ВЫЯВЛЕНИЕ ПРОНИЗЫВАЮЩИХ ДИСЛОКАЦИЙ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ GESI/SI(001) С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ GE МЕТОДОМ СТРУКТУРНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ТРАВЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 543.428

ВЫЯВЛЕНИЕ ПРОНИЗЫВАЮЩИХ ДИСЛОКАЦИЙ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ GeSi/Si(001) С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ Ge МЕТОДОМ СТРУКТУРНО-

ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ТРАВЛЕНИЯ

1* 2 2 Т. Н. Хохлова , А. С. Дерябин , О. П. Пчеляков

1 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31 2Институт физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН Российская Федерация, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева,13

E-mail: tanya.xo.xo03@gmail.com

Метод структурно-чувствительного травления является достоверным по выявлению дефектов в наноструктурах, лежащих в основе высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей, которые широко использующихся космической и авиационной техники.

Ключевые слова: гетероструктуры, низкотемпературная молекулярно-лучевая эпитаксия, метод структурно-чувствительного травления, пронизывающие дислокации, полосы скольжения.

IDENTIFICATION PIERCING DISLOCATIONS IN HETEROSTRUCTURE GeSi/Si(001) WITH DIFFERENT Ge TECHNIQUE STRUCTURE-SENSITIVE ETCHING

T. N. Khokhlova1*, A. S. Deryabin2, O. P. Pchelyakov2

1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Institute of Physics of semiconductors, Siberia department of Russian Academy of Sciences 13 Academician Lavrentiev Av., Novosibirsk, 630090, Russian Federation E-mail: tanya.xo.xo03@gmail.com

The method of structure-sensitive etching is reliable for detecting defects in the nanostructures underlying high-performance photovoltaic converters, which are widely used in space and aviation technology.

Keywords: heterostructure, low-temperature molecular beam epitaxy, technique structure-sensitive etching, piercing dislocations, cross-hatches.

Основой современной микро- и наноэлектроники является кремниевая технология. В настоящее время реализация данной технологии для получения полупроводниковых приборов на основе гетероструктур GeSi/Si[3] является одной из самых перспективных и востребованных на рынке современных технологий. Германий является единственным химическим элементом, который позволяет получать гетероструктуру на кремниевых подложках в широком диапазоне состава. Для создания электронных приборов по хорошо отработанной технологии получения полупроводниковых приборов стоит иметь базу подложек кремния Si. Такие подложки являются искусственными (artificial substrates). При создании пленок GeSi/Si[3] применяют метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Этим методом удается осуществлять гетероэпитаксию разнородных материалов с заданными параметрами.

Секция «Перспективные материалы и технологии»

Пронизывающие дислокации играют важную роль в процессе пластической релаксации напряжений несоответствий. Несоответствие параметров кристаллической решетки пленки и подложки в эпитаксиальных гетероструктурах снимается дислокациями несоответствия, которые находятся на границы раздела. Каждая дислокация несоответствия соединена со свободной поверхностью пленки пронизывающей дислокации, скольжение которой и обеспечивает протяженность дислокаций несоответствий. Некое количество пронизывающих дислокаций остается после завершения релаксационного процесса, тем самым внося отрицательный вклад в структуру полупроводникового материала. Электронные характеристики структуры ухудшаются.

В настоящее время ведутся экспериментальные исследования по выявлению наиболее приемлемой методики, которая значительно бы уменьшила количество пронизывающих дислокаций в гетероструктурах GeSi/Si(001). Одной из таких методик является низкотемпературная [2] молекулярно-лучевая эпитаксия. Главными особенностями этого метода [2] являются осаждения потока вещества на подложку при температуре 300-400°C и использование предварительно выращенного низкотемпературного буферного слоя Si. Подобная технология позволяет получать пластически релаксированные гетероструктуры GeSi/Si(001). Для того чтобы уменьшить количество пронизывающих дислокаций в гетероструктуре возникает необходимость в их выявлении. В последние годы актуальным является использование метода структурно-чувствительного травления.

В данной работе представлены исследования на выявления пронизывающих дислокаций методом структурно-чувствительного травления в гетероструктурах GeSi/Si(001) с различным содержанием Ge.

