Abstract_15 молодёжная школа
.pdfОднако складывающаяся обстановка на мировом рынке позволяет прогнозировать резкое повышение цены на теллур. Эффективной альтернативой халькогенидам свинца на основе теллуридов является сульфид свинца, но необходимые сведения о примесях, стабилизирующих электрофизические свойства, практически отсутствуют. Наиболее актуальной проблемой для широкого применения сульфида свинца является необходимость контроля отклонения от стехиометрии. Пренебрежения этими особенностями может приводить к резкому увеличению значений давления в технологических системах и взрывам. Существующие лабораторные приемы контроля отклонения от стехиометрии малоэффективны в условиях массового производства.
Обсуждаются пути решения и результаты разработок технологических задач.
МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ РЕЛЕ ДЛЯ СВЧ ПРИМЕНЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПЛЕНКИ АЛМАЗОПОДОБНОГО МАТЕРИАЛА
А.В. Лагош, А.В. Корляков, А.Н. Кривошеева Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
На сегодняшний день одними из самых перспективных материалов для микроэлектромеханических систем (МЭМС) считаются алмазоподобные материалы. По сравнению с традиционными материалами МЭМС, такими как Si и металлы, они обладают рядом существенных преимуществ. Алмазоподобные материалы характеризуются очень высоким модулем Юнга, пределом прочности на разрыв и на излом, высокой устойчивостью к износу, низким коэффициентом трения, отличной теплопроводностью и низким коэффициентом теплового расширения. Особый интерес для микросистемной техники представляет SiC. Структуры на его основе обладают повышенной виброустойчивостью, более высокой резонансной частотой, по сравнению с кремниевыми или металлическими структурами с аналогичными геометрическими размерами, а также стабильно работают в широком температурном диапазоне.
В ходе данной работы разрабатывалось микроэлектромеханическое реле для СВЧ применения в экстремальных условиях эксплуатации. Реле представляет собой ключ контактного типа с электростатическим механизмом включения, характеризующийся малым временем переключения и низким энергопотреблением. В качестве основного подвижного элемента был выбран кантилевер на основе пленки карбида кремния.
Был проведен аналитический расчет радиочастотных параметров, разрабатываемого реле, а также сравнение параметров механических структур из кремния, карбида кремния и золота. Кроме того, при помощи метода конечных эле-
50
ментов в инженерном программном пакете COMSOL Multiphysic анализировались напряжение включения, собственная частота и форма прогиба подвижного элемента.
Результатами проделанной работы явились конструкция микроэлектромеханического реле, отвечающая современным требованиям и способная функционировать в экстремальных условиях эксплуатации, и технологический процесс для ее создания, основанный на методах поверхностной микрообработки с нитридом алюминия и ванадием в качестве жертвенных слоев.
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОБРАБОТКИ ЕГО ПОВЕРХНОСТИ В ТЭОС
А.С. Леньшин1, В.Н. Ципенюк1, В.М. Кашкаров1, Е.А. Соболева2, И. Е. Грачева2 1Воронежский государственный университет, e-mail: lenshinas@phys.vsu.ru
2 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Одной из перспективных возможностей использования пористого кремния (ПК) является использование его в качестве чувствительного элемента в различных сенсорах и оптоэлектронных системах. Различные методы модификации поверхности, такие как карбонизация, термическое окисление, покрытие полимерными пленками позволяют подавить деградацию поверхностных слоев, изменить их состав и оптические свойства под определенные применения. В данной работе мы исследуем влияние обработки в тетраэтилортосиликате (ТЭОС, Si(OC2H5)4) на состав и фотолюминесцентные свойства ПК. Образцы пористого кремния получены электрохимическим травлением кремниевых монокристаллических пластин c-Si (111) n-типа, 1 Ом·см. Использовался стандартный раствор на основе плавиковой кислоты, изопропилового спирта и перекиси водорода [1], на часть образцов наносился раствор тетраэтилортосиликата, с последующим отжигом на атмосфере при 600 °C. Измерения спектров фотолюминесценции проводились с возбуждающим излучением 445 нм. Результаты ИК-спектроскопии показывают, что и обработка ПК в ТЭОС и отжиг приводят к значительному уменьшению загрязнения образцов при хранении. На поверхности образцов исчезают загрязнения и следы продуктов электрохимической реакции получения ПК, растет слой оксида кремния. После обработки исходных образцов в ТЭОС не происходит сдвига пика ФЛ (2.1 эВ) по сравнению с исходным образцом. После отжига как необработанных, так и обработанных образцов происходит сдвиг максимума ФЛ в коротковолновую область (~ 2.2 эВ). Уменьшение интенсивности ФЛ образцов может быть обусловлено, как в случае с покрытием ТЭОС без отжига, так и в случае с отжигом, увеличением количества дефектов – центров безизлучательной рекомбинации при образовании оксидной пленки SiOx-SiО2 на поверхности пористого кремния.
