Электронные и оптические свойства наноструктур, созданных на основе германия и кремния методами осаждения и ионной имплантации



жүктеу/скачать 0.93 Mb.
бет1/5
Дата23.05.2022
өлшемі0.93 Mb.
#458565
  1   2   3   4   5
илмий диссертация-- (2)


ТЕМА:Электронные и оптические свойства наноструктур, созданных на основе германия и кремния методами осаждения и ионной имплантации
План:
Глава I :1.1Состав структура и свойства наноструктура на основе Ge, полученка различнами методами осаждения
Глава II:
Глава III: Влияние напыления атомов и ионной имплантации на состав, структуру монокристаллического Ge
3.1: УБК
3.2: Влияние ионной имплантации на кристаллическую структуру монокристаллического Ge
3.3: Влияние ионной имплантации на электронную структуру Ge
Глава IV: Влияние прогрева и лазерного отжига на состав, структуру и физические свойства ионно-лигерованного Ge

Глава I :1.1. Состав структура и свойства наноструктура на основе Ge,
полученка различнами методами осаждения
[ I ]

  1. Наноструктуры на основе гетеросистемы германий-на-кремнии привлекают внимание технологов благодаря значительному прогрессу в разработке новых устройств с квантовым эффектом, несмотря на разницу в 4% между параметрами решетки Ge и Si.

  2. B [1] на основе анализа последних публикаций проведен обзор общепринятых представлений о механизмах образования островков германия нанометрового размера в системе Ge-on-Si.

  1. На рис. 4 схематично показаны основные этапы формирование ансамбля напряженных островов и их отличие от классического варианта. Аналогично тому, что показано на рис. 3, на поверхности (а) изначально находится пересыщенный адсорбат; однако этот адсорбат теперь образуется на поверхности нижележащего (смачивающего) слоя из напыленного материала (Ge). Зарождение 3D алавообразные кластеры (представление б) вызваны релаксации упругих деформаций (это первое отличие от классическая теория). Позже (представление в) два различных формы («хижина» и «купол»). Энергетические преимущества первой и второй формы зависит от их объема; однако при определенных условиях сосуществование этих форм возможно [35, 36] (второе отличие от классической теории). Поток атомов к островам с формами, которые энергетически более выгодны [41] (представление г). В этом случае модель Оствальда созревание видимо действительное (островки перестают существуют, и растут большие острова); однако размер острова распределение теперь бимодальное, а не одномодальное [36, 41]. Обратный переход от куполообразной формы к также наблюдалась форма хижины (третье отличие от классической теории) [38, 40, 42]. Квазиравновесие состояние системы возможно, и в этом случае размеры и формы кластеров практически не зависят от времени если нет внешнего потока [39] (представление e) (четвертое отличие от классической теории). Чиу [43] теоретически показал, что вероятность устойчивое состояние ансамбля увеличивается с ростом увеличение анизотропии поверхностной энергии (поскольку эта энергия увеличивается на гранях островов). При определенных условиях (когда острова расположены близко друг к другу), взаимодействие кластеров посредством перекрывающихся упруго-деформационных поля в подложке обосновано теоретически [44, 45]; это взаимодействие может способствовать упорядочение пространственного распределения островков на поверхности (пятое отличие от классической теории). Рассмотрение упругого взаимодействия через подложку в системе островков GeSi–на–Si позволило интерпретировать результаты эксперимента [46] верны.


Рис. 4. Схематическое изображение этапов формирования трехмерных островков в системе Ge–Si(001). За
подробности смотрите в тексте.


