автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Импульсное лазерное напыление тонких пленок и наноразмерных структур для активных сред лазеров

На правах рукописи УДК 539.23; 533.9; 538.975

Новодворский Олег Алексеевич

ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ НАПЫЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК И НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ АКТИВНЫХ СРЕД ЛАЗЕРОВ

Специальность: 05.27.03 - квантовая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

- 8 НОЯ 2012

Шатура-2012

005054619

005054619

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем лазерных и информационных технологий Российской

академии наук

Официальные оппоненты:

Ионин Андрей Алексеевич, доктор физико-математических наук, профессор, Физический институт им. П.НЛебедева Российской академии наук, главный научный сотрудник

Прокошев Валерий Григорьевич, доктор физико-математических наук, профессор, первый проректор и проректор по учебной работе Владимирского Государственного Университета им. А.Г. и Н.Г.Столетовых

Тимошенко Виктор Юрьевич, доктор физико-математических наук, профессор, Физический факультет МГУ им. М.В Ломоносова, профессор.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук

Защита диссертации состоится Об декабря 2012 г. в 14е0 часов на заседании диссертационного совета Д 002.126.01 в Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН по адресу: 140700, Московская область, г. Шатура, ул.Святоозерская, д.1.

С текстом автореферата можно ознакомиться на сайте И ПЛИТ РАН по адресу: http://www.laser.ru/science/abstract.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПЛИТ РАН.

Автореферат разослан «_»_2012 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящая работа посвящена изучению процесса импульсного лазерного напыления тонкопленочных материалов и наноразмерных структур, перспективных для создания элементно-узловой базы квантовой электроники -полупроводниковых лазеров и диодов УФ диапазона. В работе исследованы методы управления энергетическим спектром ионов факела при импульсном лазерном напылении тонкопленочных материалов и свойства тонкопленочных структур, которые обеспечиваются рассмотренными методами управления.

Актуальность темы. Разработка и исследование методов создания новых материалов субмикронных толщин и наноразмерных структур для тонкопленочных устройств квантовой электроники диктуется уникальными оптическими и электрическими свойствами таких материалов и структур пониженной размерности по сравнению с пленками микронных толщин.

В последнее время параллельно развивались несколько методов напыления тонких пленок, таких как молекулярно-лучевая эпитаксия, магнетронное распыление, химическое напыление металлоорганических соединений из газовой фазы МОС\ТЭ, ЬСУП) и др., каждый из которых нашел свое должное применение. Но особо бурное развитие получил метод импульсного лазерного напыления (ИЛН) благодаря возможности управления параметрами процесса достаточно простыми средствами. В настоящее время трудно найти тонкопленочный материал, при получении которого не использовался бы этот метод. Метод импульсного лазерного напыления с использованием различных лазеров для абляции мишеней появился в конце семидесятых годов [1-4], и стал широко используемым методом гибко перестраиваемых исследовательских технологий. Это определяется его универсальностью по отношению к напыляемому материалу, возможностью практически исключить наличие посторонних примесей и возможностью контроля в процессе роста пленочных структур, что особенно важно при разработке пленочных структур нового типа, для которых еще не существует штатных технологий[5,6]. В последнее время он стал применяться и при разработке промышленных технологий ВТСП проводов. При этом основной проблемой при лазерном напылении является присущее этому методу наличие в лазерном факеле частиц высоких энергий и большое количество капель, что ограничивает возможность широкого распространения метода импульсного лазерного напыления (ИЛН).

По сравнению с непрерывными методами напыления тонких пленок метод ИЛН обладает возможностью в широком интервале изменять энергетический спектр осаждаемых частиц и, поэтому, является одним из перспективных инструментов современных нанотехнологий, расширяющих круг материалов, для совершенствования устройств квантовой электроники, оптоэлектроники и спинтроники в вычислительной технике и линиях связи. Дальнейшее развитие ИЛН при разработке гетероструктур, впервые созданных в работах Ж.И.Алферова [7,8], может быть обеспечено возможностью управления энергетическим спектром ионов факела в широком диапазоне. Это является актуальной задачей, так как энергетический спектр оказывает существенное влияние на характеристики осаждаемых пленок. Известно, что увеличение

