WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

пластины окислялись в атмосфере сухого кислорода при В свою очередь при доминировании как KO, так и температуре 1150C. Толщина слоя окисла определялась вакансионного механизмов, ответственных за ускорение временем окисления. Следует отметить, что предварительное окисление обеих сторон пластины применя- диффузии бора в кремнии (рис. 2), пространственное разделение потоков собственных межузельных атомов и лось в первую очередь для накопления в подложке как вакансий приводит к противоположной ситуации, а именсобственных межузельных атомов, так и вакансий, что но — к подавлению поперечной составляющей ПДП и достигается при наличии на кремниевой поверхности соответственно тонкого и толстого слоев окисла [32,33]. кристаллографически зависимому усилению ПДП вдоль Подобного эффекта не удается достигнуть при окис- плоскости диффузионного профиля [12,33]. Данное лении только рабочей поверхности, что соответствует предположение подтверждается отсутствием сколь-либо режиму геттерирования остаточных примесей, в рамках заметных флуктуаций концентрации бора в условиях Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Квантованная проводимость в кремниевых квантовых проволоках Рис. 1. a — планарная структура p+-n, выполненная в холловской геометрии для изучения квантовой лестницы электронной и дырочной проводимости в зависимости от напряжения исток–сток Uds. b — схема расщепленного затвора Ug, используемая для получения модулированных квантовых проволок внутри квантовых ям. Напряжение Ug1 и Ug2 прикладывается к ”пальчиковым” затворам, предназначенным для реализации квантовых точек. c — трехмерное СТМ изображение схемы расщепленного затвора, полученной внутри самоупорядоченной квантовой ямы на поверхности Si (100).

6 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 466 Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, В. Гельхофф, В.К. Иванов, И.А. Шелых Рис. 2. Сверхмелкие профили концентрации бора N(B) в кремнии n-типа, полученные при разных температурах диффузии Tdif после предварительного нанесения слоя окисла толщиной dSiO2 на обе стороны пластины кремния ориентации (100). Толщина слоя окисла dSiO2 определялась временем окисления кремниевой пластины. d0 соответствует средней толщине слоя окисла, при которой достигается паритет между kick-out и вакансионными механизмами примесной диффузии. dSiO2/d0: 1 — 0.17, 2 —1.0, 3 — 1.28; Tdif, C: a — 800, b — 900, c — 1100.

Рис. 3. Сверхмелкие профили бора в кремнии n-типа, с ориентацией подложки (100), сформированные при температурах диффузии Tdif = 900 (a) и 800C (b), полученные путем прецизионного послойного стравливания с последующим четырехзондовым измерением поверхностного сопротивления легированного слоя. На вставках — соответствующие модели полученных профилей, состоящих из продольных (a) и поперечных (b) квантовых ям, параллельных и перпендикулярных плоскости p+-n-перехода соответственно.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Квантованная проводимость в кремниевых квантовых проволоках послойного стравливания соответствующего сверхмел- трометра (X-полоса, 9.1-9.5 ГГц), продемонстрировали кого диффузионного профиля (рис. 3, b), а также экспе- 180-градусную симметрию при ориентации магнитнориментальными данными сканирующей туннельной ми- го поля параллельно плоскости сверхмелкого профиля кроскопии (СТМ), которые продемонстрировали ПДП (рис. 4, a), полученного при Tdif = 900C. Это пос различной кристаллографической ориентацией вдоль зволило идентифицировать наличие одиночной самоупоплоскости диффузионного профиля в зависимости от рядоченной продольной квантовой ямы, локализовандоминирования KO и вакансионного механизмов примес- ной между сильно легированными -барьерами внутри сверхмелкого профиля, полученного в условиях паритета ной диффузии [33].

KO и вакансионного механизмов примесной диффузии (см. вставку к рис. 3, a) [12,33,35,36]. В свою оче2.2. Самоупорядоченные кремниевые редь, самоупорядоченные поперечные квантовые ямы квантовые ямы (см. вставку к рис. 3, b) были обнаружены по гашению и сдвигу линий ЦР, которые проявили 180-градусную Важно отметить, что флуктуации концентрации босимметрию при ориентации магнитного поля перпенра, возникающие вследствие анизотропии ПДП, укадикулярно плоскости сверхмелких профилей, реализозывают на возможность формирования самоупорядованных при доминировании как KO (Tdif = 1100C), ченных кремниевых квантовых ям внутри сверхмелтак и вакансионного (Tdif = 800C) (рис. 4, b) мехаких диффузионных профилей. Подобные квантовые ямы низмов [12,32,35,36]. В настоящей работе для получебыли идентифицированы по данным угловых зависиния электростатических квантовых проволок в рамках мостей проводимости [34] и циклотронного резонанса схемы расщепленного затвора (рис. 1, b) использовались (ЦР) электронов и дырок при вращении магнитного одиночные продольные квантовые ямы как n-, так и поля в плоскости {110}, перпендикулярной плоскости p-типа на поверхности кремния (100) n-типа (рис. 5).