51
Отожженные образцы, сначала обработанные в ТЭОС, имеют то же положение пика ФЛ и примерно такую же интенсивность, как и отожженные необработанные образцы. Полуширина спектров после обработки в ТЭОС и отжига не изменяется. Таким образом, показано, что обработка ПК в ТЭОС позволяет защитить поверхность от загрязнений, с меньшим изменением оптических свойств образцов по сравнению с отжигом, что может упростить внедрение данных материалов в качестве компонентов электронных устройств.
Работа выполнена в рамках ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 – 2013 годы.
ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МУЛЬТИФРАКТАЛЬНОГО АНАЛИЗА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ НАНО-
ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Е.В. Лозко, В.Б. Крыжановский, П.П. Москвин Житомирский государственный технологический университет
В настоящее время количественную информацию о фрактальном состояния поверхности получают в подавляющих случаях с использованием программного обеспечения (ПО), разработанного в ИМЕТ РАН [1]. Такое ПО позволяет выполнить мультифрактальную параметризацию и получить количественную информацию о параметрах фрактального спектра выбранного сечения образца. В то же время для выполнения оценок термодинамических свойств поверхности с глубиной рельефа на уровне десятков нанометров необходимы данные о фрактальной размерности поверхности и объема сложной реальной структуры.
Особенность применений в работе стандартного математического обеспечения мультифрактального анализа из [1] состояла в корректном формировании массивов входных данных (относительных весов параметра, подлежащего обработке). Это относится к расчетам площадей и объемов элементарных геометрических фигур наблюдаемых на AFM фотографиях. Эти данные формировались путем построения трехмерных поверхностей на основе данных яркостной палитры, которая содержится в соседних пикселях цифровой фотографии. Обработка этих данных интерполяционными методами с последующим применением метода огрубленных разбиений на кубические структуры объема изображения для реализации мультифрактального анализа позволяло рассчитывать фрактальные спектры анализируемых зависимостей.
Тестирование разработанного ПО производилось при анализе изображений как классических фрактальных форм с известными фрактальными параметрами, так и AFM изображений поверхностей слоев твердых растворов A2B6. Тестовые
52
расчеты показали совпадение результатов с данными аналитических расчетов для классических двумерных фрактальных фигур, а также позволили получить непротиворечивые результаты по размерностям площади поверхности и объемов реальных полупроводниковых структур.
Литература 1. Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Бунин И.Ж. Введение в мультифракталь-
ную параметризацию структур материалов // Москва, Центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, С. 116.
ПОЛУЧЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК СЕЛЕНИДА КАДМИЯ
Д. С. Мазинг, Л. Б. Матюшкин Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Последнее время коллоидные квантовые точки привлекают все большее внимание благодаря своим уникальным оптическим свойствам. Размерное квантование, ярко проявляющееся при уменьшении размеров частиц, приводит к увеличению значения эффективной ширины запрещенной зоны и, как следствие, синему сдвигу пика люминесценции. Одним из самых исследуемых материалов технологии коллоидных квантовых точек является селенид кадмия, меняя размеры нанокристаллов которого, можно добиться флуоресценции в любой области видимого диапазона. Эти свойства обуславливают перспективность применения квантовых точек селенида кадмия в различных сферах: от светоизлучающих структур до биологических меток.
Свойства коллоидных квантовых точек напрямую зависят от технологии их синтеза. Исторически важным стал метод органометаллического высокотемпературного синтеза, предложенный группой во главе с С.B. Murray в 1993 г [1]. Используемые в этом методе пассивирующие молекулы триоктилфосфина и триоктилфосфиноксида обеспечили контролируемый рост и стабилизацию наночастиц селенида кадмия, а также возможность создания на их основе дисперсных систем в неполярных растворителях. Недостатком данного метода является дороговизна и токсичность компонентов. Поэтому одна из решаемых на данный момент задач заключается в поиске прекурсоров и технологий, позволяющих полностью отказаться от применения фосфинов. В одном из таких методов в качестве прекурсорных растворов предлагается использовать водные растворы селеносульфата натрия и хлорида кадмия. Для контроля скорости реакции и стабилизации частиц используют поверхностно-активные вещества и длинноцепочечные молекулы полимеров, например, поливинилпирролидона.
