2). Температурное поведение перехода "hut" - "dome" и полной релаксации "dome" островков.
Как видно из зависимости во всем температурном диапазоне происходит плавное уменьшение характерных толщины перехода из "hut" в "dome" и толщины, при которой происходит полная релаксация "dome" островков. По многочисленным теоретическим расчетам "hut" островки являются метастабильными, и отжиг, даже при температурах роста, приводит к постепенному переходу "hut" островков в "dome" островки. Поэтому наряду с термодинамическими параметрами системы (конкуренция между упругими напряжениями и площадью поверхности), важную роль играют кинетические процессы переноса на поверхности. При низких температурах роста, кинетический массоперенос по поверхности гораздо меньше, поэтому трансформация "hut" кластеров в более стабильные "dome" островки происходит при больших толщинах. В то время как при более высоких температурах роста образующиеся "dome" островки для выстраивания своей формы в конфигурацию с минимумом энергии могут получать атомы Ge не только из падающего потока, но и собирать из близлежащих "hut" кластеров и смачивающего слоя. К тому же, при боле высоких температурах, введение дислокаций несоответствия в островок возможно при меньших напряжениях в островке, а значит при меньших эффективных толщинах германиевой пленки.
По результатам проведённых исследований можно сделать следующие выводы:
1). Предложена методика контроля морфологии пленки Ge при эпитаксии на поверхности Si(100) с помощью регистрации и анализа изменения профилей интенсивности на дифракционной картине быстрых электронов.
2). Измерены изменения профилей интенсивности вдоль вертикального и горизонтального направления дифракционной картины при эпитаксии Ge на Si(100) в температурном диапазоне 250-7000С, при постоянной скорости роста – 0.05Å/сек.
3). Из анализа изменения горизонтального профиля интенсивности определено поведение параметра решетки пленки в плоскости роста в зависимости от эффективной толщины напыляемого слоя германия.
4). Предложена модель, объясняющая подобное поведение параметра решетки пленки в плоскости роста. Увеличение параметра решетки на стадии двумерного роста и формирования "hut"-кластеров обусловлено упругой деформацией, а для "dome"-кластеров – пластической релаксацией из-за формирования сетки дислокаций несоответствия в границе раздела.
5). По характерным изменениям в профилях интенсивности, построена кинетическая диаграмма морфологии поверхности пленки Ge на Si(100) в зависимости от температуры роста и толщины осажденного германия.
эпитаксия дифракционный электрон кластер
Выражаю огромнейшую благодарность моему научному руководителю к.ф.-м.н. Никифорову А.И. за частые обсуждения вопросов непосредственно связанных с моей дипломной работой, за поощрение и помощь при проявлении мной инициативных начинаний, а так же за дружественный дух, который царит в его рабочей группе.
Хочу поблагодарить так же к.ф.-м.н. Соколова Л.В. за обсуждение некоторых вопросов по интерпретации экспериментальных зависимостей.
Благодарю к.ф.-м.н. Чикичева С.И. за интересные, занимательные спецсеминары проводимые им со студентами кафедры.
D.J. Paul. «Silicon germanium heterostructures in electronics: the present and the future»Thin Solid Films, 321 (1998), 172-180.
D.J. Eaglesham and M. Cerullo. «Dislocation-Free Stranski-Krastanow Growth of Ge on Si(100)» Phys. Rev. Lett., 64, 1943 (1990).
P. Muller and R. Kern. «Equilibrium shape of epitaxially strained crystals (Volmer-Weber case)» J. Cryst. Growth, 193, 257 (1998).
А.А. Чернов, Е.И. Гиваргизов, Х.С. Багдасаров и др. Современная кристаллография, т. 3. М.: Наука, 1980, 407 стр.
F. Liu and M.G. Lagally. «Interplay of Stress, Structure, and Stoichiometry in Ge-Covered Si(001)» Phys. Rev. Lett., 76, 3156 (1996).
Y. Chen and J. Washburn. «Structural Transition in Large-Lattice-Mismatch Heteroepitaxy» Phys. Rev. Lett.,77, 4046 (1996).
