CC BY
71
Л.Г. Лаврентьева, И.В. Ивонин
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ ПО ЭПИТАКСИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ В СФТИ
1. ВВЕДЕНИЕ: ФОРМИРОВАНИЕ НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ И КОЛЛЕКТИВА
В 1950-е гг. было установлено, что оптимальные параметры полупроводниковых приборов с р - «-переходами реализуются на монокристаллическом материале, причем р- и n-слои в приборах, как правило, должны быть микронной толщины. Были начаты разработки технологий выращивания монокристалличе-ских слоев полупроводников на таких же подложках (автоэпитаксия или гомоэпитаксия) либо на подложках из другого полупроводникового материала (гетероэпитаксия). Развитие эпитаксиальных технологий шло по трем основным направлениям: газофазовая, жидкофазовая, молекулярно-лучевая эпитаксия (ГФЭ, ЖФЭ, МЛЭ соответственно).
Возможности газофазового транспорта [1] применительно к полупроводникам, по-видимому, впервые были продемонстрированы на германии и кремнии в работе Н.Н. Шефталя с соавторами [2], а затем в публикациях сотрудников IBM [3] и RCA [4].
В СФТИ исследования по ГФЭ были начаты по инициативе и под непосредственным руководством В.А. Преснова в 1960 г. Уже в 1961 г. в рамках лаборатории полупроводников СФТИ сформировалась научная группа, проводившая исследования эпитаксии арсенида галлия и германия (Л.Г. Лаврентьева - руководитель, М.Д. Вилисова, Ю.Г. Катаев, И.К. Ковалев, Н.К. Курындина, В.А. Московкин, В.С. Мурашко). Изучение структуры пленок выполнялось в группе структурных методов (М.П. Якубеня - руководитель, О.М. Ивлева, Б.Г. Захаров).
Зав. лабораторией эпитаксиальных структур (1974 - 1994) Л.Г. Лаврентьева
К началу работ сведений по термодинамике и кинетике газового переноса и свойствам пленок арсени-да галлия в доступной нам литературе не было. Однако в группе А.П. Изергина, занимавшейся в СФТИ синтезом и выращиванием монокристаллов GaAs, бы-
ло замечено, что в технологической вакуумированнои системе происходит перенос вещества из горячей зоны в холодную с образованием тонкой пленки арсе-нида галлия на поверхности кварца. В.А. Преснов предложил использовать это явление в технологии выращивания слоев GaAs. Эксперименты (М.Д. Вилисова, В.С. Мурашко) проводились в вакуумированных кварцевых ампулах, размещаемых в печи с градиентом температуры. Испаряемым материалом (источником) служил поликристаллический GaAs, синтезированный в группе А.П. Изергина. Поскольку целенаправленное введение транспортного агента в ампулу не производилось, предполагали, что основой процесса является сублимация GaAs [5,6]. Позднее было установлено, что в ампуле имеет место химический транспорт GaAs с участием паров воды [7]. На первых поликристаллических пленках GaAs, осажденных на радиокерамике и легированных цинком в процессе роста, оценивались возможности создания матриц туннельных диодов для ЭВМ [8]. Заказчиком данной работы выступал Ленинградский КБ-2 (директор Ф.Г. Старос). В это же время были начаты работы по выращиванию слоев GaAs с помощью йода в закрытых, а затем в открытых системах [9]. На 1-й конференции по арсениду галлия (Томск, сентябрь 1965) была представлена серия докладов по влиянию условий выращивания эпитаксиальных слоев GaAs на их структуру, электрические свойства и параметры диодов на их основе [10 - 12].
В 1960-е гг. были выполнены исследования анизотропии скорости роста GaAs и захвата примеси в условиях ГФЭ при плавном изменении ориентаций подложек в кристаллографическом интервале (111)Ga -(001) - (111)As [13 - 15]. Результаты были представлены на 2-м Всесоюзном совещании по арсениду галлия (Томск, сентябрь 1968). Как нам стало известно позднее, практически одновременно с нами данные по анизотропии скорости роста GaAs в хлоридной системе опубликовал Д. Шоу (D. Shaw) [16]. Отметим, что наши данные были значительно более полными. Они содержали сведения: для двух газотранспортных систем (йодидной и хлоридной), по анизотропии легирования GaAs, а также изложение основ теоретической модели, объясняющей механизмы эффектов анизотропии. Модель, которая базировалась на теории послойного роста кристаллов Бартона - Кабреры -Франка (БКФ), была впервые применена нами к описанию процессов захвата примеси [15, 17]. Результаты по анизотропии роста и легирования GaAs в системах ГФЭ привлекли внимание многих исследователей как в СССР, так и за рубежом. К сожалению, опубликовать эти результаты в зарубежных научных журналах в то время было невозможно из-за значимости технологии GaAs для военной техники. В результате СФТИ фактически потерял научный приоритет по данной тематике, в научных публикациях преобладали ссылки на работы Д. Шоу. При личной встрече, которая состоялась лишь в 1996 г. в Санкт-Петербурге на 23-м
Международном симпозиуме по арсениду галлия, Д. Шоу отметил, что его всегда очень интересовали наши публикации.
