WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Q(x, t) =(T )(1 - R)q(t) exp - [T (x )]dx, Из расчетных данных можно получить зависимости времени, в течение которого нанокластеры находятгде — коэффициент поглощения, R — коэффици- ся в расплавленном состоянии, от плотности энерент отражения, q(t) — форма лазерного импульса, гии (рис. 5). Предположим, что температура плавлеq(t) =W /p sin2(t/2p). ния нанокластера (TmN) ниже температуры плавления В расчете учитывались температурные зависимости объемного германия TmGe. Пусть значения TmN равны оптических и теплофизических параметров, а также 1000, 1100 или 1200 K. Будем считать, что температуры зависимость их от фазового состояния [16]. Уравне- плавления и отвердевания совпадают, что не обязание теплопроводности решалось в конечных разностях тельно, поскольку из-за эффектов взаимной диффузии методом прогонки. Использовалась неявная разностная и образования КТ из твердого раствора Ge–Si темсхема. Фактически задача решалась для допорогового пература отвердевания нанокластера, возможно, будет режима, а слагаемое с -функцией необходимо только выше температуры плавления, что приводит к уменьдля того, чтобы определить начало плавления монокри- шению времени, в течение которого нанокластер нахосталлического кремния. Из численного моделирования дится в расплавленном состоянии. С ростом плотности определялись временные зависимости температуры на энергии облучения от 0.7 до 0.9 Дж/см2 длительность поверхности и на глубине залегания КТ ( 0.15 мкм) расплавленного состояния нанокластеров изменяется Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1356 В.А. Володин, Е.И. Гацкевич, А.В. Двуреченский, М.Д. Ефремов, Г.Д. Ивлев, А.И. Никифоров...

полупроводниковых нанокластеров со свободной границей уменьшается при уменьшении их размеров. Температура плавления германия понижается в случае его растяжения и увеличивается в случае сжатия, что может объяснять эффект понижения температуры плавления для нанокластеров со свободной границей. Однако для нанокластеров, внедренных в матрицу окружения, температура плавления может быть и выше температуры плавления объемного материала, в зависимости от материала окружения (см. работу [19] и ссылки в ней). Так, матрица кремния, оставаясь кристаллической, может как бы удерживать внедренные в нее нанокластеры германия от плавления. Чем меньше нанокластер германия, тем меньше вероятность образования в нем критического зародыша расплава, поскольку окружающая его матрица кремния остается кристаллической. Из наших экспериментов видно, что образец с толщиной Ge в 4 монослоя (рис. 3) менее подвержен диффузии в результате лазерного воздействия. КТ Ge в образцах с 8 и 10 монослоями Ge, по-видимому, уже плавятся. В измерениях in situ оптических параметров КТ Ge, полученных с использованием эллипсометрии с высоким временным разре шением при импульсном нагреве [21], не наблюдалось резкого фазового перехода при конкретной температуре.

Рис. 5. Расчетное время существования нанокластеров Ge Вероятно, температура плавления КТ зависит от ее в расплавленном состоянии от плотности энергии в импульсе.

размеров, и это обстоятельство можно использовать Температура плавления нанокластеров TmN, K: 1 — 1000, для модификации размеров КТ с целью уменьшения 2 — 1100, 3 — 1200.

как их размеров, так и дисперсии по размерам. На этапе остывания структуры возможна деформационностимулированная [22] или дефектно-стимулированная от 50 до 170 нс в предположении, что TmN = 1000 K.

диффузия [23]. По данным спектроскопии аннигиляции Естественно, с увеличением предполагаемой темпера- протонов в эпитаксиальных слоях кремния, полученных туры плавления нанокластера это время уменьшает- при низкой температуре, концентрация комплексов вася. Из расчетных данных можно сделать вывод, что кансионных дефектов может достигать 1018 см-3 [24].

в нашей экспериментальной ситуации нанокластеры Стимулированная вакансионными дефектами диффузия находятся в расплавленном состоянии приблизитель- германия в слоях низкотемпературного эпитаксиального но 100 нс.

кремния приводит к преобразованию нанокластеров Ge в кластеры твердого раствора Gex Si1-x, что мы и Если предположить, что взаимная диффузия Ge и Si наблюдаем после воздействия 10 импульсов (рис. 3).

происходит в твердой фазе, то оценки, полученные из Кроме того, плавление германия, приводя к расширению коэффициентов диффузии германия в объемном кремнии (DSi[cм2/c] =2 · 103 exp(-5 [эВ]/kT)) и кремния в объ- материала, за счет повышения внутреннего давления увеличивает энергию атомов германия. Это может обемном германии (DGe[cм2/c] =20 exp(-3 [эВ]/kT)) (см.

легчать прыжок атома германия в окружающую его работу [17] и ссылки в ней), дают средние расстояния матрицу кремния, где уже реализуется вакансионнопробега 1. Так, для температуры 1600 K и времени ускоренная диффузия.