53
Литература
1. Murray C. B., Norris D. J., Bawendi M. G. Synthesis and Characterization of Nearly Monodisperse CdE (E = S, Se, Te) Semiconductor Nanocrystallites // Journal of the American Chemical Society. 1993.- V. 115.- P. 8706 - 8715.
СТРУКТУРА И МОРФОЛОГИЯ ТЕРМООБРАБОТАННЫХ ПЛЕНОК PbSe
В.Ф. Марков1, Л.Н. Маскаева1, В.М. Баканов1, Е.В. Мараева2 1Уральский Федеральный Университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина 2 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Наиболее востребованным полупроводниковым материалом для создания ИКдетекторов в спектральном диапазоне 2 - 5 мкм является селенид свинца. Перспективным методом формирования тонких слоев PbSe с высокими функциональными свойствами является гидрохимическое осаждение [1]. Получение высокочувствительных к ИК-излучению пленок PbSe требует обязательной операции сенсибилизации, в качестве которой используется термообработка, которая приводит к рекристаллизации слоев и дозированному введению кислородосодержащих фаз [2].
Электронно-микроскопические изображений слоев PbSe выполненные с помощью растрового электронного микроскопа JSM−6390 представлены на рис. 1. Обращает на себя внимание то, что свежеосажденный слой PbS сформирован из частиц сферической формы с преобладающими размерами глобул 80 − 200 нм, которые в свою очередь состоят из сферических агрегатов диаметром ~ 25 − 40 нм. Отсюда можно сделать вывод, что образование и рост пленок селенида свинца из водных растворов протекает по механизму кластер-кластерной агрегации с участием колло- идно-химических процессов, протекающих не только на поверхности подложки, но и в объеме реакционной смеси.
а б Рис. 1. Электронно-микроскопические изображения свежеосажденных (а) и
термообработанных (б) пленок PbSe
54
Термообработка существенно изменяет морфологию пленок. В результате рекристаллизации происходит объединение первичных наноразмерных агрегатов до 300 − 600 нм с изменением их кристаллографической формы (рис. 1, б).
Структура осажденных в работе пленок детально исследовалась с помощью дифракции рентгеновских лучей. Методом рентгеновской дифракции было установлено, что отжиг приводит к некоторому увеличению постоянной кристаллической решетки PbSe со структурой B1 с а = 0.61185 нм для свежеосажденных слоев до а = 0.61606 нм для термообработанных при 678 K.
Литература
1.Марков В.Ф. Физико-химические закономерности направленного химического синтеза пленок халькогенидов металлов и их твердых растворов осаждением из водных сред. Автореф. докт. дис. ИХТТ УрО РАН, Екатеринбург, 1998, 44 с.
2.Термосенсебилизация химически осажденных пленок селенида свинца / Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Баканов В.М. // Конденсированные среды и межфазные границы, Т. 13, № 4, С. 401 - 408.
ИЗУЧЕНИЕ МОРФОЛОГИИ НАНОПОРИСТОГО Al2O3
Е.Н. Муратова1, Д.В. Петров2, А.А. Шемухин2 1Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
2Московский радиотехнический институт РАН
Среди большого разнообразия наноструктурированных сред следует выделить пористые материалы. Для практического применения большую роль играет развитая поверхность, а также структурные характеристики самих пор (или системы пор), что дает возможность заполнять поры различными материалами, газами или жидкостями, позволяя тем самым использовать такие материалы, например, в качестве каркаса для формирования нанонитей или в качестве сенсоров. Одним из наиболее активно изучаемых материалов является пористый анодный оксид алюминия (por-Al2O3). Этот материал, благодаря упорядоченности пор, оптическим и электрофизическим свойствам, является одним из самых перспективных материалов для различных целей микро - и наноэлектроники.
Данная работа посвящена изучению влияния технологических условий, таких как напряжение и температура анодирования, состав и концентрация электролитов на параметры получаемых слоев пористого анодного оксида алюминия.