Успехи в изучении и практическом освоении ГФЭ GaAs привели к расширению фронта работ. Увеличивался и коллектив, объединяющий группу пленок и группу структурных исследований. Частично он пополнялся за счет специалистов из вне, но, главным образом, за счет выпускников ТГУ и ТУСУРа (тогда ТИРиЭТ). В группу пленок вошли аспирант ТГУ В.Я. Дворкович (будущий шахматный судья международной категории), к.ф.-м.н. Г.М. Иконникова, Л.Е. Эпиктетова, а также выпускники ТГУ (Л.Г. Не-стерюк (1965), Е.Г. Сироткин (1966), В.А. Московкин
(1965), С.П. Гайдарева (1968), В.В. Романов (1969), В.М. Сенникова (1970), Н.Г. Зеленская, С.Е. Торопов
(1971), А.Д. Шумков (1971, будущий чемпион Европы и мира по плаванию в ластах), М.П. Рузайкин (1972)) и ТИРиЭТа (И.С. Захаров (в 1965 - 1967 - студент ТИРиЭТа, в 1967 - 1970 - аспирант ТГУ, ныне - ректор Курского политехнического университета),
В.В. Скляренко (1965), Л.П. Пороховниченко (1971), Н.А. Чернов (1975)). Структурную группу пополнили Б.Г. Захаров (1962, ЛГУ), к.ф.-м.н Л.М. Красильникова (1950, ТГУ), И.В. Ивонин (1969, ТГУ), И.А. Вяткина (Бобровникова, 1974, ТГУ), Н.Н. Криволапов (1975, ТГУ). В коллектив пришли талантливые инженеры и техники Ю.С. Мельченко, П.И. Кучерук, С.М. Долгих (студенты-вечерники томских технических вузов), Ю.Н. Мясников (студент-вечерник, будущий филолог), выпускники Томского приборного техникума Т.В. Костянова, Л.П. Яковлева, Н.Н. Путилова.
Научный семинар в группе эпитаксиальных пленок, 1971 г. Первый ряд слева направо: В.А. Московкин, В.Д. Романов, Л.Г. Нестерюк, Л.Г. Лаврентьева, М.Д. Вилисова; второй ряд: Е.Г. Сироткин, Л.Е. Эпиктетова, С.П. Гайдарева
По мере количественного роста в коллективе формировались группы сотрудников по специализациям: технологическая группа, группа электрофизических измерений, теоретическая группа, группа структурных исследований. В 1973 г. эти группы объединились в лабораторию эпитаксиальных структур (ЛЭС). В 1983 - 1985 гг. численность коллектива ЛЭС отдела физики полупроводников СФТИ доходила до 30 человек.
С целью повышения квалификации коллектива в области физики роста кристаллов и химической термодинамики был организован научный семинар, на котором сотрудники выступали с лекциями по соответствующим разделам. Для чтения лекций приглашали также ведущих специалистов из АН СССР. В 1966 г. Ф.А. Кузнецов (канд. хим. наук, зав. лабораторией в Институте неорганической химии СО АН СССР, ныне - директор этого института, академик РАН) по приглашению ТГУ прочел курс лекций по термодинамике транспортных реакций для студентов
и сотрудников. Лекции по теории роста кристаллов (1978) читал проф. А.А. Чернов (зав. лаб. Института кристаллографии АН СССР, ныне - чл.-корр. РАН), завершавший подготовку к изданию 3-го тома академического четырехтомника «Современная кристаллография» [18]. В конечном счете, лекции и семинары способствовали повышению уровня исследований, более точной и квалифицированной постановке научных задач, а также организации научных контактов с академическими институтами. Совместные работы по эпитаксии германия и арсенида галлия в йодидных системах с ИНХ СО АН [19, 20] позволили продвинуться в изучении механизма роста авто- и гетероэпи-таксиальных слоев Ge и свойств гетеропереходов Ge/GaAs, что явилось основой кандидатской диссертации И.С. Захарова. С ИК АН были выполнены работы по теории процессов кристаллизации, результаты которых были представлены в диссертации М.П. Рузайкина [21, 22].
