Главная – Журналы – Автометрия 2022 номер 6

Рассматривается возникновение магнитных свойств в нанообъектах немагнитных веществ на основе кремния и переходного металла (железа). Установлено, что при осаждении железа с покрытием 5,22 монослоя в сверхвысоком вакууме на вицинальную поверхность кремния Si(111)-4^◦ с последующим отжигом при температуре 630 ^◦С формируется система наностержней α-FeSi₂ со средней высотой 6,6 нм и длинами от 50 до 200 нм. В наностержнях обнаружено возникновение мягких ферромагнитных петель с коэрцитивной силой от 90 Э до 180 Э, сохраняющихся до температуры 300 К. Установлено, что ось лёгкого намагничивания расположена перпендикулярно наностержням, а ось трудного намагничивания параллельна им. Данный вид нанообъектов перспективен для создания приборов спинтроники в рамках планарной кремниевой технологии.

Проведены структурные, электрофизические и оптические исследования подложек кремний-на-сапфире с нанослоями кремния и диоксида гафния в зависимости от толщины подложки. Показано, что наведённое в результате термообработок таких структур двухосное напряжение растяжения в промежуточном слое HfO₂ из-за большой разницы в коэффициентах теплового расширения между слоями кремния, сапфира и диоксида гафния стимулирует гистерезис тока в канале КНС-псевдо-МОП-транзистора. Выявлено, что уменьшение механического напряжения в диоксиде гафния приводит к увеличению коэрцитивного поля и сегнетоэлектрического переключения при слабых полях в нанослоях диоксида гафния.

С использованием метода in situ отражательной электронной микроскопии выращены плёнки слоистого SnSe₂ толщиной около 50 и 30 нм на подложках Si(111) и Bi₂Se₃(0001) соответственно. Рост плёнок в обоих случаях проходил по многослойному механизму с формированием выраженных холмов. Высота атомных ступеней измерена методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) и составила 0,6 нм, что соответствует толщине слоя SnSe₂. Ex situ АСМ-изображение поверхности SnSe₂, выращенное на подложке Si(111), показало высокую концентрацию винтовых дислокаций в плёнке (∼12 мкм^-2) и присутствие доменов с треугольной огранкой ступеней, имеющих два типа ориентации относительно подложки. Обнаружено, что рост плёнки SnSe₂ на поверхности (0001) монокристалла Bi₂Se₃ происходит с формированием одинаково ориентированных относительно подложки холмов с шестиугольной огранкой. Холмы образовывались по многослойному механизму как в местах выхода на поверхность винтовых дислокаций, так и за счёт периодичного зарождения 2D -островков на наивысших террасах, размеры которых достигают 1 мкм. Методом комбинационного рассеяния света показано, что плёнки на обеих подложках имеют спектры, характерные для фазы 1T-SnSe₂.

Получена межзонная фотолюминесценция (ФЛ) структур с множественными квантовыми ямами (МКЯ) с различным содержанием Ge и Sn. Положение пика на спектрах ФЛ, полученных от МКЯ Ge_{0,93 x}Si_xSn_0,07/Si, смещается в длинноволновую область с увеличением содержания Ge в твёрдом растворе и наблюдается в диапазоне энергий 0,85-0,68 эВ для содержания германия от 30 до 78 %. Таким образом, смещение пика по длине волны наблюдалось от 1,46 до 1,82 мкм, а общий спектральный диапазон люминесценции МКЯ, перекрываемый данными структурами, составлял 1,3-2,1 мкм. Ещё более существенного смещения пика ФЛ МКЯ в длинноволновую область удалось добиться за счёт повышения содержания олова. Увеличение доли Sn от 7 до 14 % при неизменной доле Ge 30 % привело к смещению пика от 0,85 до 0,75 эВ. Одновременное повышение содержания как олова, так и германия в твёрдом растворе (до 14 и 79 % соответственно) позволило получить пик ФЛ с энергией 0,58 эВ, что соответствует длине волны излучения 2,14 мкм. Обнаружен резкий «красный» сдвиг положения пика ФЛ при увеличении температуры, величина которого составляла до 50 мэВ при изменении температуры нагрева образца с 11 до 60-80 К. Столь существенная величина сдвига положения пика ФЛ МКЯ объяснена в рамках модели, предполагающей, что при малых температурах носители заряда случайным образом локализованы на пространственных неоднородностях МКЯ, а при повышении температуры происходит их перераспределение и переход к термодинамически равновесному состоянию с наименьшей энергией.

