«II Всероссийская конференция ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ Казань 28-31 октября 2008 года ПРОГРАММА И ТЕЗИСЫ КОНФЕРЕНЦИИ Нижний Новгород 2008 Оргкомитет конференции: Чупрунов Е.В. - д.ф.-м.н., ...»

Е.С. Коваленко, Д.И. Тетельбаум Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им.Н.И.Лобачевского, Нижний Новгород 16. Напряжения в алмазоподобных пленках на кремнии при их выращивании и последующем ионном облучении П.А. Карасёв1), А.Я. Виноградов2), А.Ю. Азаров1), Н.Н. Карасёв3), О.А. Подсвиров1), А.И. Титов1), И.В. Коркин2), А.С. Смирнов1) Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Санкт-Петербург Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург Государственный университет информационных технологий, механики и оптики, СанктПетербург 17. Измерение процессов релаксации спинов оборванных связей при модификации кремния ионной бомбардировкой Д.В. Гусейнов, С.А. Яшанин, А.В. Сухоруков, А.А. Ежевский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 18. Ферромагнетизм в монокристаллическом оксиде цинка (ZnO), имплантированном ионами кобальта Р.И. Хайбуллин1), Б.З. Рамеев1,2), Р.Р. Абдуллина1), В.Ф. Валеев1), В.В. Базаров1), Ю.Н. Осин1), Ш.З. Ибрагимов3), Л.Р. Тагиров3) Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН, Казань Институт технологии, Гебзе, Турция Казанский государственный университет, Казань 19. Исследование микроструктуры, оптических и магнитных свойств эпитаксиальных пленок оксида цинка (ZnO), имплантированных ионами никеля Р.Р. Абдуллина 1,2), В.В. Базаров1), Ю.И. Гатиятова 1), В.И. Нуждин 1), Ю.Н. Осин 1), И. А. Файзрахманов 1), Р.И. Хайбуллин 1) Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН, Казань Казанский государственный университет, Казань 20. Дефектообразование в кремнии, имплантированном высокоэнергетичными ионами бора и кислорода Д.И. Бринкевич1), В.С. Просолович1), Ю.Н. Янковский1), Н.В. Вабищевич 2) Белорусский государственный университет, Минск, Республика Беларусь УО «Полоцкий государственный университет», Новополоцк, Республика Беларусь 21. Влияние фосфора на сегрегацию сурьмы в имплантированном кремнии А.И. Белоус1), Ю.Б. Васильев1), В.А. Емельянов1), В.Б. Оджаев2), В.И. Плебанович1), П.К. Садовский 2), А.Р. Челядинский2) Научно-производственное объединение “Интеграл”, Минск, Республика Беларусь Белорусский государственный университет, Минск, Республика Беларусь 22. Модификация Ge/Si гетероструктур наноимпульсным лазерным облучением Г.Д. Ивлев, Е.И. Гацкевич Институт физики им. Б.И. Степанова, НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь 23. Кратность поражения нанокристаллов как фактор, определяющий эффективность гашения фотолюминесценции в нанокристаллических системах при ионном облучении В.А. Стучинский, С.Г. Черкова, Г.А. Качурин, Д.В. Марин Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск 24. Электронный транспорт через многослойные нанопериодические структуры SiO/Al2O3 и имплантированные кремнием оксидные слои Al2O3, SiO2 и ZrO А.В. Ершов1), А.И. Машин1), А.Н. Михайлов2), А.И. Белов1), И.А. Чугров1), А.Б. Костюк1), Е.С. Демидов1), Д.И. Тетельбаум2) Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, Нижний Новгород Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 25. О механизмах фотолюминесценции кремния, наноструктурированного ионным облучением при дозах, близких к дозе аморфизации Ю.А. Менделева, А.И. Белов, Д.И. Тетельбаум Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 26. Моделирование структуры и получение кремниевых кластеров А.В. Нежданов, А.И. Машин, В.Г. Шенгуров, И.В. Услугин Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 27. Формирование системы вертикальных нанотрубок состава SixOy в кремниевой пластине, имплантацией гелия и обработкой в плазме кислорода А.В. Францкевич1), А.К. Федотов2), В.С. Кулинкаускас3), А.В. Мазаник2), Н.В. Францкевич1), С.И. Шеденков1) Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь Белорусский государственный университет, Минск, Республика Беларусь Московский государственный университет, Москва 28. Исследование диэлектрических структур Si/SixOy/Si и Si/SixNy/Si, методами РОР, ВИМС, СЭМ и ПЭИП в СЭМ А.В. Францкевич Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь

ДОКЛАДЫ 2 СТЕНДОВОЙ СЕССИИ

Дудин2), А.Н. Шушунов2), Д.И. Тетельбаум2) Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, Нижний Новгород Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 34. Изменения структуры пленок Al2O3 на кремнии после облучения ионами Si+ и последующих отжигов А.И. Белов1), А.В. Ершов2), А.Н. Михайлов1), Е.А. Питиримова2), С.М. Планкина2), В.Н. Смирнов2), Д.И. Тетельбаум1) Научно-исследовательский физико-технический институт ННГУ, Нижний Новгород Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 35. Комбинационное рассеяние света структур «кремний на сапфире» при импульсных световых воздействиях М.В. Захаров, Н.В. Курбатова, М.Ф. Галяутдинов, Я.В. Фаттахов Казанский физико-технический институт им. Е. К. Завойского КазНЦ РАН, Казань 36. ЭПР и фотолюминесценция в пиролитических пленках нитрида кремния, подвергнутых ионному облучению Е.С. Демидов, Н.А. Добычин, В.В. Карзанов, М.О. Марычев, В.В. Сдобняков Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 37. Управление системой дефектов в ионно-синтезированных слоях нитрида кремния Е.С. Демидов, Н.А. Добычин, В.В. Карзанов, В.В. Сдобняков Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 38. Влияние радиационных нарушений на структуру высокоориентированного пирографита Н.Н. Андрианова, А.М. Борисов, Ю.С. Виргильев, Е.С. Машкова, Н.Л. Семенова Научно-исследовательский институт ядерной физики Московского государственного университета, Москва 39. Модифицирование поверхностного слоя углеродных материалов выскодозным ионным облучением – 15 мин.

Н.Н. Андрианова, Л.Д. Богомолова, А.М. Борисов, Н.А. Красильникова, В.С. Куликаускас, Е.С. Машкова, В.В. Тарасова Научно-исследовательский институт ядерной физики Московского государственного университета, Москва 40. Исследование каталитических свойств германия, имплантированного ионами кобальта В.В. Базаров, В.Ф. Валеев, В.Н. Нуждин, Ю.Н. Осин, Н.М. Сулейманов, С.М. Хантимеров, И.А. Файзрахманов Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН, Казань 41. Введение примеси редкоземельных элементов в оптические волокна ионно-плазменной обработкой А.М.Назаров Ташкентский Государственный технический университет, Ташкент, Узбекистан 42. Моделирование нейтронного воздействия на SiGe гетероструктуры З.Ф. Красильник1), Е.В. Волкова2), А.В. Новиков1), С.В. Оболенский2), В.В. Платонов3) Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород Саровский физико-технический институт, Саров, Нижегородская область 43. Моделирование радиационно-стимулированного теплового пробоя в мощном биполярном транзисторе с учетом разогрева электронного газа А.С. Пузанов, С.В. Оболенский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород 44. Физические и физико-химические основы КНИ-фликкер-шумовых газовых сенсоров М.И.Маковийчук1), А.А.Чапкевич2) Ярославский филиал физико-технологического института РАН, Ярославль Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва 45. Роль адсорбции воды и деформации окисленных катодов в туннельной эмиссии электронов С.Н.Нагорных Нижегородский педагогический университет, Нижний Новгород Современное состояние технологии ионной имплантации (по материалам 17-той Международной конференции по технологии ионной имплантации, Монтерей, США, 8-13 июня 2008 г.) Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Международная конференции по технологии ионной имплантации традиционно служит ведущим форумом ученых из всех стран мира, на котором обсуждаются последние достижения по всем аспектам ионной имплантации, включая фундаментальные проблемы взаимодействия ионов с твердыми телами и инженерные проблемы применения в производстве последних разработок имплантационных машин и систем. На конференции, которая состоялась 8- июня 2008 года в Монтере, США, был рассмотрен широкий круг тем, в том числе процессы легирования, технологии имплантации, материаловедения, процессы контроля и определения выхода годных изделий, новые области применения ионной имплантации. Особое внимание было уделено процессам формирования сверхмелких p-n переходов, а в рамках этой темы – вопросам использования кластерных пучков и иммерсионной плазмы (Larry Larson, Sematech, Benjamin Colombeau, Chartered Semiconductor Manufacturing). Рассмотрены исторические аспекты создания и развития ионных имплантеров для полупроводниковой промышленности (Dave Armour, University of Salford). Обсуждены появившиеся в последнее время новые термины, описывающие новые технологические процессы, такие как бездиффузионный отжиг в кремниевых технологиях (Thomas Hoffman, IMEC). Новые взгляды на давно известные процессы твердофазной эпитаксиальной рекристаллизации продемонстрированы в докладе Kevin Jones, University of Florida. Использованию радиационных дефектов в литографических задачах посвящен доклад Konstantin Bourdelle, Soitec. Применение имплантации углеродных ионов для решения терапевтических проблем раковых заболеваний проанализировано в докладе Masayuki Muramatsu, National Institute of Radiological Sciences, Japan. Поштучная ионная имплантация для целей контроля флуктуаций пробегов ионов в твердых телах обсуждена в докладе Takahiro Shinada, Wasedfa University.