В развитии исследований по эпитаксии положительную роль сыграло открытие в Томске в 1964 г. НИИ полупроводниковых приборов (ныне ОАО «НИИПП»), где ГФЭ GaAs сразу же стала и до сих пор является одной из основных технологий производства материалов для создания СВЧ-приборов. Если до 1964 г. в СФТИ исследования в области эпитаксии выполнялись по заказам московских и ленинградских НИИ, то после 1964 г. НИИПП стал основным заказчиком и потребителем научных результатов по данной тематике. В отдел материалов НИИПП пришли работать специалисты из СФТИ и ТГУ, а также молодые выпускники ТГУ и ТИРиЭТа (Л.Н. Возми-лова, к.х.н. - зав. химической лабораторией, Б.Г. Захаров, к.ф.-м.н. - зав. рентгеноспектральной лабораторией, Л.П. Пороховниченко, Н.Н. Бакин, Н.Н. Иванова, В.А. Дворкович, П.Н. Тымчишин - лаборатория ГФЭ). В последующие годы Л.П. Пороховниченко обучалась в аспирантуре ТГУ, на базе ЛЭС СФТИ выполнила цикл исследований по кинетике роста и легирования GaAs в условиях ГФЭ, а после защиты кандидатской диссертации возвратилась в НИИПП и стала ведущим специалистом-технологом, зав. лаб. ГФЭ. Позднее из СФТИ в НИИПП перешел Н.А. Чернов - молодой, но перспективный инженер-технолог, в последующем - зав. лаб. МОС-гидридной эпитаксии. Уровень технологии в НИИПП был выше, чем в СФТИ. Там имелись возможности для организации технологических помещений высокой степени чистоты, приобретения чистых химических реактивов, утилизации технологических отходов, проведения химических анализов и рентгеноспектральных измерений. Эти возможности использовались при выполнении совместных работ по ГФЭ.
После организации отдела материалов в НИИПП наступил период наиболее активного и эффективного развития исследований в области эпитаксии полупроводников в Томске.
2. ИЗУЧЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ГФЭ GaAs и InAs
В 1970-е гг. были выполнены детальные исследования кинетики роста и кинетики легирования арсе-нида галлия в газотранспортных системах и получены данные по зависимости скорости роста и скорости захвата примеси от всех основных параметров процесса ГФЭ (давления паров транспортного агента, пересыщения, температуры, концентрации примеси, кристаллографических индексов поверхности подложки). В эти же годы были поставлены электронномикроскопические исследования рельефа поверхности эпитаксиальных слоев Ge и GaAs (Л.М. Красильникова -руководитель, И.В. Ивонин, Л.В. Масарновский) и был подтвержден ступенчато-слоевой механизм роста полупроводниковых материалов в условиях ГФЭ [23]. Тем самым впервые было доказано, что использование гетерогенной химической реакции не изменяет основной механизм роста кристалла.
В 1970-е гг. было начато детальное изучение влияния состояния поверхности подложки на рост эпитаксиального GaAs. [20, 24]. Было обнаружено
сильное влияние фоновых примесей на механизм роста, дефектообразование и профили фонового легирования. Выяснилось, что центры торможения ступеней роста (ЦТС) возникают в результате взаимодействия ступеней с микрокаплями жидкой фазы, образующимися за счет локальной химической диссоциации GaAs-подложки до начала роста, и фоновых примесей с ее поверхности. Были выполнены детальные исследования процессов формирования микрочастиц второй фазы, их оттеснения фронтом кристаллизации, захвата в кристалл и возникновения вторичных дефектов структуры. Было установлено, что дефекты типа ЦТС приводят к ускоренной деградации полупроводниковых приборов [25]. Такого типа дефекты позднее были обнаружены нами при ГФЭ InAs, а также при МЛЭ GaAs (С.И. Стенин с сотр. ИФП СО АН СССР).
Исследования кинетики роста и кинетики легирования 1пЛ^ в хлоридной газотранспортной системе, выполненные совместно с сотрудниками НИИ «Пульсар» (Москва), выявили много общего в анизотропии скорости роста, анизотропии захвата примеси, формировании микродефектов типа ЦТС для GaAs и 1пЛ^ [26]. Таким образом, было показано, что закономерности эпитаксиального роста, изученные на примере GaAs, имеют общий характер и справедливы для других полупроводников этого класса.
В 1970-е гг. по инициативе Г.М. Иконниковой были проведены уникальные исследования по влиянию электрического поля, параллельного и нормального к поверхности, на рост слоев GaAs в хлоридной газотранспортной системе. Удалось выявить влияние поля на скорость роста, рельеф ростовой поверхности и дефектообразование [27].
Результаты исследований были представлены на ряде всесоюзных научных конференций (научные совещания по арсениду галлия: Томск, 1965, 1968, 1972; симпозиумы по росту кристаллов и пленок полупроводников: Новосибирск, 1967, 1969, 1972, 1975, 1978; совещания и конференции по росту кристаллов: Москва, 1963, Цахкадзор, 1972, Тбилиси, 1977, Москва, 1980; конференции по микроэлектронике: Москва, 1970, 1972). Ряд ведущих сотрудников коллектива защитил кандидатские диссертации (Б.Г. Захаров
(1966), И.С. Захаров (1970), М.Д. Вилисова (1972), Ю.Г. Катаев (1972), И.В. Ивонин (1978), Л.П. Пороховниченко (1979)).
В эти же годы по заказу НИИПП были начаты детальные исследования процессов легирования GaAs примесями, дающими глубокие акцепторные уровни ^е, Сг, Мп) [28 - 30]. Была показана перспективность использования этих материалов в технологии изготовления быстродействующих 5-диодов, на основе которых создавалась метрика нового поколения для анализа жестких излучений.
