитаксии, наращивание тонких слоёв на поверхность подложки имеет такие преимущества:

- Применяется в различных сферах деятельности для улучшения физических качеств основного материала.

- Эпитаксию можно наносить локально.

- Проводимость наращиваемой плёнки можно изменять до нужных параметров, дополняя вещество различными примесями.

- Выполнять покрытие объекта можно, независимо от его размера, объёма, формы.

- Покрытие полностью повторяет контур исходного кристалла и может заполнять имеющиеся на его поверхности дефекты.

Кроме того, нанесение тонкого слоя, отличающегося от самого слитка на его поверхность, позволяет снизить концентрацию углерода и кислорода. Из-за чего повышается устойчивость объекта к повреждениям, и снижается количество дефектов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. 
   Борисенко В.Е. «Наноэлектроника» // М., 2013, С. 366;
   
2. 
   Данилина Т.И.,. Чистоедова И.А «Оборудование для создания и исследования свойств объектов наноэлектроники» // Томск, 2011, С. 156;
   
3. 
   Киреев В.Ю. «Нанотехнологии в микроэлектронике. Нанолитография: процессы и оборудование» // М., 2016, С. 148;
   
4. 
   Кирчанов В.С. «Наноматериалы и нанотехнологии» // Пермь, 2016, С 200;
   
5. 
   Рембеза С.И. «Низкоразмерные структуры для микро- и наноэлектроники» // Воронеж, 2015, С. 115.
   

---

Смотрите также файлы

• Результатов профессиональной деятельности юсупова магомеда юсуповича, учителя физической культуры.docx

• Лабораторная работа 20 Качественные реакции на холестерол.docx

• Схема академической истории болезни.docx

• Академической истории болезни.docx

• И. О. Фамилия Тольятти 2023 г.docx