В целом, представленные на конференции доклады отражают современное состояние технологии ионной имплантации. Оставаясь главным технологическим процессом в современной микроэлектронике, ионная имплантация открывает для себя новые направления исследований и практических применений.

Накопление структурных нарушений в полупроводниках, облучаемых небольшими кластерными ионами А.И. Титов1), А.Ю. Азаров1), П.А. Карасёв1), С.О. Кучеев2) Государственный политехнический университет, Санкт-Петербург Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, USA Имплантация молекулярных и кластерных ионов открывает дополнительные возможности для понимания влияния плотности каскадов смещений на эффективность введения устойчивых структурных нарушений в полупроводники.

Многочисленные предыдущие исследования показали, что эта плотность может оказывать существенное влияние на процесс ионного повреждения. Однако количественный анализ такого влияния до сих пор не был сделан.

В настоящей работе исследовалось накопление структурных нарушений в Si, SiC, GaN и ZnO при их облучении при комнатной температуре ионами PFn (n = 0, 2, 4) с энергией 1.3 кэВ/аем. Условия облучения были выбраны таким образом, чтобы единственным различием при имплантации атомарных и кластерных ионов было только то, что атомарные ионы падают на поверхность образца в случайных точках, а атомы, составляющие кластерный ион, соударяются с поверхностью в одном и том же месте.

Для проведения количественного анализа экспериментальных данных предложен метод определения усреднённой плотности индивидуальных каскадов столкновений, учитывающий образование отдельных субкаскадов. Метод позволяет рассчитывать параметры, как для атомарных, так и для кластерных ионов. Он основан на статистическом анализе выходных данных стандартной программы TRIM, которые содержат пространственные координаты всех вакансий, создаваемых отдельным ионом или компонентом кластерного иона.

Оказалось, что во всех случаях возрастание плотности каскадов влияет на характер накопления повреждений. Однако это влияние оказалось существенно различным для разных материалов. Для Si и SiC увеличение плотности энергетических пиков приводит к росту эффективности повреждения в области, где каскады компонентов молекулярных ионов перекрываются. Для ZnO формирование устойчивых нарушений в объёме не зависит от плотности каскадов смещений, но эта плотность является определяющим параметром для возникновения промежуточного (между объёмным и поверхностными пиками) максимума на распределении повреждения по глубине. Наконец, в случае GaN рост плотности смещений приводит как к увеличению скорости нарастания поверхностного аморфного слоя, так и к усилению образования устойчивых нарушений в объёме материала. При анализе кроме данных по имплантации ионов PFn использовались также результаты, полученные другими авторами для других ионов.

Два механизма могут быть ответственны за увеличение эффективности образования дефектов при возрастании плотности каскадов смещений. Первый механизм – это образование нелинейных энергетических пиков, а второй – нелинейность процессов вторичного дефектообразования. В частности, динамический отжиг играет основную роль при имплантации в Si небольших кластеров лёгких атомов, в то время как нелинейные энергетические пики приводят к сильной зависимости от каскадной плотности образования устойчивых нарушений при внедрении в GaN тяжёлых ионов.

Работа поддержана грантом РФФИ 08-08- Методика расчёта плотности смещений в усреднённых индивидуальных каскадах столкновений тяжёлых и кластерных Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Пучки ускоренных ионов являются одним из наиболее полезных и удобных инструментов для модификации и анализа свойств различных материалов. Однако такое облучение всегда сопровождается образованием структурных нарушений. Одним из ключевых параметров этого процесса является плотность смещений в индивидуальных каскадах, создаваемых ионами.

При достаточно большой плотности, количество нарушений после стабилизации каскада, может быть не прямо пропорционально энергии, израсходованной ионом, что должно приводить к росту числа устойчивых дефектов. Зависимость эффективности дефектообразования от данного параметра пока количественно не исследована. Ввести определение этой плотности само по себе является непростой задачей. Попытки количественного анализа плотности смещений в усреднённых индивидуальных каскадах производились ранее [1] при недостаточно разработанном аппарате. Кроме того, ситуация с определением такой плотности дополнительно осложняется, если каждый ион создаёт не единый каскад, а несколько субкаскадов, что особенно существенно для тяжёлых и кластерных ионов. Недавно [2] была предложена более реалистичная методика расчётов плотности смещений в энергетических пиках. Однако и она не принимает во внимание возможность формирования субкаскадов.

В настоящей работе предложен и осуществлён алгоритм, позволяющий рассчитать плотности смещений в усреднённых индивидуальных каскадах, состоящих из нескольких отдельных субкаскадов. В качестве исходных данных для расчётов используются пространственные распределения вакансий для отдельных одноатомных каскадов, получаемые из стандартной программы TRIM [3]. В результате статистической обработки большого числа таких распределений по предлагаемому алгоритму удаётся получать, как усреднённые плотности, так и отклонения центров каскадов от первоначального направления движения иона в функции от глубины. Для анализа случаев бомбардировки кластерными ионами реализована модификация алгоритма, использующая в качестве входных данных комбинацию наборов вакансий, сформированных несколькими атомарными ионами, случайным образом выбираемых из имеющихся наборов. Представлены результаты расчетов плотности каскадов смещений, полученные для случаев имплантации ионов PFn в ряд полупроводниковых материалов.

Работа поддержана грантом РФФИ 08-08- 1. D. A. Thompson // Radiat. Effects, 56, 105 (1981).

2. A.Yu. Azarov, S.O. Kuchyev, A.I. Titov, P.A. Karaseov // J.Appl.Phys. 102, (2007) 3. http://www.srim.org/ Effects on Energetic Impact of Argon Clusters with Various Surfaces:

V.N. Popok1), S. Vukovi1), E.E.B. Campbell1,2), J. Samela3), K. Nordlund3) In the last two decades there has been considerable progress in cluster science as well as in experimental methods that nowadays provide well controlled beams of clusters of various species that can be used for the synthesis and modification of structures on the nm-scale [1]. However, energetic cluster impact with solid is fundamentally different from conventional ion implantation. Clusters generate multiplecollision effects. There is significant influence of mutual interaction of cluster constituents on the development of collision cascade etc. Many of these phenomena are not well studied so far.

The formation of surface nanostructures is studied on impact of small and mediumsize keV-energy argon clusters with various substrates (silicon, sapphire, rutile, graphite). The obtained results show significant difference in formation of the nanostructures depending on type of the target material, in particular on its composition, structure, density, melting point and thermal conductivity as well as on the implantation conditions (cluster size and energy) [2]. The experiments were complemented by molecular dynamics (MD) simulations that led to the development of models on hillock and complex crater formation. Our recent study has shown the role of thin surface layer presented on top of bulk target, for instance in SiO2/Si structures. The development of the cluster collision cascade is highly affected by presence of the interface. In particular, it leads to the enhanced lateral moments of target atoms that may originate the formation of surface waves in the small local volume melted by high-energy transfer on the cluster impact [3]. It was found, that presence of the oxide layer favours formation of complex structureswhile in pure silicon the simple structures, like craters and hillocks, are predominantly formed.

