Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка физико-технологических основ управляемого формирования массивов плотноупакованных нанокластеров Ge на поверхности кремния Si(100) методом сверхвысоковакуумной молекулярно-лучевой эпитаксии.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3130
Организация
ИОФ РАН
Руководитель работ
Юрьев Владимир Артурович
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Работы должны проводиться в рамках критической технологии «Технологии создания и обработки кристаллических материалов». Работы должны соответствовать по предполагаемому исполнению лучшим мировым стандартам. Создаваемый научно-технический задел должен обеспечивать в будущем проведение опытно-конструкторских и технологических работ на конкурентном уровне. Результаты работ должны способствовать дальнейшему инновационному развитию российских технологий в данном приоритетном направлении Программы.

Этапы проекта

1
21.03.2007 - 31.08.2007
Методом сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии проведено исследование с атомным разрешением образцов кремниевых пластин с поверхностью Si(001), очищенной методом низкотемпературной очистки (при температуре от 500 до 800°С) с потоком атомов Si в сверхвысоковакуумной камере молекулярно-лучевой эпитаксии.
Установлено, что:
- при температуре кремниевой подложки выше 585ºС под воздействием потока атомов Si происходит разрушение пленки естественного окисла на поверхности Si(001);
- в результате раскисления потоком атомов кремния в сверхвысоковакуумной камере молекулярно-лучевой эпитаксии на поверхности Si(001) формируется сильно дефектная структура типа (8×n).
Показано, что в заданном температурном интервале возможно получить атомарно-чистую поверхность Si(001), не содержащую островков фазы SiO2. Полученная таким образом поверхность может быть использована для проведения дальнейших операций технологического цикла формирования гетероструктур Ge/Si c массивами квантовых точек Ge.
Определены параметры низкотемпературного процесса, обеспечивающего получение атомарно-чистой поверхности Si(001):
- температура кремниевой пластины в процессе очистки: 800ºС;
- эффективная скорость нанесения кремния: не выше 0,01 нм/с;
- эффективная толщина слоя нанесенного кремния: не менее 3 нм.
4. Методом сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии с атомным разрешением исследованы стадии роста и типы нанокластеров Ge, а также механизмы формирования массивов нанокластеров Ge на атомарно-чистой поверхности Si(001) при различных температурах подложки Si(001) и эффективных толщинах осажденного слоя Ge в процессе сверхвысоковакуумной молекулярно-лучевой эпитаксии.
Проведена классификация нанокластеров Ge формирующихся на атомарно-чистой поверхности Si(001) в процессе сверхвысоковакуумной молекулярно-лучевой эпитаксии. Установлено, что нанокластеры Ge являются hut-кластерами и подразделяются на 3 типа:
- квантовые точки, имеющие форму пирамиды;
- квантовые точки, имеющие форму клина;
- квантовые точки, имеющие форму клина с двумя вершинами.
Зарегистрированы также сросшиеся нанокластеры. Установлено, что на начальной стадии формирования зародыши таких кластеров расположены на расстоянии ~ 32 Å друг от друга.
Измерены геометрические размеры всех типов нанокластеров.
Исследованы параметры смачивающего слоя Ge. Проведены наблюдения стадии зарождения нанокластера Ge. Предложена модель роста квантовой точки Ge.
Установлено, что при температуре роста 280ºС процесс образования квантовых точек идет с увеличением их концентрации и достигает предельного значения ~ 5,8×1011 см-2 при эффективной толщине слоя осажденного Ge ~ 8 Å. При эффективной толщине слоя Ge 14 Å наблюдается уменьшение концентрации квантовых точек до значения ~ 2×1011 см-2.
Установлено, что при температуре роста 500ºС при эффективной толщине слоя осажденного Ge ~ 8 Å концентрация нанокластеров Ge составляет 2,5×1011 см-2, а при эффективной толщине слоя осажденного Ge ~ 10 Å концентрация нанокластеров Ge снижается до 1×1011 см-2. При этом увеличиваются размеры квантовых точек.
Установлено, что концентрация квантовых точек зависит от наличия на исходной поверхности роста крупных структурных дефектов. При концентрации дефектов (предположительно, дефектов упаковки) ~ 106 см-2 концентрация квантовых точек Ge в массиве, выращенном при 500ºС и эффективной толщине слоя осажденного Ge ~ 11 Å, составила ~ 6×1010 см-2.
Зарегистрирована начальная стадия формирования сплошного слоя Ge при температуре роста 280ºС и эффективной толщине слоя осажденного Ge 14 Å.
Предложен механизм роста массива квантовых точек Ge на атомарно-чистой поверхности Si(001) в процессе сверхвысоковакуумной молекулярно-лучевой эпитаксии.
5 Методом сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии с атомным разрешением выявлены дефекты массивов нанокластеров Ge; проведена предварительная классификация дефектов;
Установлено, что:
- на крупных структурных дефектах исходной поверхности Si(001) могут формироваться протяженные кластеры Ge, являющиеся крупными дефектами массива нанокластеров Ge;
- образование крупных дефектов способно влиять на процесс роста квантовых точек;
- вблизи крупного дефекта резко падает концентрация квантовых точек Ge;
- крупные дефекты могут влиять на параметры массива нанокластеров Ge и при достаточно высокой концентрации дефектов значительно снижать концентрацию квантовых точек во всем массиве;
- образование крупных дефектов становится более вероятным при повышении температуры роста массива нанокластеров Ge.
Развернуть
2
01.09.2007 - 31.10.2007
1. Проведены эксперименты:
- исследованы методом сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии с атомным разрешением морфологические особенности нанокластеров Ge на атомарно-чистой поверхности Si(100), получающихся при различных режимах формирования массива, включая морфологические особенности дефектов массивов нанокластеров Ge: геометрической формы, геометрических размеров, структуры боковых граней, наличия и высоты атомных ступеней на гранях.
- исследованы методом сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии параметры массивов нанокластеров Ge на атомарно-чистой поверхности Si(100), получающиеся при различных режимах формирования массива: поверхностные плотности нанокластеров Ge разных типов, поверхностные плотности дефектов, порозности слоя нанокластеров Ge;
- исследованы методом сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии с атомным разрешением смачивающий слой Ge на атомарно-чистой поверхности Si(100) при различных температурах подложки S(100) и эффективные толщины осажденного слоя Ge в процессе сверхвысоковакуумной молекулярно-лучевой эпитаксии.
2. Проведены дополнительные патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96.
3. Разработаны рекомендации по использованию результатов проведенных НИР.
4. Сформулированы технические требования для технического задания на прикладную НИР по разработке технологии получения многослойных гетероструктур Ge/Si с массивами плотноупакованных нанокластеров Ge.
5. Составлен, оформлен отчет.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИФП СО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ФГНУ "НИИ ВН при ТПУ"
профинансировано
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Технологии создания и обработки кристаллических материалов» (мероприятие Программы 1.3)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
58 млн
Количество заявок
106
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов» (мероприятие 1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
58 млн
Количество заявок
121
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Технологии создания и обработки полимеров и эластомеров» (мероприятие 1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
64
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных»
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
136