WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ность пика Ge–Si увеличивалась. Это означает, что такая В литературе приводятся эмпирические зависимости обработка привела к взаимной диффузии германия и этих частот от состава x и от упругих напряже- кремния. Важным является то, что в отличие от наносений (в %) в плоскости роста (100) [8–10]. Смещение кундного лазерного воздействия термический отжиг не Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Модификация квантовых точек в наноструктурах Ge/Si импульсным лазерным облучением Таблица 3. Параметры механических напряжений в нанокластерах Gex Si1-x Степень релаксации Величина упругих Число Обработка Максимальная механических напряжений напряжений exp, монослоев образцов лазерным величина упругих (%от максимальных полученная Ge излучением напряжений max из данных КРС для напряжений данного состава x) Исходный образец -0.032 -0.029 10 1 импульс -0.031 -0.0305 10 импульсов -0.026 -0.025 Исходный образец -0.0315 -0.0305 8 1 импульс -0.031 -0.0307 10 импульсов -0.029 -0.0275 Исходный образец -0.029 -0.023 6 1 импульс -0.023 -0.0225 10 импульсов -0.022 -0.0215 привел к сужению пика Ge–Ge т. е. не уменьшил степень взаимодействия дырок в КТ показывает, что в этом оббеспорядка в ансамбле нанокластеров Ge. Если сравнить разце существует, по-видимому, только одно связанное результаты импульсных лазерных воздействий на КТ состояние дырки в квантовых точках. Это обстоятельGexSi1-x, в случае глубины залегания точек 0.15 [2] ство в значительной степени упрощает интерпретацию и 0.3 мкм, видны кардинальные отличия. В первом слу- экспериментальных данных. Кроме того, данные КРС чае воздействие 10 импульсов полностью „растворило“ свидетельствуют о том, что имеено в этом образце КТ. По-видимому, разница в максимальной температуре лазерное воздействие приводит к наиболее существеннагрева для первого и второго случаев более чем на ным изменениям элементного состава квантовых точек 100 K является существенной. В данной работе удалось и увеличению однородности параметров системы.

определить довольно узкое „окно“ по силе лазерного По аналогии с глубокими уровнями в полупроводвоздействия, при котором имеет место модификации никах, принцип спектроскопии адмиттанса структур с КТ Ge, но не происходит их полного растворения в квантовыми точками основан на измерении комплексной окружающей матрице Si. проводимости системы, возникающей при перезарядке КТ вследствие эмиссии носителей заряда из КТ в разрешенные зоны и их захвате на локализованные состояния 3.3. Энергетический спектр дырок в квантовых в КТ. Рассмотрим эту ситуацию на примере диода точках Ge Шоттки Ti/p-Si/p+-Si с введенным в базовую область Рассмотрим результаты, полученные при измере- p-Si слоем квантовых точек Ge (рис. 5). При изменении нии комплексной проводимости образца, содержащего обратного смещения Ub энергетические уровни дырок в 6 МС Ge. Моделирование с учетом вклада кулоновского КТ Ge смещаются относительно уровня Ферми EF в слое p+-Si, что приводит к изменению фактора заполнения точек дырками. Переменная составляющая приложенного к диоду напряжения в течение первого полупериода стимулирует эмиссию дырок с уровней, находящихся вблизи EF, в валентную зону Si, а в течение второго полупериода — захват дырок на связанные состояния в КТ.

В эксперименте измеряется зависимость проводимости G от температуры при фиксированной величине обратного смещения Ub и частоты зондирующего переменного напряжения f. Динамическая проводимость, связанная с перезарядкой квантовых точек, должна иметь максимальное значение при температуре Tm, удовлетворяющей условию [12] Рис. 5. Энергетическая схема валентной зоны несмещенноep(Tm) =/2, (3) го кремниевого диода Шоттки с встроенным в базу слоем нанокластеров GexSi1-x. Тонкой горизонтальной линией Ei где ep — темп термической эмиссии дырок из связанных показан уровень дырки в квантовой точке, уширенный за счет дисперсии размеров нанокластеров. состояний в квантовых точках в валентную зону Si, 6 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 212 В.А. Володин, А.И. Якимов, А.В. Двуреченский, М.Д. Ефремов, А.И. Никифоров...

образца, при Ub > 3.5 В для образца, обработанного одним импульсом лазера, и при Ub > 2.5В для случая воздействия 10 лазерными импульсами КТ освобождаются от дырок и становятся нейтральными. При дальнейшем повышении Ub емкости образцов с КТ и без них совпадают. Воспользовавшись соотношением Q C Ub, где Q — изменение заряда в слое КТ при изменении смещения на величину Ub, можно оценить изменение величины фактора заполнения КТ Q/enQD при варьировании обратного смещения.

Здесь e — заряд электрона, C — емкость структуры на единицу площади, nQD — плотность КТ. Для nQD = 4 · 1011 см-2, C = 20 нФ/см2, Ub = 4В для исходного (as grown) образца получаем 1.2. Это означает, что пологий участок на вольт-фарадной характеристиРис. 6. Зависимости емкости от обратного смещения в образцах (6MC Ge), подвергнутых лазерному воздействию. ке отвечает изменению концентрации дырок только в Штриховой линией показана вольт-фарадная характеристика основном состоянии КТ.