Детальное изучение процесса легирования GaAs в условиях ГФЭ обнаружило ряд особенностей в кинетике захвата примесей. В частности, обнаружилось, что в процессе легирования GaAs, наряду с образованием обычных твердых растворов замещения, формируются сложные дефекты (комплексы), включающие примесный атом и собственный точечный дефект (вакансию, междоузельный атом или антиструктурный
дефект). Комплексы, как правило, оптически активны и ответственны за появление полос в спектрах фотолюминесценции GaAs [31]. Детальные исследования, выполненные в условиях ГФЭ в присутствии ряда примесей (Те, Б, 2п, Сё, Ge, Бп и др), выявили закономерности формирования сложных комплексов и их влияние на свойства эпитаксиального материала [32]. На основе этих данных была создана модель комплек-сообразования в условиях ГФЭ GaAs, учитывающая возможность неравновесного захвата бинарных молекул (As2, Те2, Б2, Б12, Ge2, Бп2) из адсорбционного слоя в кристалл с последующей их диссоциацией [33]. Расчеты равновесных составов газовой фазы и адсорбционных слоев подтвердили возможность реализации данного механизма [34].
В эти же годы в отделе физики полупроводников СФТИ разворачивались работы по синтезу тройных полупроводников А2В4С52. В лаборатории эпитакси-
Далее теоретические исследования были продолжены М.П. Рузайкиным. В 1974 г. он был направлен на стажировку в Институт кристаллографии АН СССР к профессору А.А. Чернову. Последующие расчеты по теоретическому анализу процессов ГФЭ выполнялись М.П. Рузайкиным совместно с А.А. Черновым, он же был научным руководителем кандидатской диссертации М.П. Рузайкина. Были выполнены расчеты равновесных составов газовой фазы и ад-
альных структур были выполнены эксперименты (Л.Г. Нестерюк) по выращиванию эпитаксиальных слоев 2^еР2 на подложках GaP в закрытой хлорид-ной системе с 2пС12 в качестве транспортного агента. Проведены термодинамические расчеты состава газовой фазы в таких системах (Е. Дриголенко), исследованы структура и свойства пленок [35].
Таким образом, в 1970 - 80-х гг. в лаборатории эпитаксиальных структур был получен большой объем экспериментальных данных и заложены основы модельных представлений о кинетике роста и легирования GaAs и других полупроводников в газофазовых системах. Полученный экспериментальный материал требовал серьезной теоретической проработки. В 1969 г. выпускник РФФ ТГУ В.В. Романов выполнил и защитил дипломную работу по моделированию процессов кристаллизации и затем успешно работал в качестве сотрудника лаборатории [36].
сорбционных слоев [21, 37], равновесных коэффициентов распределения примесей в системах ГФЭ [38], показана возможность фазовых переходов в плотных адсорбционных слоях [39, 40], рассмотрена кинетика захвата примеси в изломы на ступенях роста, в том числе с учетом асимметрии процессов на ступенях роста [22, 41], а также особенности зародышеобразо-вания на сингулярных гранях в условиях ГФЭ [42]. В процессе выполнения этих расчетов сформировалась
Лаборатория эпитаксиальных структур отдела физики полупроводников СФТИ, 1985 г. Первый ряд слева направо: Л.П. Яковлева, М.П. Якубеня, Л.Г. Лаврентьева, В.С. Мурашко, Л.М. Красильникова; второй ряд: М.В. Туршатова, О.М. Ивлева, Г.М. Иконникова, Ю.Г. Катаев, А.К. Серикова, М.Д. Вилисова, И.А. Бобровникова; третий ряд: В.А. Москов-кин, В.Б. Ябжанов, Н.Н. Криворотов, Ю.Ю. Эрвье, И.В. Ивонин, М.П. Рузайкин, С.В. Кривяков
группа теоретиков, в состав которой вошли выпускники ФФ ТГУ Ю.Ю. Эрвье (1983) и А.Б. Свечников (1984). Проводилось детальное квантово-химическое моделирование сложных адсорбционных процессов на поверхности полупроводников [43], теоретическое моделирование процессов роста и захвата примеси на сингулярных и вицинальных поверхностях применительно к молекулярно-лучевой эпитаксии [44]. Эти исследования продолжаются и в настоящее время.
Обобщенные результаты экспериментальных исследований кинетики роста и легирования, а также основы моделирования процессов роста и захвата примеси были представлены в докторской диссертации Л.Г. Лаврентьевой, защита которой состоялась в мае 1982 г. в Институте физики полупроводников СО АН СССР. В это же десятилетие защитили кандидатские диссертации М.П. Рузайкин (1982), С.Е. Торопов
(1988), А.Б. Свечников (1988), И.А. Бобровникова
(1989), Ю.Ю. Эрвье (1989). Позднее (1998) И.В. Иво-ниным была защищена докторская диссертация, в которой детально рассмотрены процессы формирования ростового рельефа и элементарные стадии поверхностных процессов при ГФЭ А3В5.