Effects on impact of keV-energy Ar clusters with graphite are different from those with other crystalline materials because of layered structure and more elastic respond of the graphite lattice to cluster impacts. The violent interaction of an accelerated cluster with a target leads to extremely high local temperatures and pressures (few thousands K and few GPa) at the impact spot. According to the phase diagram of carbon these temperatures and pressures correspond to the diamond phase. Recent MD simulations predict a significant fraction of sp3-hybridized carbon atoms in the collision cascades originated by keV-energy medium size Ar clusters. Thus, the formation of diamond-like carbon nanosize inclusions can be expected on energetic cluster impact with graphite.

This phenomenon is currently under study.

1. V.N. Popok, E.E.B. Campbell, Rev. Adv. Mater. Sci. 11, 19 (2006).

2. S.V. Prasalovich, V.N. Popok, P. Person, E.E.B. Campbell, Eur. Phys. J. D 36, 3. J. Samela, K. Nordlund, V.N. Popok, E.E.B. Campbell, Phys. Rev. B 77, Импульсные мощные ионные пучки и их применение в области НИИ Высоких напряжений Томского политехнического университета, г. Томск Доклад посвящен обзору состояния работ по применению импульсных мощных ионных пучков в области материаловедения. Эти работы развиваются в настоящее время, в основном, в США, России, Японии, Китае. Импульсные мощные ионные пучки (МИП) являются эффективным и перспективным инструментом в разработке новых технологических процессов в различных отраслях промышленности. Параметры пучков используемых в исследованиях и некоторых областях практического применения охватывает достаточно широкий диапазон: энергия 105 – 106эВ, плотность мощности 106 – 109Вт/см2, длительность импульса 10-8 -10-6с, состав пучка включает ионы углерода, газов, металлов. В сравнении с другими импульсными потоками энергии (импульсная плазма, лазерное излучение, импульсные электронные пучки) МИП обладают комбинацией характерных свойств: высокий коэффициент поглощения энергии, переносимой пучком при взаимодействии с веществом; высокий коэффициент преобразования энергии в энергию переносимую пучком; возможность имплантации ионов с одновременным тепловым воздействием; равномерно распределенные по глубине (от десятых долей до единиц мкм) линейные потери энергии. Всем импульсным потокам энергии при воздействии на металлические и полупроводниковые материалы свойственно формирование характерной поверхностной структуры, микрократеров.

Применения МИП основаны на нескольких эффектах: тепловое воздействие на тонкий поверхностный слой (~0,1 – 1мкм) металлических материалов и полупроводников; короткоимпульсная имплантация с одновременным тепловым воздействием, обеспечивающим отжиг дефектов, образуемых при ионной имплантации; использование абляционной плазмы для импульсного осаждения тонких металлических и полупроводниковых пленок, синтеза наночастиц. В докладе обсуждается ряд направлений исследования развиваемых в различных лабораториях направленных на практическое использование источников МИП в области материаловедения.

Метод ионно-лучевой модификации материалов в Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Метод ионной имплантации разрабатывался на протяжении десятилетий и является неотъемлемой частью технологических приемов модификации физикохимических свойств различных материалов. В том числе модификации и оптических свойств, что естественно вовлекло метод ионной имплантации в новое направление, известное как микрофотоника.

В докладе дан обзор оптических элементов микрофотоники, их свойств и указаны возможности ионной имплантации при формировании оптически активных и пассивных элементов. В частности, рассмотрены следующие вопросы:

- возможность изготовления оптической индуктивности на основе формирования в слое, например, кремния случайно распределенного ансамбля включений другой фазы с отличной от кремния диэлектрической проницаемостью;

- применение сфокусированного ионного пучка для формирования кремниевых двумерных “прямых” (упорядоченная система стержней другой фазы, пронизывающих слой кремния или система трубок диоксида кремния в воздушном окружении) и инверсных (упорядоченная система цилиндрических пор) фотонных структур;

- микрофотонные элементы на основе КНИ структур (световоды, фильтры, зеркала, поворотные устройства, смесители и разветвители, интерферометры);

- трехмерные оптические системы, формируемые на основе базовой КНИ структуры последовательным нанесением полупрозрачной маски и облучения через маску ускоренными ионами кислорода;

- планарные системы спектрального уплотнения;

- модификация коэффициента преломления приповерхностной области диэлектриков для формирования волноводных слоев или создание сильно поглощающей свет приповерхностной области кремниевого слоя для увеличения эффективности фотодетекторов типа металл-диэлектрик-металл;

- ионно-стимулированная (ионное перемешивание) частотная подстройка спектра эмиссии лазерных гетероструктур;

- оптические детекторы на основе волноводных кремниевых слоев, легированных радиационными дефектами.

Работа поддержана грантом научной программы РАН "Создание и исследование свойств новых типов фотонных кристаллов на базе полупроводниковых и магнитных материалов для развития оптоэлектронных элементов инфокоммуникационных сетей" и грантом РФФИ № 06-07-89040-а.

Эффект дальнодействия, как отклик твердого тела на энергетические потоки малой интенсивности Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского Термин «эффект дальнодействия» (ЭД) (не вполне удачный, но укоренившийся) появился в начале 70-х годов прошлого века для обозначения аномально глубокого (с точки зрения «классических» представлений) проникновения дефектов (и примесей) при ионном облучении твердых тел.

Позднее это понятие было распространено и на другие воздействия на твердые тела, такие, как механическая и химическая обработка поверхности, трение, облучения различными видами ионизирующих излучений и т.д. Следует отметить, что объединение столь разнородных явлений в один класс не всегда правомерно и может служить источником некоторой путаницы. По нашему мнению, необходимо различать «сильные» и «слабые» воздействия (хотя не во всех случаях границу между теми и другими можно четко определить). При «сильных» воздействиях (например, при облучении мощными пучками заряженных частиц или фотонов (лазерное облучение) основную роль в распространении области изменения свойств на большие расстояния в твердых телах играют более или менее изученные явления типа ударных волн размножений и движения дислокаций при локальной пластической деформации и др. При «слабых» воздействиях подобные механизмы обычно не адекватны, поэтому интерпретация становится более трудной. (Для краткости назовем этот класс явлений ЭД второго рода). Попытки теоретической интерпретации, да и само существование ЭД второго рода, часто вызывают скептическое отношение.

Между тем, в последнее время по ЭД второго рода накоплен столь обширный экспериментальный материал, что отрицать наличие этого эффекта абсолютно невозможно. Другое дело, что разработка моделей его находится все еще в начальной стадии, и этот аспект может и должен дискутироваться.

В данном сообщении речь идет в основном о двух разновидностях ЭД второго рода – при облучении относительно малыми дозами ионов (обычно менее 1016 см-2) и световыми пучками с низкой интенсивностью (при плотностях мощности менее 1–10 Вт/см2). Именно для этих случаев получено наибольшее количество «странных» закономерностей. В сообщении приведены основные закономерности при облучении металлов и полупроводников ионами и светом, указаны общие черты и индивидуальные особенности, характеризующие зависимости изменения свойств от различных факторов – дозы, скорости набора дозы, использования непрерывного или прерывистого режимов облучения, наличия оксидных пленок и т.д. Показано, что некоторые закономерности, наблюдаемые при облучении светом, могут быть воспроизведены путем создания потоков тепловой энергии через образец при нагреве и охлаждении, тогда как повышение температуры в ЭД при облучении светом может практически отсутствовать.

На основе обобщения экспериментального материала формулируется общий подход к ЭД второго рода как к реакции твердого тела на слабые воздействия.

Реакция заключается в возбуждении деформационных волн и их действии на систему дефектов.

