Коротаев А.Г.   Кукенов О.И.   Дирко В.В.   Лозовой К.А.   Коханенко А.П.  

Влияние смены механизма роста на формирование удлиненных квантовых точек германия на кремнии

Докладчик: Коротаев А.Г.

Многочисленные исследования гетероэпитаксиального роста германия на кремнии показывают, что при определенных условиях в этой системе возможно образование несколь-ких морфологически различных типов островков: с квадратным и прямоугольным основанием [1]. Кроме того, при определенных ростовых условиях возможно формирование так называемых нитевидных квантовых точек, имеющих очень высокое значение отношения длины к ширине основания [2]. При этом для эффективного приборного применения необходимо создавать гетероструктуры с очень узким распределением наноостровков по размерам, так как именно это обеспечивает наилучшие условия для проявления квантовых эффектов. Однородность островков критически зависит от параметров роста, таких как температура роста, скорость осаждения германия и его количество, а также от времени отжига структуры после роста. Требуемое распределение квантовых точек по размерам может быть достигнуто лишь путем тщательного подбора и постоянного контроля условий синтеза.
В настоящей работе при анализе синтеза Si на Si(100) методом дифракции быстрых отраженных электронов в широком диапазоне температур были построены зависимости от-ношения интенсивностей и отношения периодов колебаний рефлексов 2×1 и 1×2, а также зависимости интенсивности рефлекса 1/N от времени роста [3]. По совокупности этих величин определяют доминирующий при данной температуре механизм роста двумерных слоев. Было установлено, что вблизи температуры 550 °С имеется критическая точка, в которой моноатомные ступени разных типов максимально сближены, а димерные ряды ещё невелики. Исходя из этого температура 550 °С была выбрана приоритетной для создания квантовых точек. Для сравнения с помощью сканирующей электронной микроскопии были исследованы образцы с наноостровками Ge на Si(100), выращенными при температурах 470–600 °С.
Было показано, что при таком небольшом изменении температуры роста вблизи кри-тической температуры образцы значительно различаются плотностями квантовых точек на квадратный сантиметр и размерами нанокластеров. Плотность квантовых точек резко уменьшается с повышением температуры выше 550 °С, а также значительно увеличивается их размер, что делает невозможным наблюдение квантовых эффектов. Кроме того, образец, выращенный при 550 °С, отличается большим отношением длины основания островков к их ширине и малым разбросом островков по размерам. Поэтому указанная точка представляет большой интерес для создания удлинённых нанокластеров и квантовых нитей [4].

Литература

1. Арапкина Л. В., Юрьев В. А. Классификация hut-кластеров Ge в массивах, форми-руемых на поверхности Si (001) методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низких темпе-ратурах // Успехи физических наук. – 2010. – Т. 180. С. 289–302.
2. Tersoff J., Tromp R. M. Shape transition in growth of strained islands: Spontaneous for-mation of quantum wires // Physical Review Letters. – 1993. – V. 70. – P. 2782–2785.
3. Dirko V.V., Lozovoy K. A., Kokhanenko A. P.,Voitsekhovskii A. V. High-resolution RHEED analysis of dynamics of low-temperature superstructure transitions in Ge/Si(001) epitaxial system // Nanotechnology. – 2022. – V. 33. – P. 115603 (1–8).
4. Liu K., Berbezier I, Favre L, et al. Self-organization of SiGe planar nanowires via aniso-tropic elastic field // Physical Review Materials. – 2019. – V. 3. – P. 023403 (1–7).


К списку докладов