«ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ НАНОПЛЕНОК И НАНОКРИСТАЛЛОВ СОЗДАННЫХ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ИОННОЙ БОМБАРДИРОВКОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ...»

Основными недостатками метода являются: громоздкость и сложность экспериментальной установки, необходимость использования подложек с сверхчистыми и гладкими поверхностями, сверхжесткие требования к чистоте и дозе напыляемых веществ, невозможность получения однородных сплошных пленок с толщиной менее 25 – 30, невозможность получения без дополнительных обработок на поверхности подложки (пленки) регулярно расположенных нанокристаллов (наноточек).

Анализ литературных данных показывает, что в получении сверх тонких пленок так и нанокристаллов может быть перспективным метод низкоэнергетической ионной имплантации. Этот метод до настоящего времени использовался для модификации свойств поверхности материалов различной природы, для получения защитных слоев, омических контактов и для легирования полупроводников.

Однако результаты систематических исследований по созданию нанообъектов ионной бомбардировкой и всестороннему изучению их свойств пока еще отсутствуют. Следовательно, не имеются сведения о механизме формирования наноструктурных фаз. Что касается получения новых многокомпонентных нанопленок и нанокристаллов формируемых на основе химической связи атомов подложки и имплантируемого атома до начало настоящей работы практически не исследованы. Отсутствуют также результаты исследований по созданию новых многокомпонентных гетероструктур с последовательным использованием методов ионной имплантации и МЛЭ.

В конце главы приводятся выводы из обзора литературы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных установок, методик обработки и исследований поверхности нанопленок и нанокристаллов. В соответствии с задачами исследований, в диссертационной работе были использованы две сверхвысоковакуумные установки. На первой установке проведены все технологические операции (ионная имплантация, температурный и лазерный отжиг) и исследования состава, структуры и свойств наноматериалов с использованием методов вторично- и фотоэлектронной спектроскопии. Исследуемые эпитаксиальные пленки Si, GaAs, GaP и CaF2 разной толщины были получены на второй стандартной установке методом МЛЭ. В этой же установке были определены толщина пленки, тип и параметры решетки исследуемых пленок с использованием ДБЭ.

Элементный и химический состав нанопленок и нанокристаллов определялся методом оже – электронной спектроскопии. Для получения информации о размерах нанокристаллов и степени покрытия поверхности использовался РЭМ. Известно, что степень покрытия можно оценивать и при помощи оже – электронной спектроскопии в том же приборе, где осуществлялась ионная имплантация и отжиг. По изменению низкоэнергетических пиков (формы и интенсивности) кремния (91 эВ) и кобальта (53 эВ) мы определили химический состав нанокристаллов и нанопленок, а по изменению интенсивности высокоэнергетических оже – пиков степень покрытия поверхности Si нанокристаллами CoSi2. При этом принималось, что интенсивность оже – сигнала кобальта (765 эВ) прямо противоположно степени покрытия поверхности силицида.

где ICo( НП ) - интенсивность пика Co (765 эВ) для сплошной пленки, ICo( НК ) интенсивность пика для нанокристалла. = 1 соответствует образованию сплошной пленки. Отметим, что в случае образования CoSi2 положение пика кремния при 91 эВ практически не меняется, а изменяется лишь его интенсивность. Это объясняется тем, что соединение Si с Co в основном имеет ковалентный характер. Поэтому значение / можно определить по формуле, предложенной Алтуховым для МЛЭ пленок CoSi2 [5]:

где - интенсивность оже – сигнала Co в CoSi2 (765 эВ);

I Si - интенсивность оже – сигнала Si в CoSi2 (91 эВ);

I Si - интенсивность оже – сигнала Si в подложке (91 эВ).

Разработана методика оценки состава, структуры и свойств отдельных нанокристаллов основанная на сравнительном анализе спектров оже-, фото- и ХПЭ электронов, полученных для подложки, нанопленки и нанокристалла.

В третьей главе приводятся результаты по применению ионной имплантации и последующего отжига (температурный, лазерный) для создания нанокристаллов и нанопленок силицидов металлов Ba+, Na+, Mg+, Co+ на поверхности и в приповерхностной области кремния. Изучена динамика образования эпитаксиальных нанокристаллов и нанопленок типа МеSi2; оценены их параметры энергетических зон и плотности электронных состояний и изучены эмиссионные свойства и глубина зоны выхода истинновторичных электронов нанопленок силицидов.

В таблице 1 приведены оптимальные режимы создания нанокристаллов типа MeSi2 методом ионной имплантации и последующего отжига.

Оптимальные режимы ионной имплантации и отжига для получения Т – температура длительного отжига (t 30 мин.) Т/ – температура кратковременного отжига Из таблицы видно, что во всех случаях с ростом дозы ионов увеличивается поверхностный диаметр нанокристаллов, а с ростом энергии ионов – их толщина. Однако, отметим, что при энергии ионов Е0 > 5 кэВ концентрация Me в приповерхностной области Si даже при дозе насыщения существенно уменьшается и возможность образования однородной сплошной пленки типа MeSi2 резко снижается, а при низких энергиях ионов (Е0 < 0,5 кэВ) результаты имплантации мало отличаются от результатов, полученных для ионного напыления. Поэтому область энергии Е0 = 0,5 – 5 кэВ является наиболее оптимальным для получения наноразмерных кристаллов и пленок.

При этом наиболее совершенные структуры формируются в случае образования силицидов СоSi2. Это доказано результатами ДБЭ. На рис. приведены электронограммы от поверхности кремния с нанокристаллами BaSi2 и CoSi2 (размеры НК составляли 150 – 200).

Рис. 1. Электронограммы поверхности Si с нанокристаллами BaSi2(а) и Видно, что в случае Si с НК BaSi2 на картине ДБЭ имеются некоторые двойниковые рефлексы и слабый диффузный фон, а в случае CoSi практически не наблюдаются двойниковые рефлексы и отсутствует фон, характерный для аморфных пленок. Раздвоение рефлексов на электронограммах системы BaSi2 – Si объясняется несоответствием их постоянных решеток: для Si a=5,43, для BaSi2 a=6,54. Отличие постоянных решеток приводит также к возникновению напряжения сопрягающихся поверхностей Si и BaSi2, вследствие чего происходит некоторое разупорядочение приграничных слоев, а на электронограммах появляется диффузный фон. Что касается системы CoSi2 и Si, то параметры их решеток почти совпадают друг с другом ( aCoSi2 5,40 ) и, следовательно, не происходит заметного изменения кристалличности поверхности.

формирования сплошных, однородных по глубине, с минимальными дефектами пленки силицидов металлов (табл. 2).

Режимы ионной имплантации и отжига для получения сплошных Ионы спл. – сплошная пленка, р.р. – раздвоение рефлексов, н.р.р. – нет раздвоения рефлексов.

На рис. 2 приведены фотоэлектронные спектры “чистого” Si (111), Si с нанокристаллами CoSi2 и нанопленкой CoSi2/Si ( = 40 – 50 ), полученные при hv = 10,8 эВ. Пo оси абсцисс отложена энергия связи Есв электронов, отсчитанная относительно уровня Ферми EF. Видно, что все кривые обладают явно выраженной тонкой структурой. Форма и положения основных пиков пленки CoSi2 существенно отличаются от полученных для Si. В УФЭС чистого кремния обнаружено 3 явно выраженных максимума. В случае пленки CoSi2, также обнаруживаются три пика с энергиями Есв = – 0,6;

–0,7; –3,5 эВ, соответственно. Анализ этого спектра и сравнение его со спектрами Si и Со дат возможность предполагать, что пик А формируется вследствие гибридизации М3 состояния кремния и М5 состояния кобальта, а пик В – вследствие гибридизации М2 состояния кремния и М3 состояния кобальта, в то время как пик С образуется вследствие гибридизации М1 – состояния кремния и М4 – состояния кобальта. Наиболее сложная тонкая структура наблюдается в спектре нанокристаллов CoSi2 + Si, где обнаруживаются особенности, характерные как для Si, так и для CoSi2.

Рис. 2. КЭР фотоэлектронов: 1 – Si (111), n – тип; 2 – Si (111) с нанокристаллами CoSi2 (диаметр НК 200 – 250 ); 3 – Si (111) с По спектрам УФЭС нами определены параметры энергетических зон силицидов и энергетическое распределение электронов в валентной зоне исследуемых материалов. Подобные данные невозможно получить другими методами электронной спектроскопии.