К вопросу о механизме фотостимулированных явлений в А.А. Колотов, В.Я. Баянкин, Ф.З. Гильмутдинов Физико-технический институт УрО РАН, Ижевск Исследованию фотомеханического эффекта (ФМЭ), т.е. изменению микротвердости под действием светового облучения посвящено значительное число работ [1-4]. Открытый впервые на полупроводниковых материалах, ФМЭ привлек к себе пристальное внимание. Несколько позже ФМЭ был обнаружен и на ионных кристаллах, а в дальнейшем и в металлах [1]. Несмотря на значительное число работ в этой области, четкого представления о природе наблюдаемых эффектов до сих пор нет.

По одной из гипотез, ФМЭ обусловлен особыми свойствами поверхностного слоя вещества и определенным образом связан с наличием, видимо, расположенных в дефектных местах кислородо-водородных комплексов.

Таким образом, причины ФМЭ следует искать в специфике поведения примесных атомов (вероятнее всего, атомов кислорода и водорода) в поверхностных слоях вещества [3,4].

В качестве объектов исследования использовались прокатанные фольги Ni, Cu, 40%Ni-60%Cu, Ta, W толщиной 30 мкм. Облучение образцов производилось галогенными лампами мощностью 100 Вт на воздухе при фиксированном расстоянии от лампы до образца. Микротвердость измерялась на приборе ПМТ-3.

Для изучения электронной структуры применялся метод рентгеноэлектронной спектроскопии (РЭС). Распределение компонентов по глубине поверхностных слоев, до и после облучения, исследовалось методом вторичной ионной массспектрометрии (ВИМС). Результаты проведенных экспериментов показывают изменение микротвердости и элементного состава поверхностных слоев облучаемых фольг. Эти изменения в значительной степени зависят от рода облучаемого материала. Методам РЭС исследована электронная структура внутренних уровней атомов, на которых отмечается ряд отличий, свидетельствующих об изменении характера межатомного взаимодействия элементов, входящих в состав исследуемого сплава. Показана роль адсорбированных на поверхности атомов (в частности атомов кислорода).

Сравнивая результаты измерения микротвердости для различных металлов была обнаружена достаточно четкая закономерность: величина относительного изменения микротвердости (H ) коррелирует с энергией образования основных оксидов исследуемых металлов ( H 0 ). Основываясь на полученных результатах, а, также используя литературные данные, обсуждаются механизмы наблюдаемых явлений.

Работа выполнена при финансовой поддержке интеграционного проекта

ФТИ УрО РАН и ИФПМ СО РАН

2. Кузьмено П.П.и др. // ФТТ. 1962. Т. 4. В. 10. С. 2656–2659.

3. Герасимов А.Б. и др// Физика и техника полупроводников. 2001. Т. 35. В. 1.

4. Новиков Н.Н. // Украинск. физический журнал. 1972. Т. 17. № 5. С.724-733.

Влияние магнитных и электрических полей на динамику изменений микротвердости кремния, индуцируемых низкоинтенсивным бета-облучением Головин Ю.И., Дмитриевский А.А., Сучкова Н.Ю., Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, Тамбов Кремний постепенно начинает занимать лидирующие позиции в области нанотехнологий, становясь конструкционным материалом. На его основе изготавливаются микромашины, MEMS/NEMS, сенсоры и др. В связи с этим, актуальным становится изучение его механических свойств (твердость, ползучесть, модуль Юнга и др.) под действием различных внешних факторов.

Значительный интерес вызывают немонотонные изменения микротвердости H, индуцируемые низкоинтенсивным облучением [1-3]. Природа подобных эффектов до сих пор остается невыясненной. Комбинирование слабых радиационных, магнитных и электрических полей с одной стороны может дать новую информацию о механизмах радиационного дефектообразования в условиях низкоинтенсивного облучения, с другой стороны приближает к естественным условиям эксплуатации кремниевых устройств.

Для облучения образцов в экспериментах использовали источники на основе Y+90Sr с интенсивностью в интервале 105…3106 cm-2s-1. Индукция постоянного и переменного магнитного поля (МП) варьировалась в интервале 0…2 T и 0…25 T соответственно. Экспозиция образцов в электрическом поле (ЭП) осуществлялась в «плоском конденсаторе», одна из обкладок которого была выполнена в виде мелкой сетки, через которую производилось облучение. Тестирование H осуществлялось на микротвердомере ПМТ-3 и на нанотвердомере Shimadsu.

Обнаружено влияние постоянного (при одновременном действии с облучением) и импульсного (действующего на стадии первого бетаиндуцированного разупрочнения) МП на процесс преобразования подсистемы вторичных радиационных дефектов, ответственных за изменение микротвердости. Показана возможность повышения радиационной стойкости кремния посредством магнитного поля.

Обнаружено, что «наложение» ЭП напряженностью Е=500 V/cm приводит к изменению времен облучения, при которых наблюдаются характерные стадии бета-индуцированного изменения H. Показано, что знак эффекта зависит от взаимной ориентации вектора напряженности ЭП и направления потока бетачастиц. Установлено пороговое значение напряженности ЭП (E=350 V/cm), ниже которого эффект не проявляется. Предложен механизм влияния ЭП на процесс формирования (в условиях низкоинтенсивного облучения) вторичных радиационных дефектов, ответственных за W-образное изменение H кремния.

(гранты № 08-02-97512 и № 06-02-96316).

Литература:

1. Golan G., et. al.. // Microelectronics Reliability. 1999. № 39, С. 1497-1504.

2. Тетельбаум Д.И., Баянкин В.Я. // Природа. 2005. № 4, С. 9-17.

3. Головин Ю.И., и др. // ФТТ. 2006. T. 48. № 2, C. 262-265.

Моделирование каскадов столкновений в двухслойной подложке Физико-технический институт УрО РАН, Ижевск Метод молекулярной динамики на основе многочастичных потенциалов атом-атомного взаимодействия позволяет корректно описывать все стадии образования дефектов кристаллической решетки, включая рекомбинацию нестабильных дефектов в низкоэнергетическом столкновительном каскаде атомов при ионном облучении[1]. Значительный интерес представляет рассмотрение механизмов образования дефектов в приповерхностных областях легких кристаллических и неупорядоченных мишеней при их бомбардировке тяжелыми ионами, когда столкновительные эффекты дополняются влиянием поверхности, выражающемся в образовании радиационно-адсорбированных атомов и поверхностных вакансий[2,3].

В данной работе выполнено молекулярно-динамическое моделирование атомных каскадов столкновений, инициируемых нормально падающими на поверхность двухслойного кристалла ионами с энергией 25, 50 и 100 eV.

Начальные координаты ионов, падающих в заданную область поверхности, вычислялись по закону случайных чисел[4]. Модельный кристаллит состоял из двух слоев различных металлов. Применялись периодические граничные условия.

Атом-атомные взаимодействия описывались многочастичным потенциалом.

Уравнения движения частиц решались методом Гира, при этом шаг интегрирования по времени не превышал 3 fs. Температура моделировалась путем задания на границах кристаллита слоя с постоянной температурой, который поглощал также привносимую ионом в кристалл энергию. Во всех случаях было проведено по 100 расчетов столкновительных каскадов, каждый из которых отслеживался в исходном кристаллите в течение 4 ps.

Приведены данные об образовании вакансий, радиационноадсорбированных и межузельных атомов в каскаде. Обсуждается влияние коллективного торможения ионов в результате одновременного взаимодействия иона с 2-3 выбитыми им из положений равновесия атомами подложки.

Работа выполнена при финансовой поддержке интеграционного проекта

ФТИ УрО РАН и ИФПМ СО РАН

Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. 216 с.

Gades H., Urbassek H.M. // Phys. Rev. B50. 1994. 11 167.

Betz G., Pellin M.J., Burnett J.W., Gruen D.M. // Nucl. Instr. Meth. B58 1991. 429.

Инженерия дефектов в имплантационной технологии Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург В докладе обобщаются результаты по развитию физических основ технологии, основанной на ионной имплантации и последующем термическом отжиге, для разработки Si светоизлучающих структур (СИС) с люминесценцией редкоземельных ионов Er3+ и Но3+ и дислокационной люминесценцией (ДЛ) [1-4].

