WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 6 Локальная атомная структура нанокристаллического GaAs по данным EXAFS-исследований © Р.Г. Валеев¶, А.Н. Деев, Ю.В. Рац, Ю.А. Бабанов, П.Н. Крылов+, В.Ф. Кобзиев+, С.Ф. Ломаева Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук, 426000 Ижевск, Россия Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук, 620219 Екатеринбург ГСП-170, Россия + Удмуртский государственный университет, 426034 Ижевск, Россия (Получена 9 ноября 2000 г. Принята к печати 15 ноября 2000 г.) Рассмотрены условия получения нанокристаллических пленок арсенида галлия термическим методом на базе модернизированной вакуумной установки УВН-71-П3 с использованием трех видов испарителей.

С помощью метода протяженной тонкой структуры рентгеновского спектра поглощения (английская аббревиатура EXAFS) исследована локальная атомная структура полученных образцов.

1. Введение EXAFS-спектров, возникает определенная сложность с получением параметров локального атомного окружеВ настоящее время широко изучается область про- ния, в особенности если химические элементы располоизводства полупроводниковых материалов с нанокрис- жены достаточно близко в Периодической системе элеталлической структурой [1]. Как известно, технологи- ментов. Стандартный метод фурье-преобразования, поческие трудности получения пленок соединений элемен- лучивший широкое распространение для решения задач тов AIIIBV имеют объективный характер. Это объяс- по нахождению параметров локальной атомной струкняется тем, что компоненты BV (мышьяк, фосфор) лету- туры в методе EXAFS, в данном случае не позволяет чи и при повышенных температурах обладают высокой получить точную информацию о локальном атомном упругостью пара. Так, давление паров мышьяка над окружении, поскольку амплитуды и фазы обратного расплавом GaAs составляет 0.1 МПа (1атм), а фосфора рассеяния у галлия и мышьяка практически одинаковы.

над расплавом InP — 2.5 МПа. Поэтому все фосфиды Поэтому было решено проверить на модельных и экспеи арсениды с большей или меньшей скоростью теряют риментальных нормированных осциллирующих частях летучие компоненты при нагреве. Наличие высоких тем- EXAFS-спектров возможность получения информации о ператур и давления токсичных и взрывоопасных газов локальном атомном окружении с помощью регулярного приводит к резкому увеличению стоимости производства метода математической обработки.

соединений AIIIBV.

В данной работе синтез пленок нанокристаллическо2. Эксперимент го GaAs произведен на модернизированной установке УВН-71-П3. Для структурных исследований применяПоскольку серийная установка УВН-71-П3 не обеспелись такие методы, как атомная силовая микроскопия чивает чистоту остаточной атмосферы от паров масла, (на сканирующем зондовом микроскопе PM-SPM-MDT воды, кислорода, азота и др., в реакционную камеру был с кремниевым кантилевером и иглой с радиусом криустановлен геттерный насос. Конструктивно он выполвизны острия меньше 10 нм), рентгеновская дифракция нен в виде магнетронного распылительного устройства (на дифрактометре ДРОН-3), электронная просвечивас мишенью из титана (рис. 1). В ходе всех эксперименющая микроскопия (на электронном просвечивающем тов по получению образцов производился постоянный микроскопе JEM-2000 EX) и метод протяженной тонкой контроль остаточного давления в камере синтеза.

структуры рентгеновского спектра поглощения EXAFS Осаждение полупроводниковой пленки проводилось (на рентгеновском абсорбционном спектрометре РАС-следующим образом. Первоначально реакционная камена основе дифрактометра ДРОН-4).

ра откачивалась до вакуума 10-3 Па. После этого высокоКлассические дифракционные методы не позволявакуумный затвор прикрывался (включался режим дросют получать информацию о ближнем порядке. Меселирования) и натекателем напускался аргон до рабочетод EXAFS позволяет исследовать локальную атомную го давления 0.67 Па (5·10-3 мм рт. ст.). Затем включался структуру, а именно межатомные расстояния, координагеттерный насос (магнетрон), а высоковакуумный затвор ционные числа и т. п., для ближайшего атомного окрузакрывался. Высокая сорбционная активность Ti привожения. В то же время при математической обработке дит к снижению равновесного давления H2 и других нормированных осциллирующих частей, выделенных из газов, практически прекращается образование CH4, что ¶ позволяет достичь парциального остаточного давления E-mail: atomic@lasas.fti.udmurtia.su Fax: (3412) 250614 химически активных газов до 10-9-10-11 Па. После 656 Р.Г. Валеев, А.Н. Деев, Ю.В. Рац, Ю.А. Бабанов, П.Н. Крылов, В.Ф. Кобзиев, С.Ф. Ломаева В ходе проведения экспериментов были получены EXAFS-спектры для кристаллического GaAs на K-краях Ga и As, а также EXAFS-спектр для нанокристаллического GaAs на K-крае Ga. Спектры галлия (энергия края поглощения — 10 368 эВ) снимались в диапазоне энергий от 9997 до 11 493 эВ, спектры мышьяка (энергия края поглощения — 11 865 эВ) — от 11 491 до 12 992 эВ.

Соотношение сигнал/шум составляло около 5%.

3. Результаты исследований и их обсуждение Нанокристалличность полученных пленок подтвержРис. 1. Схема размещения технологической оснастки в рабодается рентгеновской дифрактограммой. Пики, характерчей камере: 1 — магнетрон, 2 и 3 —экраны, 4 — подложки, ные для кристаллического GaAs, значительно уширены.

5 — вибробункер, 6 — испаритель, 7 — токовводы, Уменьшение размера зерна производилось увеличением 8 — натекатель.