100 нс глубины проникновения германия в кремний и кремния в германий составляют 0.06 и 3 соответственно. Из эксперимента (рис. 3) видно, что существенная модификация состава КТ происходит уже в случае воз- 4. Заключение действия одного импульса. Таким образом, можно предположить, что механизм взаимной диффузии отличается Установлено, что воздействие даже одного лазерного от „классического“ случая. Происходит плавление КТ импульса изменяет свойства квантовых точек, происGe с увеличением коэффициента диффузии на несколько ходит модификация их размеров, состава и частичпорядков [18]. Зависимость температуры плавления по- ная релаксация механических напряжений. Еще более лупроводниковых нанокластеров от их размера, от мате- существенные изменения происходят при воздействии риала окружения и механических напряжений не вполне 10 лазерных импульсов. Кластеры Ge трансформируясна. Как из теоретических расчетов [19], так и из экс- ются в кластеры твердого раствора Gex Si1-x, предпериментов [20] известно, что температура плавления положительно за счет диффузионного перемешивания Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Модифицирование нанокластеров германия в кремнии под действием... границы раздела при плавлении нанокластеров германия Laser pulse induced modification of Ge и вакансионно-ускоренной диффузии.

nanoclusters grown in Si matrix Работа выполнена при поддержке Комиссии РАН по V.A. Volodin, E.I. Gatskevich, A.V. Dvurechenskii, + работе с молодежью (грант № 60 6-го конкурса–эксперM.D. Efremov, G.D. Ivlev, A.I. Nikiforov, D.A. Orehov, тизы молодежных проектов).

A.I. Yakimov Institute of Semiconductor Physics, Список литературы Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk, Russia [1] А.И. Якимов, А.В. Двуреченский, Н.П. Степина, А.И. Ни- Institute of Electronics of NASB, кифоров, А.В. Ненашев. ЖЭТФ, 119, 574 (2001).

220090 Minsk, Belarus [2] О.П. Пчеляков, Ю.Б. Болховитянов, А.В. Двуреченский, + Novosibirsk State University, Л.В. Соколов, А.И. Никифоров, А.И. Якимов, Б. Фойхтлен630090 Novosibirsk, Russia дер. ФТП, 34, 1281 (2000).

[3] А.В. Двуреченский, В.А. Зиновьев, Ж.В. Смагина. Письма

Abstract

A ruby laser nanosecond impact on Ge nanoclusters ЖЭТФ, 74, 296 (2001).

[4] A.V. Kolobov, A.A. Shklyaev, H. Oyanagy, P. Fons, S. Yama- that were formed on Si (100) have been studied. The energy saki, M. Ichikawa. Appl. Phys. Lett., 78, 2563 (2001).

density was equal to the melting threshold of Si surface. The [5] В.А. Володин, М.Д. Ефремов, А.И. Никифоров, Д.А. Ореanalysis of the nanocluster structure was carried out on the basis хов, О.П. Пчеляков, В.В. Ульянов. ФТП, 37 (10), of the comparison of the experimental Raman spectra with the (2003).

calculated ones using Born–von-Karman and Wolkenstein models.

[6] Light Scattering in Solids. V. Superlattices and Other It was determined that one pulse irradiation leads to change in Microstructures, ed. by M. Cardona, G. Gnterodt (Berlin, the nanocluster sizes and partly to relaxation of the mechanical Springer Verlag, 1989).

stress. Dramatic modifications were observed under impact of [7] G.D. Ivlev, E.I. Gatskevich, D.N. Sharaev. Proc. SPIE, 4157, ten pulses. The Ge nanoclusters were transformed to Gex Si1-x 78 (2001).

clusters, likely due to stress and vacancy enhanced diffusion. The [8] A.V. Kolobov. J. Appl. Phys., 87, 2926 (2000).

numerical simulation of the dynamics of the laser-induced heat [9] М. Волькенштейн. ДАН СССР, 32, 185 (1941).

[10] J.C. Tsang, P.M. Mooney, F. Dacol, J.O. Chu. J. Appl. Phys., processes in Ge nanoclusters in Si was carried out.

75, 8098 (1994).

[11] M.I. Alonso, K. Winer. Phys. Rev. B, 39, 10 056 (1989).

[12] G. Nelin, G. Nilsson. Phys. Rev. B, 5, 3151 (1972).

[13] М.Д. Ефремов, В.А. Володин, В.А. Сачков, В.В. Преображенский, Б.Р. Семягин, В.В. Болотов, Е.А. Галактионов, А.В. Кретинин. Письма ЖЭТФ, 70, 73 (1999).

[14] В.А. Сачков, В.В. Болотов, В.А. Володин, М.Д. Ефремов.

Препринт ИМСЭ СО РАН 2000-01 (Новосибирск, 2000).

[15] J.L. Liu, J. Wan, Z.M. Jiang, A. Khitun, K.L. Wang, D.P. Yu.

J. Appl. Phys., 92, 6804 (2002).

[16] C.П. Жвавый. ЖТФ, 70, 58 (2000).

[17] K. Dettmer, W. Freiman, M. Levy, Yu.L. Khait, R. Beserman.

Appl. Phys. Lett., 66, 2376 (1995).

[18] В.А. Володин, Е.И. Гацкевич, А.В. Двуреченский, М.Д. Ефремов, Г.Д. Ивлев, А.И. Никифоров, Д.А. Орехов. Материалы совещaния „Кремний-2002“ (Новосибирск, 2002), с. 43.

[19] Z. Zhang, J.C. Li, Q. Jiang. J. Phys. D: Appl. Phys., 33, (2000).

[20] A.N. Goldstein. Appl. Phys. A, 62, 33 (1996).

[21] В.А. Швец, С.И. Чикичев, А.С. Мардежов и др. Материалы совещaния „Кремний-2002“ (Новосибирск, 2002), с. 186.

[22] N.E.B. Cowern, P.C. Zalm, van der Slius, D.J. Gravesteijn, W.B. de Boer. Phys. Rev. Lett., 72, 2585 (1994).

[23] Вопросы радиационной технологии полупроводников, под ред. Л.С. Смирнова (Новосибирск, Наука, 1980).

[24] T. Ueno, T. Irisawa, Y. Shiraki, A. Uedono, S. Tanigawa, R. Suzuki, T. Ohdaira, T. Mikado. J. Cryst. Growth, 227–228, 761 (2001).

Редактор Л.В. Шаронова Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.