D.E. Jesson, G. Chen, K.M. Chen, and S.J. Pennycook. «Self-Limiting Growth of Strained Faceted Islands» Phys. Rev. Lett., 80, 5156 (1998).
M. Kästner and B. Voigtländer, «Kinetically Self-Limiting Growth of Ge Islands on Si(001)» Phys. Rev. Lett., 82, 2745 (1999).
Н.В. Востоков, С.А. Гусев, И.В.Долгов, Ю.Н. Дроздов и др. , «Упругие напряжения и состав самоорганизующихся наноостровков GeSi на Si(001)» ФТП, №2 (2000)
V.A. Shchukin, D. Bimberg. «Strain-driven self-organization of nanostructures on semiconductor surfaces» Appl. Phys., A 67, 687 (1998).
P. Muller, R. Kern. « Equilibrium shape of epitaxially strained crystals (VolmerÐWeber case)» J. Cryst. Growth, 193, 257 (1998).
Ф. Бехштенд, Р. Эндерлайн «Поверхности и границы раздела полупроводников», М., «Мир», 1990.
O.L. Alerhand, A.N. Berker, R.J. Hamers, et al «Finite-Temperature Fase Diagram of Vicinal Si(100) Surface» Phys. Rev. Let. V64, N20 (1990) 2406.
Y.-W. Mo, D.E. Savage, B.S. Swartzentruber, and M.G. Lagally. Phys. Rev. Lett., 65, 1020 (1990).
Feng Liu, M.G. Lagally «Self-organized nanoscale structures in Si/Ge films» Surface Science 386 (1997) 169–181
G. Capellini,a) L. Di Gaspare, and F. Evangelisti « Atomic force microscopy study of self-organized Ge islands grown on Si(100) by low pressure chemical vapor deposition» Appl. Phys. Lett. 70 (4), 27 January 1997
F.K. LeGoues, M.C. Reuter, J. Tersoff, M. Hammar, and R.M. Tromp. Phys. Rev. Lett., 73, 300 (1994).
V.A.Markov, A.I.Nikiforov, O.P.Pchelyakov "In situ" Control of Direct MBE Growth of Ge Quantum Dots on Si. J.Cryst.Growth 175/176(1997) 736-740.
J. Drucker and S. Chaparro «Diffusional narrowing of Ge on Si(100) cjherent island quantum dot size distribution» Appl. Phys. Lett. 71(5), 614 (1997).
Z. Jiang, H. Zhu, F. Lu et al. «Self-organized germanium quantum dots grown by molecular beam epitaxy on Si(100)». Thin Solid Films, 321, 60 (1998).
K. Sakamoto, H. Matsukata «Alagnment of Ge three dimensional islands on faceted Si(100) surface» Thin Solid Films 321 (1998) 55-99.
V.A. Markov, O.P. Pchelyakov, L.V. Sokolov et al.. «Molecular beam epitaxy with synchronization of nucleation» Surface Sci., 250, 229 (1991).
O.P. Pchelyakov, I.G. Neisvestnyi, Z.Sh. Yanovitskaya. Phys. «RHEED control of nanjstructures formation during MBE» Low-Dim. Struct., 10/11, 389 (1995).
J.A. Floro, E. Chason, M.B. Sinclair, L.B. Freund, G.A. Lucadamo. «Dynamic self-organization of strained islands during SiGe epitaxial growth» Appl. Phys. Lett., 73, 951 (1998).
V. Thanh, v. Yam, F. Fortuna at e. «Vertically self-organized Ge/Si(001) quantum dots in multiplayer structure» Phys. Rev. B V60 N8, 5851 (1999-II)
Y.W. Zhang, S.J. Xu, and C.-h. «Vertical self-alignment of quantum dots in superlattice» Chiu. Appl. Phys. Lett., V74, N13, 1809 (1999).
K. Sakamoto, H. Matsuhata, M.O. Tanner, D. Wang , K.L. Wang. «Alignment of Ge three-dimensional islands on faceted Si(001) surfaces»Thin Solid Films, 321 (1998), 55-59.
