Главная – Журналы – Автометрия 2020 номер 5

Методом in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии выделено три режима кинетики травления поверхности Si(111) молекулярным пучком селена. В области низких температур (≲650°C в зависимости от скорости осаждения Se) кинетика травления лимитирована энергией формирования и десорбции молекул SiSe₂ и поверхность полностью покрыта примесно-индуцированной фазой селенида кремния «1×1»-Se. В интервале температур ~700-1100 °C скорость травления ограничивается величиной осаждаемого потока Se и не зависит от температуры, структуры поверхности и механизма травления (ступенчато-слоевой или двумерно-островковый). При высоких температурах (≳1150 °C) наибольший вклад в поток кремния с поверхности начинает вносить сублимация атомов Si. Построена теоретическая модель, описывающая температуру и кинетику переходов между режимами травления.

Представлен обзор текущего состояния, проблем и их решения, а также потенциальных возможностей развития технологии молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) для получения структур CdHgTe на различных подложках для инфракрасных детекторов. Представлены данные по сверхвакуумным установкам МЛЭ и средствам контроля процессов роста по материалам используемых подложек, процессам подготовки поверхности подложек, росту буферных слоёв на альтернативных подложках, росту и легированию слоёв CdHgTe. Приведены основные дефекты структур, такие как дислокации и макродефекты, и минимальные достигнутые уровни их концентрации, лимитирующие качество детекторов. Рассмотрены данные по проблемам внешнего легирования слоёв CdHgTe примесями и полученные электрофизические параметры таких слоёв. Приведены фотоэлектрические параметры ИК-детекторов, близкие к теоретическим и показывающие готовность технологии МЛЭ к производству структур CdHgTe/Si на подложках диаметром 6 дюймов. Продемонстрированы результаты исследований и развития процессов роста и легирования структур CdHgTe на подложках GaAs и Si диаметром 76,2 мм в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН.

Представлены результаты исследования процесса формирования напряжённых наногетероструктур на основе соединений материалов группы IV (Ge, Si, Sn). Установлены механизмы диффузии атомов серебра, олова и свинца по поверхности, и получены температурные зависимости коэффициентов диффузии атомов этих элементов. Показано, что диффузия атомов серебра, олова и свинца происходит по механизму твёрдофазного растекания с формированием поверхностных фаз. Приведены экспериментальные данные, которые свидетельствуют о преобладающей роли краевых дислокаций и дислокационных комплексов краевого типа в релаксации гетероструктуры Ge/Ge_0,5Si_0,5/Si(001). Обогащённые оловом островки с пьедесталом Si на подложке Si(001) были получены методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Первоначально на поверхность Si наносилась плёнка Sn. В процессе последующего отжига формировался массив островков Sn, которые использовались в качестве катализаторов для роста нанообъектов. Обогащённые оловом островки с пьедесталом Si формируются после осаждения кремния при температурах 300-450 ^◦C на поверхность с островками Sn. Рост островков с пьедесталом происходил по механизму пар - жидкость - кристалл. Обнаружена интенсивная фотолюминесценция от обогащённых оловом островков с пьедесталами Si в диапазоне длин волн 1,3-1,7 мкм.

Представлен новый тип гетероструктур AlGaAs/InGaAs/GaAs с энергетическими барьерами, сформированными в соседних с каналом InGaAs слоях транзистора AlGaAs, модуляционно-легированных донорами и акцепторами. Высота барьеров, связанных с потенциалом области пространственного заряда в слоях AlGaAs, достигает 0,8 эВ, что позволяет удвоить концентрацию электронов в канале, предотвратить переход горячих электронов, разогретых электрическим полем, в окружающие слои и увеличить примерно в 1,2-1,3 раза их насыщенную скорость дрейфа. В результате удельная выходная СВЧ-мощность транзистора превзошла более чем на 50 % мировой уровень.

Демонстрируется возможность выращивания методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии структурно-совершенных высокоомных слоёв GaN, позволяющих формировать гетероструктуры SiN/Al(Ga)N/GaN для транзисторов c высокой подвижностью электронов. Определены условия выращивания слоёв GaN с гладкой морфологией поверхности (среднеквадратичное отклонение ∼2 нм), пригодных для создания резких гетерограниц, и продемонстрирована возможность улучшения кристаллического совершенства слоя GaN за счёт использования буферного высокотемпературного (температура роста более 940 ^°C) слоя AlN. Показано, что in situ пассивация поверхности гетероструктур Al(Ga)N/GaN ультратонким слоем SiN позволяет формировать нормально закрытые транзисторы с рекордно низкими значениями токового коллапса (∼1 %).

Исследовано влияние различных обработок поверхности плёнок Hg_1-xCd_xTe (КРТ) перед нанесением диэлектрика Al₂O₃ методом атомно-слоевого осаждения на величину заряда на границе раздела диэлектрик-полупроводник. Изготовлены структуры МДП с различной обработкой поверхности перед нанесением диэлектрика. Проведены измерения вольт-фарадных характеристик структур МДП на КРТ, и определена плотность поверхностного заряда. На поверхности плёнок состава x = 0,22 с естественным окислом поверхностный заряд распределён неоднородно и составляет (0,8-1,8) 10^-8 Кл/см², что может приводить к инверсии типа проводимости на поверхности. Выдержка структур КРТ в парах ртути при комнатной температуре приводит к формированию отрицательного заряда в диапазоне -(0,4-1,6) x 10^-8 Кл/см².