Развитие концепции инженерии дефектов в технологии СИС позволило установить закономерности и выявить особенности, возникающие в спектрах люминесценции и протяженных дефектов при изменении условий имплантации ионов Er, Dy, Ho, O, Si и последующего отжига, и создавать СИС с желательным спектром оптически активных центров и протяженных структурных дефектов.

Для СИС с ДЛ найдены технологические условия, при которых в светоизлучающем слое вводится только один тип протяженных структурных дефектов (петли Франка, совершенные призматические петли или чисто краевые дислокации), что позволило исследовать корреляцию между концентрацией протяженных дефектов определенного типа и интенсивностью линий ДЛ.

Выявлена определяющая роль собственных точечных решеточных дефектов в зарождении и трансформации протяженных структурных дефектов и оптически активных центров. Существенные достоинства рассматриваемого метода заключаются в его совместимости с промышленной микроэлектронной технологией, однородном распределении светоизлучающих центров и протяженных структурных дефектов по всей площади Si пластин большого диаметра. Исследована эффективность возбуждения люминесценции в СИС с люминесценцией ионов Er3+ и Но3+ и ДЛ. Установлено, что эффективность возбуждения ДЛ представляющего наибольший интерес для практического применения так называемого D1 центра с длиной волны ~ 1.5 мкм изменяется более чем на два порядка в структурах, приготовленных разными технологическими методами. Изготовлены высокоэффективные Si светодиоды с электролюминесценцией при комнатной температуре.

Работа частично поддержана РФФИ (проект 07-02-01462).

1. Sobolev N.A. // Solid State Phenomena. 2008. V.131-133. P.601-606.

2. Sobolev N.A. // Physica B. 2007. V.401-402. P.10-15.

3. Sobolev N.A et al. // Appl. Phys. Lett. 1998. V.72. No.25. P.3326-3328.

4. Emel`yanov A.M., Sobolev N.A., Yakimenko A.N. // Appl. Phys. Lett. 1998. V.72.

No.10. P.1223-1225.

Формирование треков в слоях Si1-xGex – сплавов Белорусский государственный университет, Минск При прохождении тяжелых ионов сверхвысоких энергий через твердые вещества (ряд диэлектриков, интерметаллидов и полупроводников) формируются треки – длинные узкие области с модифицированным структурно-фазовым составом. Образование треков происходит в тех областях, где электронные потери энергии ионов превышают пороговый уровень. В настоящем докладе будет сделан обзор и приведены результаты оригинальных исследований закономерностей формирования треков в SiGe–сплавах. Для демонстрации эффектов, связанных с прохождением быстрых тяжелых ионов в SiGe–сплавах, использована высокая чувствительность морфологии прерывистых треков вблизи порога их формирования.

2 мкм слои эпитаксиального сплава Si1-хGeх (0 Eg особенно для узкозонных полупроводников [6], так и для расчета процессов лазерного отжига ионноимплантированных полупроводников в режиме облучения с E g > h > Ea [1,2]..

Также приводятся теоретические оценки и их сравнение с экспериментальными данными для соответствующих процессов необратимого взаимодействия лазерного излучения с твердыми телами.

1. Трохимчук П.П. Радiаційна фізика твердого тіла. Луцьк: Вежа, 2007. 394 с.

2. Trokhimchuck P.P. Foundation of Relaxed Optics. Lutsk: Vezha, 2006. 294 p.

3. Лэкс М./ В кн.: Проблемы физики полупроводников, ред. В.Л.Бонч-Бруевич.

М.: ИЛ, 1957. С.406– 4. Мотт Н., Месси Г. Теория атомных столкновений. М.: Мир, 1969. 756 с.

5. Капаев В.В. и др. // Микроэлектроника. 1983. Т.12, вып.6. С.499–511.

6. Trokhimchuck P.P. // In book: Proceedings of Fourth International Workshop RNAOPM’2008. Lutsk– Shatsk Lakes, 2008. Lutsk: Vezha, 2008. P.155–158.

Высокотемпературные магнитные полупроводники на основе соединений А3В5, Ge и Si с примесями группы железа Е. С. Демидов1,2), В. В. Подольский2), В. П. Лесников2), В. В Карзанов1,2), М. В.

Сапожников3), С. Н. Гусев1,2), С. А. Левчук1,2), Б. А. Грибков3) Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, Научно-исследовательский физико-технический институт ННГУ, Нижний Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород Разбавленные магнитные полупроводники (РМП) на основе легированных 3d-примесями группы железа алмазоподобных кристаллов привлекают внимание возможностью совмещения полезных качеств полупроводника и ферромагнетика и создания новых устройств спинтроники [1,2]. В докладе представлен обзор работ, посвящённых синтезу высокотемпературных ферромагнитных РМП.

Характерная для технологии осаждения из лазерной плазмы, как и для ионной имплантации, сильная неравновесность формирования твёрдого раствора обеспечивает необходимое для ферромагнетизма пересыщение полупроводника 3d-примесью [3,4]. Лазерная технология является низкоэнергетическим аналогом ионно-лучевого легирования. Приводятся новые результаты изучения электрических, магнитных и магнитооптических свойств тонких 50-100 нм слоев Ge:Mn, Ge:Fe, Si:Mn и Si:Fe, пересыщенных 3d-примесью с атомной долей до 30%. Использовались подложки GaAs, Si и монокристаллического сапфира Al2O3.

Ферромагнетизм слоёв подтверждён наблюдениями магнитооптического эффекта Керра, ферромагнитного резонанса (ФМР), отрицательного магнетосопротивления, аномального эффекта Холла при температурах 77- 500К.

В слоях Si:Fe наблюдался ФМР до 270 К, в слоях Ge:Mn и Si:Mn - до 400-500 К.

Высокая акцепторная электрическая активность Mn и Fe обеспечивала концентрацию дырок до 1021см-3 в наноразмерных слоях РМП, а магнитная активность - высокую намагниченность РМП. Показано, что повышение температуры осаждения слоёв Si:Mn/GaAs до 400C позволяет более равномерно распределить Mn. Решена проблема осаждения слоёв РМП на кремниевую подложку с применением облучения подложки высокоэнергетическими ионами кремния из лазерной плазмы. Обнаружена аномальная анизотропия спектров ФМР слоёв Ge:Mn/GaAs Ge:Mn/Si, осаждённых при пониженных температурах.

Эта анизотропия свидетельствует о наличии оси лёгкого намагничивания перпендикулярно плоскости плёнки.

Работа поддержана грантами РФФИ № 05-02-17362, 08-02-01222а, МНТЦ G1335, выполняется совместно с Курчатовским институтом по контракту с ФАНИ № 02.513.11.3176 (2007-3-1.3-07-07-098).

1. Furdyna J. K. // J. Appl. Phys., 1988, V. 64, P. R29.

2. Foygel M., Petukhov A. G. // Phys.Rev., 2007, V. B76, P. 205202.

3. Е. С. Демидов, Ю. А. Данилов, В. В. Подольский, В. П. Лесников, М. В.

Сапожников, А. И. Сучков // Письма в ЖЭТФ, 2006, Т. 83, C. 664.

4. Демидов Е. С., Подольский В. В., Лесников В. П., Сапожников М. В., Дружнов Д. М., Гусев С. Н., Грибков Б. А., Филатов Д. О., Степанова Ю. С., Левчук С. А. // ЖЭТФ, 2008, V. 133, P.1.

Влияние имплантации ионов бора и фосфора на свойства Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск Структуры кремний на изоляторе (КНИ) представляют собой многослойные структуры, содержащие слои кремния толщиной от единиц до сотен нанометров, отделенные от проводящей подложки слоем диэлектрика [1]. В настоящее время структуры КНИ рассматриваются как базовый материал для наноэлектроники (альтернативный объемному кремнию), поскольку позволяют: 1) подавлять (за счет конструктивных параметров структур КНИ) коротко-канальные эффекты, возникающие при масштабировании основных элементов ИС - МОПтранзисторов, 2) использовать нерадиционную (непланарную технологию) КМОП-транзисторов для увеличения быстродействия СБИС и 3) сочетать технологию приборов на их основе с кремниевой технологией.