H. Omi , T. Ogino. Applied Surface Science «Self-organization of nanoscale Ge islands in Si/Ge/Si(113) multiplayers» 130–132, (1998) 781-785
C.S. Peng, Y.H. Zhang, T.T.Sheng et al. «Improvement Ge self-organizd quantum dots by use of Sb surfactant» Appl. Phys. Lett., V72, N20, 2541 (1998).
T. Tezuka and N. Sugiyama. «Two types of growth mode for Ge clasters on Si(100) substrate with and without atomic hydrogen exposure prior to the growth» J. Appl. Phys., V83, N10 5239 (1998).
V. Le Thanh. «Fabrication of SiGe quantum dots: a new approach based on selective growth on chemically prepared H-passivated Si(100) surfaces»Thin Solid Films 321(1998), 98-105.
X. Deng and M. Krishnamurthy. Phys. «Self-Assembly of Quantum-Dot Molecules: Heterogeneous Nucleation of SiGe Islands on Si(100)» Rev. Lett., 81, 1473 (1998).
O.G. Schmidt, C. Lange, K. Eberl, O. Kienzle, F. Ernst. «Influence of pre-grown carbon on the formation of germanium dots» Thin Solid Films, 321, 70 (1998).
G. Abstreiter, P. Schittenhelm, C. Engel, et al. «Growth and characterization of self-assembled Ge-rich islands on Si» Semicond. Sci. Technol. 11, 1521 (1996).
A.I. Yakimov, A.V. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov «Normal-incidence infrared photoconductivity in Si p-i-n diode with embedded Ge self-assembled quantum dots»Appl. Phys. Lett.,75, 1413 (1999).
V.A.Markov, A.I.Nikiforov and O.P.Pchelyakov «In situ RHEED control of direct MBE growth of Ge quantum dots on Si(001)» // J.Crystal Growth 175/176(1997) 736-740.
O.P. Pchelyakov, V.A. Markov, A.I. Nikiforov, L.V. Sokolov. «Surface processes and phase diagram in MBE growth of Si/Ge geterostructures» Thin Solid Films. 306, 299 (1997).
I. Goldfarb, G.A.D. Briggs «Comparative STM and RHEED studies of Ge/Si(001) and Si/Ge/Si(001) surfaces» // Surface Science 433–435 ( 1999) 449–454
J.H.Neave, P.J.Dobson, B.A.Joyce and Jing Zhang «Reflection High-Energy Electron Diffraction oscillation from vicinal surfaces-a new approach to surfaces diffusion measurement» // Appl.Phys.Lett. 47(2) 15July 1985 p.100-102.
K.Reginski, M.A. Lamin, V.I. Mashanov, O.P. Pchelyakov, L.V. Sokolov «RHEED intensity oscillation in resonance condition during MBE growth of Si on Si(111)». Surf. Sci., 327, 93 (1995).
Bert Voigtlander and Martin Kastner «Evolution of the strain relaxation in a Ge layer on Si (001) – by reconstruction and intermixing», Phys. Rev. B. V60, N8, R5121 (1999).
O. Kienzle, F. Ernst, O. G. Schmidt et al. «Germanium ‘‘quantum dots’’ embedded in silicon: Quantitative study of self-alignment and coarsening» Appl. Phys. Lett., V74, N2, 269 (1999).
G. Wohl, C. Shollhorn, O.G. Schmidt et al. «Characterization of self-assembled Ge islands on Si(100) by atomic force microscopy and transmission electron microscopy» Thin Solid Films 321 (1998) 86-91.
G. Medeiros-Ribeiro, T. I. Kamins, D. A. A. Ohlberg, and R. Stanley Williams « Annealing of Ge nanocrystals on Si(001) – at 550 °C: Metastability of huts and the stability of pyramids and domes» Phys.Rev.B V58, N7, 3533 (1998).
H. Sunamura, N. Usami, Y. Shiraki and S. Fukatsu «Island formation during of Ge on Si(100): A study using photoluminescence spectroscopy» Appl. Phys. Lett. 66(22), 3024 (1995).
O. G. Schmidt, C. Lange, and K. Eberl « Photoluminescence study of the initial stages of island formation for Ge pyramids/domes and hut clusters on Si( 001)» Appl.Phys.Lett. V75, N13, 1905 (1999)