ка шляхом попереднього заселеннядискретних станів з необхідною енергією переходів; по-друге, наявністьлатерального квантування в нульмерние системах знімає заборону на оптичніпереходи, поляризовані в площині фотоприймача, а значить, надаєможливість здійснити поглинання світла при нормальному падінні фотонів; втретє, в КТ очікується сильне збільшення часу життя фотозбудженняносіїв внаслідок так званого ефекту "вузького фононного горла".
На прикладігетеросистемах германій на кремнії давно вивчається перехід від пошарового роступлівки до утворення 3D острівців (механізм Странського - Крастанова). Привідносно низьких температурах синтезу, такі острівці не містять дислокаційневідповідності (ДН), навіть після суттєвого перевищення ними критичнихтовщин, що на Ge-Si було показано, наприклад, в роботах Eaglesham andCerullo []. Останні 10 років йде бурхливий ріст досліджень механізмівосвіти напружених наноостровков і особливостей їх самоорганізації, якщо мають практичне застосування в наноелектроніці.
Фундаментальні передумови
Рушійною силоюосвіти кластера, в загальному випадку, є прагнення системи до стану змінімальної вільною енергією. Основні закономірності зародження острівців вепітаксіальної гетеросистемах визначаються балансом поверхневої енергії плівкиі підкладки, а також енергії границі розділу плівка-підкладка і внутрішньоїенергії обсягу острівця. Вільна енергія новоутвореного зародка наповерхні підкладки може бути виражена у вигляді трьох складових []:
Тут перший член - робота освітинового зародка обсягу V, -термодинамічна рушійна сила кристалізації - пересичення; другий член -робота, необхідна для створення додаткової поверхні s , - поверхнева енергіязародка. Третій член представляє додаткову енергію, що виникає черезпружної деформації зародка. Якщо два перших члена цього виразу представляютькласичний варіант теорії зародження (див., наприклад, []), то останній членз'являється тільки у разі вирощування напружених плівок.
Внесок поверхні взміна вільної енергії системи найбільш значний для кластерів малогорозміру. Вплив пружної деформації зростає в міру збільшення розмірукластера. Строгі кількісні оцінки названих величин утруднені, бо дляцього необхідно побудова точної моделі кластера. Тому такі поняття, як "кристалічнарешітка "або" поверхню "кластера часто носять вельми умовнийхарактер.
При великихрозузгодження, таких як в системі Ge-Si, величина цієї додатковоїенергії залежить не тільки від обсягу зародка, але і його форми, h/l (відношеннявисоти до поперечного розміру зародка) і є суттєвою в переході 2D -3D. Вклад зтого члена за розрахунками Mullerand Kern [3] виглядає як швидко спадає функція h/l . Чим більшевиражена тривимірність напруженого зародка, тим менше додатковий внесокенергії напружень в його вільну енергію. Поверхнева енергія системи Geплівка (і Ge острівець) - Si підкладка також залежить від товщини покриття Ge (іформи Ge острівця) [3,].
У першому наближенніключовим чинником переходу від двумерно-шарового до тривимірного острівковоїзростанню псевдоморфного плівок є зниження енергії напружень в вершинахострівців через пружною релаксації. Визначальну роль морфологічноїнестабільності поверхні плівок грають пружні напруги невідповідності,призводять до релаксації плівки шляхом утворення острівців. У випадкугомоепітаксіі на досить чистій поверхні практично для всіх напівпровідниківоб'ємні острівці не утворюються, а зростання плівок йде або за рахунок рухуступенів (східчасто-шарової зростання), або шляхом формування та зрощеннядвовимірних острівців. Шорстка поверхня напруженого шару має меншусумарну енергію внаслідок пружної релаксації напружень в вершинах виступів.Збільшення поверхневої енергії є чинником, що протидіє розвиткурельєфу плівки, однак тільки частково зменшує енергетичний виграш за рахунокрелаксації. Чим більше неузгодженість параметрів грат плівки і підкладки,тим при меншій товщині псевдоморфного плівки втрачається її морфологічнастабільність. Освіта острівців є крайнім проявомморфологічної нестійкості напружених плівок і зазвичай спостерігається усистемах з великим неузгодженістю параметра грат плівки і підкладки (> 2%), типовими представникамияких є Ge-Si і InAs-GaAs.
