Компонентно-градиентное моделирование структуры Fe на Si(100) по данным спектральной эллипсометрии Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Решетневские чтения

G. G. Krushenko, S. N. Reshetnikova, А. А. Mishin Computational Modeling Institute, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk

THE MECHANISM OF ALUMINIUM-SILICON ALLOYS INOCULATION BY NANOPOWDERS (AT NANOPOWDER OF TITANIUM NITRIDE EXAMPLE)

The mechanism of aluminium-silicon alloys inoculation by nanopowders at nanopowder of titanium nitride example is suggested.

© Крушенко Г. Г., Решетникова С. Н., Мишин А. А., 2010

УДК 535.4

С. А. Лященко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

С. Н. Варнаков

Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

КОМПОНЕНТНО-ГРАДИЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ Fe НА Si(100) ПО ДАННЫМ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ*

При исследовании методом спектральной эллипсометрии наноструктуры Fe, напыленной на нагретую до температуры 450 °C поверхность Si(100), продемонстрирован процесс подбора оптимальной модели полученной структуры, варьированием её химического состава и геометрии.

Получение стабильных наноструктур металла, диэлектрика или полупроводника на поверхности монокристаллического кремния - это путь к созданию электронных элементов с высокими эксплуатационными характеристиками, такими как малое время задержки элементов интегральных схем, высокий КПД солнечных батарей, однородность электрических изоляторов и защитных покрытий.

После напыления тонких структур в вакууме необходимо определять как качество самой поверхности, так и характеристики получаемых структур, в том числе толщину и концентрации отдельных компонент в слое. Существуют многочисленные методы определения свойств поверхностных структур [1]. Например, оптические методы основаны на исследовании коэффициентов отражения и экстинкции, фазовых сдвигов, вносимых присутствием вещества, угловых зависимостей этих сдвигов и т. п. Одним из таких методов, активно развивающихся в последние годы, является метод спектральной эллипсометрии [2]. Оптические характеристики исследуемых структур находятся посредством номограмм, построенных по результатам решения прямой задачи эллипсометрии [2].

Измерения эллипсометрических параметров осуществлялись ex situ на установке быстродействующе-

го спектрального эллипсометра с использованием программного комплекса Spectr, поиск и оптимизация модели производились в программном пакете «Градиент SE». Данные снимались в четырехзонном режиме [3] при угле падения света 70°. Получены спектральные зависимости углов ¥ и Д в диапазоне длин волн падающего излучения от 400 до 850 нм. Напыление железа производилось в сверхвысоком вакууме при температуре подложки 450 °С в течение 10 минут при скорости осаждения 0,027 А/с. Были найдены решения обратной задачи эллипсометрии для моделей структуры, с переходами по геометрии - от однородной пленки с резкими границами раздела к островко-вым образованиям; по химическому составу - от первичных элементов при напылении к химическим соединениям между Бе, Si и воздухом.

Расхождение экспериментальной кривой с оптимизированной модельной зависимостью было найдено как функция минимизации вида

/ А>> teor I i meas > i=1

где p ° tgY- eiD - комплексная величина отношения коэффициентов Френеля; N - количество точек спектра.

*Работа выполнена в рамках программы № 4.1 ОФН РАН «Спинтроника», программы Президиума РАН № 27.10, интеграционного проекта СО РАН и ДВО РАН № 22, федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (коды проектов: НК-179П/ГК П1464, НК-556П/ГК П555).

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

Эффективная диэлектрическая проницаемость многокомпонентной среды рассчитывалась по соотношению Лихтенекера для механической смеси [4]:

м

ее(т =П е,\

1=1

где М - количество компонент в среде; е, - диэлектрическая проницаемость ,-й компоненты; д, - объемная доля ,-й компоненты.

Библиографические ссылки

1. Вудраф Д., Делчер Т. Современные методы исследования поверхности. М. : Мир, 1989.

2. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет : пер. с англ. М. : Мир, 1981.

3. Горшков М. М. Эллипсометрия. М. : Сов. радио, 1974.

4. Bruggeman D. A. G. // Ann. Phys. (Leip.) 1935. 24. Р. 636.

S. A. Lyaschenko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

S. N. Varnakov

L. V. Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk

THE COMPONENT-GRADIENT MODELING OF Fe ON Si(100) STRUCTURE BY SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETRY DATA

The nanostructure study of Fe, deposited on the Si (100) with surface temperature 450 ° C by spectroscopic el-lipsometry method, the process of selecting the optimal model for obtained structure by varying its chemical composition and geometry was demonstrated.

© Лященко С. А., Варнаков С. Н., 2010

УДК 548.571

А. В. Мозжерин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

Ю. Ю. Логинов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ В КРИСТАЛЛАХ КРЕМНИЯ И ГЕРМАНИЯ МЕТОДОМ ПРОСВЕЧИВАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ

Структурные дефекты могут вносить серьезные изменения в физико-химические свойства кремния и германия, влиять на работу электронных устройств. Методом электронной микроскопии исследованы закономерности образования структурных дефектов в кремнии и германии.

Полупроводниковый кремний и германий используются при изготовлении большинства высокотехнологичных приборов, поэтому необходимо знать качество полупроводника, а также, какие изменения происходят с его свойствами при легировании фосфором или бором с целью создания p- и n-типа материала.

Основной задачей было исследование в образцах Si и Ge дислокаций и дефектов упаковки, образующихся при выращивании монокристаллов, а также изучение влияния различных воздействий на кремний или германий и появление в них «приобретенных» дефектов. Исследования проводили с использованием просвечивающего электронного микроскопа JEOL 2100. Был усовершенствован метод пробопод-готовки образцов. Вначале из слитка с помощью алмазной пилы вырезались тонкие слои образца (толщиной 0,3... 0,5 мм). Затем с помощью специального устройства Gatan Tuned Piezo Cutting Tool вырезались

диски диаметром 3 мм. На третьем этапе использовали устройство Gatan Disc Grinder, предназначенное для механического утонения образцов диаметром 3 мм до толщины 80... 120 мкм, далее устройство Gatan Dimple Grinder - для прецизионного механического утонения центральной части образца диаметром 3 мм, до толщины менее 10 мкм. На последнем этапе с помощью Gatan Precision Ion Polishing System методом ионного травления в вакууме утончали центральную часть полученного образца (диск диаметром 3 мм и толщиной не более 100 нм в центральной части) до 10 нм толщиной.

Типичными дефектами в монокристаллах кремния и германия являются дислокации (рис. 1), дислокационные стенки практически краевых дислокаций. Большую сложность при исследовании дислокаций представляют экстинкционные контуры, которые внешне очень похожи на структурные дефекты (дис-