Кинетика сигналов отражения наноструктур, состоящих из одинакового количества квантовых ям одинакового состава In_xGa_1-xAs (x = 0, 32) с барьерами из GaAs толщиной в 2, 4, 6 и 8 монослоёв, выращенных на полупроводниковом отражателе в одинаковых условиях, исследована методом накачки-зондирования. Обнаружена тенденция к укорочению времени релаксации для более тонких барьеров. Обсуждаются перспективы дальнейших исследований и практического применения квантовых ям, связанных туннелированием носителей заряда.

Проведён анализ структуры исходных плёнок нестехиометрических германосиликатных стёкол и трансформации их структуры при отжигах с применением спектроскопии комбинационного рассеяния света и ИК-спектроскопии. Показано, что структура плёнок стабильна до температуры 350 ^◦C, а при отжигах от 400 ^◦C в них формируются кластеры аморфного германия. На базе этих плёнок изготовлены структуры металл-диэлектрик-полупроводник и продемонстрированы перспективы их использования в мемристорах и фотодетекторах.

В данной работе продемонстрировано, что цифровые технологии могут быть успешно применены для анализа изображений и прогнозирования свойств функциональных материалов на примере нового метода быстрой идентификации параметров кристаллографической ориентации мультикристаллического кремния. Предлагаемый метод основывается на технологиях машинного обучения. Анализ текстурированных пластин мультикристаллического кремния осуществляется с помощью оригинального алгоритма кластеризации монокристаллических зёрен, а идентификация параметров кристаллографической ориентации производится посредством модели нейронной сети. Принцип идентификации базируется на корреляции контраста отображения макроструктуры, связанного с отражательными особенностями зёрен и параметрами их ориентации. Архитектура нейронной сети - многослойный персептрон - выбрана с учётом ограничений по количеству входных данных. Однако в совокупности с алгоритмом оптимальное количество обучающих данных удовлетворяет требованиям процесса обучения нейронной сети и обеспечивает высокую эффективность идентификации параметров ориентации на сканированных изображениях текстурированных пластин мультикристаллического кремния.

Полевая зависимость намагниченности кремниевого наносандвича, наблюдаемая при комнатной температуре, демонстрирует весьма сложный характер, сформированный в основном вкладом квантового магнитного эффекта, который интерпретирован как эффект де Гааза - ван Альфена при целочисленных и дробных факторах заполнения. На основе ранее найденной двумерной плотности носителей вычислены критические поля для соответствующих факторов заполнения. Проведено моделирование осцилляций де Гааза - ван Альфена при высокой температуре (T = 300 K) по заданному распределению энергетической плотности состояний кремниевого наносандвича в окрестностях уровней Ландау путём вычислительной процедуры, реализованной на суперкомпьютере. Принята во внимание ранее обнаруженная нами зависимость эффективной массы носителей от напряжённости внешнего магнитного поля.

Представленная работа посвящена моделированию Монте-Карло движения капель расплава Au-Si по вицинальной поверхности Si(111) при осаждении золота на подложку из кремния. Рассмотрено поведение капель на поверхностях Si с ориентациями (100) и (111). Выяснено, что направленное движение капель Au-Si на вицинальной поверхности Si(111) обусловлено асимметрией латеральной границы раздела капля - подложка. Причиной асимметрии латеральной границы раздела на вицинальной поверхности Si(111) являются ступени. Движение капли происходит за счёт растворения кремниевой подложки в стремлении достичь равновесной концентрации расплава Au-Si в объёме капли. Проанализирована кинетика движения капель расплава Au-Si по поверхности кремния.