Процес утвореннянової фази включає такі основні стадії як зародкоутворення, незалежнийзростання центрів і, нарешті, їх розвиток у взаємодії один з одним.
Початкова стадія ростуGe на чистій поверхні Si (100) така ж як для гомоепітаксіікремнію. У початковому стані на поверхні підкладки знаходиться пересиченийадсорбат, і на першому етапі відбувається зародження 2D центрів.
Далі настає другийетап зростання центрів, в процесі якого відбувається зниження пересичення навколоцентрів, але останні ще не взаємодіють. Тому зародження нових центрів у місцях, віддалених від вже утворилисяострівців, триває. Після того, як області дифузійного "харчування"центрів перекриваються і пересичення між острівцями знижується, ймовірністьпояви нових центрів падає, наступає третій етап - етап корелювализростання. Великі острівці ростуть, малі зникають.
У випадку безперервноїподачі атомів на поверхню (відкрита система) острівці розростаються додотику і утворюється суцільний моношар. Потім ситуація повторюється, алечерез неузгодженості решіток, плівка германію виявляється стислій, і по мірізбільшення товщини зростає енергія пружних деформацій. Так, у разі зростання Ge наSi і InAs на GaAs саме наявність цих деформацій приводить до переходу відпошарового росту до утворення 3D кластерів на поверхні підстилаючого шару германію(Або InAs), тобто реалізації механізму Странського - Крастанова. Істотнанеоднорідність пружною релаксації острівця по його висоті призводить до залежностіенергетичного виграшу від форми острівця. З'являються кілька дискретнихенергетично найбільш вигідних форм ("hut", "dome", "superdome").
Пружні спотворення попериферії кластера і в прилеглій області підкладки зростають зі збільшеннямйого розмірів, що змінює закономірності приєднання адатомів до кластера [,,].
Малюнок 1. Схема формування 3D острівців в системі Ge/Si.
Рис.1 схематичнопоказує основні етапи освіти ансамблю напружених острівців. Впочатковому стані (а) на поверхні є пересичений адсорбат, але тепервін утворився на поверхні підстильного (змочувального) шару напилюваногоматеріалу (Ge). Зародження 3D - "hut"-кластерів (позиція (б))обумовлено релаксацією пружних деформацій. Далі (позиція (в)) з'являються двівиділені форми: "hut" і "dome". Енергетична вигідністьпершої та другої форм залежить від їх обсягу, але можливо їхнє співіснування.Можливий перетікання атомів до більш енергетично вигідною формою (позиція (г, але:немає безперервного розподілу за розмірами, а спостерігається бімодальному врозподілі); в роботі [] спостерігався зворотний пере хід від "dome" до "hut".Можливо квазиравновесной стан системи, коли розміри і форма кластерівпрактично не змінюються у часі за відсутності зовнішнього потоку (позиція(Д)). Імовірність стабільного стану ансамблю острівців зростає ззбільшенням анізотропії поверхневої енергії (її зростанням на фасеточнихгранях острівців). За певних умов (близьке розташування острівців)теоретично обгрунтовано взаємодія кластерів через перекриваються поляпружних деформацій в підкладці [,], що може сприяти упорядкуваннюпросторового розподілу острівців на поверхні.
Зростання і особливості упорядкування ансамблів Ge нанокластерів. Поверхня кремнію (100)
Через взаємодіїобірваних зв'язків, атоми в приповерхневій області прагнуть перебудуватися вбільш енергетично вигідні становища, утворюючи на поверхні двовимірнуперіодичну структуру. За допомогою методу ДМЕ Шліер і Фарнсворт [] впершеспостерігали реконструйовану поверхню Si (100), що має елементарну комірку 2x1 і домени двох типів, орієнтовані вздовж напрямків[011] і [0-11]. Атоми ідеальної поверхні (100) мають дві ненасичені зв'язки,одна з двох обірва...