В процессе получения пленок почти все энергетические параметры зон изменяются, что требует использования чистого эталонного материала (металла). При этом уровни Ферми этого металла и пленки находятся на одном уровне. В данной работе в качестве эталонного образца использован чистый поликристаллический палладий.

Значение фотоэлектронной работы выхода Ф определялось по формуле:

где h – энергия фотонов, E – ширина кривой энергетического распределения. Определенные таким образом, значения ФPd = 5,1 эВ и ФSi = 4,8 эВ удовлетворительно совпали с величиной порога фотоэмиссии.

Известно [7], что при одинаковых условиях все металлические мишени, независимо от их природы, имеют одинаковую энергию задержки Е3.

Согласно [8] значение Е3 для металла и полупроводника определяется по формуле:

где кол - работа выхода коллектора. В нашем случае кол = 4,5 эВ, S - ЕF – ЕV для полупроводников р - типа, и кол = 4,5 эВ, S - ЕF – ЕД для полупроводников n - типа, ЕF -значение уровня Ферми на поверхности, ЕV уровень, соответствующий верхнему краю (потолку) валентной зоны, ЕД уровень донорных электронной состояний. Сравнивая уравнения (4) и (5) получим, что По известной величине работы выхода коллектора кол, можно определить термоэлектронную работу выхода образцов М:

где VКРП - контактная разность потенциалов между мишенью и коллектором.

Определение величин ширины запрещенной зоны Е g и сродства к электрону требует знания значения положения уровня дна зоны проводимости ЕC:

здесь ЕB - положение уровня вакуума.

В таблице 3 приведены параметры энергетических зон силицидных нанопленок, полученных ионной имплантацией в сочетании с отжигом. Ф – фотоэлектронная работа выхода, энергетический интервал между потолком валентной зоны Ev и уровнем вакуума ЕВ. е – термоэлектронная работа выхода, – сродство к электрону, s – величина изгиба зоны на поверхности.

Из таблицы 3 видно, что значение Ф, е и силицидных нанопленок значительно меньше чем для Si.

Значение параметров энергетических зон силицидных нанопленок Объекты исследования Постоянная решетки NiSi2, CoSi2 и Si очень близки друг другу. Поэтому эти силициды имеют особый интерес при создании структур типа ПДП и МДП.

Поверхностный изгиб зон в случае наносилицидов в пределах ошибки УФЭС (~ 0,1 эВ) не обнаруживались.

В четвертой главе приводятся результаты по получению трехкомпонентных нанокристаллов и нанопленок в приповерхностной области GaAs и GaP методом низкоэнергетической ионной имплантации в сочетании с отжигом и изучению их элементного и химического состава, зонной структуры, энергетического распределения электронов в зонах, топографии и кристаллической структуры с использованием комплекса методов ВЭ- и ФЭ- спектроскопии.

Оптимальные режимы получения трехкомпонентных пленок при помощи отжига и параметры их электронной и кристаллической структуры приведены в таблице 4.

Параметры энергетических зон и кристаллической решетки эпитаксиальных пленок Ga1-xMexAs, полученных после отжига GaAs, имплантированного ионами Ме+ с Е0 = 1 кэВ и D = 61016 см- + Т =1200 К + Т =1000 К Все трехкомпонентные соединения кристаллизуются на поверхности GaAs гетероэпитаксиально. В случае пленок, содержащих Ba и Sr, постоянная решетки несколько увеличивается, а в случае Na и Mg – уменьшается.

Параметры энергетических зон трехкомпонентных соединений существенно отличаются от параметров зон нелегированного GaAs. Также можно отметить, что трехкомпонентная монокристаллическая пленка Ga0,6Ba0,4As имеет Eg=0,9 эВ. В случае имплантации ионов Na+ и образования пленки Ga0,4Na0,6As ширина запрещенной зоны увеличивается до 1,9 эВ.

Мы методом ионной имплантации в сочетании с отжигом изготовили систему Ga1-xMexAs/GaAs с разными х и исследовали их электронную структуру, эмиссионные, оптические и вольтамперные характеристики.

Наибольшее значение х в зависимости от типа имплантируемой примеси лежала в пределах 0,4 – 0,6. Таким образом, постимплантационный отжиг ионно-имплантирован-ного способствует образованию трехкомпонентных эпитаксиальных нанокристаллов (низкие дозы имплантации) и нанопленок (высокие дозы имплантации). При этом лазерный отжиг в сочетании с импульсным температурным прогревом позволил получить наноструктуры с резкой границей. В случае температурного отжига можно получать пленки с монотонно изменяющимся составом. Установлено, что после прогрева при Т = 900 К на поверхности ионно-имплантированного GaAs образуется соединения с примерным составом Ga0,5Na0,5As. С глубиной концентрация Na монотонно уменьшается и при d = 100 – CNa = 0. Следовательно, в интервале d = 0 – наблюдается монотонное уменьшение значения Eg пленки от 1,9 до 1, (рис.3).

Рис. 3. Зависимость Eg от глубины d для пленки Ga1-хNaхAs с Полученные результаты очень важны при создании нанопленочных структур для приборов микро- и оптоэлектроники, особенно при получении согласующихся слоев для нанопленочных МДП, ПДП – структур, оптических СВЧ резонаторов и лазеров.

Отметим, что в случае системы Ga1-хМехAs/GaAs полученных после лазерного отжига ионно-имплантированного GaAs тонкий согласующийся переходной слой формируется самопроизвольно. При этом толщина переходного слоя составляет всего лишь 30 – 40.

Пятая глава посвящена формированию наноструктурных фаз на поверхности флюоритов при бомбардировке ионами Ar+ и активных металлов в сочетании с отжигом, а также изучению их состава, структуры и свойств.

На рис. 4 представлена динамика изменения КЭР фотоэлектронов (h = 21,2 эВ), в зависимости от дозы ионов для CaF2, облученного ионами Ar+ с Е0 = 0,5 кэВ. За начало отсчета принять верхний край валентной зоны чистой пленки CaF2. В ФЭС валентных электронов необлученной пленки CaF обнаруживаются пики при энергиях связи Есв= -3,5 и -6,5 эВ, обусловленные переходом электронов в вакуум из 2р состояний фтора. В начальной части спектра (высокоэнергетической части), соответствующей области запрещенной зоны, обнаруживаются слабые пики с энергиями 2,5 и 6,5 эВ, по-видимому, обусловленных переходами электронов из примесных уровней.

Ионная бомбардировка приводит к заметному изменению спектра фотоэлектронов. С ростом дозы ионов происходят постепенное уширение (до 4 эВ) и повышение площади под кривой энергетического распределения (увеличение квантового выхода фотоэлектронов), смещение начала спектра (высокоэнергетический край) в сторону больших энергий, уменьшение интенсивности основного пика валентной зоны матрицы и появление новых пиков.

Рис. 4. УФЭС CaF2, облученного ионами Ar+ с Е0=0,5 кэВ при дозах D, смКак уже показано выше, все эти изменения связаны с изменением стехиометрического состава и разупорядочением ионно-легированных слоев пленки CaF2. Уменьшение интенсивности основных пиков на КЭР валентных электронов и появление новых пиков обусловлено частичным разложением CaF2 и обогащением поверхности атомами Ca. Отметим, что в процессе ионной бомбардировки наблюдается заметное увеличение интенсивности пика с Есв энергией –2,5 эВ (относительно уровня ЕV), связанного с возбуждением электронов из глубины уровней дырочного типа. При больших дозах ионов начало спектра фотоэлектронов смещается примерно до этого уровня (следовательно, спектр уширяется на 2,5 эВ). Поэтому можно полагать, появление данного пика обусловлено как наличием несвязанных атомов Са, так и разупорядочением приповерхностного слоя. Обогащение поверхности атомами Ca приводит к уменьшению работы выхода поверхности до 1,5 – 2 эВ. Это приводит к уширению низкоэнергетического края (конечная часть спектра валентных электронов) КЭР фотоэлектронов. В начальной части спектра ионно-имплантированного CaF2 появляются новые пики, характерные для примесных уровней.

Таким образом, при бомбардировке ионами Ar+ происходит разложение CaF2 и фтор (в виде F2) покидает поверхность и приповерхностную область кристалла, оставляя анионные вакансии. Эти вакансии объединяются в кластеры, образуя области, обогащенные Ca.