С другой стороны, наличие скрытого окисла в структурах КНИ способно предотвращать диффузию в подложку дефектов, вводимых в отсеченный слой кремния в процессе изготовления приборов, соответственно, менять кинетику накопления и отжига дефектов (по сравнению с объемным Si) [2]. В результате дефекты могут накапливаться как в верхнем слое кремния, так и в скрытом окисле структур КНИ.

Накопление дефектов в отсеченном слое кремния приводит к так называемому эффекту плавающего тела [3], характерному для приборов на основе обедняемых слоев КНИ, когда к последним не обеспечен специальный контакт. Накопление дефектов в скрытом окисле и на границе раздела Si/SiO2 может приводить к деградации подпорогового наклона затворных характеристик МОП-транзисторов и снижению подвижности заряда в индуцированных каналах проводимости из-за дополнительного кулоновского рассеяния.

В данной работе исследуется влияние имплантации основных легирующих примесей (бора и фосфора) и условий отжигов на накопление дефектов в структурах КНИ методом вольт-амперных характеристик КНИ-МОП транзисторов и стрессовых воздействий на скрытый окисел (при постоянном напряжении на затворе, роль которого в структурах КНИ играет подложка).

Исследуется влияние остаточных пост-имплантационных дефектов 1) на подвижность носителей заряда в инверсионных каналах проводимости КНИМОП-транзисторов и 2) на плотность электрически-активных ловушек носителей заряда в скрытом окисле структур КНИ.

1. G. K. Celler, S. Cristoloveanu // J. Appl. Phys. 2003. vol. 93. P. 4955-4977.

2. O.V. Naumova et al. // Materials Science and Engineering. В. 2006. vol. 135, Issue 3. P. 238-241.

3. M. Bawedin, S. Cristoloveanu, D. Flandre,.// Solid State Electronics, 2007. vol. P.1252-1262.

Исследование состояния ионно-синтезированных нанокристаллов Si и их распределения по глубине в тонких слоях SiO2 и Al2O методами спектроскопии комбинационного рассеяния А.В. Нежданов1), А.Н. Михайлов2), А.И. Белов2), Ю.В. Замотаева1), А.И. Машин1) Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород Размерное ограничение носителей заряда в нанокристаллах (НК) Si, погруженных в широкозонную матрицу, ведет к проявлению уникальных свойств, не характерных для массивного Si. К таким свойствам относятся люминесценция при комнатной температуре и дискретные зарядовые эффекты. Эти свойства определяют перспективы использования НК Si в новых устройствах опто- и наноэлектроники. Метод ионно-лучевого синтеза позволяет управлять морфологией массива НК Si, что немаловажно для успешного применения наноструктур. Целью данной работы являлось изучение структуры и распределения по глубине ионно-синтезированных НК Si в слоях SiO2 и Al2O методом спектроскопии комбинационного (рамановского) рассеяния света (КРС).

Изучаемые образцы представляли собой пластины плавленого кварца и кристаллического сапфира, имплантированные ионами Si+ до концентрации ~ ат.% и отожженные при 1100 °С в потоке N2. По данным электронной микроскопии условия имплантации обеспечивали формирование в поверхностных слоях образцов массивов НК Si с размером менее 12 нм, неоднородно распределенных на глубине до 350 и 200 нм в SiO2 и Al2O3, соответственно.

Измерения КРС производились с помощью Фурье-спектрометра Excalibur FT-Raman (Varian, США) и зондовой нанолаборатории Интегра Спектра (НТМДТ, Россия).

Первый метод регистрирует излучение, рассеянное по всей толщине образца. Преимуществом второй методики является применение конфокальной оптической микроскопии, которая позволяет фиксировать КРС в слоях, расположенных на разных глубинах. Обнаружены пики рассеяния со сдвигом 515-521 см-1 и 527 см-1, связанные с нанокристаллическими включениями Si в кварце и сапфире, соответственно. Величина рамановского сдвига определяется пространственным ограничением фононов в НК Si, а также напряженным состоянием НК в матрице. Интенсивность рассеяния немонотонно зависит от глубины залегания НК Si, что согласуется с данными электронной микроскопии и расчетными профилями Si. Показана возможность неразрушающего контроля методами оптической спектроскопии тонких приповерхностных слоев, наноструктурированных путем ионной имплантации.

Работа частично выполнена в рамках проектов Рособразования (РНП 2.1.1.4022, 2.2.2.2.4737, 2.2.2.3.10002), CRDF (BRHE RUX0-001-NN-06, Y4-Р-01и поддержана грантом Президента РФ (МК-3877.2007.2).

Влияние сорта имплантированных ионов на формирование и свойства слоев SiO2 с нановключениями кремния Д.И. Тетельбаум1), А.Н. Михайлов1), А.И. Белов2), В.К. Васильев1), А.И. Ковалев3), Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний НТВП «Поверхность», Центральный научно-исследовательский институт Переход от массивных полупроводников к наноструктурам ставит перед физикой и практикой ионного легирования новые проблемы. В данной работе изучено влияние ионного внедрения ряда примесей на люминесцентные свойства и фазовый состав слоев SiO2, имплантированных кремнием с целью синтеза наноразмерных включений Si.

Имплантация ионов Si+ в термические пленки SiO2 проводилась с энергией 100-150 кэВ и дозами, соответствующими избытку кремния порядка 10 ат.%.

Облучение P+, B+, N+ и C+ осуществлялось либо сразу после имплантации Si+, либо после промежуточного отжига при 1000 или 1100 °С, формирующего массив нанокристаллов Si со средним размером 3-4 нм. Энергии ионов обеспечивали совмещение профилей их распределения с профилем ионов Si+, а концентрации примесей в максимуме распределения варьировались от 0,001 до 10 ат.%.

Заключительный отжиг производился при 1000 или 1100 °С.

Установлено, что облучение ионами примесей влияет на концентрацию и излучательную способность кислорододефицитных дефектов в оксидной матрице, причем это влияние зависит от массы иона и его химической природы. Изучены закономерности влияния имплантированных примесных атомов на формирование и свойства наноразмерных включений Si. Фосфор при определенных условиях усиливает фотолюминесценцию квантовых точек Si при 700-750 нм, что связано с пассивацией оборванных связей на границах раздела с матрицей и повышением вероятности излучательной рекомбинации в присутствии доноров. Внедрение других элементов ведет к последовательному с ростом дозы ослаблению люминесценции, которое в общем случае может быть вызвано возрастанием механических напряжений (образованием дефектов – центров безызлучательной рекомбинации), затруднением формирования и роста нанокристаллов Si. При больших концентрациях (1-10 ат.%) за счет термодинамического фактора имеет место преципитация примесных атомов. В случае внедрения углерода с концентрацией, равной избытку кремния в SiO2, формируются аморфные нанокластеры алмазоподобного углерода, SiC и Si, ответственные за интенсивную люминесценцию во всем видимом диапазоне спектра.

Работа частично выполнена в рамках проектов FP6 SEMINANO (контракт NMP4-CT-2004-505285), Рособразования (РНП 2.1.1.4022, 2.2.2.2.4737, 2.2.2.3.10002), CRDF (BRHE RUX0-001-NN-06, Y4-Р-01-05), РФФИ (08-03-00105) и поддержана грантом Президента РФ (МК-3877.2007.2).

Влияние мощных энергетических импульсов на кремниевые квантово-размерные наноструктуры Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск Постоянное сокращение размеров полупроводниковых приборов и обнаружение сильной люминесценции кремниевых квантово-размерных нанокристаллов сделало весьма актуальным разработку и исследование методов формирования и модификации наноструктур, в первую очередь – из кремния, основного материала современной полупроводниковой микроэлектроники.

Мощные энергетические импульсные воздействия на полупроводники давно привлекают к себе внимание исследователей, как с точки зрения физики протекающих при этом процессов, так и перспективами практического использования. С уменьшением размеров приборов и усложнением интегральных схем они приобретают все большую практическую ценность, так как позволяют модифицировать определенные микроучастки, не затрагивая смежных областей и нижележащих слоев, а также подавлять диффузию примесей. В данной работе рассмотрены формирование и модификация свойств кремниевых квантоворазмерных наноструктур в слоях SiO2 с избытком Si. Слои получались имплантацией ионов Si дозами порядка 1017 см-2 в термически выращенные пленки окисла. Было изучено действие мощных световых импульсов длительностями 1 с (галогеновые лампы), 20 мс (импульсные лампы), ~20 нс (эксимерный лазер на KrF) и 120 фс (фемтосекундный лазер на Ti:Al2O3).