скорости испарения (для метода дискретного испарения это означает повышение скорости подачи испаряемого материала), снижением температуры подложек и уменьэтого в атмосфере инертного газа осуществлялся прошением расстояния испаритель–подложка. Все пленки цесс испарения GaAs с размещением над испарителем имеют p-тип проводимости с шириной запрещенной полиимидных подложек размером 10 30 мм2. Время зоны 1.4 эВ при комнатной температуре.

напыления составляло 10 мин. За это время на испариЛокальная атомная структура пленок GaAs была тель из вибробункера 5 (рис. 1) высыпалось (6 ± 0.3) мг исследована методом EXAFS-спектроскопии. После порошка GaAs. Электронная микроскопия на просвет предварительной обработки результатов эксперимента показала, что характерный размер кластеров составил были получены нормированные осциллирующие части около 5 нм.

спектров EXAFS для кристаллического GaAs на Образец кристаллического арсенида галлия был изK-краях Ga и As и нормированная осциллирующая готовлен методом измельчения монокристалла GaAs, часть на K-краю Ga нанокристаллического GaAs. Они используемого в микроэлектронике в качестве подложпредставлены на рис. 2 в сравнении с модельными ки, в агатовой ступке. Характерный размер порошинок спектрами, рассчитанными с помощью пакета программ составлял не более 10-15 мкм.

FEFF-7 [2] в приближении многократного рассеяния.

В спектрометре РАС-1 реализована схема ”на прохоВидно, что нормированные осциллирующие части, ждение” рентгеновского излучения через исследуемое вещество. Использовалась трубка БСВ-27 с молибдено- полученные из эксперимента, имеют некоторые различия в сравнении с теоретическими, прежде всего в амплитуде вым антикатодом. Сканирование по углу осуществлялось гониометром ГУР-9 с шаговым двигателем (минималь- огибающей. Это различие связано с неоднородностью ный контролируемый угол — 0.0025). В качестве мо- как кристаллического, так и нанокристаллического нохроматора использовался монокристалл SiO2 (1340) образцов по толщине. Но данное обстоятельство никак (постоянная решетки d = 1.18007 при T = 300 K). не влияет на расчеты по нахождению длин химических Параметры парных корреляционных функций для GaAs в кристаллическом и нанокристаллическом состояниях Длина химической связи, Парная корреляционная № координационной функция сферы Ga-Ga Ga-As As-Ga As-As 1 4.001 2.450 2.450 4.Модель 2 5.658 4.692 4.692 5.3 6.930 6.166 6.166 6.1 4.002 2.446 2.449 4.Кристалл 2 5.677 4.693 4.695 5.3 6.925 6.184 6.177 6.1 4.002 2.449 - Нанокристалл 2 5.657 4.693 - 3 6.925 6.179 - Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Локальная атомная структура нанокристаллического GaAs по данным EXAFS-исследований полученных нанокристаллических пленок с кристаллическим GaAs. Показано, что нарушенные межатомные расстояния для первой координационной сферы в нанокристаллическом арсениде галлия не претерпевают существенных изменений по сравнению с монокристаллом.

Список литературы [1] М.Г. Мильвидский, В.В. Чалдышев. ФТП, 32, 513 (1998).

[2] S.I. Zabinsky, J.J. Rehr, A. Ankudinov, R.C. Albers, M.J. Eller.

Phys. Rev. B, 52, 2995 (1995).

[3] Д.И. Кочубей, Ю.А. Бабанов и др. Рентгеноспектральный метод изучения структуры аморфных тел: EXAFSспектроскопия (Новосибирск, Наука, 1988).

Редактор Т.А. Полянская The local atomic structure of nanocrystalline GaAs based on EXAFS data R.G. Valeev, A.N. Deev, Yu.V. Rutz, Yu.A. Babanov, P.N. Krylov+, V.F. Kobziyev+, C.F. Lomaeva Physicotechnical Institute, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, 426000 Izhevsk, Russia Рис. 2. Нормированные осциллирующие части EXAFS-спект Institute of Metal Physics, ров поглощения в сравнении с модельными спектрами:

a —на K-крае Ga в кристаллическом и нанокристаллическом Ural Branch of Russian Academy of Sciences, состояниях; b —на K-крае As в кристаллическом состоянии. 620219 Ekaterinburg, Russia + Udmurt State University, 426034 Izhevsk, Russia связей, оно сказывается только при определении коорди

Abstract

Conditions for obtaining GaAs nanocrystalline films национных чисел. Из этих осциллирующих частей метоby the thermal method on the base of the modified vacuum device дом решения обратной задачи, изложенным в [3], были with the use of three types of vaporizers have been considered.

рассчитаны парные корреляционные функции (ПКФ).

Intrinstic atomic structure of obtained samples has been studied by Полученные длины химических связей представлены в EXAFS technique.

таблице. Видно, что больших различий в ПКФ и длинах химических связей кристаллического и нанокристаллического образцов не наблюдается. Отсюда можно сделать следующий вывод: локальное атомное окружение GaAs остается практически неизменным при переходе от кристаллического к нанокристаллическому состоянию.

Величины погрешностей в определении длин химических связей оценивались исходя из метода решения обратной задачи при модельных расчетах. Для первой координационной сферы величина погрешности равна 0.004, для второй и третьей — 0.025.

4. Заключение В работе представлены результаты по изготовлению и исследованию пленок нанокристаллического GaAs.

Образцы были аттестованы различными методами, такими как атомная силовая микроскопия, рентгеновская дифракция, электронная просвечивающая микроскопия.

Были проведены сравнительные EXAFS-исследования 2 Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып.




© 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.