3. ИЗУЧЕНИЕ ЛАТЕРАЛЬНОЙ ГФЭ GaAs и ЬТ-МЛЭ GaAs
Новый этап в развитии исследований по эпитаксии GaAs наступил в 1990-е гг. В связи с перестройкой социально-экономической системы резко снизилось финансирование военно-промышленного комплекса и соответственно уменьшился фронт работ в области традиционной ГФЭ полупроводников. Появилась необходимость поиска научной тематики, финансируемой из других источников (программы, гранты).
Первоначально были предприняты попытки использовать имеющийся научный задел в практических целях. На основе данных по анизотропии скорости роста ГФЭ GaAs были выполнены разработки технологии латеральной эпитаксии, позволяющей получать структуры GaAs со встроенными металлическими и диэлектрическими фрагментами, которые могут быть использованы в СВЧ-приборах, оптоэлектронике и солнечной энергетике. Проведенные исследования показали возможность осуществления латеральной эпитаксии арсенида галлия поверх различных маскирующих покрытий [45]. К сожалению, финансирование этих разработок довольно быстро прекратилось.
Другим источником финансирования явилась государственная программа «Высокотемпературная сверхпроводимость», которая была посвящена поиску новых материалов, обладающих высокой критической температурой начала сверхпроводимости, изучению свойств таких материалов и областей их применения. Определенные надежды возлагались и на полупроводниковые материалы, в частности на LT-GaAs (Low Temperature GaAs, выращенный методом МЛЭ при низких температурах).
В России был создан творческий коллектив из сотрудников ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, ИФП СО РАН и СФТИ при ТГУ. Научный проект «Исследование сверхпроводниковых аномалий в соединениях А3В5, имеющих развитую кластерную структуру», пред-
ставленный коллективом, получил поддержку и был включен в программу «Высокотемпературная сверхпроводимость» (шифр «Арсеникум», рук. Л.Г. Лаврентьева). В ИФП СО РАН решалась задача выращивания слоев LT-GaAs. Сотрудники СФТИ исследовали их структуру, состав и электрофизические свойства, а сотрудники ФТИ им. А.Ф. Иоффе измеряли проводимость материала и его оптические спектры при гелиевых температурах, выполняли анализ состава пленок с целью определения возможных отклонений от стехиометрии и их влияния на эффект сверхпроводимости. Исследования, выполненные коллективом, показали, что появление эффекта сверхпроводимости в LT-GaAs обусловлено микровключениями галлия, либо индий-галлиевого сплава и связано с особенностями технологического процесса приготовления ЦГ-GaAs [46].
Оказалось, что слои LT-GaAs, выращенные в условиях обогащения мышьяком, имеют ряд интересных и практически важных особенностей [47, 48]. В частности, понижение температуры МЛЭ от обычных 500 - 600 до 150 - 250 °С сопровождается аномально высоким захватом избыточного мышьяка в кристаллическую решетку LT-GaAs. Прецизионный микроанализ показал, что реальная концентрация сверхсте-хиометрического мышьяка в LT-GaAs может достигать 1,5 ат.%, что на 6 порядков превышает равновесную. Как следствие, кубическая решетка GaAs деформируется в тетрагональную. При отжиге в GaAs формируются As-кластеры нанометровых размеров, статистически равномерно распределенные по объему GaAs-слоя. На границе кластер/матрица происходит закрепление уровня Ферми. В результате GaAs приобретает высокое удельное сопротивление (10б Ом-см). Такой материал находит применение в полупроводниковой СВЧ-электронике.
При исследовании влияния легирующей примеси Бі на свойства слоев LT-GaAs было найдено, что в адсорбционном слое имеет место конкуренция между мышьяком и кремнием, вследствие чего Бі влияет на захват избыточного As [49]. Были обнаружены явления образования примесно-вакансионных комплексов, аналогичные наблюдавшимся в GaAs, выращенном ГФЭ. Оказалось, что захват избыточного мышьяка и его взаимодействие с легирующей примесью кремния зависит от молекулярной формы мышьяка в потоке (As4 или As2). Аналогичные явления наблюдались на твердых растворах LT-InGaAs [50 - 52]. Результаты исследований структуры поверхности и объема LT-GaAs и LT-InGaAs были обобщены и представлены в коллективной монографии [53]. Данные по структуре поверхности и объема LT-GaAs и LT-InGaAs явились основой кандидатской диссертации С.В. Субача (2002).
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПРОЦЕССОВ И ФОРМИРОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР ПРИ
МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ
1990-е гг. стали годами расцвета молекулярнолучевой эпитаксии. Развитие высоковакуумной техники и прорыв в создании высокоточных неразрушающих методов исследования поверхности (ДБЭ,
СВВ-ОЭМ, СТМ и др.) сделали реальным контролируемое формирование полупроводниковых структур нанометрового масштаба непосредственно в процессе роста. В России одним из лидеров в данном направлении являлся (и является) Институт физики полупроводников СО РАН.