Варьируя энергию и дозу ионов, можно контролируемо изменять толщину и поверхностные размеры этих фаз вплоть до образования сплошной тонкой нанопленки с толщиной = 20 – 50, обогащенной атомами Са. Такие нанофазы и нанопленки очень перспективны в создании приборов нано- и оптоэлектроники. Однако возможность практического использования тесно связана со строгой кристаллизацией этих структур с сохранением избыточных атомов Ca. При прогреве пленок CaF2, облученных ионами низких доз до Т = 700 – 800 К, нанокластерные участки упорядочиваются, образуя сверхрешетку (СР или Sl) кластеров анионных вакансий в приповерхностной области кристалла CaF2 CaF2:СР. В случае CaF2, облученного с D = 1015 см-2, формировались нанокристаллические фазы с линейными размерами 40 50 нм и толщиной 50. Расстояние между центрами фаз составляло 100 нм. Кристаллизация пленок, облученных с высокой дозой (D 1016 см-2), происходило при Т = 800 – 900 К. Толщина НП составляла 40 – 50. При этом между CaF2 и Ca формируется переходной слой (слой CaF2 обогащенный Ca) с толщиной 60 – 80. Отметим, что после прогрева как на поверхности НК, так и НП образовался тонкий слой «чистого» Ca с толщиной 5 – 6 (2 – 3 монослоя). Возможность образования упорядоченной системы нанокристаллов при невысоких температурах отжига обусловлена среди прочего тем, что Ca имеет структуру ГЦК – решетки, близкую решетке CaF2 и рассогласование постоянных решеток Ca и CaF2 порядка 2%. Пленка CaF2 с металлическими нанокристаллами и нанопленками обладает уникальными свойствами. При этом очень важную роль играет регулярность расположения атомов Ca.

Следующим этапом наших исследований было изучение состава и структуры трехкомпонентных нанокристаллов и нанопленок, созданных низкоэнергетической имплантацией ионов активных элементов (Ba+, Na+, Sr+) в сочетании с отжигом. На основе полученных нами данных в частности установлено: в случае имплантации ионов Ва+ с Е0 = 0,5 кэВ при D = 1014 см- на поверхности CaF2 формируются нанокластеры с линейными размерами – 10 нм, при D = 1015 см-2 образуются островки с размерами 100 – 200 нм, а при D 1016 см-2 происходит перекрывание границ отдельных кластеров. При больших дозах поверхность обогащается атомами Ва (до 55–60 ат.%) и Са ( –30 ат.%), а концентрация фтора резко уменьшается (до 15–20 ат.%);

постимплантационный отжиг при Т = 1000 К приводит к формированию трехкомпонентной пленки типа Ca0,4Ba0,6F2. Ширина запрещенной зоны трехкомпонентной пленки составляет 10,8 эВ.

На рис. 5. приведены спектры УОЭ (–dR/dEp(Ep)), для CaF2 и Ca0,4Ba0,6F2 снятых в области Ер = 1 – 10 эВ, который в основном охватывает запрещенную зону исследуемых пленок. Как видно из этого рисунка, на обеих спектрах имеется ряд особенностей. Эти особенности в основном обусловлены поглощением энергии фотонов на дефектах кристалла. В случае чистой пленки CaF2 содержится максимум при энергиях 3,5 эВ и 7,5 эВ относительно уровня вакуума. Как уже показано выше, максимум при 7,5 эВ может быть обусловлен наличием в узлах решетки некоторого количества Са, не связанного с фтором.

Рис. 5. Низкоэнергетическая часть спектра УОЭ для 1–CaF2, Природа второго пика нами не установлена, по-видимому, его возникновение связано с наличием поверхностных состояний. В спектре Ca0,4Ba0,6F содержатся 4 полосы поглощения (т.е. максимумы) при 3,7 эВ, 5 эВ, 6,5 эВ и 7,8 эВ. Максимумы при 7,8 и 3,7 эВ относятся к CaF2 и их интенсивность резко уменьшается. Другие максимумы, вероятно, обусловлены дефектами замещения, т.е. замещение части атомов Са барием. Отметим, что на спектре УОЭ BaF2 содержится пик при Е = 6,5 эВ.

На основе анализа спектров фото- и упругоотраженных медленных электронов нами определены параметры энергетических зон двух и трехкомпонентных структур (табл. 5).

Параметры энергетических зон и кристаллической решетки трехкомпонентных диэлектрических пленок, созданных на основе Из таблицы видно, что все трехкомпонентные соединения обладают широкой запрещенной зоной. Регулируя значение х в соединении Ca1-хМехF2 и подбирая соответственно Ме, можно в определенных пределах регулировать значениями Eg и.

Шестая глава посвящена разработке модели формирования нанокристаллов и нанопленок на поверхности Si при низкоэнергетической ионной имплантации и последующем отжиге; оценке критических размеров нанопленок и нанокристаллов, при которых начинают проявляться квантоворазмерные эффекты по изменению параметров кристаллической решетки и энергетических зон.

Модель поверхности Si с нанокристаллами BaSi2 сформированную постимплантационным отжигом (лазерный + температурный) Si, имплантированного ионами Ba+ с Е0 = 1 кэВ при дозе 21015 см-2 можно построить на основе анализа картин РЭМ. Как видно из рис. 6, а, нанокристаллические фазы состоят из трех частей.

Si c нерегулярнм параметром Рис. 6. Модель поверхности Si с нанокристаллом BaSi2 (а) и CoSi2 (б) В центре с d = 20 – 30 нм формируются монокристаллы BaSi2 имеющие кубическую решетку, кристаллическая ориентация которой совпадает с ориентацией подложки. Так как постоянная решетки BaSi2 (a = 6,54 ) резко отличается от постоянной решетки Si (a = 5,43 ) на границе раздела BaSi2/Si возникает деформация несоответствия. Вследствие чего вокруг этой фазы формируются две кольцевидные области. Ширина первого кольца (примыкающего к BaSi2) составляет 5 – 10 нм. В этой области концентрация Ba резко уменьшается от 30 ат.% до 1 – 2 ат.%. Следующие кольцо с шириной 5 – 10 нм состоит из монокристаллов Si с нерегулярным параметром решетки. В случае CoSi2 и NiSi2 ширина первого кольца сужается до 3 – 5 нм, а последняя область (второе кольцо) практически отсутствует (рис. 6, б).

Анализ РЭМ и ДБЭ картин позволяют полагать, что нанокристаллы силицидов металлов (BaSi2, CoSi2, NiSi2, NaSi2) и их пленки кристаллизуются в кубическую решетку. При этом нанокристаллы имеют форму цилиндра (поверхность окружность). Хорошо сформированные нанокристаллы появляются начиная с дозы ионов D = (3 – 5)·1014 cм-2. Размеры кластерных фаз CoSi2 и их температура полной кристаллизации Tк зависит от энергии и дозы ионов Co+. Результаты экспериментов показали, что независимо от энергии ионов в области D = 1014 – 51015 см-2 зависимость Tк(D) имеет линейный характер. Затем с ростом дозы, значение Тк экспоненциально растет и начиная с D = (2 – 5)1016 см-2 практически не меняется (рис. 7). При высоких энергиях ионов кристаллизация происходит при высоких температурах. Во всех случаях при полной кристаллизации поверхностные размеры ионно-легированных участков заметно (до 1,2 – 1,5 раза) уменьшаются.

Отметим, что при этой дозе (Е0 = const) все нанокристаллы равномерно располагаются по поверхности и имеют почти одинаковые размеры. Можно полагать, что CoSi2 и Si имели одинаковую кристаллическую решетку, а их постоянные решетки мало отличаются друг от друга.

Рис. 7. Зависимость Тк от D для Si, имплантированного ионами Co+ с Используя формулу Г.Пула, нами сделана оценка количества атомов (структурные магические числа) в нанокристалле Nv и на его поверхности Ns [9, 10]:

Здесь n – количество слоев наращенных на элементарной ячейке. Расчеты показали, что Nv = 78000 – 80000 и Ns = 8000. Из этого очень грубого расчета видно, что количество атомов на поверхности составляет ~ 10 % от общего количества атомов в нанокристалле. Это в свою очередь должно привести к существенному изменению электронной структуры CoSi2.

Следует отметить, что эти изменения не очень ярко выражаются на спектрах УФЭС так как особенности характерные для нанокристаллов CoSi остаются на фоне особенностей, обусловленных эмиссией электронов из Si (с не облученных участков Si). Пока еще не существует методов которые позволили бы явно получить информацию об электронной структуре отдельных нанокристаллических фаз созданных на поверхности твердых тел.