4) Распределение Ge-островков по размерам дано много. внимание в различных публикациях, поскольку этот параметр системы КТ чрезвычайно важна для практического Приложения. Типичные распределения островков по размерам и диапазон нормированных среднеквадратичных отклонений σ/〈l〉 (〈l〉 –средний размер), определяющие уширение распределений, схематично показаны на рис. 6. Согласно данные, опубликованные в другом месте [29], более узкие распределения наблюдаются для куполообразных островов со средней размером 50–100 нм (в [29] островки Ge выращивались путем химического осаждения в атмосфере водорода влияет на подвижность адатомов Ge). . Чем уже распределения для куполообразного скопления объясняются тем, что увеличение упругих деформаций в подложке, а в пьедестале кластера как размер кластера увеличивается, снижает скорость роста кластера (в отличие от с кластерным развитием по механизму оствальдского созревания). Для хатообразных кластеров, полученных методом (молекулярно-лучевая эпитаксия) МЛЭ molecular-beam epitaxy (MBE) [34], аналогичная картина была наблюдаемый; т. е. скорость роста шалавообразного кластера Ge уменьшается по мере увеличения его размера (это явление более подробно изучено в [34]). Вышеизложенное приносит о заметном сужении распределения размеров островов. Оценка расширения распределений для хатообразных кластеров Ge (показаны на рис. 5) дает σ/[l] ~ 0,2–0,25, что заметно меньше чем для шалавообразных кластеров, выращенных в водородной атмосфере [29] (см. рис. 6, кривая а). Самый однородный О распределении островков Ge по размерам сообщалось в [53]. (σ/[l] = 0,032), а с разрешения авторов, такие островки показаны на рис. 7а. Такой узкий распределения, было получено (согласно авторов [53]) благодаря тщательному отбору условия роста.

Рис. 6. Характерные среднеквадратичные отклонения (σ/[l]) острова размеры в системе Ge–Si: а – для шатовидных островков, б) для куполо-образных островов (по [29]); и (в) распределение, полученное Цзяном и сотрудниками [53]. Распределения показаны схематично.
II

  1. Кремний-германиевые сплавы (Si1-Y GeY:H) используются в качестве материала с малой шириной запрещенной зоны в многопереходных солнечных элементах на основе аморфного кремния1–3 и представляют большой интерес для других приложений, например, неохлаждаемых микроболометров3–4 и в неохлаждаемые болометры5–7 Джордан и др. совсем недавно сследовали нанокристаллическую p-i-n-структуру германия. Несмотря на реализацию в устройства, пленки Si1−YGeY:H изучены значительно меньше, а их электронные свойства плохо изучены по сравнению с таковыми для аморфных кремний.

  2. Хотя радиочастота (вч; f=13,56 МГц) химическое осаждение из газовой фазы с плазменным усилением (ХОГФПУ) plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) остается основным методом изготовления пленок Si1-YGeY:H, альтернативные методы, такие как, электронно-циклотронный резонанс (ЭЦР) electron-cyclotron resonance (ECR) плазменное осаждение11 и неплазменное напыление горячей проволокой (ГП)12 hot wire (HW), также продемонстриро-вал многообещающие результаты. Далал и др.13 обнаружили положительная роль ионной бомбардировки на рост пленок и электронные свойства пленок Si1−YGeY:H.

  3. В[II] Исследованы процессы осаждения, структура, оптические и электрические свойства пленок Si1−YGeY:H. осажденных методом низкочастотный (НЧ) low-frequency (LF) плазменное химическое осаждение из паровой фазы (ПХОИПФ) plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) во всем диапазоне составов (0≤Y≤1) из исходного газа SiH4 и GeH4 смеси с разбавлением и без разбавления водородом или аргон. Из наблюдений и анализа данных мы можем сделать следующие выводы:

  1. Разбавление водородом или аргоном снижает скорость осаждения. Скорость осаждения увеличивается с Ge содержание.

  2. Атомы Ge предпочтительно внедряются в соответствии с фактором предпочтения PGe, варьирующимся от максимального от 6,44 для осаждения с разбавлением водородом до минимума 3,9 для пленок, осажденных с.

  3. Для всех пленок содержание водорода уменьшается по Y увеличивается. Аналогичное поведение наблюдается для кислорода.

  4. Водород предпочтительно заканчивается атомами Si. предпочтительный коэффициент PGe–H=0,29 для отсутствия разбавления (наихудший случай) и PGe–H=0,61 для разбавления аргоном (лучший случай).

  5. Оптическая щель линейно уменьшается с содержанием Ge до Eg≈0,92–0,95 эВ при Y=1 (a-Ge)

  6. Энергетически характеризуемые хвостовые состояния зон ΔЕ достигает максимума при Y ≈ 0,6 в пленках, осажденныхи с разбавлением водородом или аргоном и непрерывно возрастает с увеличением Y для пленок, осажденных без разбавления

  7. Оптические константы, измеренные методом ВАЭ (поверхностный чувствительная техника) находятся в разумном согласии с опубликованные данные. Коэффициент поглощения и показатель преломления, полученные методом ВАЭ, в сравнении с данными полученный из измерений спектрального пропускания (а метод объемной чувствительности) позволяют предположить, что пленки содержат поверхностный слой с оксидами и порами.