Фемтосекундные лазерные импульсы способны обеспечивать уровни ионизации порядка 1020 – 1021 см-3, что дает основание ожидать проявления атермических процессов. Избыточные атомы Si в SiO2 не являются свободными, а встроены в атомную сетку окисла. Поэтому при формировании кремниевых нанокристаллов происходят сегрегация атомов Si из сетки, их диффузия к стокам, образование зародышей фазы кремния, диффузионно-лимитируемый рост размеров выделений, кристаллизация выделений и их оствальдовское созревание. Каждый из перечисленных процессов требует своих временнЫх затрат, что позволяет по результатам импульсных отжигов разной длительности проследить динамику формирования кремниевых квантово-размерных наноструктур. Еще более короткое и мощное импульсное воздействие оказывает на слои SiO2 прохождение сквозь них быстрых тяжелых ионов. При массе обычно 100 и более а.е.м. и энергиях более 100 МэВ такие ионы тормозятся с интенсивностью 1 – 100 кэВ/нм, причем энергетические потери практически полностью идут на ионизацию. В треке диаметром в несколько нанометров уровень ионизации превышает 1022 см-3, передача энергии электронов в атомную подсистему происходит за пикосекунды, а остывание идет со скоростью ~1013 К/с. В докладе представлены данные по действию ионов Хе с энергией 130 МэВ (энергетические потери 14 кэВ/нм, из них 99,77% - на ионизацию) на свойства кремниевых квантово-размерных наноструктур в слоях SiO2.

Работа поддержана грантами РФФИ № 08-02-00221-а и № 06-02-72003 МНТИ (Россия - Израиль).

Действие высокоэнергетичных ионов Хе+ на кремниевые С.Г. Черкова1), Г.А. Качурин1), Д.В. Марин1), В.А. Скуратов2) Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск Объединенный институт ядерных исследований, Дубна Обнаруженная способность кремниевых квантово-размерных структур интенсивно люминесцировать в видимой и ближней ИК областях делает их перспективными для создания на базе кремния интегрированных устройств с оптической и электрической обработкой информации. Это объясняет большой интерес, который проявляют сейчас к методам создания и модификации кремниевых наноструктур. Тяжелые ионы высоких энергий являются уникальным инструментом воздействия на физические свойства облучаемого ими материала, поскольку позволяют достигать в треках уровня ионизации до ~1022 см-3, что в свою очередь создает предпосылки протекания атермических процессов. В данной работе методом фотолюминесценции (ФЛ) исследовано действие высокоэнергетичных ионов Xe на слои SiO2 толщиной 0,56 мкм, содержащие избыточный Si. Пересыщение кремнием создавалось посредством имплантации ионов Si с энергией 140 кэВ, дозой 1017 см-2. Использованные энергия и доза ионов обеспечивали избыток Si в области Rp около 12 %. Для последующего облучения ионами Хе образцы были разделены на две партии. Одна облучалась непосредственно после имплантации Si, другая предварительно отжигалась при температуре 1100 0С в течение 30 мин в атмосфере N2 для формирования светоизлучающих нанокристаллов Si. Облучение ионами Xe проводилось с энергией 130 MeV дозами 3х1012 - 1014 см-2. Потери на электронное торможение ионов Хе в слоях SiO2 достигали 99,8 % и составляли 14 кэВ/нм. При этом за счет ядерных потерь производилось ~0,7 смещения на 1 нм пробега. В ряде случаев использовали пассивирующий отжиг в форминг-газе (94 % Ar + 6 % Н2) при С в течение 1 часа. Было обнаружено, что в неотожженных слоях исходно существует полоса ФЛ вблизи 660 нм. Облучение ионами Xe не влияет на нее существенным образом. В случае пассивации слоев в восстанавливающей среде эта полоса исчезает и появляется ФЛ вблизи ~780 нм. Причем интенсивность ФЛ в образцах, облученных ионами Хе дозами 3х1012 и 1013 см-2, превосходит ФЛ необлученных образцов. В слоях, подвергнутых отжигу при 1100 oС, возникает сильная ФЛ с максимумом ~780 нм, характерная для квантово-размерных нанокристаллов кремния. Под действием ионов Хе она гаснет, когда согласно расчетам ионы Хе вводят примерно 1 смещение на нанокристалл. Это соответствует ранним экспериментам и теоретическим расчетам по гашению ФЛ кремниевых нанокристаллов. Дальнейшее увеличение дозы ионов Хе приводит к появлению и увеличению ФЛ вблизи 660 нм. Поскольку при использованных дозах аморфизация нанокристаллов была невозможна, а отжиг при 500 оС не мог привести к кристаллизации, полоса 660 нм связывается с дефектными нанокристаллами. Сопоставлены упругие и ионизационные потери ионов Si и Хе, и обсуждается влияние ионизации, создаваемой в треках тяжелых ионов высокой энергии, на процессы структурных перестроек.

Работа поддержана грантами РФФИ № 08-02-00221-а и № 06-02-72003 МНТИ (Россия - Израиль).

Изменения в морфологии, распределении, оптических и электронных свойствах нанокристаллов кремния в SiO2 при их модификации облучением ионами высоких энергий И.В.Антонова1), М.Б.Гуляев1), Д.В.Марин1), А.Г.Черков1), В.А.Скуратов2), Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск, Россия Объединенный центр ядерных исследований, Дубна, Россия The Racah Institute of Physics, The Hebrew University, Jerusalem, Israel Полупроводниковые нанокристаллы (нк-Si) в диэлектрической матрице привлекают к себе высокое внимание благодаря таким возможным приложениям как создание светоизлучающих систем на основе кремния, элементов памяти и низкоразмерных приборных структур, работающих при высоких температурах. В данной работе предлагается новый подход, позволяющий создавать вертикально упорядоченные массивы нанокристаллов с использованием имплантации ионов высокой энергии.

В работе рассматриваются слои оксида с латеральным градиентом избыточного кремния в интервале от 4 до 94 объемных процентов. Последующий высокотемпературный отжиг позволял формировать нк-Si, концентрация которых также изменялась вдоль образца в широких пределах. Проведение дополнительной имплантации ионов высокой энергии (Kr, Xe, Bi с энергиями 90 – 670 МэВ и дозами 1012- 1013 см-2) до проведения высокотемпературных обработок, а также в слои с уже сформированными нк-Si позволяло координально изменять оптические, электрические и структурные свойства слоев. Для диагностики свойств исходных и модифицированных имплантацией нк-Si использовались такие методы как фотолюминесценция, спектральная эллипсометрия, электронная микроскопия, зарядовая спектроскопия, измерение вольт-фарадных характеристик, проводимости, температурных зависимостей тока. Установлено, что изменения, происходящие под действием ионов, определяются составом слоев. В случае относительно низкого содержания избыточного Si (менее 30%) было обнаружено значительное увеличение концентрации нанокристаллов, изменение механизмов протекания тока, усиление фотолюминесценции и расширение диапазона составов, при которых наблюдается фотолюминесценция, появление дополнительного перколяционного перехода и др. В случае высокого содержания Si наблюдается изменение размеров нанокристаллов, коллективные эффекты их перезарядки, изменение транспортных свойств. В работе обсуждаются возможные причины наблюдаемых эффектов и перспективы использования модифицированных слоев. Основная часть наблюдаемых эффектов объясняется радиационно - стимулированным введением дополнительных нанористаллов кремния вдоль треков ионов. В качестве наиболее интересных для практических применений эффектов можно отметить более эффективное использование избыточного кремния, способное приводить к усилению интенсивности фотолюминесценции нанокристаллов, формирование коррелированных распределений нанокристаллов, следствием которого являлись коллективные перезарядки нанокристаллов, и изменения механизмов проводимости через слой ncSi-SiO2.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 06-02-72003 и 08-02Роль размерных эффектов и поверхностей раздела в Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка Размерные эффекты давно изучаются в физике, химии и материаловедении, однако создание перспективных наноматериалов выдвинуло целый ряд новых задач, например, выявление применимости в наноинтервале хорошо известных соотношений Лапласа, Томсона (Кельвина), Гиббса– Оствальда, Толмена, Д. Томсона, Холла–Петча и др., роль поверхностей раздела и других факторов в свойствах наноматериалов, стабильность и воспроизводимость наноструктуры и т.д. Всё это делает актуальным рассмотрение указанной проблемы, учитывая высокий темп обновления результатов и имея в виду не только фундаментальные аспекты, но и разработку оптимальной стратегии развития нанотехнологии.