Однако проводя комплексные исследования в одинаковых условиях с использованием методов УФЭС, СУРЭ, ОЭС и СХПЭЭ высокого разрешения можно получить ценную информацию не только о элементном и химическом составе, но и об электронно-зонной структуре, а также об энергии плазменных колебаний нанокластерных и нанокристаллических фаз состоящих всего лишь из несколько тысячи атомов.

В частности, используя зависимости, R и от Ер в области малых энергий (Ер = 1 – 15 эВ) можно оценить значения параметров энергетических зон наноматериалов. Найдена связь структуры, хода зависимостей (Ер), R(Ер), (Ер) и соотношением величин коэффициентов с зонным строением диэлектриков и полупроводников. На рис. 8 приведена начальная часть зависимости (Ер) для толстой ( = 500 ), тонкой ( = 50 ) пленки CoSi2, а также для нанокристалла CoSi2 с поверхностными размерами d = 25 нм. Из рис. 8 видно, что для толстой пленки CoSi2 значения Еv = 4,7 эВ, для тонкой пленки 5 эВ, что хорошо согласуется с данными УФЭС. В случае Si + НК CoSi2 Ev 5,1 эВ и Ev 5,4 эВ.

Рис. 8. Начальная часть зависимости (Ер) для Si с нанокристаллами и По-видимому, при Ev 5,1 эВ истинно-вторичные электроны начинают эмитироваться с участков кремния и с Ev 5,4 эВ к ним прибавляются электроны эмитируемые с нанокристаллов CoSi2. Этим и объясняется заметный рост начиная с Ev 5,4 эВ.

Как с научной, так и с практической точки зрения очень важно определить (оценить) размеры квантовых точек и барьеров, при которых наблюдается туннелирование электронов. В случае системы типа Si + НК MeSi2 туннелирование электронов приводит к резкому снижению удельного сопротивления поверхности этой системы.

Для измерения изменения удельного сопротивления кремния, при ионной имплантации и отжиге использована схема, представленная на рис. 9.

Рис. 9. Блок схема измерений удельного сопротивления ионно – Измерения проводились в вакуумной установке, где производилась ионная имплантация. Диаметр ионного пучка составлял до 1,5 – 2 мм. На исследуемом образце Si предварительно создавались контактные полосы, путем напыления атомов Ni. Расстояние между полосами составляло 1 – 1, мм. Ионы металлов (Co, Ba, Na) имплантировались на участки расположенные между полосами никеля. Эта схема использована и при измерении ионно-имплантированных пленок GaAs, CaF2, SiO2 и MgO.

Отметим, что при этом значение дат очень грубые приближенные значения, особенно при не высоких дозах облучения. Однако оно очень ценно для оценки влияния ионной имплантации на удельное сопротивление материалов и получения предварительных данных о размерах нанокластерных фаз, когда начинается туннелирование электронов.

Имплантация проводилась ионами Ba+ с Е0 = 1 кэВ разными дозами.

После имплантации ионов при фиксированных дозах проводился импульсный лазерный отжиг с W = 1,6 – 2,0 Джсм-2, что обеспечивало формирование нанокристаллов BaSi2. Значение для нелегированного Si составляло 10 Омсм. Формирование отдельных кластерных фаз начиналось с D = (2 – 4)1014 см-2. До дозы D = (6 – 8)1014 см-2 не наблюдалось заметного изменения значения (показания амперметра) Начиная с D = 21015 см-2 наблюдалось заметное увеличение тока. Это увеличение грубо можно оценить как начало туннельного перехода электронов. При этом средний диаметр кластерных фаз BaSi2 (квантовых ям) лежал в пределах 200 – 250, а расстояние между краями кластеров, т.е.

размеры кремниевых фаз составляли 250 – 300 (квантовые барьеры). С дальнейшим ростом дозы хотя размеры кластерных фаз заметно не увеличиваются, однако между ними появляются новые кластерные фазы, что приводит к резкому уменьшению. При D 21016 см-2 происходит перекрывание границ кластерных фаз и поверхность полностью покрывается силицидом Ва и достигает своего наименьшего значения (табл. 6).

Значение для поверхности Si с нанокластерными фазами силицидов S0 = 1 мм, общая площадь ионно-имплантированного слоя. S – общая площадь кластерных фаз.

Таким образом можно полагать, что квантовый характер системы кремний+НК силицида начинает проявляется когда размеры нанокристаллов и расстояние между их краями составляют 20 – 30 нм. Это в определенной степени согласуется с теоретическими расчетами.

Известно, что критерием перехода к размерному квантованию служить уменьшение толщины слоя до величины порядка длины волны де-Бройля электрона. Длину волны можно определить из формулы для квазиимпульса:

где m* - эффективная масса электрона в твердом теле, m0 – масса электрона в вакууме, Екин – кинетическая энергия электрона, в эВ.

Если учесть в [11], что для полупроводников m* m0 0,1 и Екин при комнатной температуре 0,025 эВ, то получим 300 25 нм 250.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выявлены основные механизмы формирования нанокристаллических фаз и нанопленок в процессе ионной бомбардировки и последующего отжига.

2. Исследованы элементный и химический состав, кристаллическая и электронная структура, геометрические размеры отдельной кластерной фазы и нанопленок и динамика изменения их при отжиге. Кластерные фазы и пленки были аморфными, имели нестехиометрический состав по поверхности и по глубине. Установлено, что характер формирования нанокристаллических фаз и эпитаксиальных нанопленок зависит от вида отжига: при лазерном отжиге образуются эпитаксиальные однородные по глубине нанокристаллы и нанопленки, а при температурном отжиге – содержание легирующего элемента в многокомпонентной пленке с глубиной монотонно уменьшается. Выяснены основные причины наблюдаемых изменений при отжиге.

3. Установлены режимы ионной имплантации и отжига формирования гетероструктурных нанокристаллов и нанопленок MeSi2/Si (Me – Ba, Na, Co).

В частности, нанокристаллы CoSi2/Si (100) с диаметром 15 – 20 нм и толщиной 4 – 5 нм образовались после прогрева Si, имплантированного ионами Co с Е0 = 1 кэВ и дозе D = 1015 см-2 при Т = 1000 К в течении 25 – мин.

приповерхностной области GaAs при низких дозах (D 1015 см-2) образуются нанокластерные фазы обогащенные атомами As, а при высоких дозах (D 5·1015 см-2) – нанопленки обогащенные атомами Ga. В последнем случае формируется система Ga/GaAs.

5. Впервые показано, что низкоэнергетическая имплантация ионов активных металлов (Ba+, Na+, Sr+, Mg+) в монокристаллические пленки GaAs и GaP в сочетании с отжигом позволяет получать нанокристаллы и нанопленки типа Ga – Me – As и Ga – Me – P. Изучены механизмы образования этих наноструктур.

Разработана методика позволяющая получить на основе GaAs нанопленки с монотонно изменяющейся (уменьшение или увеличение) шириной запрещенной зоны. Определена зависимость ширины запрещенной зоны от концентрации внедренной примеси и от толщины пленки.

6. Впервые детально изучены процессы формирования наноразмерных структур в поверхностных слоях CaF2 и BaF2 эпитаксиально выращенных на Si (100) при бомбардировке низкоэнергетическими ионами Ar+, Ba+, Na+ и Sr+ в сочетании с отжигом. Облучение ионами Ar+ приводило к ионностимулированной десорбции фтора с поверхности CaF2 и обогащению ее кальцием. После прогрева при Т = 800 К в зависимости от дозы облучения формировалась либо нанокристаллическая фаза Са с диаметром 40 – 50 нм и толщиной 5 – 6 нм образуя сверхрешетку с шагом 90 – 100 нм, либо – эпитаксиальная нанопленка Са с толщиной 5 – 10 нм.

Бомбардировка ионами активных металлов приводило к резкому сужению запрещенной зоны флюоритов и появлению в зоне различных примесных уровней, часть которых сохранялась и после упорядочения структуры. Определены оптимальные режимы ионной имплантации и отжига для получения регулярно расположенных нанокристаллических фаз и однородных нанопленок типа Ca – Me – F2. Выявлены основные причины изменения электронных свойств флюоритов при имплантации активных металлов и последующем отжиге. Выяснены основные механизмы формирования трехкомпонентных диэлектрических нанокристаллов и нанопленок.

