Чжан Ж. Тысченко И.Е. Гутаковский А.К. Вдовин В.И. Володин В.А. Попов В.П.
Ионно-лучевой синтез нанокристаллов InSb на границе раздела Si/SiO2 в структурах кремний-на-изоляторе: эволюция оптических свойств и деформационные характеристики
Докладчик: Чжан Ж.
Интеграция многофункциональных элементов в единую кремниевую подложку для создания гибридных интегральных схем является ключевым аспектом в современной микро-электронике. Этот подход направлен на повышение быстродействия интегральных схем с использованием существующих технологий. Для успешной реализации таких схем требует-ся разработка новых материалов с необходимыми электронными, фотонными и другими свойствами. Ионно-лучевой синтез нанокристаллов соединений А3В5 в гетероструктурах на основе кремния рассматривается как перспективный метод для создания таких материалов. В наших исследованиях будет изучена эволюция структурных и оптических свойств нано-кристаллов InSb, синтезированных на границе раздела Si/SiO2 в структурах кремния на изо-ляторе (КНИ) с помощью ионной имплантации и последующего высокотемпературного от-жига.
В качестве подложек использовались кремниевые пластины диаметром 100 мм с ори-ентацией (100). Сначала на первой пластине кремния был термически выращен слой SiO2 толщиной 300 нм, в который затем проводилась имплантация ионов In+ энергией 100 кэВ дозой 8×1015 см-2. Во вторую пластину Si были имплантированы ионы Sb+ с теми же пара-метрами. Затем во вторую пластину были имплантированы ионы H2+ с энергией 130 кэВ и дозой 2.5×1016 см–2. После этого пластины соединялись имплантированными сторонами, и осуществлялся перенос слоя кремния толщиной около 640 нм со второй пластины на первую. В результате была сформирована структура КНИ с областями, содержащими по обе стороны от границы сращивания Si/SiO2 на расстоянии примерно 60 нм атомы Sb и In с концентра-цией около 4 ат.%. Далее проводился отжиг КНИ структур в потоке паров азота при темпе-ратуре 1100 °C длительностью от 1 до 300 минут. После отжига верхний слой кремния под-вергался химическому травлению в водном растворе аммиака при температуре 40 °C, что уменьшало его толщину до нескольких десятков нанометров. Исследования проводились с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) при комнатной температуре с возбуждением аргоновым лазером с длиной волны 514,5 нм, а также метода-ми высокоразрешающей электронной микроскопии на поперечном срезе (ВРЭМ) и энерго-дисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС).
В процессе высокотемпературного отжига было орбнаружено формирование нано-кристаллов InSb в области границы раздела Si/SiO2. При этом на начальной стадии отжига при 1100°C происходил сначала синтез кристаллической фазы Sb в пленке Si и In2O3 – в слое SiO2, а также формирование нанокристаллов InSb в пленке КНИ около границы раздела Si/SiO2. При этом нанокристаллы InSb имели ограненную форму и были ориентированы кремниевой матрицей (Рис. 1a). С увеличением длительности отжига рост нанокристаллов InSb на границе раздела Si/SiO2 происходил в сторону матрицы захороненного SiO2, и они имели полусферическую форму (Рис. 1b).
Из спектров КРС по сдвигу частот оптических фононов оценена величина деформа-ций в нанокристаллах InSb. Показано, что значения деформаций, соответствующие сдвигу частот продольных и поперечных фононов, различаются в 2 раза. С ростом времени отжига деформации в нанокристаллах уменьшаются и практически полностью исчезают по мере увеличения времени отжига до 300 минут.
К списку докладов