Газо-фазная эпитаксия из металлоорганических соединений.

Особенность данного метода – высокая производительность – можно формировать нанослои одновременно на многих подложках.

Рис. Схема реакторной камеры.

Н₂– газ носитель,.

Метод относится к химическим методам. В качестве источников элементов IIIгруппы выступает соединение этих элементов с метиловыми и этиловыми группами:.

В качестве элементов IVгруппы выступают гидриды:.

Типичная скорость роста составляет ~0,1 мкм/мин.

Можно вводить легирующую примесь. В качестве легирующей примеси могут быть SiиGeв видетак же могут выступать сера и цинк:.

Примеры использования ГФЭ структур:

1. Лазеры на основе ГФЭ структур ;

2. Гетероструктуры с двумерным электронным газом (для транзисторов и лазеров с низкой плотностью токов).

Литографические процессы в наноэлектронике.

Использование традиционной фотолитографии наталкивается на следующую проблему: из-за дифракционного размытия изображения фотошаблона размер формируемых элементов наносхемы ограничен значением ,- длинна волны света. Для видимой части=400...800 нм. Следовательно, необходимо использовать источники облучения с меньшей длинной волны. На сегодняшний день такими источниками являются либо эксимерные лазеры (65 нм), либо излучение плазмы разогретого ксенона (15 нм). Рентгеновское излечение дает еще большее разрешение (0,3 нм), однако усложняется получением фотошаблонов. Например, изготовленный фотошаблон на основе берилловой пленки, а в качестве поглощающих элементов – золото (Au), платина (Pt), европий (Er),Re.

Электронно-лучевая литография позволяет формировать изображение лучше, чем 1 нм, однако метод оказывается низко производительным из-за того, что поверхность подложки обрабатывается многократным прохождением сфокусированного электронного луча (приемлемым для изготовления фотошаблонов).

Вторая проблема фотолитографии состоит в том, что не возможно использовать для редуцирования изображения фотошаблона оптические системы с линзами, так как все известные на сегодняшний день материалы поглощают УФ и более коротковолновое излучение. Ситуация разрешается использованием зеркальной оптики.

Рис.

В качестве зеркал используются зеркала Брегга. Это многослойные структуры (состоящие из 10-ков нанослоев) у которых коэффициент отражения для нм

Рис. Зеркало Брегга.

В качестве фотошаблона (маски) используются тоже зеркала Брегга, но с поглощающим покрытием согласно топологии наносхемы. В качестве поглощающих элементов схемы используются W,Ta,TaN,Crи др.

Фоторезист AsSeобладающий высокой чувствительностью к коротковолновому излучению и эффектом гигантской контрастностности.

Наноимприд– метод литографии (1995).

Данный метод заключается в прессовании штампом тонкой пленки полимера и тем самым перенесением на нее топологии штампа. Разрешение 10 нм.

Рис.

Один штамп используется на 30 и более процессов.

Сверхрешетки (ср). Физические свойства.

Сверхрешеткойназывается периодическая структура, состоящая из тонких чередующихся слоев полупроводников. Период сверхрешетки намного больше постоянной кристаллической решетки, но меньше длинны свободного пробега электрона.

Первые сверхрешетки были получены в 1970 году Лео Эсаки.

Сверхрешетки делятся на два больших типа: композиционные и легированные. В композиционных чередуются слои разного химического состава, в легированных – слои отличаются типом легирующей примеси (донор/акцептор) или ее отсутствием. Электронно-физические процессы в сверхрешетках определяются координатной зонной диаграммой сверхрешетки, то есть зависимостью потенциальной энергии электрона от направления изменения состава.

Композиционные сверхрешетки.

Различают три типа:

1 тип – запрещенная зона одного полупроводника находится внутри запрещенной зоны другого (например, ).

Рис. Координатная зонная диаграмма сверхрешетки.

В данном типе СР волновые функции электронов и дырок имеют максимум модуля волновой функции в одних и тех же слоях. В данном случае отличий от объемного проводника нет.

2 тип – запрещенные зоны перекрываются (например, ).

Рис.

Ямы для электронов и дырок пространственно разделены. Это значит, что процессы рекомбинации в таких сверхрешетках практически отсутствуют. Это существенное отличие от объемных полупроводников.

Самостоятельно построить координатно-зонную диаграмму для СР с непересекающимися запрещенными зонами.

3 тип – политипные. В них чередуются 3 и более полупроводников, в которых сверхрешетки 2-ого типа дополнены еще одним, третьим чередующимся слоем с шириной запрещенной зоны такой, что внутри нее расположены две другие запрещенные зоны.

Например, Рис.

Самостоятельно ,.

Легированные сверхрешетки.

Легированные решетки- это периодическая последоватлеьность слоёв одного и того же состава, но отличющихся типом легирующей примеси или ее отсутствием. Такие СР называют ещеnipi-кристаллы(донорные и акцепторные слои разделены слоями без примесей).

Intrinsic – собственный, positiv, negativ .

Рис.

В данных структурах возникает пространственная модуляция границ зон из-за перераспределения электронов, при этом донорные примечи становятся положительно заряженные а акцепторные – отрицательно.

Рис.

Особенность данного типа СР в том, что во-первых электроны и дырки пространственно отделены друг от друга. Кроме того, в отличие от композиционных СР второго типа данные СР имеет более высокое структурное совершенство. Иными словами, проводимость таких структур становится еще выше.

Лигированные композиционные сверхрешетки.

Основой таких сверхрешеток являются гетеропереходы образующие двухмерный электронный газ.

Рис.

Особенность этих слоев в том, что концентрация примеси и концентрация носителей заряда в 2D-слое будет разной. Кроме того, электроны в 2D-слое пространственно отделены от примеси, поэтому процессов расеиния электронов на примесях при протекании тока не будет. В таких структурах получены рекордные значения подвижности электронов.

Особенности зонной струкруты сверхрешеток.

Известно, что разделение электроного спектра энергии на зоны происходит из-за периодичности потенциала. В сверхрешетках существует 2 типа периодичности – периодичность потенциала, создаваемая атмной структурой кристаллической решетки, и периодичность, обесловленная мультислойностью сверхрешетки. Последнее приводит к дроблению зон объемного полупроводника на более мелкие подзоны (минизоны).

Рис.

Наличие минизон вместо исходных зон объемных полупроводников породило новое название сверхрешеток – искуственные полупроводники.