Исследование строения и основных параметров (диаметр пор, межпорное расстояние, толщина пористого слоя) полученных образцов проводился при использовании растрового электронного микроскопа (РЭМ) LYRA 3 (фирмы
55
TESCAN) в сочетании с рентгеновским энерго-дисперсионным микроанализом (X-ray). Кроме того применялась спектроскопия комбинационного рассеяния света (или рамановская спектроскопия) для контроля качества и характеристик por-Al2O3. В ходе выполнения работы был установлен характер изменения диаметра пор от состава и концентрации электролита, рН – параметра и значения анодного напряжения. Увеличение рН и времени анодирования приводят к увеличению толщины. Но эти факторы влияют значительно меньше, чем температура проведения эксперимента. Практически, в диапазоне температур от -20 до 20 ºС, рост толщины отвечает экспоненциальной зависимости, в то время как временные параметры близки пропорционально.
Данная работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2010-2013 гг.: ГК № 14.740.12.0860, от 22.04.2011, ГК № 16.740.11.0211 от 24.09.2010, ГК № 14. В37. 21.0134 (Заявка № 2012-1.4-12-000-1009-1243), ГК № 14.В37.21.0238 (Заявка № 2012-1.4-12-000-2003-4619) и ГК № 14.В37.21.0106 (Заявка № 2012-1.4-12- 000-4003-1454).
ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКЛАСТЕРОВ НА ЛОКАЛЬНО ИНДУЦИРОВАННЫХ ОБЛАСТЯХ ПОДЛОЖЕК ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
Е.Н. Муратова, О.С. Петенко, В.В. Шиманова Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Одно из важнейших направлений модификации современных материалов связано с решением проблемы формирования нанострукутр с заданными характеристиками и создания функциональных материалов на их основе. Особый интерес представляет разработка методов формирования нанокомпозитов, образованных с использованием пространственно - упорядоченных наноструктур. Применение темплатов por-Al2O3 в качестве маски, задающей размеры осаждаемых в нее материалов, является достаточно плодотворной. В основе ее лежит использование локализации электрохимического процесса осаждения в донной части поры. Активный интерес вызывает активизация каталитического роста осаждаемого материала на «бороздах» алюминиевой поверхности. «Борозды» (искусственный рельеф) металлической подложки в этом случаем можно формировать произвольной формы и размеров. Этот прием позволяет управлять ростом квантовых точек, а также синтезировать сложные структуры.
С целью формирования данных структур в работе использовался электролит на основе водного раствора сульфата кобальта, рН раствора колебался между 1 и 5.5, плотность тока варьировалась от 0.1 до 0.5 А/дм2, напряжение - от 5
56
до 20 В, а температура - от 15 до 35 ºС. В работе изучалось влияние концентрации электролита, времени и тока катодного осаждения на геометрические размеры образующихся кластеров кобальта.
В ходе выполнения экспериментов было выявлено, что при осаждении с течением времени идет образование кластеров, которые затем срастаются в фракталы, и начинает работать теория перколяции. Обнаружен пороговый вид зависимости тока реакции электроосаждения металла от количества химически осажденного металла. Он обусловлен формированием единого перколяционного кластера в зерне ионообменника и появлением электронной проводимости.
Данная работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2010-2013 гг.: ГК № 14.740.12.0860, от 22.04.2011, ГК № 16.740.11.0211 от 24.09.2010, ГК № 14. В37. 21.0134 (Заявка № 2012-1.4-12-000-1009-1243), ГК № 14.В37.21.0238 (Заявка № 2012-1.4-12-000-2003-4619) и ГК № 14.В37.21.0106 (Заявка № 2012-1.4-12- 000-4003-1454).
ЛОКАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ЭЛЕКТРОНОВ В НАНОСТРУКТУРАХ CdSe/ZnSe С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ
Н.Б. Рыбин Рязанский государственный радиотехнический университет
Представлены результаты исследования энергетического спектра электронов гетероструктур CdSe/ZnSe с массивом квантовых точек (КТ) методом локальной токовой релаксационной спектроскопии глубоких уровней с преобразованием Лапласа (локальной LCDLTS). Образцы были выращены на подложке n+- GaAs (100) методом молекулярно-пучковой эпитаксии (MBE) и содержали один слой CdSe между барьерными слоями ZnSe.
Так как квантовые точки имеют различные размеры, и, следовательно, различные значения энергий активации носителей заряда, то представляется интересным изучать процессы эмиссии электронов из одной квантовой точки или небольших групп. Для таких исследований предложен метод локальной LCDLTS, основанный на совместном использовании токовой DLTS с преобразованиями Лапласа совместно со сканирующей зондовой микроскопией. Ранее этот метод был использован для локального определения разрывов зон в структурах CdS/ZnSSe с одиночной квантовой ямой [1]. Размеры исследуемой области определялись размерами острия зонда SPM и не превышали 70 нм. В результате эксперимента были получены сигналы релаксации тока в структуре при подаче импульса обратного напряжения смещения для разных температур.
