Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Научная статья на тему «Исследование спектров Рамановского рассеяния пленок сплава gexsi1-x/si(100) с различной долей германия»

В последние десятилетия физика полупроводников интенсивно развивается. С этой наукой связаны успехи в развитии микроэлектро­ники, оптики, приборостроения и других областей. Несмотря на боль­шой объем исследований в этой области, остается ряд нерешенных вопросов, в том числе и проблема согласования различных материалов при гетероэпитаксии.

Помощь в написании статьи

Гетероструктуры SiGe/Si вызывают повышенный интерес благодаря как своим электрическим и оптоэлектрическим свойствам, так и их совместимостью с существующей кремниевой техноло­гией [4]. Особое внимание уделяют получению бездислокационных эпитаксиальных пленок германия на кремнии, которые также назы­вают искусственными подложками германия. Существующие SiGe подложки, выращенные на основе буферного слоя, имеют ряд недос­татков, таких как большие толщины буферных слоев, высокие значе­ния среднеквадратичной шероховатости слоев. Так, при толщине слоя 3—10 мкм типичная амплитуда рельефа может принимать значения 10—15 нм. За последние два десятилетия были предприняты много­численные попытки уменьшить толщину буферного слоя GexSi1-x, сох­ранив на приемлемом уровне или даже уменьшив плотность пронизы­вающих дислокаций [6].

Критическими параметрами эпитаксиальных пленок сплавов GexSi1-x при их применении в гетеропереходных устройствах являются напряженность, плотность дефектов, подвижность носителей, ширина запрещенной зоны. Существует зависимость этих параметров от соста­ва сплава GexSi1-x, толщины слоя и степени релаксации. Эти величины можно измерить количественно с помощью Рамановской спектро­скопии, быстрым и неразрушающим бесконтактным методом, который не требует предварительной подготовки образца и обеспечи­вает высо­кую глубину и пространственное разрешение. Этот метод предусмат­ривает определение состава сплава (x) и напряжение гетеро­слоя от x-зависимого сдвига частоты и интенсивности пиков, соот­ветствующих связям Ge-Ge, Si-Ge и Si-Si.

В данной работе методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на установке «ЦНА» были получены образцы структур GexSi1-x/Si(100). Предельное значение остаточных газов при росте составляло 3·10-6 Па. Подготовка пластин кремния перед эпитаксии состояла из 2 этапов: 1) удаление оксидного слоя SiO2 плавиковой кислотой HF с последую­щей промывкой в деионизованной воде; 2) отжиг в условиях сверх­высокого вакуума при температуре 850 ºС на протяжении 10 минут; 3) выход на заданную температуру роста в течение 10—15 минут.

Напыление слоя GexSi1-x происходило при суммарном потоке Ge и Si, соответствующем эффективной скорости роста ν=8 нм/мин. При этом эффективные скорости роста каждого компонента сплава рассчи­тывались таким образом: νGe=ν∙x для германия и νSi=ν(1—x) для крем­ния. Температура подложки в процессе роста составляла 570 ºС. Были получены пленки сплавов состава Ge0.4Si0.6, Ge0.55Si0.45, Ge0.7Si0.3. Полученные образцы были исследованы с помощью метода Рама­новской спектроскопии. Целью данного исследования являлся анализ характерных для данных материалов спектров рамановского рассея­ния, выявление зависимостей положения пиков Ge-Ge и Si-Ge от мас­совой доли Ge (x) в сплаве.

Рис. 1 Спектры рамановского рассеяния образцов структур GexSi1-x/Si(100)

На рисунке 1 приведены спектры КРС для полученных образцов. Пик на частотах 291—298 см-1 соответствует связи Ge-Ge. Он при­сутствует на спектрах всех образцов, указывая на наличие кристал­литов германия в объеме пленки. Пик, соответствующий связи Si-Si невыражен, не проявляется в спектре сплава Ge0.7Si0.3, а для сплавов Ge0.4Si0.6, Ge0.55Si0.45 лежит в диапазоне 467—480 см-1. Также на всех трех спектрах присутствует пик в диапазоне частот 397—406 см-1. Это говорит о наличии связи Si-Ge, при этом при увеличении массовой до­ли Ge в сплаве, пик смещается влево (рис. 1). На рисунке 2 приведены графики зависимостей положения пиков Ge-Ge и Si-Ge от массовой доли Ge (x) в сплаве.

а                                                                  б

Рис. 2 Графики зависимостей положения пиков Ge-Ge (а) и Si-Ge (б) от массовой доли Ge (x) в сплаве

При увеличении x пик Ge-Ge на спектре проявляется при боль­шей частоте, т. е. стремится к значению, соответствующему моно­кристаллическому германию (301 см-1) [2]. Это говорит об увеличении степени релаксации в германиевых кристаллитах.

Пленки сплавов GexSi1-x были описаны в ряде докладов [3, 5, 7] и свойства гетероструктур GexSi1-x/Si широко исследованы. Однако, су­ществует необходимость в контроле приборных структур на основе та­ких материалов неразрушающим бесконтактным методом, каковым и является Рамановская спектроскопия. Данная работа была направлена на выявление общих закономерностей изменения спектров КРС в зависимости от состава пленок GexSi1-x/Si.

Создание искусственных подложек германия является актуаль­ной задачей современной полупроводниковой промышленности. В разных научных центрах продолжаются исследования германиевых структур, выращенных на кремниевых подложках, с целью приме­нения их в солнечных элементах и оптоэлектронных приборах.

Ключевой особенностью совмещения кремниевой и германиевой технологии является использование буферных слоев переменного состава GexSi1-x, позволяющих создавать на поверхности гетерострук­туры слои твердого раствора сплава германий-кремний с долей вплоть до х=1. При этом совершенные пленки GexSi1-x/Si с плотностью прони­зывающих дислокаций не более 106 см-2 можно вырастить до x≈0,15 [1]. Проблема пластической релаксации пленок с большей долей x по-прежнему актуальна и находится на стадии поиска новых методик.

Список литературы:

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Цена статьи

Искусственные подложки GeSi для гетероэпитаксии — достижения и проблемы / Ю. Б. Болховитянов, О. П. Пчеляков, Л. В. Соколов, С. И. Чи­кичев // ФТП. 2003. № 37. С. 513—538.

Alloy effects on the Raman spectra of Si1-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. PP. 566—575.

Alonso, M. I., Winer K. Raman spectra of c-Si1-xGex alloys // Phys. Rev. B. 1989. № 39. PP. 10056—10062.

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. PP. 660—662.

Lockwood, D. J., Baribeau J.-M. Strain-shift coefficients for phonons in Si1-xGex epilayers on silicon // Phys. Rev. B. 1992. № 45. PP. 8565—8571.

Low-temperature buffer layer for growth of a low-dislocation-density SiGe layer on Si by molecular-beam epitaxy / H. Chen, L. W. Guo, Q. Cui, Q. Hu, Q. Huang, J. M. Zhou // J. Appl. Phys. 1996. Vol. 79. № 2. С. 1167—1169.

Phonons in Ge1-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. PP. 10614—10621.

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Поставьте оценку первым.

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

570

Закажите такую же работу

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке