Влияние смены механизма роста на синтез двумерных слоёв и квантовых точек германия на кремнии

Кукенов О.И., Дирко В.В., Соколов А.С., Лозовой К.А., Швалева К.И., Коханенко А.П., Войцеховский А.В.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Кукенов О.И., Дирко В.В., Соколов А.С., Лозовой К.А., Швалева К.И., Коханенко А.П., Войцеховский А.В. Влияние смены механизма роста на синтез двумерных слоёв и квантовых точек германия на кремнии // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 6. С. 99–107. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-06-99-107

Kukenov O.I., Dirko V.V., Sokolov A.S., Lozovoy K.A., Shvaleva O.I., Kokhanenko A.P., Voitsekhovskii A.V. Effect of changing the growth mechanism on the synthesis of germanium two-dimensional layers and quantum dots on silicon [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 6. P. 99–107. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-05-99-107

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. В работе изучалось формирование квантовых точек германия на подложке кремния с кристаллографической ориентацией (100) при разных режимах роста. Цель работы. Экспериментальное исследование влияния механизмов роста на формирование германиевых слоёв и квантовых точек на подложке кремния с ориентацией (100) для получения оптических элементов на основе кремний-германиевых наноструктур. Методы. После предэпитаксиальной очистки кремниевой подложки синтез германия на Si(100) производится методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Анализ морфологии поверхности проводится методом дифракции быстрых отражённых электронов во время синтеза и методом сканирующей электронной микроскопии после напыления. Основные результаты. В работе определены диапазоны температур, при которых рост Si на Si(100) происходит за счёт формирования островков, за счёт движения ступеней и комбинированно. Показано влияние смены механизмов роста на размеры и плотность квантовых точек Ge на Si(100). Практическая значимость. Результаты исследований дают представление о влиянии механизмов роста на размеры формируемых квантовых точек германия на кремнии, что позволит создавать элементы нанофотоники и наноэлектроники со строго заданными параметрами.

Ключевые слова:

квантовые точки, двумерные слои, молекулярно-лучевая эпитаксия, дифракция быстрых отражённых электронов, германий, кремний

Благодарность:

исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 23-62-10021, https://rscf.ru/project/23-62-10021/

Коды OCIS: 230.5590, 250.0040, 180.5810

Список источников:

1. Battaglia C., Cuevas A., Wolf S.D. High-efficiency crystalline silicon solar cells: status and perspectives // Energy Environ. Sci. 2016. V. 9. P. 1552–1576. https://doi.org/10.1039/C5EE03380B
2. Badawy W.A. A review on solar cells from Si-single crystals to porous materials and quantum dots // Journal of Advanced Research. 2015. V. 6. № 2. P. 123–132. https://doi.org/10.1016/j.jare.2013.10.001
3. Войцеховский А.В., Дзядух С.М., Горн Д.И., Михайлов Н.Н., Дворецкий С.А., Сидоров Г.Ю., Якушев М.В. Униполярные барьерные структуры на основе n-HgCdTe со сверхрешётками в качестве барьера. Обзор // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 2. С. 6–22. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-02-6-22
4. Mohamed A.H., Mohamed K.Z., Hani E.E.-Ali. Review: Geometric interpretation of reflection and transmission RHEED patterns // Micron. 2022. V. 159. P. 103286. https://doi.org/10.1016/j.micron.2022.1032865. Dirko V.V., Lozovoy K.A., Kokhanenko A.P., Voitsekhovskii A.V. High-resolution RHEED analysis of dynamics of low-temperature superstructure transitions in Ge/Si(001) epitaxial system // Nanotechnology. 2022. V. 33. № 11. P. 115603. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac3f56
6. Арапкина Л.В., Юрьев В.А. Классификация hutкластеров Ge в массивах, формируемых на поверхности Si (001) методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низких температурах // Успехи физических наук. 2010. Т. 180. С. 289–302. https://doi.org/10.3367/UFNr.0180.201003e.0289
7. Tersoff J., Tromp R.M. Shape transition in growth of strained islands: Spontaneous formation of quantum wires // Physical Review Letters. 1993. V. 70. P. 2782–2785. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.70.2782
8. Духан Р.М.Х., Коханенко А.П., Лозовой К.А. Параметры фоточувствительных структур на основе наногетероструктур Ge/Si // Известия вузов. Физика. 2018. Т. 61. № 7. С. 8–14.
9. Voigtländer B. Fundamental processes in Si/Si and Ge/Si epitaxy studied by scanning tunneling microscopy during growth // Surface Science Reports. 2001. V. 43. № 5–8. P. 127–254. https://doi.org/10.1016/S0167-5729(01)00012-7
10. Эрвье Ю.Ю., Есин М.Ю., Дерябин А.С. и др. Сближение ступеней на поверхности Si(100): эксперимент и моделирование // Известия вузов. Физика. 2023. Т. 66. № 4 (785). С. 85–92. https://doi.org/10.17223/00213411/66/4/10
11. Есин М.Ю., Дерябин А.С., Колесников А.В. и др. Изучение кинетики сближения ступеней поверхности Si(100) // Физика твердого тела. 2023. Т. 65. № 2. С. 173–179. https://doi.org/10.21883/FTT.2023. 02.54287.476
12. Swartzentruber B.S., Kitamura N., Lagally M.G. et al. Behavior of steps on Si(001) as a function of vicinality // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. № 20. P. 13432–13441. https://doi.org/10.1103/physrevb.47.13432
13. Mo Y.-W., Lagally M.G. Anisotropy in surface migration of Si and Ge on Si(001) // Surface Science. 1991. V. 248. № 3. P. 313–320. https://doi.org/10.1016/0039-6028(91)91177-Y
14. Эрвье Ю.Ю. Образование двойных ступеней на поверхности кремния (100): роль проницаемости A-ступеней // Известия вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 6. С. 3–7. https://doi.org/10.17223/00213411/63/6/3
15. Kukenov O.I., Sokolov A.S., Dirko V.V. et al. Analysis of the temperature dependence of homoepitaxial growth of Si on Si by reflection high-energy electron diffraction // St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 2023. V. 16. № 3.1. P. 112–116. https://doi.org/10.18721/JPM.163.120
16. Liu K., Berbezier I., Favre L. et al. Self-organization of SiGe planar nanowires via anisotropic elastic field // Physical Review Materials. 2019. V. 3. P. 023403. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.3.023403