  8. Содержание Ge увеличивает проводимость пленок примерно на 7 порядков. Ge также уменьшает энергия активации для σ(T). Влияние Ge на температурную зависимость зависит от количества и вида разбавления

  9. Положение уровня Ферми изменяется примерно линейно с Y. Сравнивая это поведение с поведением оптическая щель указывает на то, что уровень Ферми смещается примерно от от середины щели при малом Y до края зоны проводимости при больших Y, т. е. пленки становятся более n-типными по мере увеличения Ge. включены.

  10. Предэкспонента проведения σ0 не высокая корреляция с активацией активации, т.е. е. нет найдено доказательство аналога правила Нейера-Менделя для аморфного кремния

  11. Коэффициент проводимости меняет знак при Y=0,8 для осаждения с H- разбавлением или без него и при Y=0,95 для разбавления Ar. Это свидетельствует о локальных минимумах плотности состояния при E ≈ 0,33 эВ и при E ≈ 0,25 эВ для двух случаев

Спектральная зависимость коэффициента оптического поглощения α(hν) представлена на рис. 7(а) для всех образцов изучался вместе с таковым для a-Si для сравнения. Сканирование видно, кривые α(hν) смещаются в сторону меньшей энергии фотона при увеличение содержания Ge в сырьевом газе. Общая смена около 0,9 эВ при изменении Y от 0 до 1. Сдвиг не пропорциональна Y; почти половина всей смены приходится на область низкого Y между Y= 0 и Y =0,42. эффект разбавления достаточно выражен для Y = 0,23 до 0,6; пленки, нанесенные с H-разбавлением, сдвинуты большечем другие.
Чтобы определить оптическую ширину запрещенной зоны Eg, мы следуем формуле метод Тауца. Таким образом, кривые α(hν) перерисовываются как Y > 0,5 без указания механизма или причины этого поведение. Как известно для пленок a-Si:H, должно быть некоторое количество водорода, которое оптимально прекращает болтание связей в пленках Si1−YGeY:H и, следовательно, достигает наилучших электронных свойств. Мы могли бы также
ожидать некоторого оптимального распределения этого водорода между атомы Si и Ge, поскольку чувствительность электронных свойства оборванных связей не обязательно должны быть одинаковыми для атомов Si и Ge. Проблема распределения водорода между атомами Si и Ge в пленках Si–Ge. обсуждалось в работах. 41–43, но оптимальная концентрация в литературе еще не сообщалось.
Для характеристики распределения водорода в пленках мы используем параметр, называемый «предпочтение Ge–H», где Y – содержание Ge в пленке, а SGe–H и SSi–H – площади линий поглощения, соответствующие валентная мода связей Ge–H и Si–H соответственно.
PGe−H =( ) / (
P=1 соответствует пропорциональному распределению водорода между атомами Si и Ge. P < 1 отражает, что Ge атомы недотерминированы водородом и есть дополнительные оборванные связи Ge. P > 1 указывает на то, что дополнительные оборванные связи Si. Значения PGe–H, рассчитанные по infrared (IR) (инфракрасный) ИК-данные: PGe–H 0,45 ± 02, 0,61 ± 0,04 и 0,29 ± 0,04 для пленок, осажденных водородом, аргон и без разбавления соответственно. Мы
наблюдали только PGe–H < 1. Это говорит о том, что водород неравномерно распределяется между атомами Ge и Si в пленках Si–Ge. Распределение, т. е. точное значение PGe–H, зависит от разбавляющей газовой смеси во время рост.

Фотонная энергия коэффициент поглощения ( yutilish)
Рис. 7. Спектральная зависимость коэффициента оптического поглощения: (a) α(hν) и (b) графики Тауца пленок Si1−YGeY:H осажденных из газовых смесей с различным содержанием Ge Y и разбавлениями.

[Рис. 7(б)], а оптические параметры определяются от наилучшего соответствия экспериментальных точек уравнению:


= B( hν-Eg)
Дополнительно определяем энергии фотонов E03 и E04 как обеспечивающие коэффициенты поглощения α=103 и α=104 см–1 , соответственно. Их отличие, ∆E=E04 − E03, характеризует наклон α(hν).


жүктеу/скачать 0.93 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5



©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет