Псевдоморфизм в системе арсенид индия селенид индия Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

= 1И1N = 104,7 / 3 = 34,9 мкм. (6)

Тогда, используя формулу

V* = VI (1 - (1 - VI / 2f ^т, (7)

определяли V*, считая V; = 1483 м/с при 20° С и f = = 407 МГц. Полученное в результате значение 4650 м/с с учетом погрешности, не превышающей 1 %, совпада-

ет с приводимыми в литературе данными [1, 2] для кремния этой кристаллографической ориентации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Yamanaka K, Enomoto Y. Observation of subsurface flaws with scanning acoustic microscope // Japan J. Appl. Phys. 1982. V. 21. Suppl. 3. P. 141-143.

2. Морозов А.И,, Станковский Б.А. Пьезоэлектрические преобразователи для радиоэлектронных устройств. М.: Радио и связь, 1981. 184 с.

УДК 537.311.33:621.382

ПСЕВДОМОРФИЗМ В СИСТЕМЕ АРСЕНИД ИНДИЯ - СЕЛЕНИД ИНДИЯ

© Н.Н. Безрядин, А.В. Буданов, Е.А. Татохин, Г.И. Котов, Б.Л. Агапов

Россия, Воронеж, Технологическая академия

Bezryadin N.N., Budanov A.V., Tatokhin E.A., Kotov G.I., Agapov B.L. Pseudo-morphism in systems indium selenide -indium arsenide. Indium selenide can be formed by the hetero-valent replacement of As in InAs to chalcogene in the process of thermal treatment of substratein in the chalcogene vapours. The treatment of surface in chalcogene vapours results in lower density of electronic surface states. A tuned-transparent lager of semiconductor AIII2BVI3 is formed alongside with it. The main purpose of the current project is to reveal the nature of electronic surface states in InAs as well as regularities of their modifications in the process of treatment by chalcogene accompanied by the formation of pseudo-morphic lager of chalcogenide.

Актуальной проблемой развития современной твердотельной микроэлектроники является создание полупроводниковых приборов на базе соединений типа ЛШБ¥ Однако наличие естественного окисла на поверхности полупроводниковых подложек данных соединений приводит к возникновению большой плотности электронных состояний на межфазной границе, что приводит к закреплению уровня Ферми и, как следствие, невозможности формирования на их основе управляемых электрическим полем твердотельных элементов (структуры металл - диэлектрик - полупроводник (МДП), диоды Шоттки) [1]. Поэтому необходим поиск новых защитных и изолирующих покрытий, позволяющих снизить плотность поверхностных электронных состояний (ПЭС). В работе [2] было показано, что широкозонные полупроводниковые соединения с рыхлой кристаллической структурой из класса соединений ЛШ2Б¥13 могут также выступать в качестве диэлектрических покрытий в гетероструктурах на базе ЛШБ¥ Кроме того, использование тонких слоев ЛШ2Б¥13, в качестве защитных покрытий для ЛШБ¥, позволяет эффективно снижать плотность ПЭС на их поверхности [3, 4]. В ряде работ [5, 6] было показано, что в результате реакции гетеровалентного замещения (ГВЗ) элемента Б'/ в анионной подрешетке подложки ЛШБ¥ на халькоген при термическом отжиге в специальном квазизамкнутом объеме можно формировать подзатворные слои ЛШ2Б¥13 на поверхности ЛШБ¥ Наиболее полно исследована из этого класса гетероструктур только система ОаЛ8 - Оа2Бе3. Нами исследовались системы на основе арсенида индия, обработанного серой [7] и теллуром [5]. В гетероструктурах 1п2Б3 -1пЛ8 сфалеритная фаза сульфида индия наблюдалась только на начальных стадиях формирования слоя [7],

что препятствует использованию сульфида индия в качестве эффективного пассивирующего и изолирующего покрытия. Граница раздела в гетероструктурах 1п2Те3 - 1пЛз из-за высокой температуры, необходимой для протекания процесса ГВЗ, содержала большое число макродефектов [5].

Арсенид индия, как типичный представитель класса соединений ЛШБ¥, имеет ионно-ковалентную кристаллическую решетку со значительной долей ионно-сти. Полярные плоскости 1пЛз (100) и (111) обладают ориентирующим действием на структуру формируемых на его поверхности пленок, то есть принципиально возможно образование псевдоморфных слоев [6]. Поэтому, несмотря на отсутствие других халькогени-дов индия, имеющих кубические объемные фазы, нами было проведено исследование процесса ГВЗ и в системе 1пЛз - Бе.

При проведении обработок 1пЛ8 в парах селена было обнаружено, что при температуре подложки Тп = = (550 + 630) К и давлении паров селена ~10-2 мм рт. ст. за время Г = (10 15) мин на поверхности 1пЛ8 (100) и

(111) формировались слои селенида индия со структурой сфалерита и параметром решетки а0 ~ 0,55 нм (табл. 1). На подложках 1пЛ8 (100) в описываемом температурном интервале образуется пленка с ориентацией, соответствующей подложке. В системе рефлексов, образующих дифракционную картину, присутствуют рефлексы, характерные для случая двойникования в плоскости (100). На подложках 1пЛ8 (111) в тех же условиях формируются слои, дающие при дифракции электронов системы рефлексов, отвечающих ориентации <110>. Эта особенность, на наш взгляд, свидетельствует о реконструкции поверхности при термическом отжиге в парах халькогена, подобной наблюдаемой в

Таблица 1

Значения межплоскостных расстояний (dhkl) и относительных интенсивностей рефлексов (//То) для арсенида индия по данным [8] и селенида индия, полученного на поверхности подложек InAs (100) и (111) при их отжиге (Тп = (550 + 630) К) в парах селена (дифракция «на просвет»)

InAs по данным [8] Экспериментальные данные

hkl dhkh o A I/I0, % hkl dhkl, o A ///0

111 3,498 100 111 3,201 средн.

200 3,03 8 200 2,776 сильн.

220 2,142 60 220 1,976 сильн.

311 1,826 40 311 1,757 средн.

222 1,749 2 222 1,600 сильн.

400 1,515 10 400 1,403 средн.

331 1,389 14 331 1,271 сильн.

420 1,354 2 420 1,239 сильн.

422 1,237 16 422 1,134 сильн.

511 1,166 10 511 1,067 сильн.

— — — 333 1,067 сильн.

440 1,071 8 440 0,982 средн.

531 1,024 10 531 0,938 средн.

600 1,009 2 600 0,926 слаб.

620 0,958 6 620 0,871 средн.

533 0,924 4 — — —

444 0,875 4 444 0,806 слаб.

711 0,848 6 — — —

640 0,809 16 640 0,769 средн.

731 0,789 8 731 0,725 средн.

Таблица 2

Значения межплоскостных расстояний (dhkl) и относительных интенсивностей рефлексов (I/I0) для селенида индия, полученного на поверхности подложек InAs (111) при их отжиге (Тп = (630 670) К) в парах селена (дифракция «на просвет»)

Экспериментальные данные

dhkl, I/I0 hkl

3,972 средн. 220

2,327 сильн. 422

2,028 слаб. 440

1,521 слаб. 642

1,305 сильн. 660

1,169 средн. 448

1,048 слаб. 880

0,902 сильн. 2108

[3] для поверхности GaAs, обработанной в парах селена. На микроизображениях поверхности структур, полученных на подложках InAs (111) в описываемых температурных режимах, наблюдается характерный параллельный муаровый узор, возникающий от семейства плоскостей (220) . Возникновение параллельного муарового узора обусловлено сочетанием двух фаз с однотипной кристаллической структурой, незначительно отличающихся по параметру решетки. То есть, сделанный выше из анализа электронограмм вывод о соответствии структур пленки и подложки (структура сфалерита) находит подтверждение в наличии муарового узора. Кроме того, наличие муарового узора гово-