образца, не содержащего Ge. Измерения проводились при Из рис. 6 видно, что в образцах, подвергнутых лазерT 300 K на частоте 100 кГц.

ному воздействию, уменьшается длина ступени на C-V характеристике. Это обстоятельство может быть связано либо с уменьшением плотности нанокластеров, либо = 2 f. Согласно принципу детального равновесия, с уменьшением энергии локализованных в них дырок.

темп термической эмиссии дается выражением Забегая вперед, отметим, что измерения температурных зависимостей проводимости свидетельствуют о заглуб1 16mkлении уровня дырок вследствие лазерного облучения ep(T ) = pT2 exp(-Ea/kT), (4) gt hобразцов. Поэтому модификацию вольт-фарадных характеристик следует отнести к уменьшению плотности где gt — фактор вырождения, p — эффективное сечеостровков Ge, стимулированному лазерным нагревом, ние захвата дырок в КТ, Ea — энергия активации эмискоторый, по-видимому, приводит к растворению островсии, совпадающая с глубиной залегания энергетического ков самых малых размеров и „выживанию“ крупных уровня дырки в КТ при условии, что сечение захвата не нанокластеров Ge.

зависит от температуры. В области температур T < Tm, Температурные зависимости проводимости образцов, когда ep(T ), дырки заморожены на уровнях в КТ, нормированной на частоту, были получены при Ub = 2В поэтому проводимость мала. При высоких температурах и f = 150 кГц (рис. 7). Как и в случае C-V -харак(T Tm) соответствующие дырочные уровни опустошетеристик, проводимость образца без КТ не имеет нины и не принимают участие в проводимости, поэтому каких особенностей. Для диодов Шоттки с квантовыми величина G снова должна стремиться к нулю. Определив точками на зависимостях G(T ) появляются максимумы, в эксперименте Tm при различных частотах, мыможем свидетельствующие о перезарядке глубоких уровней в найти температурную зависимость скорости термоэмиссии ep(Tm), а затем, согласно (4), определить энергию активации Ea.

На рис. 6 представлены вольт-фарадные (C-V ) характеристики образцов с толщиной осажденного слоя Ge в 6 монослоев. Измерения проводились при комнатной температуре на частоте f = 100 кГц. При такой частоте и комнатной температуре емкость диодов не зависит от частоты, что позволяет анализировать C-V -характеристики в рамках квазистатического подхода [13]. Зависимость емкости от обратного смещения для образца, не содержащего Ge (штриховая линия на рис. 6), не обладает никакими особенностями и имеет вид обычной C-V -характеристики для контакта Шоттки с полупроводником p-типа. В образцах с КТ на вольт-фарадных зависимостях имеются характерные ступени, связанные с включением дополнительной емкости, которая обусловлена изменением заряда в слое квантовых точек [14].

Рис. 7. Зависимости активной части адмиттанса G от темпеПри нулевом смещении КТ аккумулируют дырки и ратуры для образцов без Ge и с 6 МС Ge (as grown) до и после заряжены положительно. При Ub > 4 В для исходного облучения 10 импульсами лазера. Ub = 2В, f = 150 кГц.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Модификация квантовых точек в наноструктурах Ge/Si импульсным лазерным облучением нимать участие дырки, локализованные на все более глубоких уровнях в КТ, для которых условие (3) при фиксированной частоте выполняется при больших тем пературах. По этой причине с ростом Ub максимум проводимости сдвигается в сторону больших температур.

При Ub > 4 В квантовые точки Ge полностью опустошаются и максимум G(T ), связанный с перезарядкой КТ, исчезает. При таких же напряжениях наблюдается окончание ступеньки на C-V -характеристике этого же образца (рис. 6).

На рис. 8 показаны типичные зависимости 2 -ep/Tm = f (Tm ), где Tm — температура, при которой проводимость достигает максимума, для исходного образца с d = 6 МС. Из угла наклона аппроксимирующих прямых линий были найдены энергии активации темпа Рис. 8. Температурные зависимости скорости эмиссии дырок в валентную зону Si, нормированной на квадрат температуры эмиссии дырок Ea, величины которых до и после лазерep/Tm, для исходного образца с d = 6 МС, построенные в ных обработок представлены на рис. 9 при различных координатах Аррениуса для различных значений напряжения напряжениях. Расчеты энергетического спектра дырок обратного смещения Ub от 0.5 до 4 В с шагом 0.5 В.

в нанокластерах чистого Ge в Si(001), выполненные в работе [15] на основе метода сильной связи, показывают, что в нанокластерах с латеральными размерами 8 нм энергия дырки в основном состоянии, отсчитанная от потолка валентной зоны Si, имеет величину 280 мэВ.

Близкие значения получаются и в наших экспериментах для энергии активации скорости эмиссии дырок Ea (рис. 9). Это означает, что измеренные с помощью спектроскопии адмиттанса величины Ea представляют собой энергии дырок в основном состоянии в КТ, и температурной зависимостью сечения захвата в этих образцах можно пренебречь.

