УДК 006.91765.018
ОЦЕНИВАНИЕ КАЧЕСТВА МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ ИСХОДНЫХ ПОДЛОЖЕК И СТРУКТУР С ОТКРЫТЫМИ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ
, ,
Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности,
igimar@mail.ru
В последнее время наблюдается бурный рост исследований в области связанной с получением и определением свойств низкоразмерных наноструктур, таких как квантовые точки (КТ), в связи с перспективами создания на их основе различных приборов с улучшенными свойствами. Ожидается, что наиболее широкое применение они найдут в солнечной энергетике, при изготовлении солнечных батареях 3-го поколения с КПД, превышающим 50 %, чего можно достичь за счет суммирования энергии двух длинноволновых квантов света, которые не поглощаются в материале широкозонного полупроводника, а поглощаются узкозонным материалом КТ. [1].
Несмотря на достигнутые успехи в технологии получения КТ методами молекулярно-лучевой и MOС-гидридной эпитаксии существует ряд проблем, связанных с высокой стоимостью оборудования и специфическими дефектами в полученных структурах, что требует поиска альтернативных экономически оправданных и конкурентных методов для их замены. В качестве такой альтернативы для получения наногетероэпитаксиальных структур с КТ мы используем метод жидкофазной эпитаксии (ЖЭ) с импульсным охлаждением подложки (ИОП) [2]. Изготовление квантоворазмерных структур требует не только высокотехнологического оборудования для их получения, но и создание новых методик и оборудования для подготовки основных и вспомогательных материалов, а также контроля качества исходных материалов и изготавливаемых структур на различных стадиях их производства.
Основные цели данной работы заключались в решении научно-исследовательских проблем связанных с изучением и оценкой методом атомно-силовой микроскопии качества: морфологии поверхности исходной кремниевой подложки после химико-механической полировки; морфологии поверхности исходной кремниевой подложки после проведения химико-динамической полировки; морфологии поверхности КТ арсенида индия в матрице (буферном слое) фосфида галлия, выращенных на подложках кремния с различной ориентацией методом ЖЭ с ИОП.
Полученные образцы исследовали с помощью микроскопа СММ-2000 производства -МИЭТ» г. Зеленоград, Россия в режиме атомно-силовой микроскопии [3]. Исследовали пластины, полученные в процессе ЖЭ с ИОП имеющие структуры с открытыми КТ и пластины исходного материала до химико-динамической обработки и после нее. Исследуемый образец выкалывался из исследуемых пластин, после чего крепился с помощью двухстороннего скотча на держатель образцов микроскопа. Сканирование проводили мягкими кантилеверами марки MSCT фирмы Veeco, USA, наиболее длинной консолью самой малой жесткости, с условным нажимом в 20 единиц (градусов отгиба кантилевера) со скоростью сканирования около 4 мкм/сек и количеством усреднений в точке – 16, что дало нам приемлемые результаты при достаточно высокой скорости сканирования.
Было определенно, что исходная пластина кремния, имеющая визуально зеркальную поверхность, при исследовании методом атомно-силовой микроскопии на наноуровне имеет ряд дефектов в виде царапин, оставленных шлифовальным зерном на кремниевой подложке после химико-механической полировки, глубина которых достигает 40 нм, а длина – более 400 нм.
Было показано, что нами довольно удачно были выбраны режимы химико-динамической полировки исходной кремниевой пластины, в результате чего был снят нарушенный слой, образовавшийся после резки и химико-механической полировки. На сканированной поверхности отчетливо видны отсутствие царапин от шлифовального зерна и наличие небольших ямок, образовавшихся при травлении материала, максимальный диаметр которых составляет порядка 300 нм и глубина – 8 нм.
Проведены исследования морфологии поверхности полученных структур с открытыми КТ, выявлены размеры квантовых точек при формировании их на подложках с различной ориентацией и выращенных при одинаковых технологических условиях. Установлено, что плотность высева квантовых точек на подложке кремния с ориентацией (111), разориентированной на 4 градуса, выше, чем на подложке без разориентации, что связано, на наш взгляд, с наличием ступенек на разориентированной подложке. Этим же вызвано и наличие разных размеров квантовых точек. Большие с размерами около 150 нм по ширине и до 70 в высоту и маленькие (находящиеся на ступеньках расположенных под углом) с размерами до 120 нм по ширине и 40 нм по высоте.
Выводы
Проведенные исследования показали, что методом атомно-силовой микроскопии возможно оценивать не только качество морфологии поверхности с выращенными на ней наногетероэпитаксиальными структурами с квантовыми точками, но и проводить контроль качества морфологии поверхности исходных материалов при различных стадиях технологического процесса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Cuadra L. Intermediate Band Photovoltaics Overview/ Cuadra L., Lopez N., Luque A// 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Osaka, Japan. May, 2003, PCD IPL-B2-01
2. Патент України UA № 000 Кл. С 30В 19/00, С 30В 29/00, Н 01L 21/20 Спосіб вирощування єпітаксійних наногетероструктур з масивами квантових точок/ І. Є. Марончук, іна, І. І. Марончук.; замовник та правовласник І. Є. Марончук, іна, І. І. Марончук.; замов. 20.09.2010; опуб. 10.06.2011, Бюл. №5.
3. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия: пособие по работе на микроскопе СММ-2000 / – М.:ГОУ МИФИ (ГУ). – 2006. – 92 с.