диффузионного профиля бора на поверхности кремПричем изменение типа проводимости квантовых ям, ния (100) [32,34,35]. Причем гашение и сдвиг липолученных на одинаковых подложках в одних и тех ний ЦР, зарегистрировнных с помощью ЭПР спекже технологических режимах при Tdif = 900C, достигалось при изменении крутизны -барьеров в условиях варьирования состава хлорсодержащей компоненты газовой смеси. Концентрация электронов проводимости в кремниевых квантовых ямах n-типа соответствовала объемной концентрации мелких доноров, тогда как в квантовых ямах p-типа концентрация бора превышала концентрацию исходной донорной примеси.

2.3. Сильно легированные -барьеры Обнаруженные спектры ЦР состоят из необычно узких линий, что свидетельствует о значительном увеличении времени спин-решеточной релаксации неравновесных электронов и дырок в самоупорядоченных кремниевых квантовых ямах в сравнении с аналогичными данными для объемных образцов кремния [12,32,35]. Этот результат является достаточно неожиданным, принимая во внимание уровень легирования бором -барьеров, между которыми сформирована квантовая яма. Первоначально для его объяснения были использованы температурные зависимости проводимости и коэффициента Зеебека, а также локальные туннельные ВАХ [34,37], которые позволили идентифицировать возникновение корреляционной энергетической щели в плотности состояний вырожденного двумерного дырочного газа. В рамках предложенной модели [34] основную роль в формировании Рис. 4. Угловые зависимости циклотронного резонанса носиданной корреляционной щели играет реконструкция мелтелей тока в сверхмелких диффузионных профилях, полученких акцепторов бора, приводящая к образованию примесных при Tdif = 900 (a) и 1100C (b) на поверхности Si (100).

ных дипольных центров C3v-симметрии: 2B0 B-+ B+ T = 3.9K, = 9.45 ГГц. Внешнее магнитное поле прило(рис. 6, a).

жено в плоскости (110), перпендикулярной (100)-поверхности В настоящей работе данная модель тригональных образца. 0 и ±90 соответствуют направлениям магнитного поля параллельно и перпендикулярно поверхности образца. примесных диполей получила дополнительное подтвер6 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 468 Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, В. Гельхофф, В.К. Иванов, И.А. Шелых Рис. 5. Трехмерное изображение одноэлектронной зонной схемы сверхмелких p+-n-переходов, состоящих из квантовых ям n- (a) и p- (b) типа проводимости.

Рис. 6. Система реконструированных тригональных диполей B+–B- внутри сильно легированных -барьеров (a), которые формируют при приложении внешнего электрического поля условия поперечного ограничения (b) для переноса носителей тока в самоупорядоченной квантовой яме. c — трехмерное изображение сверхмелкого примесного профиля, содержащего одиночную квантовую яму между сильно легированными -барьерами.

ждение при регистрации угловых зависимостей соот- амплитуда сигналов и позиция линий ЭПР, возникающих ветствующего спектра ЭПР (X-band), которые демон- после охлаждения в магнитном поле (Bc 0.22 T), стрируют сегнетоэлектрические свойства сильно легиро- зависят от начальной кристаллографической ориентации ванных -барьеров (рис. 7). Интенсивность и позиция образца (рис. 7). При увеличении температуры наблюдалиний этого спектра ЭПР зависят в первую очередь ется изменение позиции линии ЭПР, сопровождаемое ее от условий охлаждения образцов, что является важ- полным исчезновением при T 27 K, которая соответным фактором, указывающим на динамический характер ствует температуре термической ионизации исходной домагнитных моментов, индуцированных вследствие спин- норной примеси фосфора. Таким образом, обнаруженный орбитального расщепления валентной зоны в процессе тригональный спектр ЭПР может трансформироваться электростатического упорядочения примесных диполей в интервале температур 3.8-27 K в зависимости от в поле сверхмелкого p+-n- или n+-n-перехода. Исследу- величины магнитного поля, использованного в процессе емый спектр ЭПР не удается обнаружить, если образец охлаждения сверхмелких диффузионных профилей, соохлаждается в слабом магнитном поле. Кроме того, держащих сильно легированные -барьеры.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Квантованная проводимость в кремниевых квантовых проволоках Рис. 7. Угловые зависимости спектра ЭПР тригонального центра внутри сверхмелкого диффузионного профиля бора, состоящего из самоупорядоченных квантовых ям, после охлаждения во внешнем магнитном поле Bc 0.22 Тл. Сверхмелкий диффузионный профиль бора сформирован на кремниевой подложке n-типа с ориентацией рабочей поверхности (100) при температуре диффузии Tdif = 1100C. Bc 110 (a), 112 (b), 111 (c, d). Вращение магнитного поля в плоскости {110}, перпендикулярной {100}-поверхности подложки. (0, 180: Bc поверхности подложки, 90: Bc поверхности подложки), = 9.45 ГГц, T = 14 K (a, b, c) и T = 21 K (d).