длины волны и плотности энергии аблирующего излучения на мишени изменяет энергетический спектр осаждаемых частиц, однако при этом значительно возрастает доля высокоэнергетических ионов, что негативно сказывается на качестве пленок. Разработка эффективных методов управления энергетическим спектром лазерного факела, снижение доли высокоэнергичных ионов, полное устранение капель в процессе импульсного лазерного осаждения тонких пленок позволит решить задачу получения однородных сплошных пленок нанометровых толщин, пленок неравновесного состава и пленок с различными структурными характеристиками. Развитие технологий ИЛН, обеспечивающих решение перечисленных проблем, позволяет получить новый технологический процесс создания широкого спектра наноразмерных пленочных структур, как для научных исследований, так и для практических приложений.

Для создания стабильных и надежных устройств квантовой электроники необходимы эпитаксиальные пленки предельно высокого качества с минимальной шероховатостью поверхности, высоким кристаллическим совершенством, с достаточной концентрацией и подвижностью носителей заряда. Для создания наноразмерных структур оптоэлектронных приборов в видимой и УФ спектральной областях используются широкозонные полупроводники. Среди них особое место занимает оксид цинка, поскольку он обладает большой энергией связи экситонов (60 мэВ), температурной и радиационной стойкостью. Применение квантоворазмерных систем на базе ZnO в качестве активной области в оптоэлектронных устройствах позволит увеличить их квантовую эффективность и снизить пороговую плотность тока. По этой причине получение наноразмерных структур на основе оксида цинка, в частности квантовых ям, и исследование квантоворазмерных эффектов в них представляется весьма перспективным как с фундаментальной, так и с практической точки зрения.

Таким образом, актуальность развития метода импульсного лазерного напыления, обеспечивающего управление энергетическим спектром лазерного факела для формирования тонких пленок и многослойных структур нанометровых толщин, определяется многочисленными практически важными приложениями, связанными с разработкой и оптимизацией новых методов синтеза наноструктур.

Целью работы является развитие метода импульсного лазерного напыления, обеспечивающее возможность управления параметрами лазерного абляционного факела для формирования тонких пленок и тонкопленочных структур, и изучение свойств тонких пленок и тонкопленочных структур, перспективных для создания элементно-узловой базы квантовой электроники (УФ лазеры), оптоэлектроники (УФ светодиоды и фотоприемники) и спинтроники (высокотемпературные ферромагнитные полупроводники), включая:

1. Разработку и создание экспериментального напылительного комплекса и методик исследования параметров факела (энергетический спектр ионов, атомов и микрочастиц факела, электронная температура, плотность ионов) в

процессе напыления; комплексное исследование пространственной эволюции компонент факела при лазерной абляции в вакууме.

2. Разработку новых подходов к управлению энергетическим спектром ионов лазерного факела, представляющих как самостоятельный интерес, так и имеющих прикладное значение для получения новых пленочных материалов.

3. Разработку эффективных методов устранения попадания капель и микрочастиц из лазерного факела на поверхность осаждаемой пленки.

4. Разработку основ технологий напыления тонких пленок металлов, полупроводников, оксидов и силицидов металлов (Та, Ре, 8!, ZnO, М§7п0, СсйпО, Мп80 нанометровых толщин методом ИЛН и исследование свойств пленок.

5. Разработку метода неравновесного легирования в процессе роста пленок широкозонных полупроводников (2пО, М§гпО, СсйпО) из твердой и газовой фазы для создания тонкопленочных материалов с требуемыми свойствами.

6. Создание методом импульсного лазерного напыления множественных квантовых ям Мдх2п1_хО/2пО, как потенциальных структур для УФ диодов и лазеров; исследование их структурных и оптических свойств. Исследование размерных эффектов и эффекта вынужденного излучения в множественных квантовых ямах Гу^х2п1_хО/2пО при импульсной оптической накачке.

7. Разработку лабораторной технологии лазерного напыления многослойных тонких пленок, создание и исследование светоизлучающих диодов на гетеропереходах я-2пО//}-СтМ, п-ЪлОИ-ЪлО!р-Са№ и

С^0,22п0 8О/р-ОаЫ, излучающих в видимой и УФ области спектра.