В предлагаемом докладе анализируются и обобщаются новые данные о термодинамических свойствах наноматериалов и фазовых равновесиях в этих системах, а также о физико-механических свойствах применительно к металлам, сплавам, интерметаллидам, полупроводникам и тугоплавким соединениям [1-3].

Особое внимание обращено на примеры, когда влияние размерных эффектов в наноматериалах сопровождается существенным вкладом особенностей структуры поверхностей раздела (например, в случае плавления наночастиц, расположенных в матричных системах, и поведения двойниковых границ в металлах).

Обсуждается влияние размерных эффектов на свойства типа проводимости, включая сверхпроводящие характеристики. На примере изучения гальваномагнитных свойств наноструктурных пленок TiN описывается возможность получения информации о пограничных сегрегаций примесей [4].

Сравнивается определение состава наноразмерных пленок методами энергодисперсионного анализа и резерфордовского обратного рассеяния.

Подчеркиваются трудности в изучении размерных эффектов и малоисследованные проблемы.

1. Андриевский Р.А. // УФН. 2007. Т.177, вып.7. С.721-735.

2. Андриевский Р.А., Калинников Г.В. // Физ. хим. стекла. 2007. Т.33, вып.4.

С.483-488.

3. Калинников Г.В. и др. // ФТТ. 2008. Т.50, вып.2. С.359-363.

4. Андриевский Р.А., Калинников Г.В., Дашевский З.М. // Письма в ЖТФ. 2004.

Т.30, вып.22. С. 1-9.

Зарождение и рост трёхмерных островков Ge на Si при импульсном ионном воздействии в процессе гетероэпитаксии Ж.В.Смагина, В.А.Зиновьев, А.В.Ненашев, В.А.Армбристер, А.В.Двуреченский Институт физики полупроводников, Новосибирск Экспериментальные исследования зарождения и роста трёхмерных островков Ge на Si при гетероэпитаксии из молекулярных пучков в условиях импульсного ионного облучения низкоэнергетическими (~ 100 эВ) ионами Ge+ показали, что при определённых значениях интегрального потока ионов ( 1012 см-2), энергии ионов (100 – 150 эВ) и температуры подложки (250 - 400°С) наблюдается увеличение плотности островков, уменьшение их среднего размера и дисперсии по размерам. Помимо этого, найдены условия, при которых гетероструктуры со встроенными нанокристаллами Ge1-хSix, сформированные в процессе эпитаксии с импульсным ионным облучением, не содержат протяженных дефектов. Доля содержания Ge в островках составляет 75%.

Ионное облучение сопровождается целым рядом сопутствующих процессов, каждый из которых может влиять на зарождение и рост островков. Одной из причин, приводящих к наблюдаемым эффектам, может являться генерация вакансий и междоузельных атомов в объеме растущей пленки. Междоузельные атомы и вакансии создают локальные деформации, влияющие на кинетику роста островков в области температур гетероэпитаксии.

Работа направлена на выявление основного механизма импульсного ионного воздействия на процесс зарождения и упорядочения напряженных трехмерных островков. Предложена модель ионно-стимулированного зарождения наноостровков Ge на поверхности Si, включающая в себя осаждение из молекулярного пучка; поверхностную диффузию адатомов; генерацию междоузельных атомов и вакансий ионным пучком в приповерхностном объеме растущего слоя. Кластеры вакансий и междоузельных атомов создают области локального растяжения, которые впоследствии становятся местами преимущественного зарождения островков. Это объясняется тем, что образование зародышей Ge энергетически выгодно в позиции над областью локального растяжения, где эффективное рассогласование постоянных решёток между плёнкой и подложкой меньше, чем в случае обычной гетероэпитаксии Ge/Si.

На основе предложенной модели проведены вычислительные эксперименты для эпитаксии с ионным облучением, и результаты сопоставлены со случаем обычной эпитаксии. Расчеты показали, что области локального растяжения становятся центрами преимущественного зарождения островков. Импульсное ионное воздействие в области низких температур (1016 см-2 пленка становится поликристаллической, а ее шероховатость возрастает до десятков нм.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 08-02-01280 и Фонда содействия отечественной наук

е.

1. Leong D. et al. // Nature. 1997. V.387. P.686-688.

2. Suemasu T. et al // Jap. J. Appl. Phys. 2000. V.39. P.L1013-L1015.

3. Galkin N.G. // Thin Solid Films. 2007. V.515. P.8179-8188.

Формирование слоев дисилицида железа при импульсной обработке пленок железа, осажденных на кремний Р.М. Нурутдинов, Р.И. Баталов, Р.М. Баязитов, В.А. Шустов, Г.А. Новиков Казанский физико-технический институт КазНЦ РАН, Казань Полупроводниковый дисилицид железа (-FeSi2) представляет интерес для микро- и оптоэлектроники в качестве материала на основе которого могут быть изготовлены светоизлучающие в области 1.5 мкм приборы. Одним из основных методов формирования слоев -FeSi2 на Si является вакуумное осаждение на Si пленок железа с последующим длительным отжигом при 800-900 0С (твердофазный режим роста). В тоже время имеется ограниченное число работ по жидкофазному режиму роста слоев -FeSi2, реализуемого в процессе наносекундных импульсных воздействий [1,2]. В данной работе изучалась структура, фазовый состав и морфология поверхности пленок железа на кремнии до и после импульсных обработок.

Осаждение пленок Fe на подложки Si проводилось методом несбалансированного магнетронного распыления на вакуумном посте ВУП-5М. В процессе осаждения варьировалось его время (td = 1-30 мин) и температура подложки Si (Ts = 20 0C и 500-800 0C). Скорость осаждения пленок Fe составила около 80 нм/мин для расстояния мишень-подложка 30 мм. После осаждения пленки Fe подвергались импульсной обработке лазерными ( = 0.69 мкм, = нс) или ионными (C+, E = 300 кэВ, = 50 нс) пучками. В процессе импульсных воздействий варьировалась плотность энергии (W = 1-1.5 Дж/см2) и число импульсов (N = 1-10). Фазовый состав пленок исследовался методом рентгеновской дифракции в скользящих лучах ( = 1-70), структура и морфология поверхности изучались методами растровой электронной и атомно-силовой микроскопии.

В ходе экспериментов было установлено, что осаждение Fe на «холодные»

подложки Si приводит к образованию поликристаллических пленок -Fe, которые отслаиваются при последующем нагреве (T > 300 0C). Импульсная лазерная обработка пленок Fe приводит к их разрыву на отдельные островки с размерами 1-3 мкм, состоящие преимущественно из железа. Это связано с малой глубиной расплава (менее 200 нм), которая меньше толщины пленки Fe (250 нм).

Осаждение пленок Fe на «горячие» подложки Si улучшает их адгезию к подложке, но не приводит к силицидообразованию по всей толщине пленки.

Импульсная ионная обработка сохраняет целостность пленок и приводит к образованию силицидов железа с размером зерна около 0.2 мкм. При этом состав пленок существенно зависит от плотности энергии и числа импульсов, а именно при максимальной энергии и большом числе импульсов практически все железо трансформируется в фазу FeSi2 с поликристаллической структурой.

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ № 08-02-01280, Программы ОФН РАН «Новые материалы и структуры» и Фонда содействия отечественной науке.

1.Datta A. et al. // J. Mater. Sci.: Mater. in Electr. 1999. V.10. P.627-631.

2.Wagner S. et al. // Appl. Surf. Sci. 2002. V.186. P.156-161.