Таблица 3

Значения межплоскостных расстояний (<4«) и относительных интенсивностей рефлексов (//То) для селенида индия, полученного на поверхности подложек 1пЛ8 (111) при их отжиге (Тп =(670 + 710) К) в парах селена (дифракция «на просвет»)

Экспериментальные данные

dhkl, I/I0 hkl

5,801 слаб. 220

3,322 средн. 422

2,946 слаб. 440

2,178 слаб. 642

1,917 сильн. 660

1, 679 средн. 844

1,616 слаб. 862

1,323 слаб. 1064

рит о хорошем качестве границы раздела слой - подложка, так как одним из необходимых условий возникновения контраста такого типа является когерентное сопряжение фаз.

На подложках InAs с ориентацией <111> в интервале температур подложки Тп = (630 670) К и давлении

паров селена ~10-2 мм рт. ст. за время t = (10 4- 15) мин формировались монокристаллические слои в направлении <111> с кубической структурой типа шпинель с упорядоченными вакансиями и периодом решетки а0 ~ 1,13 нм (табл. 2). На микроизображениях, полученных от этих образцов, наблюдается двумерный муаровый узор, возникающий от группы плоскостей, параллельных направлению <111>. На подложках InAs (100) формировались слои в направлении <100>, со структурой сфалерита и сильным двойникованием в плоскости (100) (табл. 1).

На подложках InAs с ориентацией <111> в интервале температур подложки Тп = (670 710) К и давлении

паров селена ~10-2 мм рт. ст. за время t = (10 + 15) мин формировались монокристаллические слои в направлении <111> с кубической структурой, аналогичной структуре P-фазы In2Te3, с упорядоченными вакансиями и параметром решетки а0 ~ 1,67 нм (табл. 3).

Таким образом, в работе выявлена роль поверхности InAs в образовании слоев селенида индия. Полярные плоскости ионно-ковалентного кристалла InAs позволяют деформировать структуру материала пленки и добиваться необходимых структурных фаз слоя In2Se3.

ЛИТЕРАТУРА

1. Уиссмен У., Френсли У., Дункан У.И. др. Арсенид галлия в микроэлектронике. М.: Мир, 1988. 555 с.

2. Сысоев Б.И., Сыноров В.Ф. К вопросу об управлении приповерхностным зарядом в полупроводниках с помощью тонких слоев широкозонных полупроводников // ФТП. 1972. T. 6. № 10. С. 1856-1859.

3. Сысоев Б.И., Безрядин Н.Н., Котов Г.И., Агапов Б.Л., Стрыгин В.Д. Пассивация поверхности GaAs (100) халькогенидами галлия A2mB3VI (110) // ФТП. 1995. Т. 29. № 1. С. 24-32.

4. Бессолов В.Н., Лебедев М.В. Халькогенидная пассивация поверхности полупроводников AIIIBV // ФТП. 1998. Т. 32. № 11. С. 1281-1299.

5. Сысоев Б.И., Агапов Б.Л., Безрядин Н.Н., Прокопова Т.В., Шлык Ю.К Гетеровалентное замещение в процессе получения полупроводникового гетероперехода In2Te3/InAs // Изв. РАН. Неорганические материалы. 1996. Т. 32. № 11. С. 1-5.

6. Сысоев Б.И., Стрыгин В.Д., Чурсина Е.И., Котов Г.И. Кинетика формирования гетероструктур Ga2Se3/GaAs при термической обработке подложек GaAs в парах селена // Неорг. материалы. 1991. Т. 27. № 8. С. 1583-1585.

7. Сысоев Б.И., Безрядин Н.Н., Буданов А.В., Прокопова Т.В., Агапов Б.Л. Структура слоев сульфида индия на поверхности InAs // Неорг. материалы. 1995. Т. 31. № 7. С. 891-895.

8. ASTM Difraction Date Card File. 1957.