Научная новизна:

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана новая методика исследования динамики лазерного факела с использованием зондовой и оптической времяпролетных диагностик, позволяющая исследовать пространственно-временные распределения ионов, электронов, атомов и капель лазерного факела в процессе импульсного лазерного напыления.

2. Экспериментально исследована динамика заряженных частиц, атомов и капель факела в процессе импульсного лазерного напыления широкого круга материалов, включая А1, 51, Сг, Мп, Ре, Си, Хп, ЫЬ, 8п, Та, при абляции в вакууме:

- Показано, что функции распределения по скоростям ионов и капель в разлетающейся лазерной плазме при абляции широкого круга материалов, включая А1, 81, Сг, Мп, Ре, Си, Хп, №>, вп, Та, не являются максвелловскими. Распределение ионов по скорости является многомодальным и состоит из нескольких групп ионов с максвелловским распределением в каждой группе. Предложен механизм, объясняющий формирование неравновесных функций распределения. Быстрые группы ионов формируются в результате амбиполярной диффузии внешних слоев факела. Установлена роль столкновительных процессов ионов и атомов факела при формировании медленных групп ионов.

- Впервые исследовано распределение электронной температуры Те в лазерном факеле при абляции в вакууме мишеней из тантала, ниобия, меди излучением эксимерного лазера 308 нм. Выявлена пространственная неоднородность электронной температуры лазерного факела и закономерность изменения электронной температуры при разлете факела.

- Установлено, что распределение по скоростям капель одного размера не является максвелловским, а средняя кинетическая энергия капель разных размеров существенно различается. Установлено, что угловое распределение капель совпадает с угловым распределением разлета атомов и ионов.

3. Разработаны и реализованы новые методы управления энергией и концентрацией ионов в лазерном факеле, влияющие на качество и параметры осаждаемых пленок. Впервые показано, что облучение плазмы факела излучением импульсно периодического СОг лазера позволяет до двух раз увеличить среднюю энергию и концентрацию ионов в факеле. Впервые установлено, что в схеме двух пересекающихся факелов энергия осаждаемых ионов может изменяться более чем на порядок при изменении угла пересечения факелов.

4. Методом ИЛН впервые получены тонкие пленки алюминия, хрома, меди, ниобия, тантала, кобальта, железа, марганца, цинка и олова толщиной 2-КЮ нм. Проведены измерения сопротивления пленок в зависимости от толщины в процессе роста. Для всех пленок наблюдается классический размерный эффект монотонного уменьшения удельного сопротивления с увеличением толщины пленки. Разработана методика и впервые определен коэффициент зеркальности поверхности пленок 0,84 0,93, подтверждающий высокое качество пленок. В тонких пленках тантала и железа на фоне классического размерного эффекта наблюдается квантово размерный эффект осциллирующей зависимости удельного сопротивления от толщины пленки.

5. Разработан новый подход к неравновесному легированию широкозонных полупроводников в методе ИЛН:

- На монокристаллических подложках А12Оз и цинкита получены тонкие пленки оксида цинка п- и р-типа с удельным сопротивлением 1,1 х 10"4 Ом * см пленок гпОЮа, 1,2 Ом х см пленок 7пО:Ы и 1,9 Ом х см пленок 7пО:Р. Определена энергия активации акцепторных центров азота и фосфора в пленках ТпО, полученных методом ИЛН, которая составляет 0,083 эВ и 0,068 эВ соответственно.

- Показано, что эпитаксиальные пленки Mgx7.rii.xO и Сс1у7п,.уО, полученные методом ИЛН на подложках сапфира (0001), сохраняют кристаллическую структуру вюрцита при концентрациях магния и кадмия до 35 ат.% и 30 ат.% соответственно. Ширина запрещенной зоны MgxZnl_xO достигала значения 4,12 эВ при х=0,35, а параметр решетки а близок к параметру а пленки ZnO, что по нашим измерениям создает предпосылки для разработки тонкопленочных диодов и лазеров УФ диапазона на базе квантовых ям

6. Впервые методом ИЛН синтезированы множественные квантовые ямы MgxZnl.xO/ZnO с различной шириной квантовой ямы и высотой потенциального

барьера. В квантовых ямах Mgo.27Zno.73O/ZnO продемонстрирован размерный эффект, заключающийся в синем сдвиге границы поглощения при уменьшении ширины квантовой ямы. Установлено, что интенсивность фотолюминесценции квантовых ям Mgo.27Zno.73O/ZnO немонотонно зависит от ширины ямы Ьк, достигая максимального значения при Ь„=2,6 нм. При импульсной оптической накачке множественных квантовых ям впервые зарегистрировано вынужденное излучение на длинах волн 383 и 395 нм, порог вынужденного излучения зависит от ширины квантовой ямы и достигает минимального значения менее 300 КВт/см2 при ширинах ям 3^5 нм.

