Институт физики микроструктур РАН
- филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИФМ РАН)
|
Особенности перехода от двумерного к трехмерному росту в многослойных SiGe/Si(001) гетеростуктурах
Установлены особенности смены механизма роста пленки Ge с двумерного на трехмерный в различных типах многослойных SiGe/Si(001) гетероструктур c напряженными слоями и самоформирующимися наноостровками. Впервые экспериментально обнаружено, что предосаждение напряженного SiGe слоя ведёт к уменьшению критической толщины двумерного роста пленки Ge, как при осаждении Ge непосредственно на SiGe слой, так и на тонкий, ненапряженный Si слой, выращенный поверх SiGe слоя. Предложена теоретическая модель оценки критической толщины двумерного роста напряженных слоев в многослойных SiGe/Si(001) структурах, позволяющая с хорошей точностью описать полученные экспериментальные результаты (рис. 1).
Рис. 1. Зависимости критической толщины 2D-3D перехода (hc) от содержания Ge в напряженном SiGe слое (xGe) фиксированной толщины (а), от толщины SiGe слоя (dSiGe) при фиксированном составе (б) и от толщины ненапряженного Si (dSi), разделяющего напряженный SiGe слой и пленку Ge (в).
В многослойных структурах с наноостровками экспериментально обнаружены различия в механизмах формирования смачивающего слоя Ge и зарождения островков в первом и последующих слоях структуры. Выявлены условия роста многослойных структур, позволяющие за счет варьирования температур роста различных слоев с островками управлять параметрами островков (размерами и поверхностной плотностью) и формировать массивы кластеров островков (т.н. «quantum dots molecules») (рис. 2). Предложена простая модель, основанная на учете неоднородных полей упругих напряжений от островков нижележащего слоя, которая позволяет качественно объяснить обнаруженные отличия в формировании островков в одно и многослойных структурах.
Рис. 2. Изменение параметров островков при использовании различных температур роста слоев с островками: увеличение поверхностной плотности (а) и формирование кластеров островков (б). Т1 и Т2 - температуры роста первого и второго слоя островков соответственно.
Рис. 1. Зависимости критической толщины 2D-3D перехода (hc) от содержания Ge в напряженном SiGe слое (xGe) фиксированной толщины (а), от толщины SiGe слоя (dSiGe) при фиксированном составе (б) и от толщины ненапряженного Si (dSi), разделяющего напряженный SiGe слой и пленку Ge (в).
В многослойных структурах с наноостровками экспериментально обнаружены различия в механизмах формирования смачивающего слоя Ge и зарождения островков в первом и последующих слоях структуры. Выявлены условия роста многослойных структур, позволяющие за счет варьирования температур роста различных слоев с островками управлять параметрами островков (размерами и поверхностной плотностью) и формировать массивы кластеров островков (т.н. «quantum dots molecules») (рис. 2). Предложена простая модель, основанная на учете неоднородных полей упругих напряжений от островков нижележащего слоя, которая позволяет качественно объяснить обнаруженные отличия в формировании островков в одно и многослойных структурах.
Рис. 2. Изменение параметров островков при использовании различных температур роста слоев с островками: увеличение поверхностной плотности (а) и формирование кластеров островков (б). Т1 и Т2 - температуры роста первого и второго слоя островков соответственно.