7. Впервые оценены параметры энергетических зон и кристаллической решетки силицидных нанопленок разной толщины. Установлено, что нанокристаллы и нанопленки силицидов Ba, Co и Na кристаллизуются в кубическую решетку. Обнаружено, что при 5 – 6 нм с уменьшением толщины пленки увеличивается ширина запрещенной зоны и значение постоянной решетки “a”.

8. Определены параметры кристаллических решеток и энергетических зон наноструктур и построена качественная энергетическая диаграмма нанокристаллов с поверхностной структурой MeSi2 – Si, GaxMeyAs – GaAs, Ca0,6Ba0,4F2 – CaF2 и многослойных наносистем MeSi2/Si GaMeAs/GaAs, Ca – CaF2 – Si. В частности показано, что в случае CoSi2/Si ширина запрещенной зоны Еg нанокристаллов на 1,2 – 1,5 раза больше, чем Еg нанопленки. Даны научно – обоснованные рекомендации по применению полученных наноструктур.

9. Разработана методика оценки состава, структуры и свойств отдельных нанокристаллов основанная на сравнительном анализе спектров оже-, фото- и характеристических потерь энергии электронов, полученных для подложки, нанопленки и нанокристалла.

нанокристаллов при которых происходит туннелирование электронов, основанная на измерении изменения удельного сопротивления. Обнаружено явление перкаляции состоящая в том, что при увеличении размера кластеров возникает сквозная электронная проводимость, при чем элементарный перескок электронов из одного кластера в другой соседний осуществляется туннельным путем. Впервые оценены размеры нанокристаллов силицидов при которых начинает происходит туннелирование электронов. В случае Si с нанокристаллами BaSi2 средний размер нанокристаллических фаз BaSi (квантовые ямы) составляет 20 – 25 нм, а расстояние между ними 20 – 25 нм (квантовые барьеры).

Оценены критические размеры нанопленок и нанокристаллов, при которых начинает формироваться электронно-зонная структура, характерная для массивных материалов.

11. Разработана модель поверхности Si с нанокристаллами силицида и модель расположения атомов на поверхности силицидной нанопленки.

Показано, что силицидные нанокристаллы имеют форму окружности, между фазами силицида и кремния формируются три кольцевидные области: в центре силицид типа MeSi2 (d = 20 – 30 нм), нестехиометрический силицид (ширина 5 – 10 нм) и Si с нерегулярным параметром решетки (ширина от 2 до 10 нм).

Изучена температурная зависимость полной кристаллизации Т к нанокластерных фаз от дозы облучения (от размеров нанокластерных фаз). В области доз от 1014 до 5·1015 см-2 эта зависимость имеет линейный характер, в интервале доз D = 5·1015 – 1016 см-2 – экспоненциальный характер, а при D > 1016 см-2 значение Тк не зависит от дозы ионов.

12. Все обнаруженные наноразмерные эффекты в нанообъектах подаются следующей классификации: электронные и молекулярно – кинетические.

При этих эффектах возникают изменения, связанные с тремя базовыми свойствами нанообъектов отличающих их от объемных материалов:

а) квантовый конфайнменд;

б) макроскопическое количество поверхностных (Таммовских) в) существенная неравновесность (сжатость или растянутость) кластера находящегося внутри матрицы.

В рамках квантового конфайнмендда (пункт а) обнаружены следующие эффекты:

увеличение щели между низшей свободной орбиталью и высшей занятой орбиталью, при этом зависимость характера увеличения щели при уменьшении размера кластера соответствует закону 1/R2 рассчитанному Эфросами [12];

при уменьшении толщины пленки явно было обнаружено уменьшение кванта плазмона от величины характерного для объемного материала до величины соответствующей чисто поверхностному плазмону;

расщепление зон до уровней в электронной структуре нанообъектов.

В рамках макроскопического количества поверхностных состояний (пункт б) некоторые из обнаруженных в кластеризованном материале состояний обладают характерными свойствами, заключающимися в том, что отношение интенсивность сигнала от поверхностных состояний к интенсивности сигнала от объемных состояний кластера нарастает при уменьшении размера кластера. Это отражает увеличивающуюся роль поверхностных состояний с уменьшением размера кластера.

В результате существенной неравновесности кластера находящегося внутри матрицы (пункт в) проявился эффект влияния размера нанокластера на температуру кристаллизации в нанокристаллах типа МеSi2: с уменьшением размера кластера уменьшается температура кристаллизации.

13. Даны научно-обоснованные рекомендации по применению полученных в работе экспериментальных результатов. В частности полученные результаты перспективны как при создании многослойных полупроводник – диэлектрик – полупроводник и металл – диэлектрик – полупроводник наноструктур, так и при разработке оптоэлектронных систем с переменной шириной запрещенной зоны.

1. Гамов Г.А. Строение атомного ядра и радиоактивность. – МоскваЛенинград: Гостехтеорфизиздат, 1932. - 80 с.

2. Pat. US 43433993. Scanning tunneling microscope / Binning G., Rorer H.

// – 1982. – Aug. 4.

3. Binning G., Quate G.F., Gerber Ch. Atomic force microscopy // J. Phys.

Rev. Lett. – New York, 1986. – V. 56. – P. 930.

4. Drexler E.K. Engines of creation. – New York: Anchor Books Doubleday, 1986. - p. 299.

5. Алтухов А.А., Жирнов В.В. Анализ морфологии и стехиометрии пленок CoSi2/Si (100), полученных методами ТФЭ и РЭ // Тонкие пленки в электронике: Материалы II-го Всесоюзного межотраслевого совещания. – Москва-Ижевск, 1991. – С. 15-22.

6. Умирзаков Б.Е. Исследование профилей распределения атомов контактирующего материала по глубине чистого и ионно-легированного кремния // Поверхность. – Москва, 1992. – № 9. – С. 119-123.

7. Арсеньева-Гейль А.Н. Внешний фотоэффект с полупроводников и диэлектриков. – М.: Техн. -теор. лит., 1957. – 224 с.

8. Davis L.E., MacDonald N.C., Palmberg P.W., et al. Handbook of Auger electron spectroscopy. – Eden Prairie: Physical Electronic Industries, 1976. – 252 p.

9. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии / Пер. с анг. под. ред.

Ю.И.Головина. – М.: Техносфера, 2004. – 376 с.

10. Poole C.P.Jr., Farach H.A. Chemical bonding. //Semiconductor physics.

Vol. 1, ed. by K.Boer, Wiley, New York, 2001, Chapter 2.

11. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники. Учебное пособие. – М.: Университетская книга; Логос;

Физматкнига, 2006. – 496 с.

12. Эфрос Ал.Л., Эфрос А.Л. Межзонное поглощение света в полупроводниковом шаре // Физика и техника полупроводников. – СанктПетербург, 1982. – № 7. – V. 16. – C. 1209-1214.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ТашГТУ, 2004. - 147 с.

2. Умирзаков Б.Е., Нормурадов М.Т., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К. Наноматериалы и перспективы их применения. – Ташкент: MERIYUS, 2008. - 256 с.

3. Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A. The influence of annealing on composition and structure of GaAs implanted by low-energy Ba ions // Surface Investigation. – London, 2001. – V. 16. – P. 731-736.

4. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К. Создание многокомпонентных эпитаксиальных пленок на поверхности GaAs методом ионной имплантации и отжига // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – Москва, 2002. –№4. – С. 80-84.

5. Normuradov M.T., Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Tashatov A.K. Influence of ion implantation and annealing on composition and structure of GaAs surface // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics.

– Kiev, 2002. – V. 5. – № 2. – P. 138-141.

6. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Modification of the physical and chemical properties of GaAs/Ge surface epitaxy films by ion implantation // Surface and Coatings Technology. – Holland, 2002. – № 158–159. – P. 704-707.

7. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Рисбаев А.С., Нормурадов М.Т. Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия поверхности GaAs, легированного ионами бария // Поверхность.

Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – Москва, 2002.

– № 12. – С. 90-93.

8. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Балтаев Э.У. Формирование наноразмерных фаз в эпитаксиальных пленках кремния и изучение их физико-химических свойств // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – Москва, 2003. – № 8. – C. 101-104.

9. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К. Электронные свойства поверхности гетероструктурных пленок MexSiy/Si и Ga1-xMexAs/ GaAs, созданных методом ионной имплантации // Известия Российской Академии Наук. Серия Физическая. – Москва, 2003. – Т. 67. – № 9. –С. 1362Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Boltaev E.U., Dzhurakhalov A.A. Obtaining of epitaxial films of metal silicides by ion implantation and molecular beam epitaxy // Materials Science and Engineering B. – Holland, 2003.

– V. 101. – P. 124-127.

11. Ташмухамедова Д.А. Применение низкоэнергетической ионной имплантации для создания нанопленок на поверхности диэлектрических пленок CaF2 // Узбекский физический журнал. – Ташкент, 2004. – V. 6. – № 1.

– C. 46-50.

12. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Миржалилова М.А.

Изучение структуры и свойств нанокристаллов, созданных в приповерхностной области Si, GaAs методом низкоэнергетической ионной имплантации // Известия Российской Академии Наук. Серия Физическая. – Москва, 2004. – Т. 68. – № 3. – С. 424-426 (Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Mirzhalilova M.A. Study of structure and properties of nanocrystals formed in Si and GaAs low-energy ion implantation // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics. – Moscow, 2004. – V. 68. – № 3. – Р.

483-486).

13. Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Ташмухамедова Д.А., Нормурадов М.Т. Процесс формирования нанопленок на поверхности CaF2 при ионной имплантации и последующем отжиге // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – Москва, 2004. –№12. –C.90-94.

14. Ташмухамедова Д.А. Исследование состава и электронной структуры границы раздела CoSi2/Si // Известия Российской Академии Наук.

Серия Физическая. – Москва, 2006. – Т. 70. – № 8. – С. 1230- (Tashmukhamedova D.A. Study of composition and electronic structure of CoSi2/Si interface // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics. – Moscow, 2006. – V. 70. – № 8. – Р. 1409-1411).

15. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Влияние прогрева и электронной бомбардировки на состав и структуру силицидных нанопленок // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.

– Москва, 2007. – № 11. – C. 1-3.

16. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Кадыров Б.А. Применение ионной имплантации для получения нанопленок силицидов металлов // Узбекский физический журнал. – Ташкент, 2008. – V. 10. – № 2. – С. 132-136.

17. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Мавлонов Б.Б.

Формирование нанокристаллов и нанопленок трехкомпонентных соединений на поверхности тонких пленок CaF2 при имплантации ионов активных металлов и последующем отжиге // Узбекский физический журнал. – Ташкент, 2009. – V. 9. – № 5-6. – С. 371-375.

18. Патент РУз № IAP 04080. Способ получения нанокристаллов силицида металла / Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П., Юлдашев Ю.Ю. // Расмий ахборотнома. – 2010. – № 1.

19. Патент РУз № IAP 04081. Способ получения трехкомпонентных наноструктур на основе арсенида галлия / Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П., Ташатов А.К., Мавланов Б.Б. // Расмий ахборотнома. – 2010. – № 1.

20. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е. Электронные свойства поверхности гетероструктурных пленок MexSiy/Si и Ga1-xMexAs/GaAs, созданных методом ионной имплантации (обзор) // Сборник материалов XV международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2001. – Т. 2. – С. 208-211.

21. Tashmukhamedova D.A., Normuradov M.T., Beknazarov F.N., Umirzakov B.E., Tashatov A.K. The effect of annealing on silicon surface crystalline structure by the low energy Ba ions // Сборник материалов XV международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2001. – Т. 2. – C. 212-214.

22. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Миржалилова М.А., Парманкулов И.П., Файзуллаев Р.Ф. Создание переходных согласующихся слоев на границах раздела системы GaAs – CaF2 // Сборник материалов XV международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2001. – Т. 2. – C. 215-218.

23. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Миржалилова М.А.

Изучение структуры и свойств нанокристаллов, созданных в приповерхностной области Si, Ge, GaAs методом низкоэнергетической ионной имплантации // Сборник материалов XVI международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2003. – Т.2. – C. 67-70.

24. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Болтаев Э.У., Джураев Ш.Х., Ташатов А.К. Процесс формирования нанопленок на поверхности CaF2 при ионной имплантации и последующем отжиге // Сборник материалов XVI международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2003. – Т.2. – C. 232-234.

25. Эшкулов А.А., Гаибов А.Г., Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е.

Влияние ионной имплантации на электронные свойства тонких пленок Ga1-xInxAs/GaAs // Сборник материалов XVI международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2003. – Т. 2. – C. 241-243.

26. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Tashatov A.K., Boltaev E.U.

Electron structure of CoSi2/Si (100) epitaxial films // Nuclear science and its application. – Almaty, 2003. – P. 66-69.

27. Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Tashatov A.K., Boltaev E.U.

Investigating of composition, structure and properties of Si modification under variable dose ions implantation influence // Nuclear science and its application. – Almaty, 2003. – P. 113-119.

28. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П.

Исследование состава и электронной структуры границы раздела CoSi2/Si // Сборник материалов XVII международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2005. – Т. 2. – С. 232-235.

29. Ташмухамедова Д.А. Исследование формирования нанопленок на поверхности Si при ионной имплантации методами электронной спектроскопии // Сборник материалов XVII международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2005. – Т. 2. – С. 214-216.

30. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П., Мурадкабилов Д.М. Изучение динамики образования силицидных нанокристаллов и нанопленок в приповерхностной области Si в процессе ионной имплантации и последующего отжига // Харьковская нанотехнологическая ассамблея. – Харьков, 2006. – С. 25-28.

31. Нормурадов М.Т., Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Мавлянов Б. Энергетическая диаграмма трехкомпонентной структуры типа CoSi2/Si/CaF2 // Сборник материалов XVIII международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2007. – Т.

2. – C. 224-226.

32. Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Ташмухамедова Д.А., Мавлонов Б.

Оптимальные режимы получения тонких структур методами сверхвысоковакуумного осаждения и ионной имплантации // Сборник научных статей научно-технического конгресса термистов и металловедов. – Харьков, 2008. – C. 41-46.

33. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Муродкобилов Д.М., Абдуллаев Т. Применение ионной имплантации для создания зародышей упорядоченных наноразмерных фаз // Сборник научных статей Харьковской нанотехнологической ассамблеи. – Харьков, 2008. – C. 73-75.

34. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Оценка критических размеров нанопленок и нанокристаллов по формированию электроннозонной структуры характерной для твердых тел // Сборник материалов XIХ международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2009. – Т. 2. – C. 264-267.

35. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Миржалилова М.А., Мурадкабилов Д.М. Электронная структура многокомпонентных наносистем и структур с монотонно изменяющейся шириной запрещенной зоны // Сборник материалов XIХ международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2009. – Т. 1. – C. 356-358.

36. Нормурадов М.Т., Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Парманкулов И.П. Влияние ионной имплантации на электрофизические свойства тонких пленок CaF2 // Сборник материалов XIХ международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2009. – Т.

2. – C. 119-121.

Тезисы Международных и Республиканских конференций 37. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Kamanov B. Study of features of nano-silicides structures created by ion- implantation // The 7th Joint International Symposium NANOSCIENCE: Problems and Prospects Quantum Functional Materials and Devices. – Tashkent, 2008. – P. 25-28.

38. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Tashatov A.K., Beknazarov F.N., Normuradov M.T. Electronic properties of metal silicides thin films // European materials research society. – Strasbourg, 2001. – D – IX.4, D-18.

39. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Tashatov A.K., Beknazarov F.N., Normuradov M.T. The research influence of ion implantation with different irradiation doses on the temperature of monocrystal structure formation // Ion Beam Analysis – 15. – Cairns, 2001. – P2 – 62.

40. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Ganiev K.K., Normuradov M.T. The research of thin film condition and property acquired on the basis of Si and GaAs by ion implantation method // 19th International Conference on Atomic Collisions in Solids. – Paris, 2001. – Р. 146. A 127.

41. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. The research of CaF electronic characteristics at the infliction on its surface of GaAs variable thickness thin films // Radiation effects in insulators – 11. – Lisbon, 2001. – P – I.6.

42. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Нормурадов М.Т., Ташатов А.К., Парманкулов И.П. Электронная спектроскопия поверхности эпитаксиальных пленок CoSi2/Si(100) // ХХХII Меж. конф. по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2002. – С. 106.

43. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Electronic structure and properties of GaAs films under low energy Ba+ ion implantation // European materials research society, Symposium S. – Strasbourg, 2002. – P. S-25. S/PII.01.

44. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Tashatov A.K. Modification of surfaces properties Si, GaP and CaF2 under ion implantation combined with annealing // 13th international conference on ion beam modification of materials. – Kobe, 2002. – P1-072.

45. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Балтаев Э.У., Рахманкулов А. Исследование структуры и свойств наноразмерных силицидных фаз, созданных ионной имплантацией // III республиканская конференция по физической электронике. – Тошкент, 2002. – С. 70.

46. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Electronic properties of CaF nanofilms under low energy Ba+ ion-implantation combined with annealing // Proceedings of the 1st seminar “The Opportunities for Application of Information Technologies for Development of Education and Economic Growth”. – Tashkent, 2003. – P. 92-93.

47. Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A. The prospects of creation the multi-layer thin-film structure on the basis of silicon by ion-implantation // Thirteenth International Conference on Microscopy of Semiconducting Materials.

– Cambridge, 2003. – P. P3-3.

48. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Baltaev E.U. Composition and electronic properties of low-sized phases, formed on epitaxy films of silicon under ion-implantation // Thirteenth International Conference on Microscopy of Semiconducting Materials. – Cambridge, 2003. – P. P3-15.

49. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Балтаев Э.У. Создание многокомпонентных нанопленок методом ионной имплантации на основе CaF2 // XXXIII международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2003. – С. 76.

50. Ташмухамедова Д.А., Шахобиддинов З.Н. Ахмеджанов М.Р.

Получение эпитаксиальных пленок силицидов металлов методами ионной имплантации и молекулярно-лучевой эпитаксии // Научно-практической и методической республиканской конференции профессорскопреподавательского состава «Технические науки в условиях рыночной экономики». – Ташкент, 2003. – C. 56.

51. Миржалилова М.А., Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Саидбеков Д.Т. Электронная спектроскопия поверхности GaAs, легированного ионами активных металлов // Научно-практической и методической республиканской конференции профессорскопреподавательского состава «Технические науки в условиях рыночной экономики». – Ташкент, 2003. – C. 54.

52. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Baltaev E.U. Composition and electronic properties of low sized phases, formed on epitaxy films of silicon under ion implantation // European Materials Research Society, Symposium E. – Strasbourg, 2003. – P. E/PII.28.

53. Tashmukhamedova D.A. Modification of CaF2 films by implantation of active metals ions // European materials research society, Symposium G. – Strasbourg, 2004. – P – G/PII.12.

54. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Миржалилова М.А.

Структура и свойства нанокристаллов BaSi2 созданных ионной имплантацией // Труды второй межд. научно-технической конф. «Высокие технологии и развитие высшего технического образования в XXI веке». – Ташкент, 2004. – С. 211-212.

55. Ташмухамедова Д.А., Балтаев Э.У., Мавлянов Б. Методы получения наноструктур // Материалы II республиканской научнопрактической конференции «Актуальные проблемы современной физики». – Термиз, 2004. – С. 103-105.

56. Ташмухамедова Д.А. Перспективы применения ионных пучков в создании наноструктур и нанопленок (обзор) // Материалы конференции «Фотоэлектрические явление в полупроводниках». – Ташкент, 2004. – С. 54.

57. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П., Ташатов А.К. Влияние ионной имплантации на состав, структуру и свойства тонких пленок Ga1-xAlxAs/GaAs // Материалы конференции «Фотоэлектрические явление в полупроводниках». – Ташкент, 2004. – С. 125.

58. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Балтаев Э.У. Электронные свойства многокомпонентных нанокристаллов и нанопленок полученных имплантацией ионов в Si и GaAs // XXXIV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2004. – C. 113.

59. Ташмухамедова Д.А. Влияние бомбардировки ионами Ar+ и Ba+ на состав и структуру GaP // XXXIV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2004. – С. 114.

60. Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Baltaev E.U., Mavlanov B.

The prospects creation of semi-conductor nanocrystalline and nanofilms by ionimplantation // 8th International Conference “Solid State Physics”. – Almaty, 2004.

– P. 335-336.

61. Tashmukhamedova D.A. Influence of ion and laser treatment on composition, structure and properties of epitaxy CaF2 films // 8th International Conference “Solid State Physics”. – Almaty, 2004. – P. 159-161.

62. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Ion-implantation and nanotechnology // European materials research society, Symposium A. – Strasbourg, 2005. – P – A/PI.27.

63. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Парманкулов И.П., Миржалилова М.А., Ахмеджанов М.Р. Электрофизические свойства ионно – имплантированного кремния // Материалы IV республиканской конференции «Рост, свойства и применение кристаллов». – Нукус, 2005. – С. 31-32.

64. Ташмухамедова Д.А., Ахмеджанов М.Р., Балтаев Э.У. Физические свойства тонких трехкомпонентных эпитаксиальных пленок на основе А 3В5 // Тезисы докладов IV республиканской конференции «Физическая электроника». – Ташкент, 2005. – С. 55.

65. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Зависимость температуры кристаллизации постимплантационного отжига приповерхностных слоев Si от энергии и дозы ионов бария // Тезисы докладов IV республиканской конференции «Физическая электроника». – Ташкент, 2005. – С. 136.

66. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Исследование электронной структуры поверхности ионно-имплантированного CaF2 // XXXV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2005. – C. 190.

67. Нормурадов М.Т., Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А.

Нанотехнология: развитие и будущее // Материалы III республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной физики». – Термиз, 2006. – С. 15-17.

68. Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Мавлянов Б., Умирзаков Б.Е.

Электронные свойства пленок GaAs/CaF2 переменной толщины // Материалы III республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной физики». – Термиз, 2006. – С. 106-107.

69. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Парманкулов И.П., Гулямов А.М. Изучение динамики образования наносилицидов металлов в процессе ионной имплантации и отжига // XXXVI международная конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2006. – C. 138.

70. Нормурадов М.Т., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Ташмухамедова Д.А., Миржалилова М.А. Изучение электронной структуры трехслойных ультратонких пленок CoSi2/CaF2/GaAs // XXXVI международная конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2006. – C. 139.

71. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Кадиров Б.А., Мурадкабилов Д.М. Влияние прогрева и электронной бомбардировки на состав и структуру силицидных нанопленок // XXXVI международная конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2006. – C. 140.

72. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Obtained of nanofilms and nanostructure on the basis of GaAs by low-energy ion-implantation // European materials research society, Symposium A. – Strasbourg, 2006. – Р. A A1 10.

73. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Influence of long external actions on composition and properties silicides nanofilms // International Conference on Ion Beam Modification of Materials. – Taormina, 2006. – P. M160.

74. Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Kadirov B.A., Murodkobilov D.M. Optical properties GaAs/CaF2 nanofilms variable thickness // International Conference on Ion Beam Modification of Materials. – Taormina, 2006. – P. M183.

75. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Нормурадов М.Т., Мурадкабилов Д.М. Изучение процесса образования четырех компонентных соединений на поверхности пленки GaInAs/GaAs (111) при ионной имплантации методами электронной спектроскопии // Материалы международной конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы физики» посвященной 15-летию независимости Узбекистана. – Ташкент, 2006. – С. 295.

76. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Мавлянов Б.

Электронно-спектроскопические исследования силицидных нанопленок и нанокристаллов, полученных методом низкоэнергетической ионной имплантации // Материалы международной конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы физики» посвященной 15-летию независимости Узбекистана. – Ташкент, 2006. – С. 384.

77. Normuradov M.T., Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A.

Electronic properties of GaAs/CaF2 nanofilms with variable thickness // The 5th Joint International Symposium “NANOSCIENCE: Problems and Prospects (Quantum Functional Materials and Devices)”. – Tashkent, 2006. – P. 39.

78. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Bunazarov D. Formation silisides nanocrystals at ion-implantation and annealing // Second International Conference on Frontiers of Advanced Engineering Materials. – Lahore, 2006. – P.

06/39.

79. Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Mirjalilova M.A.

Murodkobilov D.M. Electronic properties nanofilms CoSi2/Si (111) // Second International Conference on Frontiers of Advanced Engineering Materials. – Lahore, 2006. – P. 06/40.

80. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Кудашев А. Получение и изучение свойств наноразмерной гетероструктуры Si/CoSi2/Si // Международная конференция «Неравновесные процессы в полупроводниках и в полупроводниковых структурах». – Ташкент, 2007. – С. 87-88.

81. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Шевляков В. Новые сведения о возможностях получения (образования) наноматериалов // Международная конференция «Неравновесные процессы в полупроводниках и в полупроводниковых структурах». – Ташкент, 2007. – С. 88-89.

82. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Optical properties of GaAs/CaF2 nanofilms with variable thickness // 12th International Conference on Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors. – Berlin. 2007. – P.

150.

83. Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A. Composition and structure nanosize phases of barium silicides created by ion-implantation // 12th International Conference on Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors. – Berlin. 2007. – P. 134.

84. Normuradov M.T., Umirzakov B.E., Tashatov A.K., Tashmukhamedova D.A. Composition and structure nanosize phases of barium silicides created by implantation of Ba+ ions in Si // The 6th Joint International Symposium on Quantum Functional Semiconductors. – Seoul, 2007. – P. 30-31.

85. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Муродкобилов Д.М., Шералиев М.У. Общие сведения о возможностях получения искусственных наноматерилов // Труды международной научно-практической конференции «Казахстан в новом мире и проблемы Национального образования». – Шымкент, 2008. – Т. 3. – С. 323-325.

86. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Миржалилова М.А., Умаров Н.Н. Кристаллическая структура нанокристаллов и нанопленок силицидов металлов // Труды международной научно-практической конференции «Казахстан в новом мире и проблемы Национального образования». – Шымкент, 2008. – Т. 3. – С. 326-330.

87. Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Ташмухамедова Д.А. Оптимальные режимы получения нанопленочных структур в условиях сверхвысокого вакуума // Материалы IV республиканской научной конференции «Рост, свойства и применение кристаллов». – Андижан, 2008. – С. 13-15.

88. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ахмеджанов М.Р., Муродкобилов Д.М. Применение ионной имплантации для создания зародышей упорядоченных наноразмерных фаз // Материалы XXXVIII международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2008. – С. 147.

89. Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Tashatov A.K., Mavlyanov B. The investigation of structure and properties of geterostructure nanofilms produced by the methods of epitaxy and ionic implantation // 6th European workshop on Secondary Ion Mass Spectrometry. – Munster, 2008. – P. 43.

90. Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Display of quantum properties nanocrystals depending on their sizes // 6th European workshop on Secondary Ion Mass Spectrometry. – Munster, 2008. – P. 111.

91. Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Кучкаров У.Т.

Применение оже – электронной спектроскопии для определения степени покрытия поверхности Si силицидом металлов при ионной имплантации // Тезисы докладов VI международной конференции «Кремний» и V школы молодых ученых и специалистов. – Новосибирск, 2009. – С. 212-213.

92. Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Холмухамедова В., Раббимов Э., Ахмеджанов М.Р. О применении низкоэнергетической ионной имплантации для создания нанопленок и нанокристаллов на поверхности полупроводников и диэлектрических пленок (обзор) // Материалы XXXIX международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2009. – С. 114.

РЕЗЮМЕ

Ключевые слова: ионная имплантация, нанокристаллы, нанопленки, гетероструктура, дифракция электронов, электронная спектроскопия, туннельный эффект, дискретные зоны, многослойная система.

Объекты исследования: Ионно-лучевая обработка и электронная спектроскопия поверхности твердых тел.

Цель работы: Изучение закономерностей и выяснение физических механизмов формирования одно- и многокомпонентных нанопленок, нанокристаллов и сверхрешеток на основе полупроводниковых и диэлектрических пленок при низкоэнергетической ионной бомбардировке в сочетании с отжигом.

Методы исследования: Оже – электронная спектроскопия (для исследования состава), дифракция быстрых электронов, растровая электронная микроскопия (для исследования кристаллической структуры и топографии), ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия, спектроскопия упруго отраженных электронов, спектроскопия характеристических потерь энергии электронов (для исследования электронной структуры).

Полученные результаты и их новизна: Впервые разработана методика получения нанокристаллов и нанопленок на основе полупроводников и диэлектрических пленок с использованием метода низкоэнергетической ионной имплантации (Е0 = 0,5 – 5 кэВ) в сочетании с отжигом (температурный + лазерный). Выявлены основные механизмы их формирования. Впервые оценены параметры энергетических зон и кристаллической решетки силицидных нанопленок разной толщины. Обнаружено, что при 5 – 6 нм с уменьшением толщины пленки увеличивается ширина запрещенной зоны и значение постоянной решетки a. Разработана методика оценки критических размеров нанокристаллов при которых происходит туннелирование электронов. Разработана модель поверхности Si с нанокристаллами силицида.

Практическая значимость: Результаты могут быть использованы для создания новых наноматериалов и многослойных наноразмерных гетероструктур, необходимых для приборов микро-, опто- и наноэлектроники.

Степень внедрения и экономическая эффективность: Разработаны практические рекомендации для будущего использования полученных результатов в электронной промышленности. Результаты были использованы при выполнении грантов (Патент РУз № IAP 04080. Способ получения нанокристаллов силицида металла; патент РУз № IAP 04081. Способ получения трехкомпонентных наноструктур на основе арсенида галлия). Часть результатов используется в учебном процессе (Имеется акт внедрения в учебный процесс ТашГТУ).

Область применения: Физическая электроника и физика поверхности, микро-, опто- и наноэлектроника, ионно-лучевая и лазерная технология, производство полупроводниковых приборов.

Физика-математика фанлари доктори илмий даражасига талабгор Ташмухамедова Дилноза Артикбаевнанинг 01.04.04 – «Физикавий электроника» ихтисослиги бўйича «Ярим ўтказгич ва диэлектрик пленкаларни кичик энергияли ионлар билан бомбардимон илганда осил бўлувчи нанопленкалар ва нанокристалларнинг электрон спектроскопияси» мавзусидаги диссертациясининг

РЕЗЮМЕСИ

Тадиот объекти: атти жисм юзасига ион – нурли ишлов бериш ва электрон спектроскопия илиш.

Ишнинг масади: Кичик энергияли ионли бомбардировка илиш ва ундан кейинги издириш усули билан ярим ўтказгичли ва диэлектрик пленкалар асосида бир ва кўп компонентли нанокристаллар, нанопленкалар ва ўтапанжараларнинг шаклланиш онуниятларини ва физик механизмларини анилаш.

Тадиот усули: оже – электрон спектроскопия (таркибни ўрганиш учун), тез электронлар дифракцияси, растрли электрон микроскопия (кристалл тузилиш ва топографияни ўрганиш учун), ультрабинафша фотоэлектронлар спектроскопияси, эластик айтган электронлар спектроскопияси, характерли энергиясини йўотган электронлар спектроскопияси (электрон тузилишни ўрганиш учун).

Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги: Биринчи марта кичик энергияли ионлар имплантацияси (Е0 = 0,5 – 5 кэВ) ва кейинги издириш (хароратли + лазерли) усулидан фойдаланиб ярим ўтказгич ва диэлектрик пленкалар асосида нанокристаллар ва нанопленкалар олиш усули ишлаб чиилди.

Уларни ќосил илиш механизмлари аниланди. ар хил алинликдаги силицид нанопленкаларнинг энергетик зоналари ва кристалл панжара параметрлари биринчи мартта аниланган. алинлиги 5 – 6 нм бўлган пленкаларда алинлик камайиши билан таъиланган зона кенглиги ва панжара доимийси a нинг иймати ошиши кузатилган. Электронларнинг туннель ўтиши рўй берадиган нанокристалларнинг критик ўлчамларини баолаш усули ишлаб чиилган.

Силицид нанокристалларига эга бўлган Si сиртининг модели ишлаб чиилди.

Амалий ахамияти: Олинган натижалар микро-, опто- ва наноэлектроника асбоблари учун керак бўлган янги материалларни олиш ва кўп атламли наноўлчамли гетеротизимлар яратишда ўлланилиши мумкин.

Татби этиш даражаси ва итисодий самарадорлиги: Электрон саноатида олинган натижаларни келажакда татби этиш учун амалий тавсиялар ишлаб чиилди. Натижалар грантларни бажаришда фойдаланилди (IAP 04080 раамли ЎзР патенти. Способ получения нанокристаллов силицида металла; IAP раамли ЎзР патенти. Способ получения трехкомпонентных наноструктур на основе арсенида галлия), амда ўув жаранида ўлланилмода (ТошДТУ ўув жаранига ўлланилганлиги тўрисида акт мавжуд).