Подобное поведение динамических магнитных мо- имодействием, вследствие чего не наблюдается какогоментов показывает, что они формируются в результа- либо сигнала ЭПР. Следует отметить, что динамические те магнитоупорядочения тригональных примесных ди- магнитные моменты, возникающие вследствие локальнополей B+–B- посредством обменного взаимодействия го магнитоупорядочения примесных диполей, формиручерез мелкие доноры фосфора, располагающиеся вблизи ются лишь вблизи мелких доноров (см. также [38]), что плоскости сверхмелкого диффузионного профиля бора объясняет их парамагнитные свойства, проявляющиев кремнии (100) n-типа. Причем основным стимулято- ся в метастабильном поведении тригонального спектра ЭПР.

ром эффективности обменного взаимодействия является внешнее магнитное поле, которое не только задает кри- Таким образом, исследования ЭПР и термоЭДС посталлографическую ориентацию динамических магнит- казали, что сильно легированные -барьеры демонстриных моментов вдоль эквивалентных направлений руют сегнетоэлектрические свойства, поскольку состоят (рис. 7), но и стабилизирует примесные диполи в из тригональных примесных диполей B+-B-. По мере возбужденном триплетном состоянии, непосредственно электростатического упорядочения внутри -барьеров участвующем в их формировании. Именно последнее (рис. 6, b и c) реконструированные примесные диполи обстоятельство определяет наличие критического маг- создают поперечные ограничения для движения носинитного поля Bc 0.22 T, способствующего магнито- телей тока в плоскости узкой продольной квантовой упорядочению примесных диполей через мелкие доноры ямы (рис. 3, a, 5, a и b), стимулируя образование как фосфора. В свою очередь, в слабых магнитных полях гладких, так и модулированных квантовых проволок система примесных диполей, по-видимому, находится (см. также [34,37]). (Аналогичные явления наблюпри низких температурах в режиме ван-флековского дались в последнее время в низкоразмерных сверхпарамагнетика, индуцированного прямым обменным вза- проводниках, находящихся в сегнетоэлектрических обоФизика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 470 Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, В. Гельхофф, В.К. Иванов, И.А. Шелых Рис. 8. ВАХ квантовой лестницы электронной проводимости одномерного канала, кристаллографически ориентированного соответственно вдоль осей [001] (a) и [011] (b) внутри самоупорядоченной кремниевой квантовой ямы n-типа проводимости в плоскости Si (100).

лочках [39]). Иными словами, наличие -барьеров с го квантования при исследовании механизмов усиления сегнетоэлектрическими свойствами позволяет получать и тушения квантовых ступенек в условиях продольного квантовые проволоки в условиях внешнего электри- электрического поля.

ческого поля UDS = Ug + Uds, приложенного вдоль плоскости квантовой ямы (см. рис. 6, c), которое, с 3. Результаты и обсуждение одной стороны, дает поперечное ограничение за счет упорядочения примесных диполей (Ug), а с другой — 3.1. Квантованная проводимость в кремниевых осуществляет транспорт одиночных носителей заряда квантовых проволоках n-типа (Uds). Поэтому в рамках конструкции расщепленного затвора, полученной на поверхности -барьера с сегЭлектронная квантованная проводимость была обнанетоэлектрическими свойствами (рис. 1, b и c), кванружена при T = 77 K в плоскости кремниевой квантовой товая проволока внутри самоупорядоченной квантовой ямы (100) n-типа в условиях внешнего электрического ямы может быть идентифицирована даже при нулевом поля UDS = Ug + Uds. Причем для получения квантонапряжении затвора. Ширина квантовой проволоки в вых проволок использовались две идентичные конструкэтом случае увеличивается по мере электростатического ции расщепленного затвора, ориентированные соответупорядочения примесных диполей в продольном элекственно вдоль кристаллографических направлений [001] трическом поле, в то время как степень ее модуляции и [011]. Продольное напряжение (Uds) поддерживалось определяется числом нереконструированных диполей, в процессе измерений на уровене 0.01 В.

которые можно рассматривать в качестве -барьеров.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.