7. Впервые методом ИЛН на подложках р-ОаЫ получены и исследованы гетероструктуры и-7пО/р-ОаЫ, п-ЪпОИ-ТпО!и п-ЪпО1п-Ы%0,2Тл\0гОН-Cdo.2Zno.8O/p-GaN, демонстрирующие электролюминесценцию в УФ и видимом диапазоне спектра с максимумом излучения 495 нм, 380 нм и 465 нм при накачке постоянным током и пороговой плотностью тока 1,35 А/см2, 2 А/см2 и 0,48 А/см2 соответственно. Показано, что ЭЛ гетероструктуры п-2пО/п-К^од/по^О/г-Сс^^По^О/р-ОзЫ происходит из области /-Сс1022п08О.

Научная и практическая ценность работы заключается в том, что на основе всестороннего исследования параметров разлетающейся плазмы были найдены способы управления энергетическим спектром осаждаемых частиц факела, что позволило применять метод ИЛН для получения тонких пленок и многослойных структур. Характеристики полученных тонких пленок и многослойных структур подтверждают возможность использования метода ИЛН при решении проблем создания элементной базы квантовой электроники и фотоники. Сформулированы технические требования для лазерных напылительных установок и созданы две модификации лазерных напылительных комплексов с одним и двумя источниками плазмы. Метод лазерного напыления тонких пленок с возможностью управления энергетическим спектром и концентрацией ионов в факеле позволяет усовершенствовать лазерный технологический процесс напыления пленок и пленочных структур пониженной размерности с применением лазерного излучения видимого и ближнего ИК диапазона. Применение таких лазеров позволяет снизить стоимость технологических установок ИЛН.

Обнаруженное существенное отличие скоростей капель от скоростей атомов и ионов лазерной плазмы позволило создать оригинальный механический фильтр для предотвращения попадания капель на поверхность осаждаемой пленки и улучшить морфологию пленок.

Установлена пространственная неоднородность электронной температуры лазерного факела и закономерность изменения электронной температуры при разлете факела при абляции металлических мишеней в вакууме. Измеренные распределения концентрации ионов и электронной температуры позволили определить область оптимального поглощения излучения С02 лазера в факеле для управления его энергетическим спектром с целью изменения свойств осаждаемых пленок.

С помощью разработанного метода ИЛН получены тонкие пленки ZnO с электронным и дырочным типом проводимости и множественные квантовые

ямы MgxZni.xO/ZnO в которых наблюдалось вынужденное излучение при оптической накачке, что позволило создать образцы светоизлучающих диодов и обеспечило предпосылки для создания тонкопленочных лазеров УФ диапазона на базе ZnO.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных независимых методов диагностики лазерного факела и пленочных структур, включая методы зондовой диагностики, эмиссионной, флуоресцентной и абсорбционной спектроскопии в широком температурном интервале, рентгеноструктурные и холловские исследования, а также АСМ и электронную микроскопию. Анализ механизмов образования пленочных структур основывался на имеющихся теоретических данных. Ряд экспериментальных результатов по спектроскопии пленочных структур (квантовые ямы) подтверждается сравнением с результатами численного моделирования. При этом в большинстве случаев достигнуто не только качественное, но и количественное совпадение. Достоверность и обоснованность многих полученных экспериментальных результатов подтверждается также тем, что позднее (или одновременно и независимо) они были получены другими исследователями.

На защиту выносятся:

1. Ионные компоненты лазерного факела при абляции однокомпонентных мишеней Al, Si, Cr, Mn, Fe, Си, Zn, Nb, Sn и Та имеют мультимодальное распределение по скорости, распределение скоростей в каждой моде описывается одномерным распределением Максвелла. При взаимодействии двух факелов формируется плазменный пучок, в котором функция распределения ионов по скорости имеет мультимодальный характер.

