Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 30
Текст из файла (страница 30)
В процессе роста четко определяются низкоиндексные плоскости (1 1п» (и = О, 1, 3), на которых скорость роста ограничена. В результате островки приобретают пирамидальную форму с гранями (! 13» или (110» или же форму усеченных пирам ьщ. Хотя кристаллическая структура растущих островков контролируется подложкой, если скорость поступления материала на полложку слишком велика, то не исключено появление разориентированных островков и возникновение в островках дислокаций несоответствия на границе с подложкой.
Дальнейший рост островков на этапе С происходит по смеханизму дозревания». Система уже растратила основную часть запасенной в упругих напряжениях энергии. Различие свободной энергии больших и маленьких островков приводит к медленному росту больших островков за счет поглощения ими маленьких.
Этот процесс контролируется поверхностной диффузией атомов. Эпитаксиальное осаждение в режиме Странского — Крастанова успешно используется для изготовления квантовых точек с раз- Г па па 2. Методы ми вания наноэлектронных структур Ло .д СТМ па лэ ю Аз Вада Рис. 2.33. Самоорганизация квантовой точки 1пАз/ОаАз в области, отмеченной зондом сканирующего туннельного микроскопа, при эпитаксиальном осаждении в режиме Странского — Крастанова Рис. 2.34.
Полученное в сканирующем туннельном микроскопе изображение квантовых точек из 1пАз на СаАз, приготовленных путем самоорпэнизапии. Каждая точка имеет высоту 6 нм и диаметр основания 30 нм Х Кодта(о, Н. Гяа(гатига, Т. ГзЬИинна, К. Азаханп. Яе1Г-сопиодед зе!Г-огаап1пгг1оп оГ !пп)т(оса! !пАэ дом Ьу гсапп)пд шипе!пж ргоЬе-амму папорнповгарпу, АРР1.
Рьуз. ).еп. 75(22), 3488 — 3490 (! 999). мерами 2 — 40 нм из полупроводников Ан'В", АнВУ!, ЯОе, Ое. Они могут быть достаточно однородны по размеру. В них нет дислокаций несоответствия, поскольку благодаря трехмерной релаксации напряжений в окрестностях островка его высота может превышать критическую для псевдоморфного роста толщину. Разработано несколько методов для задания областей зарождения островков с нанометровым разрешением. Эти методы основаны на зпитаксиальном осаждении в окна маски, созданной путем электронно-лучевой или зондовой литографии. Предложены также и безмасочные методы контролируемого создания центров зарождения островков зондом сканирующего туннельного или атомного силового микроскопа.
Один из них, использующийся для формирования квантовых точек из 1пАз, проиллюстрирован на рис. 2.33 и 2.34.'з Сначала материал с острия вольфрамового зонда наносится на поверхность подложки ОаАд путем подачи на зонд нескольких им- 149 2 4. Салторегули уюитиеся яроиессы пульсов напряжения. Сканируя зонд вдоль поверхности подложки, наноразмерные образования создают в местах желаемого расположения квантовых точек. Нанесенный материал должен быть стабилен в парах мышьяка при температурах до 610 'С, поскольку он играет роль наномаски при последующем эпитаксиапьном осаждении ОаА8. Сформированные ранее наноостровки остаются на начальных этапах эпитаксии ОаАд непокрытыми, однако по мере увеличения толщины осажденного слоя ОаАз они постепенно закрываются за счет бокового роста над островком, в результате чего образуются пирамидальные впадины.
Затем проводят эпитаксиальное осаждение ! пА8. Зарождение и рост самоорганизующихся островков 1пА8 происходит исключительно в этих впадинах. На рис. 2.33 представлено изображение сформированной таким образом наноструктуры, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Повторение операций осаждения ОаА8 и 1пА8 позволяет создавать многослойные структуры с квантовыми точками из 1пА8, встроенными в ОаАз.
Квантовые точки в таких структурах располагаются строго друг над другом в местах, обозначенных предварительным нанесением маскирующего материала с зонда. Несмотря на то, что детали механизма, контролирующего образование наноразмерных островков, пока остаются объектом исследования, метод эпитаксиального осаждении материалов в режиме Странского — Крастанова находит применение для массового производства структур с квантовыми точками, а также нанон оптоэлектронных приборов на их основе.
При формировании поверхностных структур в режиме Волмера — Вебера островки из осаждаемого материала образуются на поверхности подложки уже с момента зарождения. Зародыши могут иметь куполообразную, дискообразную или полиэдрическую форму в зависимости от свойств материалов пленки и подложки. Получены следующие выражения свободной энергии их образования:ге — для куполообразного зародыша с радиусом кривизны г 4,~(!-со80)'(2+сод 0)~ + 4тп' о +пг'(а -о,)ьп' О, (2.4.6) 2 Д. Робертсон, Г. М. Паунд, Гетерогенное образование зародышей н рост пленок, а кнл Новое в исследовании поверхности твердого юела, Вып.1, под редакцией Т.