Из рис. 9 видно, что лазерные обработки приводят к заглублению уровня дырки по отношению к краю валентной зоны Si, что, очевидно, связано с увеличением среднего размера квантовых точек. Второе важное Рис. 9. Зависимости энергии активации темпа эмиссии дырок наблюдение, которое можно сделать на основе представиз квантовых точек в валентную зону кремния от обратного ленных данных заключается в увеличении энергии Ea смещения для образца с d = 6 МС до и после импульсного с ростом обратного смещения в диапазоне напряжений лазерного воздействия.

Ub, в котором существуют ступени емкости и пики на температурных зависимостях проводимости (рис. и 7). Перезарядка только одного энергетического уровня в КТ (в нашем случае этот уровень отвечает основКТ. Были также измерены зависимости проводимости ному s-состоянию дырки) с изменением напряжения от температуры, частоты зондирующего напряжения и обусловлена дисперсией энергии этого уровня в массиве обратного смещения для образца с d = 6МС. В образце, КТ и формированием зоны локализованных в точках не содержащем КТ, проводимость монотонно спадала при уменьшении температуры. На температурных за- состояний (рис. 5), вызванной разбросом размеров нанокластеров, самоформирующихся в процессе гетеровисимостях проводимости образцов с КТ наблюдался максимум, который смещается в сторону больших тем- эпитаксии [16]. При варьировании приложенного напря жения химический потенциал смещается относительно ператур при увеличении f и Ub. Качественно объяснить энергетических уровней в этой зоне, поэтому диапазон поведение G(T ) можно следующим образом.

При фиксированном смещении Ub происходит пере- изменения энергии E на зависимостях Ea(Ub) представляет собой оценку характерного разброса энергетичезарядка уровня дырки в КТ, совпадающего с уровнем Ферми в подложке p+-Si. Темп эмиссии дырок с дан- ских уровней, соответствующих основному состоянию ного уровня уменьшается при понижении температуры, дырки в разных квантовых точках. Из рис. 9 видно, что поэтому с уменьшением частоты зондирующего напря- лазерная обработка образцов приводит к уменьшению жения условие максимума проводимости (3) достигается величины E (после 10 импульсов лазера E уменьпри меньших температурах. При увеличении обратного шается примерно в 2 раза), а значит, и к уменьшению смещения в процессах проводимости начинают при- дисперсии энергетических уровней, что находится в Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 214 В.А. Володин, А.И. Якимов, А.В. Двуреченский, М.Д. Ефремов, А.И. Никифоров...

согласии с выводами, сделанными на основе анализа [9] P.H. Tan, K. Brunner, D. Bougeard, G. Abstreiter. Phys.

Rev. B, 68, 125 302 (2003).

данных КРС, свидетельствующими об увеличении степе[10] J. Groenen, R. Carles et al. Appl. Phys. Lett., 71, 3856 (1997).

ни однородности размеров Ge-нанокластеров вследствие [11] E.V. Spesivtsev, S.V. Rykhlitsky, V.A. Shvets, S.I. Chikichev, лазерного воздействия.

A.S. Mardezhov, N.I. Nazarov, V.A. Volodin. Thin Sol. Films, 455–456, 700 (2004).

4. Заключение [12] W.-H. Chang, W.Y. Chen, M.C. Cheng et al. Phys. Rev. B, 64, 125 315 (2001).

Методами спектроскопии КРС и спектроскопии ком- [13] P.N. Brunkov, A.R. Kovsh, V.M. Ustinov et al. J. Electron.

Mater., 28, 486 (1999).

плексной проводимости исследованы элементный со[14] П.Н. Брунков, С.Г. Конников, В.М. Устинов. ФТП, 30, став, механические напряжения и энергетический спектр (1996).

носителей заряда в гетероструктурах Ge/Si с самоор[15] A.V. Dvurechenskii, A.V. Nenashev, A.I. Yakimov. Nanotechганизующимися КТ до и после импульсного лазерного nology, 13, 75 (2002).

воздействия. Плотность энергии импульсного излучения [16] O. Engstrm, M. Malmkvist, Y. Fu, H.. Olafsson, рубинового лазера при длительности импульса 80 нс E.. Sveinbjrnsson. Appl. Phys. Lett., 83, 3578 (2003).

приближалась к порогу плавления приповерхностной Редактор Т.А. Полянская области монокристалла Si. Порог плавления определялся методами in situ по динамике отражательной Modification of quantum dots in Ge/Si способности Si и пиковой температуре поверхности.

Применялись обработки одним и десятью импульсаnanostructures by pulsed laser irradiation ми. Полученные экспериментальные данные свидетельV.A. Volodin, A.I. Yakimov, A.V. Dvurechenskii, ствуют о том, что импульсное лазерное воздействие M.D. Efremov, A.I. Nikiforov, E.I. Gatskevich, приводит к уменьшению доли Ge в нанокластерах G.D. Ivlev, G.Yu. Mikhalyov+ и частичной релаксации механических напряжений в системе. При этом уменьшается слоевая плотность Institute of Semiconductor Physics, нанокластеров GexSi1-x и увеличиваются их размеры.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.