Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана ФОРМИРОВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР НАНОПРИБОРОВ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ Рекомендовано Научнометодическим советом МГТУ им. <...> Рассматриваются методы выращивания 2Dнаноструктур (наносло ев), 1Dнаноструктур (нанонитей) и 0Dнаноструктур (наночастиц) с по мощью молекулярнолучевой эпитаксии для их применения в нано приборах радиоэлектронных систем. <...> Н.Э. Баумана, 2009 2 ПРЕДИСЛОВИЕ Молекулярнолучевая эпитаксия (МЛЭ) применяется сейчас в крупнейших лабораториях мира для изготовления наноструктур. <...> Это единственный метод, позволяющий непосредственно в процес се роста контролировать кристаллическую структуру растущего объекта с атомной точностью с помощью дифракции быстрых элект ронов (ДБЭ). <...> МЛЭ – дорогой метод изза необходимости примене ния сверхвысокого вакуума порядка 10–10 или 102 Торр (1 Торр = 1 мм рт. ст. <...> Поэтому на лабораторных образцах с помощью МЛЭ исследователи стараются только выяснить основные физиче ские механизмы процесса роста наноструктур, а для их массового производства применять традиционные микроэлектронные методы, например химическую газофазную эпитаксию или эпитаксию из металлоорганических соединений (МОСгидридная эпитаксия). <...> Метод МЛЭ в наноэлектронике является развитием традицион ного для микроэлектроники подхода, который не ориентирован на использование эффектов самоорганизации. <...> Для изготовления полупроводниковых лазеров на квантовых ямах нуж ны были арсенидиндиевые нанослои хорошего качества, которые никак не удавалось вырастить гладкими и сплошными методом МЛЭ. <...> Приводимые в настоящем учебном пособии примеры получения нанонитей и наночастиц методом МЛЭ показывают, что самоорга низация играет ключевую роль и в таких «сверхчистых» методах по лучения наноструктур, как МЛЭ. <...> Этот размер особенно важен для электронного прибора, т. к. является естественным <...>
Формирование_гетероструктур_наноприборов_методом_МЛЭ.pdf
УДК 621.38 (075.8)
ББК 32.85
Ф79
Рецензенты: Б.В. Крылов, В.В. Маркелов
Ф79
Формирование гетероструктур наноприборов методом моле
кулярнолучевой эпитаксии : учеб. пособие / В. Д. Шашурин,
К. В. Малышев, С. А. Мешков, Е. А. Скороходов, О. С. На
райкин. – М.: Издво МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. – 42,
[2] с. : ил.
Настоящее издание соответствует учебной программе курса «Специ
альные технологические методы в нанотехнологии».
Рассматриваются методы выращивания 2Dнаноструктур (наносло
ев), 1Dнаноструктур (нанонитей) и 0Dнаноструктур (наночастиц) с по
мощью молекулярнолучевой эпитаксии для их применения в нано
приборах радиоэлектронных систем.
Для студентов 6го курса приборостроительных специальностей.
УДК 621.38 (075.8)
ББК 32.85
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1. Применение наноструктур в приборах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Сравнение молекулярнолучевой эпитаксии с другими методами
изготовления наноструктур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3. Установка молекулярнолучевой эпитаксии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1. Рабочий объем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2. Эффузионные ячейки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3. Картины на экране дифракции быстрых электронов . . . . . . . . . . . . 18
3.4. Подготовка подложки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4. Измерение скорости роста . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1. Измерение потока ионизационной лампой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2. Колебания интенсивности на экране дифракции быстрых
электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5. Поведение частиц при росте слоев AlxGa1–x
As . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.1. Избыточное давление паров As . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.2. Поверхностная подвижность Al и Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.3. Опорная температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
6. Дельталегирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.1. Сегрегация легирующей примеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.2. Сублимационная молекулярнолучевая эпитаксия . . . . . . . . . . . . . 28
6.3. Легирование кремния эрбием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.4. Легирование AlGaAs железом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
7. МЛЭрост 2Dнаноструктур (нанослоев) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
7.1. Плазменная активация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
7.2. Нанослои GaN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7.3. Нанослои AlN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7.4. Нанослои InGaAsN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.5. Нанослои HgCdTe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.6. Нанослои ZnMgSe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
8. МЛЭрост 1Dнаноструктур (нанонитей) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
8.1. Нанонити GaAs с катализатором Au . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
8.2. Нанонити GaAs на подложке Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.3. Нанонити ZnTe на подложке GaAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
42
Стр.42
9. МЛЭрост 0Dнаноструктур (наночастиц) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
9.1. Наночастицы Ge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
9.2. Наночастицы InAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
43
Стр.43