Дкайядеаайя, Р. Ванселоаа (Мнр, Москва, 1977), с. б4-128. 150 Г л а в а 2 . Методы формировании наноалектроннык структур гдеЛел, — изменениесвободной энергии Гиббса, сопровождающее образование единичного макроскопического объема из пересы- щенной или переохлажденной фазы. Контактный угол 0 определяется уравнением Юнга: а =а +а соз0, (2.4.7) где а „о, а — свободные энергии поверхностей раздела между материнской фазой гп, подложкой з и зародышем х. Критический радиус зародыша (2.4.8) г„= -2а,„/Лб„; — для дискообразных зародышей высотой Ь и радиусом г (2.4.9) ЬО = нг'ЬЛтт „+ нг' ~ ет+2 игл, где Ч ~а=о +о — а,; 2нп1 — свободная краевая энергия; т) и Ьо . Критический радиус зародыша (2.4.10) г = -т)/(Ьагт'„+ ч ~а); — для зарождения полиэдрических островков, в частности в форме гексагональных призм с высотой с и ребром а, Лет = а'сает +басс + ет") о, (2411) з,Гз, з,/з, где~ттьп +а, -о „о,а,,о„,о,— свободныеэнергииграниц раздела между с-гранями зародышей, а-гранями зародышей материнской фазы ле и подложкой ж Размеры критического зародыша находятся посредством максимизации по высоте с и ребру ас а =-4о„ / /ЗЬС„, с =-2 ) а/Ьб„'.
(2.4.12) Из приведенных конфигураций поверхностных структур, формируемых в режиме Волмера — Вебера, наиболее интересны для практического использования полиэдрические островки, поскольку они обладают монокристаялической структурой. Однако, как и в случае создания островковых структур в режиме Странского — Крастанова, основным затруднением является формирование таких островков не произвольно, а в заранее определенных областях подложки.
151 2 4. Саморегулирующиеся процессы ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Как происходит рост тонких пленок в режиме Франка — Ван дер Мерве, режиме Волмера — Вебера, режиме Странского — Крастанопа? 2. Что такое вицинальная поверхность? 3. Какие низкоразмерные структуры можно формировать самоорганизацией на вицинальных поверхностях? 4. При каких условиях реализуется режим Странского — Крастанова? 5. Каковы критические условия для перехода от двумерного роста сплошной пленки к трехмерному росту островков в режиме Странского — Крастанова? 6. Как распределены напряжения в монокристаллических островках, сформированных в режиме Странского — Крастанова? 7. Какие низкоразмерные структуры возможно формировать в режиме Странского-Крастанова? 8. Как описывается формирование островковых структур в режиме Волмера-Вебера? 2.4.4.
Формирование пленок Ленгмюра-Блед)кетт Пленкомн Ленгмюра — Блоджетт (Катти!г-В/ос$аеп Ую!тз), или 1.В-пленками, называются мономолекулярные или многослойные пленки, перенесенные с границы раздела вода/воздух (в общем случае — жидкость/воздух) на твердую подложку. Процесс формирования таких пленок подчиняется закономерностям самосборки. Молекулярную пленку на границе раздела вода/воздух называются ленгмю)панской пленкой (1 анКтнгг/г/т).
Первые систематические исследования монослоев из амфифильных молекул на границе раздела вода/воздух были выполнены Ленгмюром в 1917 г., а первые эксперименты по осаждению на твердую подложку многослойной пленки из длинных цепочек карбоновой кислоты — К. Б. Блоджетт в 1935 г.л!. Это привело к появлению специфической группы методов формирования мономолекулярных пленок4'. Метод физического осаждения (.В-пленок при погружении в жидкость, на поверхности которой находится органическая пленка (или при подъеме из этой жидкости), называется 1 В-осаждением.
В качестве жидкой среды чаще всего используется деионизированная вода, но могут применяться и другие К. В. В1аг(хе(Г, Рдпп Ььл!! Ьу аероьц(па ьпссен)яе гпопогпо1есп1аг 1ауег оп а пг)10 япггасе, 1. Апг. Сьепг. Вас. 57(6), 1007-1022 (1935). 1. йаплти!г, К. В. В!адхегс Мегвпгц оГ пнеяеацоп оГ пюппгпо1есп1аг Гйпгк Койота 2е(гк 73, 257-263 (1935). 152 Гл а в а 2. Методы формирования наноэлектронныл структур жидкости (например, глицерин и ртуть).
Все органические примеси должны быть предварительно удалены с поверхности воды путем фильтрации через фильтр из активированного угля. Вещества, мономолекулярные слои которых при переносе ЬВ-методом взаимодействуют с водой (растворяются в ней), смачиваются или набухают, называются гидрофильными. Вещества, которые не взаимодействуют с водой (не растворяются в ней), не смачиваются водой и не набухают, называются гидрофобными. Сушествуют и так называемые амфифильные вещества, которые растворяются и в воде, и в жирах. Один конец молекулы таких веществ — гидрофильный (и поэтому предпочитает быть погруженным в воду), тогда как ее другой конец — гидрофобный, поэтому обычно находится в воздухе или в не полярном растворителе.
Классический пример амфифильного вещества — стеариновая кислота (СпН55СО1Н), в которой длинный гидрокарбонатный «хвост» (СпН35 ) является гидрофобным, а основная (головная) карбоксильная группа ( — СО1Н) — гидрофильной. Поскольку у амфифильных соединений один конец — гидрофильный, а другой гидрофобный, то они располагаются на таких границах раздела, как воздух/вода или масло/вода. По этой причине их называют паите)ахностно-активиылеи веществалея. Уникальной особенностью ЬВ-пленок является возможность формирования упорядоченной структуры на твердой поверхности из некристаллического материала. Это позволяет переносить мономолекулярные слои на различные подложки. В большинстве случаев используются подложки с гидрофильной поверхностью, на которые молекулы переносятся в «стянутом виде», Можно применить такие материалы, как стекло, кварц, алюминий, хром, олово (последние — в окисленном состоянии, например, А),05/А)), золото, серебро и полупроводниковые материалы (кремний, арсенид галлия и др.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