57
С помощью преобразования Лапласа были определены скорости эмиссии носителей заряда при различных температурах. По температурным зависимостям скоростей эмиссии рассчитаны энергии активации, которые составляли 215 и 620 мэВ. Эти значения энергий коррелировали с результатами измерений методом катодолюминесценции, что позволило сделать вывод, что обнаруженные релаксационные процессы обусловлены эмиссией электронов из КТ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, в НОЦ неупорядоченных и наноструктурированных материалов и устройств на их основе с использованием оборудования РЦЗМкп при ФГБОУ ВПО «РГРТУ».
Литература
1. V. Litvinov, V. Kozlovsky, D. Sannikov, D. Sviridov, O. Milovanova, N. Rybin. Local measurement of conduction band offset for ZnCdS/ZnSSe nanostructure by Laplace current DLTS cooperated with AFM technique // Phys. Status Solidi C 7, No. 6, 1536 – 1538 (2010).
ГЛУБОКОЕ РЕАКТИВНОЕ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ ПРИБОРНЫХ СТРУКТУР
А.В. Серков Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Развитие современной микро- и нано-, силовой и СВЧ-электроники в нынешних условиях требует новые материалы и расширение области применения известных для полупроводниковых изделий различного функционального назначения и применения. Одним из таких материалов является карбид кремния.
Карбид кремния обладает очень высокой твѐрдостью, что усложняет его механическую и химическую обработку. Поэтому целесообразной является разработка методов и режимов сухого травления карбида кремния. В настоящее время одним из основных методов микропрофилирования полупроводниковых структур является реактивное ионно-плазменное травление. При создании микроструктур технология реактивного ионно-плазменного травления обеспечивает достаточно высокую скорость травления, заданный профиль получаемых элементов, а также низкую плотность дефектов в приповерхностной области структур.
Данная работа посвящена плазменному микропрофилированию карбида кремния во фтор-содержащей плазме, выявлению и отработке режима получения глубоких меза-структур на промышленной установке РИПТ «Caroline PE 15».
58
На подготовительном этапе проводят комплексную очистку поверхности карбида кремния. Жидкостным способом обрабатывают поверхность, используя смесь серной кислоты (H2SO4) и перекись водорода (H2O2) при температуре 60 – 70 ºС. Далее очистка проводится в плазме аргона и кислорода. После этого на установке вакуумного магнетронного напыления «КОНТ» наносится многослойная металлизация Ti-Cu-Ni. Затем проводится операция фотолитографии по металлизации. Далее осуществляется реактивное ионно-плазменное травление с целью создания глубоких меза-структур.
Можно осуществлять широкий спектр экспериментов в зависимости от варьирования мощностей, поданных с генераторов на ICP источник плазмы и ВЧ охлаждаемый стол. В качестве рабочих газов использовалась смесь гексафторида серы (SF6) c кислородом (О2).
Исходя из проведѐнных экспериментов, был выбран и отработан оптимальный режим травления карбида кремния и материала маски, для достижения наибольшей селективности. Результаты эксперимента наблюдались на растровом электронном микроскопе (Quanta Inspect). Глубина протрава составила порядка 4142 мкм, при хорошем качестве поверхности и боковых стенок.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАПИЛЛЯРНОЙ КОНДЕНСАЦИИ В ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛАХ
П. А. Сомов, А. С. Леньшин, Е. В. Мараева, А. И. Максимов Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
В настоящее время существует множество нерешенных вопросов в области технологии получения пористых материалов, прогнозирования их характеристик, а также в области физики адсорбции газов и жидкостей в пористых системах.
Целью настоящей работы является исследование процессов адсорбции и капиллярной конденсации в пористых материалах с использованием приборов серии СОРБИ и моделирование процесса капиллярной конденсации в программной среде LabVIEW.
Для моделирования процесса капиллярной конденсации были выбраны образцы на основе пористого кремния, полученные электрохимическим травлением монокристаллического кремния n-типа, легированного фосфором, в растворе плавиковой кислоты с последующим измельчением ультразвуком в изопропиловом спирте. Образцы были получены на кафедре Физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета [1].
59