Один из перспективных подходов к решению задачи производства недорогих матричных фотоприёмных устройств заключается в разработке диодных матриц на основе структур с барьерами Шоттки PtSi/поли-Si, производимых по стандартным КМОП-процессам. При создании таких структур возникает ряд задач, решению которых посвящена данная работа. На этапе формирования слоёв Si/Si₃N₄ методом инфракрасной Фурье-спектроскопии обнаружена и исследована диффузия атомов водорода из плёнки Si₃N₄ в плёнку кремния при комнатной температуре. При исследовании формирования слоёв PtSi/поли-Si было установлено, что при магнетронном напылении платины на поверхности поли-Si образуется интерфейсная плёнка, состоящая из силицидов Pt₃Si и Pt₂Si, а при нагреве структуры Pt/(Pt₃Si+Pt₂Si)/поли-Si до ∼300 ^◦C в течение 30 мин происходит переход фазы Pt₃Si в фазу Pt₂Si; далее с повышением температуры начинает образовываться соединение PtSi, а при температуре 480 ^◦C все силициды полностью переходят в фазу PtSi.

Исследовано влияние покрытий, содержащих ионы диспрозия или эрбия, на свойства фоточувствительных структур на основе пористого кремния. Измерены вольт-амперные, вольт-фарадные и спектральные характеристики структур с p-n-переходом и плёнками фторида эрбия или диспрозия, а также структуры с оксидным слоем сложного состава, содержащего ионы эрбия. Изучалось влияние рентгеновского излучения с энергией кванта 6,9 КэВ на фотоэлектрические свойства структур с пористым слоем и покрытием из фторида эрбия. Показано заметное влияние покрытия на характеристики структур.

Исследована фотолюминесценция высокоомного кремния, облучённого тяжёлыми высокоэнергетичными ионами ксенона (167 МэВ). В спектрах фотолюминесценции при низких температурах, помимо известных линий X, W, W′ и C, проявляется широкая полоса в области 1,3-1,5 мкм. С увеличением дозы облучения в диапазоне 5 · 10¹⁰ · 10¹³ см^-2 наблюдается снижение интенсивности и сужение полосы фотолюминесценции с одновременным смещением максимума в длинноволновую область. При последующих отжигах при температурах 400, 500, и 600 ^◦C наблюдается изменение спектров фотолюминесценции, связанное с трансформацией структуры дефектов в кремнии. Исследована температурная зависимость фотолюминесценции в диапазоне от 10 до 170 K для образцов после облучения различными дозами и отжигов.

Знание показателя преломления фоторезиста полезно для ряда прикладных задач контроля технологических процессов микроэлектроники, а также для экспериментального исследования характеристик прототипируемых дифракционных и микрооптических структур с глубоким микрорельефом. Поскольку этот оптический параметр зависит от условий обработки фоторезиста, то спектральные зависимости, предоставляемые иногда производителями, могут быть недостаточны. Приведены результаты исследований по определению зависимости показателя преломления позитивных фоторезистов S1818 G2 (MICROPOSIT) и ФП-3535 (ФРАСТ-М) в диапазоне длин волн 500-1600 нм от условий режима предварительной термообработки длительностью в интервале 15-30 мин и экспонирования актиничным излучением. Представлен режим обработки исследуемых фоторезистов для получения показателя преломления в пределах 1,61-1,64 в видимом и 1,59-1,61 в инфракрасном диапазонах спектра излучения. Обнаружена аномальная зона дисперсии в диапазоне длин волн 570-640 нм в плёнках окрашенного фоторезиста S1818 G2, часто используемого в экспериментальном исследовании характеристик при прототипировании дифракционных оптических элементов. Зависимости показателя преломления российского фоторезиста ФП-3535 получены впервые.