2. При абляции металлов и полупроводников Al, Si, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, ZnO, Sn в вакууме функция распределения капельной составляющей лазерного факела по скорости и по энергии отлична от максвелловской.

3. Дополнительное облучение лазерного факела излучением С02 лазера позволяет управлять энергетическим спектром и концентрацией ионов в факеле и увеличить до двух раз среднюю энергию ионов и их концентрацию в факеле за счет ионизации атомов. Энергия ионов осаждаемого пучка в схеме напыления с пересекающимися факелами может быть уменьшена более чем на порядок относительно энергии ионов исходных факелов при изменении угла пересечения факелов.

4. В созданных модифицированным методом ИЛН пленках металлов А1, Cr, Mn, Fe, Си, Zn, Nb, Sn и Та нанометрового диапазона удельное сопротивление монотонно уменьшается с увеличением толщины (классический размерный эффект). В пленках тантала и железа наблюдается осциллирующая зависимость удельного сопротивления пленки от толщины, свидетельствующая о проявлении квантово размерного эффекта проводимости.

5. Метод ИЛН при легировании галлием, азотом и фосфором в процессе напыления позволяет выращивать на монокристаллических подложках сапфира пленки оксида цинка п- и р-типа с высоким значением удельной проводимости, а также эпитаксиальные пленки MgxZni.xO и CdyZni_yO в диапазоне

концентраций магния 0<х<0,35 и кадмия 0<у<0,2, для которых разница ширин запрещенной зоны достигает величины 1,3 эВ при рассогласовании параметров кристаллической решетки в плоскости роста (Да/а) менее 1%.

6. В созданных методом ИЛИ квантовых ямах MgxZni.xO/ZnO интенсивность фотолюминесценции немонотонно изменяется с уменьшением ширины КЯ. При импульсной оптической накачке МКЯ на базе ZnO наблюдается вынужденное излучение, порог которого зависит от ширины КЯ.

7. Метод ИЛИ позволяет создавать на подложке p-GaN электролюминесцирующие гетероструктуры «-ZnO/p-GaN, n-ZnO//-ZnO/p-GaN и M-ZnO/w-Mgo^Zno.sO/i-Cdo^Zno.gO/p-GaN, излучающие в УФ области спектра.

Работа была выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ по программе фундаментальных исследований ОИТВС РАН «Светоизлучающие полупроводниковые устройства для информационных систем (записи, хранения информации и т.п)» и по программе фундаментальных исследований Отделения нанотехнологий и информационных технологий (ОНИТ) «Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, материалы для микро- и наноэлектроники, микросистемная техника, твердотельная электроника», в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы» (Государственный контракт № 02.513.11.3169), при поддержке Фонда Поддержки Ведущих Научных Школ (Грант НШ-1633.2003.2) и Германского Министерства Образования и Исследований (BMBF), проекты RUS 00/217, RUS 06/007 и RUS 09/055 грантов РФФИ (№№ 09-08-00291,09-02-12108, 09-0700208, 09-07-12151,11-07-00359, 12-08-00642), гранта МНТЦ №3294.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах ИПЛИТ РАН, Технического университета Дрезден (Германия), на Международных конференциях: "Оптика лазеров - 93", С.Петербург, 1993, 5th International Conference on Industrial Laser Applicatins'95, IX International Conference Nonresonant Laser-Matter Interaction (St.Petersburg, 1996), European Symposium on Laser and Optics in Manufacturing (Munich, FR Germany, 1997), International Forum on Advancad High-Power Lasers and Applications (Osaka, Japan, 1999), The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics and The Laser, Applications, and Technologies Conference (ICONO/LAT), 2002, Moscow, 2010, Kazan, Russia; IQEC/LAT 2005, St.Petersburg, Russia), Международная конференция по квантовой электронике (Москва, 2002;), международных конференциях ILLA (Шатура, 1999, Суздаль, 2001, Смолян, Болгария, 2003, 2006, 2009), International Conference Advanced Laser Technologies, ALT (Siofok, Hungary, 2008; Antalya, Turkey, 2009, Egmond aan See, Netherlands, 2010), X International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro- & Nanotechnologies (FLAMN'10), St.Petersburg-Pushkin, Russia, 2010; Всероссийская конференция «Нанотехнологии — производству 2006» 2006г. г.Фрязино, МО, в материалах VI, VII, VIII, IX, X Межвузовских научных школ «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине» (МГУ, Москва 2005, 2006, 2007, 2008, 2009