Исследуемые гетероструктуры GexSi1-x/Si(001) были получены в ходе технологического эксперимента на автоматизированной многокамерной установки молекулярно-лучевой эпитаксии «Катунь» в институте физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск. С помощью метода низкотемпературной молекулярно-лучевой эпитаксии (350 °C) были получены три пленки GexSi1-x/Si(001) c различной долей х. Исследования морфологии полученных пленок проводились на атомно-силовом микроскопе «Solver P47-PRO». Результаты напряженного состояния в эпитаксиальных пленках твердого раствора GexSi1-x/Si(001) были получены с помощью двухосевого дифрактометра, находящегося на базе института.

Из наблюдений морфологии поверхности первой полученной гетероструктуры GexSi1-x/Si(001), где величина х = 0,17, следует, что поверхность пленки близка к псевдо-морфному состоянию. Численное значение коэффициента шероховатости исследуемой пленки, составило 1,58 нм при сканируемой площади в 100 мкм. Данный результат близок к значению подложки 1,4-1,5 нм. Это говорит о гладкости поверхности исследуемого образца. Отчётливо видна напряжённая структура полученного образца. Очаги зарождения пронизывающих дислокаций отсутствуют, соответственно полосы скольжения также не наблюдаются. Степень релаксации первой гетероструктуры GexSi1-x/Si(001) составила 0 %.

Поверхность второй полученной гетероструктуры GexSi1-x/Si(001) с долей Ge равной 0,19 также близка к псевдоморфному состоянию. Численное значение коэффициента шероховатости исследуемой пленки составило 1,26 нм при сканируемой площади в 100 мкм. Поверхность исследуемого образца достаточно гладкая. При увеличении разрешения в процессе сканирования наблюдаются одиночные полосы скольжения протяженностью не более 20 мкм. Расстояния между полосами скольжения десятки микрон. Также можно наблюдать относительно напряженную структуру пленки. Явных очагов зарождения пронизывающих дислокаций нет. Степень релаксации второй пленки составила 0 %.

При изучении поверхности третьей полученной гетероструктуры GexSi1-x/Si(001), где величина х = 0,22, были сделаны следующие выводы. На сканируемой поверхности пленки отчетливо видны полосы скольжения, распространяющиеся по всей площади образца.

Наблюдаются особые места, которые соответствуют перестройке плоскостей поверхности в более низкое энергетическое состояние. Также имеются мелкие очаги зарождения, соответствующие распространению пронизывающих дислокаций. Степень релаксации третьей пленки составила 54 %.

Все три получение гетероструктуры 0ех811_х/81(001) с различным содержанием Ое были подвержены процедурам отжига в камере роста при температуре 700 °С в течение часа и структурно-чувствительному травлению. В качестве травителя образцов используется травитель Шиммера.

После этого исследования показали, что степень релаксации первой пленки увеличилась и составила 79 %. Степень релаксации второй и третьей пленки составила 91 и 92 % соответственно. При сканировании всех трех образцов наблюдаются очаги зарождения пронизывающих дислокаций. Так же видна характерная структура, которая соответствует структуре твердого раствора. Структура исследуемой поверхности представляет собой четко выраженные полосы распространения пронизывающей дислокации, проходящие по всей сканируемой площади. Имеются четко выраженные ямки травления, которые по своей структуре имеют квадратную форму. Из работы [1] следует, что именно такая форма ямок соответствует зарождению и распространению пронизывающих дислокаций после травления гетероструктуры 0еБ1/81(001).

Из совокупности всех выше перечисленных фактов, подтвержденных экспериментально, следует вывод о том, что метод структурно-чувствительного травления гетероструктур 0еБ1/81(001) является достоверным по выявлению пронизывающих дислокаций.

Библиографические ссылки

1. Достоверность выявления пронизывающих дислокаций в эпитаксиальных пленках с помощью структурно-чувствительного травления / А. С. Дерябин, Л. В. Соколов, Е. М. Труханов, К. Б. Фрицлер. Письма в ЖТФ, 2018, том 44, вып. 20.

2. О зарождении дислокаций несоответствия с поверхности при выращивагии пленок 0еБ1/81(001) методом низкотемпературной (300-400 °С) молекулярно-лучевой эпитаксии / Ю. Б. Блоховитянов, А. С. Дерябин, А. К. Гутаковский, М. А. Ревенко, Л. В. Соколов. Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 3.

3. Возможности и основы принципы управления пластической релаксации пленок ОеБ1/81 и ОеБ1 ступенчато изменяемого состава / Ю. Б. Блоховитянов, А. С. Дерябин, А. К. Гутаковский, О. П. Пчеляков, Л. В. Соколов. Физика и техника полупроводников, 2008, там 42, вып. 1.

© Хохлова Т. Н., Дерябин А. С., Пчеляков О. П. 2020