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

Публикация в Journal of Optical Technology

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:

Olzhas I. Kukenov, Vladimir V. Dirko, Arseniy S. Sokolov, Kirill A. Lozovoy, Kristina I. Shvaleva, Andrey P. Kokhanenko, and Alexander V. Voitsekhovskii, "Effect of changing the growth mechanism on the synthesis of two-dimensional germanium layers and quantum dots on silicon," Journal of Optical Technology. 91(6), 416-420 (2024). https://doi.org/10.1364/JOT.91.000416

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