Экспериментально исследовано влияние скорости роста (плотности потока атомов In) на состав твёрдых растворов InAs_xSb_1-x(100) при молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием потоков молекул As₂ и Sb₄. Установлено, что увеличение скорости роста при постоянном значении доли молекул As₂ и Sb₄ в потоке молекул группы V и неизменном отношении потока атомов индия к суммарному потоку молекул элементов группы V приводит к уменьшению доли мышьяка в твёрдом растворе. Показано, что скорость роста является самостоятельным параметром процесса молекулярно-лучевой эпитаксии, определяющим состав твёрдых растворов InAs_xSb_1-x. Предложен механизм формирования состава твёрдого раствора, объясняющий роль скорости роста.

Представлен обзор последних результатов и новые данные по изучению оптического отклика от полупроводниковых нанокристаллов, полученных с помощью методов плазмон-усиленной оптической спектроскопии, включая гигантское комбинационное рассеяние света (ГКРС) и плазмон-усиленное ИК-поглощение. Эти методы основаны на усилении фононного отклика полупроводниковых нанокристаллов, расположенных в поле локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР) металлических наноструктур. Благодаря выбору определённой морфологии металлических наноструктур обеспечивается совпадение энергии ЛППР с энергией лазерного возбуждения и/или энергией оптических фононов в нанокристаллах. Резонансные условия обеспечивают значительное увеличение локальных электрических полей и, как следствие, резкое усиление сигнала КРС и ИК-поглощения на частотах поверхностных оптических фононов нанокристаллов. Усиление оптического отклика позволяет не только детектировать монослойные покрытия нанокристаллов, но и изучать их кристаллическую структуру, фазовый и элементный составы, внутренние механические напряжения. Применение КРС в сочетании с атомно-силовой микроскопией с использованием металлизированного зонда открыло новые возможности для анализа колебательного и электронного спектров нанокристаллов с нанометровым пространственным разрешением.

Представлен краткий обзор экспериментальных и теоретических исследований по применению одиночных нейтральных атомов, захваченных в массивы оптических дипольных ловушек, в качестве кубитов квантового компьютера. Обсуждаются методы загрузки, регистрации атомов в ловушках и выполнения двухкубитовых квантовых логических операций посредством диполь-дипольного взаимодействия при кратковременном лазерном возбуждении атомов в ридберговские состояния.

Излагаются принципы работы сверхминиатюрных полупроводниковых излучателей, приводятся результаты исследований характеристик излучателей, разработанных и изготовленных в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН в течение последних трёх лет. Представлены характеристики излучателей одиночных фотонов на основе квантовых точек Al_xIn_1-xAs/Al_yGa_1-yAs и одномодовых лазеров с вертикальным резонатором с генерационной длиной волны 794,8 нм для миниатюрных квантовых стандартов частоты на основе Rb⁸⁷.

Представлен обзор технологии дизайна и изготовления, методов и результатов исследования оптических спектров и кинетики отражения связанных квантовых ям A₃B₅, а также результаты применения разработанных на их основе оптических затворов для синхронизации мод фемтосекундного лазера Yb³⁺:KY(WO₄)₂ с высокой (порядка 1 ГГц) частотой следования импульсов.

Представлено, каким образом понимание фундаментальных процессов самоорганизации и морфологических перестроек на атомно-чистой поверхности Si(111), достигнутое в результате исследований методом in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии, может быть использовано для приложений в метрологии. Методом высокоразрешающей электронной микроскопии показано, что естественный оксид, формирующийся на поверхности Si(111) в атмосферных условиях, с большой точностью реплицирует высоту атомной ступени. На основе этого разработаны методики создания мер вертикальных размеров в диапазоне 0,31-31 нм с погрешностью во всём интервале измерений менее 0,05 нм. Продемонстрирована возможность создания экстремально широких «атомно-гладких» поверхностей (до 230 мкм) и их использования в качестве опорных зеркал в интерферометрических микроскопах. Кристаллические образцы, содержащие выверенное количество моноатомных ступеней и атомно-гладких участков поверхности, включены в состав Государственного вторичного эталона в качестве меры высоты и меры плоскостности ангстремного диапазона.

Представлен обзор работ лаборатории теоретической физики Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН. Обсуждаются два направления исследований: транспортные свойства двумерных экситонных систем и электронный транспорт в двумерных топологических изоляторах. Существенное внимание уделено экситонным системам в режиме бозе-эйнштейновского конденсата и теории проводимости двумерного топологического изолятора толщиной, близкой к критической, обусловленной разветвлённой сетью краевых состояний, пронизывающей образец.

Исследованы характеристики структур металл-диэлектрик-проводник на основе изолирующих плёнок PbSnTe:In с составами вблизи инверсии зон, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Показано, что ряд их особенностей может быть вызван сегнетоэлектрическим фазовым переходом с температурой Кюри в диапазоне 15-20 К. Получены результаты по инжекции и детектированию спин-поляризованных электронов в PbSnTe:In с использованием ферромагнитных контактов Co и Co₄₀Fe₄₀B₂₀. Обнаружен спин-вентильный эффект при измерении магнетосопротивления в локальной геометрии на удалении ферромагнитных контактов более 30 мкм. Методом фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением показано наличие поверхностного спин-поляризованного состояния с линейным законом дисперсии.