В 1989 г. по инициативе заведующего отделом молекулярно-лучевой эпитаксии ИФП С.И. Стенина был заключен договор между ИФП и СФТИ на разработку теоретических моделей процессов роста и легирования в системах МЛЭ. Основными исполнителями стали М.П. Рузайкин и Ю.Ю. Эрвье (А.Б. Свечников к тому времени уже работал в Москве в Курчатовском институте). В рамках работы по договору удалось продвинуться в понимании роста пленки по механизму образования и разрастания двумерных (2D) островков, формирования структурных единиц на ступенях сложных полупроводников и начальной (нестационарной) стадии легирования. Однако в 1991 г., после безвременной кончины С.И. Стенина и последовавшего в 1992 г. катастрофического ухудшения финансирования данная деятельность существенно затормозилась. Многие результаты остались неопубликованными. Тем не менее к 1996 г. была завершена разработка модели нестационарного легирования и образования переходных примесных областей в условиях МЛЭ [54,55]. В рамках данной модели удалось самосогласованным образом описать особенности захвата примеси в изломах на ступенях, поверхностную диффузию примесных атомов и эффект оттеснения примеси движущейся ступенью.
В 1996 г. М.П. Рузайкин эмигрирует в Германию. Однако теоретическое исследование процессов эпитаксии продолжилось благодаря плодотворному сотрудничеству Ю.Ю. Эрвье и аспиранта кафедры физики полупроводников С.Н. Филимонова. Ими была разработана оригинальная комбинированная модель, сочетающая аналитическое описание роста двумерных островков и компьютерную имитацию случайного процесса образования зародышей островков [56]. Модель была применена к исследованию кинетики поверхностной сегрегации и захвата примеси при дельта-легировании [57, 58] и эволюции поверхности при росте, в том числе с участием поверхностноактивных веществ (сурфактантов) [59]. Полученные результаты обобщены в кандидатской диссертации
С.Н. Филимонова (2000).
Одновременно развивалась теория элементарных процессов роста на ступенях, допускающих переходы адатомов между соседними террасами без предварительного встраивания в изломы на торце ступени (так называемые проницаемые ступени [60]). Было показа-
но [61 - 63], что эффект проницаемости ступени может играть важную роль в кинетике формирования когерентных 3D островков (квантовых точек) в условиях относительно низких температур кристаллизации.
Данные исследования проводятся при поддержке РФФИ (гранты 1996, 1998, 2000, 2003 гг.) и INTAS (с 2004 г.). В 2003 г. С.Н. Филимонов получил стипендию фонда Гумбольдта и в настоящее время работает в Исследовательском центре Юлих (Германия) в группе доктора Б. Фойхтлендера [64].
Таким образом, за прошедшее 50-летие развитие исследований в области эпитаксии полупроводников в СФТИ шло достаточно успешно. Это стало возможным благодаря дружному коллективу лаборатории эпитаксиальных структур ОФП. Сотрудники ЛЭС создали технологическую аппаратуру и методы получения и исследования свойств эпитаксиальных слоев, выполнили систематические исследования кинетики роста и легирования слоев GaAs, InAs и твердых растворов на их основе, изучили структуру поверхности и объема, создали теоретические модели процессов роста. Они активно сотрудничали с научными коллективами Академии наук и отраслевых предприятий, а также с другими лабораториями отдела физики полупроводников.
За период с 1960 по 2004 г. в лаборатории эпитаксиальных структур СФТИ было подготовлено 12 кандидатов ф.-м. наук, защищено 2 докторских диссертации, опубликовано более 250 работ в рецензируемых периодических отечественных и зарубежных журналах, в изданиях АН СССР и РАН, в трудах всесоюзных конференций по исследованию арсенида галлия, сделано более 200 докладов на международных, всесоюзных и российских конференциях.
В завершение обзора развития научного направления следует отметить, что коллектив ЛЭС отличался активностью не только в постановке и проведении научных исследований, но и в организации других мероприятий в отделе физики полупроводников: научных конференций по физике полупроводников, в том числе всесоюзных научных совещаний по исследованию арсенида галлия. Сотрудники ЛЭС внесли свой вклад в строительные и сельскохозяйственные работы, которые выполнялись по решению областных властей. И.В. Ивонин и Н.Н. Криволапов входили в число руководителей этих работ. Отметим также, что в период с 1974 по 1987 г. в ОФП систематически проводились зимние и летние спортивные состязания между лабораториями. ЛЭС всегда активно участвовала в соревнованиях: 9 раз завоевывала кубок по лыжам и 6 раз - по легкой атлетике. Одним из организаторов этих соревнований был С.Е. Торопов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шефер Г. Химические транспортные реакции. М.: Мир, 1964.
