Применение нанокластеров в оптоэлектронике. Фотоприемники и солнечные элементы

дипломная работа

2.3 Локальный анализ нанокластеров методом растровой оже-микроскопии

Ярким примером эффективности применения комбинации методов электронной оже-спектроскопии и растровой электронной микроскопии является исследование наноструктуры GeSi/Si, которая получена методом самоорганизованного роста по механизму Странского - Крастанова. Суть эффекта заключается в переходе от двухмерного к трехмерному кластерообразованию вследствие рассогласования параметров решеток выращиваемых слоев. Образцы выращивались двумя способами:

1. Сублимационная молекулярно-лучевая эпитаксия кремния в среде гермбна (GeH4). На подложке высоколегированного бором кремния (n~1·1019 см-3) ориентации (111) выращивался буферный слой кремния толщиной 500 нм, легированный бором (n~5·1018 см-3), а затем слой германия номинальной толщиной 20 нм. Морфология поверхности исследовалась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ), изображение которой приведена на рис.6. Наблюдались массивы островков с латеральными размерами 100 нм, высотой 20 нм и поверхностной плотностью 7·108 см-3 и островки с большим числом дислокаций с латеральными размерами 900 нм, высотой 100 нм и поверхностной плотностью 2·107 см-3. [5]

Рис.6 АСМ-изображение GeSi/Si гетероструктур: сублимационная молекулярно-лучевая эпитаксия [5]

Рис.7 АСМ-изображение GeSi/Si гетероструктур: молекулярно-лучевая эпитаксия [5]

2. Молекулярно-лучевая эпитаксия. На подложке высоколегированного мышьяком кремния (n~1·1018 см-3) ориентации (001) выращивался буферный слой кремния толщиной 100 нм, легированный бором (n~5·1018см-3), а затем слой германия номинальной толщиной 1,4 нм. АСМ позволяет выявить на поверхности наличие массивов однородных островков с латеральными размерами 300 нм, высотой 40 нм и поверхностной плотностью 5·108 см-2, смотрите рис.7. [5]

Рис.8 Профиль интенсивности излучения вторичных электронов в режиме РЭМ и профиль интенсивности оже-линии германия в режиме РОМ [5]

При исследовании полупроводниковых объектов комбинацией методов электронной оже-спектроскопии и растровой электронной микроскопии проявляется эффект зарядки поверхности исследуемого образца, из-за чего происходит смещение и дефокусировка зонда. Как следствие наличия заряда на поверхности, пространственное разрешение на исследуемых структурах в 2?3 раза хуже, нежели при анализе хорошо проводящих структур. При исследовании нанокластеров GeSi/Si разрешение в режиме растровой электронной микроскопии (РЭМ) составило 50 нм, рис.9б, в режиме растровой оже-микроскопии (РОМ) ? 70 нм (рис.8). РОМ - изображение, которое представлено на рис.9в, регистрировалось в пике. На рис.9а приведена полученная АСМ-морфология исследуемой GeSi наноструктуры, используемой для определения латерального разрешения электронной оже-спектроскопии и растровой электронной микроскопии.

Рис.9 АСМ (а), РЭМ (б), РОМ (в) - изображения нанокластеров GeSi/Si [5]

На рис.10-11 представлено распределение концентрации Ge по глубине.

Рис.10 Распределение концентрации Ge по глубине в нанокластере (1) и между нанокластерами (2) для образцов, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии [5]

Рис.11 Распределение концентрации Ge по глубине в нанокластере (1) и между нанокластерами (2) для образцов, полученных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии [5]

Главным достижением является возможность проведения локального элементного анализа самоорганизованных структур Ge-Si/Si методом растровой оже-микроскопии.

Делись добром ;)