2. Шефталь Н.Н., Кокориш Н.П., Красилов А.В. // Изв. АН СССР, сер. физ. 1957. Т. 21. № 1. С. 146 - 152; / А.с. СССР №107450 от 1955 г., БИ. № 7, 1957.
3. IBM. J. Res. a. Dev. 1960. V. 4. No. 3.
4. RCA Review. 1963. V. 24. No. 40.
5. Вилисова М.Д., Лаврентьева Л.Г. Мурашко В.С., Преснов В.А. // Всес. совещ. Томск, сентябрь 1962 / Поверхностные и контактные явления в полупроводниках: Сб. ст. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1964. С. 422 - 431.
6. Лаврентьева Л.Г., Вилисова М.Д. // Тез. докл. 3-го Всес. совещ. по росту кристаллов. М., 1963; // Рост кристаллов. Т. 6. М.: Наука, 1965. С. 340 - 347.
7. Лаврентьева Л.Г. // Итоги исследований по физике (1917 - 1967): Сб. ст. / Под ред. К.В. Савицкого. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1971. С. 50 - 71.
S. Лаврентьева Л.Г., Вяткин А.П., Преснов В.А. // Изв. вузов. Физика. 196З. № 5. С. 174 - 176.
9. Преснов В.А., Лаврентьева Л.Г., Вилисова М.Д. / А.с. № 161707 от 17.07.1962.
10. Захаров Б.Г., Лаврентьева Л.Г., Якубеня М.П. // Арсенид галлия / Сб. ст. под ред. М.А. Кривова и др. Томск.: Изд-во Том. ун-та, 196S. С. З67 - З76.
11. Катаев Ю.Г., Лаврентьева Л.Г. // Там же. С. З77 - 385.
12. Вилисова М.Д., Лаврентьева Л.Г. // Там же. С. 386 - З94.
13. Процессы роста и структура монокристаллических слоев полупроводников / Сб. ст. под ред. Л.Н. Александрова. Новосибирск: Наука, 196S.
14. Лаврентьева Л.Г., Якубеня М.П. // Арсенид галлия // Труды 2-го совещ. по арсениду галлия, сент. 196S. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1970. С. 40 - 45.
15. Лаврентьева Л.Г., Катаев Ю.Г. // Там же. С. 46 - 50.
16. Shaw D.W. // Proc. 196S Intern. Symp. on GaAs. Inst. of Phys. and Phys. Soc. London, 1969. P. 50.
17. Lavrentieva L.G. // Thin Sol. Films. 19S0. V. 66. №. 1. P. 71 - S4.
1S. Чернов А.А. Современная кристаллография. Т. З. М.: Наука, 19S0.
19. Лаврентьева Л.Г., Захаров И.С., Румянцев Ю.М. // Кристаллография. 1970. Т. 15. № 4. С. S54 - S57.
20. Лаврентьева Л.Г., Вилисова М.Д., Зеленская Н.Е. и др. // Изв. вузов. Физика. 1971. № 12. С. 144 - 146.
21. Чернов А.А., Рузайкин М.П. // Рост кристаллов. Т. 1З. М.: Наука, 1979. С. 20 - 27.
22. Чернов А.А., Рузайкин М.П. // Процессы роста полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск: Наука, 19S1. С. 5 - 9.
23. Лаврентьева Л.Г., Захаров И.С., Ивонин И.В., Красильникова Л.М. // IV Всес. совещ. по росту кристаллов: Тез. докл. Ереван, 1972. С. 70 - 7З.
24. Лаврентьева Л.Г., Вилисова М.Д., Красильникова Л.М. и др. // Изв. вузов. Физика. 197З. № 2. С. 69 - 75.
25. Лаврентьева Л.Г., Пороховниченко Л.П., Кауль Б.В. // Генерация СВЧ-колебаний с использованием эффекта Ганна: Сб. ст. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1974. С. 269 - 277.
26. Александрова Г.А., Ивонин И.В., Красильникова Л.М. и др. // Изв. вузов. Физика. 19S0. № 9. С. 71 - 75.
27. LavrentievaL.G., Ikonnikova G.M., KrasilnikovaL.M. // Crystal Research and Technology. 19S1. V. 16. No. S. P. 893 - S9S.
2S. Вилисова М.Д., Иконникова Г.М., Толбанов О.П., Хлудков С.С. // Изв. вузов. Физика. 19S1. № 11. С. З - 6.
29. Вилисова М.Д., Лаврентьева Л.Г. // Обзоры по электронной технике, сер. 6 (материалы), вып. З (11З2). М.: ЦНИИ «Электроника», 19S5. ЗЗ с.
30. Вилисова М.Д., Иконникова Г.М., Московкин В.А. и др. // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 19S6. Т. 22. № З. С. З6З - З66.
31. Бобровникова И.А., Лаврентьева Л.Г., Торопов С.Е. // Изв. вузов. Физика. 19S5. № 2. С. 96 - 100.
32. Бобровникова И.А., Лаврентьева Л.Г., Торопов С.Е. // Физика и техника полупроводников. 19S6. Т. 20. № 9. С. 1701 - 1704.
33. Лаврентьева Л.Г., Вилисова М.Д. // Изв. вузов. Физика. 19S6. № 5. С. З - 1З.
34. Бобровникова И.А., Вилисова М.Д., Лаврентьева Л.Г., Рузайкин М.П. / Препринт № 9. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. З1с. / J. Cryst. Growth. 1992. V. 12З. No. З/4. P. 529 - 5З6.
35. Бобровникова И.А., Нестерюк Л.Г., Катаев Ю.Г. и др. // Изв. вузов. Физика. 19S2. № 4. С. 119 - 121.
36. Лаврентьева Л.Г., Романов В.В. // Докл. 19-й научн.-техн. конф., посвященной Дню радио. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1972. С. 16 - 24.
37. Рузайкин М.П. // Математические методы химической термодинамики: Сб. ст. Новосибирск: Наука, 19S2. С. 6З - 70.
38. Торопов С.Е., Рузайкин М.П. // Изв. АН СССР. Неорг. материалы. 19S1. Т. 17. № 12. С. 2122 - 2125.
39. Chernov A.A., Ruzaikin M.P. // J. Cryst. Growth. 19S1. V. 52. P. 1S5 - 19З.
40. Чернов А.А., Рузайкин М.П. // ДАН СССР. 19S1. Т. 25S. № 1. С. S2 - S5.
41. Чернов А.А., Рузайкин М.П. // Процессы роста полупроводниковых кристаллов и пленок: Сб. ст. Новосибирск: Наука, 19S1. С. 5 - 9.
42. Рузайкин М.П. // Рост полупроводниковых кристаллов и пленок: Сб. ст. Новосибирск: Наука, 19S4. С. 21 - З4.
43. Рузайкин М.П., Свечников А.Б., Либединец О.Г. // Поверхность. 19SS. № 2. С. 65 - 6S.
44. Рузайкин М.П., Эрвье Ю.Ю. // Кристаллография. 19S9. Т. З4. № 4. С. S12 - S17.
45. Владимирова С.Ю., Ивонин И.В., Катаев Ю.Г. и др. // Кристаллография. 1995. Т. 40. № 5. С. 916 - 919.
46. Bert N.A., Chaldyshev V.V., Goloshchapov S.I., et al. // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1994. V. З25. P. 401 - 406.
47. Вейнгер А.И., Козырев С.В., Чалдышев В.В. и др. // ФТТ. 1996. Т. 38. № 10. С. 2S97 - 2904.
4S. Берт Н.А., Вейнгер А.И., Вилисова М.Д. и др. // ФТТ. 199З. Т. З5. № 10. С. 2609 - 2625.
49. Лаврентьева Л.Г., Вилисова М.Д. Преображенский В.В. Чалдышев В.В. // Изв. вузов. Физика. 2002. № S. С. З - 19.
50. Вилисова М.Д., Куницын А.Е., Лаврентьева Л.Г. и др. // ФТП. 2002. Т. З6. № 9. С. 1025 - 10З0.
51. Вилисова М.Д., Ивонин И.В., Лаврентьева Л.Г. и др. // ФТП. 1999. Т. ЗЗ. № S. С. 900 - 905.
52. Лаврентьева Л.Г., Вилисова М.Д., Бобровникова И.А. и др. // Изв. вузов. Материалы электронной техники. 2004 (в печати).
53. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике / Отв. ред. А.Л. Асеев. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. 368 с.
54. Рузайкин М.П., Эрвье Ю.Ю. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 4. С. 597 - 601.
55. Hervieu Yu.Yu., Ruzaikin M.P. // Surf. Science. 199S. V. 40S. P. 57 - 71.
56. Рузайкин М.П., Филимонов С.Н., Эрвье Ю.Ю. // Изв. вузов. Физика. 1997. № S. С. 10З - 109.
57. Filimonov S.N., Hervieu Yu.Yu. // Phys. Low-Dim. Struct. 199S. No. 7/S. P. 91 - 100.
5S. Filimonov S.N., Hervieu Yu.Yu. // Phys. Low-Dim. Struct. 199S. No. 9/10. P. 141 - 151.
59. Filimonov S.N., Hervieu Yu.Yu. // Phys. Low-Dim. Struct. 2000. No. 1/2. P. S1 - 92.
60. Filimonov S.N., Hervieu Yu.Yu. // Surf. Science. 2004. V. 55З. P. 1ЗЗ - 144.
61. Filimonov, S.N. and Hervieu, Yu.Yu. // Surf. Science. 2002. V. 507 - 510C. P. 270 - 275.
62. Filimonov, S.N. and Hervieu, Yu.Yu. // Phys. Low-Dim. Struct. 2002. No. 7/S. P. 15 - 25.
63. Filimonov, S.N. and Hervieu, Yu.Yu. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2004 (in press).
64. Filimonov S.N., Voigtlaender B. // Surface Science. 2002. V. 512. P. L335 - L340.