гг), International Conference on Lasers, Applications, and Technologies, Minsk, Belarus, 2007, International Conference Micro- and Nano- Electronics ICMNE-2007 (Звенигород, 2007), Всерос. конф. с междунар. интернет-участием «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии»: Ижевск, 2007г., IX Российско-Китайский Симпозиум «Новые материалы и технологии» Астрахань, РФ, 2007г., на XII Международной научной конференции «Физико-Химические процессы при селекции атомов и молекул и в лазерных, плазменных и нано-технологиях» (Звенигород, 2008), 2-я международная конференция «Современные нанотехнологии и нанофотоника для науки и производства» г. Владимир, 16-19 ноября 2009г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 93 печатные работы. Основные результаты содержатся в работах [1- 56].

Личный вклад диссертанта в работы, выполненные в соавторстве, заключается в постановках экспериментальных и теоретических задач (как лично, так и совместно с соавторами), в разработке методик и создании использовавшихся в работе экспериментальных стендов, проведении всех экспериментальных исследований и их анализа совместно с соавторами, в трактовке приведенных в работе результатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения (выводов) и списка литературы. Работа изложена на 388 стр. машинописного текста, включая 169 рисунков и 13 таблиц. Список литературы насчитывает 389 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность работы, указывается цель, новизна и практическая значимость исследования, дается общая характеристика работы.

В Первой главе рассматриваются основные современные методы получения и диагностики тонких пленок и тонкопленочных структур. Обсуждаются особенности и преимущества метода импульсного лазерного напыления тонких пленок. Дается обзор нерешенных проблем в области использования лазерной абляции для получения сверхтонких пленок и пленочных структур, обосновывается выбор объектов исследования и методов управления параметрами лазерного факела в методе импульсного лазерного напыления. Детально рассмотрено оборудование и стенды, применяемое в работе для напыления и диагностики пленочных структур.

Во Второй главе изложены результаты исследования компонент лазерного факела, что представляет особый интерес при использовании импульсного лазерного напыления (ИЛН) для получения тонких пленок и наноструктур так, как параметры получаемых методом ИЛН пленок в значительной степени зависят от характеристик плазменного факела. В параграфе 2.1 обоснована необходимость исследования энергетических характеристик разлетного лазерного факела. Рассмотрены времяпролетные методы исследования компонент лазерного факела, в частности, применяемые в

работе времяпролетный зондовый метод и времяпролетный метод эмиссионной спектроскопии. Дается общее описание и обоснование методов исследования лазерного факела зондом Ленгмюра при абляции в вакууме. Основные преимущества зондовой методики сводятся к следующему: высокая разрешающая способность, непрерывность измерений в течение всего времени процесса, простота системы диагностики. По сериям зависимостей электронных токов зонда от потенциала зонда определена электронная температура факела на разных расстояниях от мишени. Установлено, что электронная температура факела неоднородна, причем она снижается от головной к хвостовой части факела. Наблюдается также уменьшение электронной температуры во всех участках факела с увеличением времени разлета. В п.2.2 описан экспериментальный комплекс для напыления тонких пленок и исследования лазерного факела, проанализированы особенности используемого диагностического стенда зондовых исследований при анализе плазмы одного и двух пересекающихся лазерных факелов. Внешний вид напылительного комплекса и схема зондовых исследований показана на рис.1.

Рис. 1. Внешний вид напылительного комплекса а) и схема зондовых исследований при абляции одной мишени б), двух мишеней в) и принципиальная электрическая схема системы регистрации зондовых исследований г). 1- излучение лазера, 2- собирающая линза, 3- окно вакуумной камеры, 4- мишень, 5- плазма, 6- зонд Ленгмюра, 7- вакуумная камера, 8-вакуумный затвор, 9- турбомолекулярный насос, 10- экран.

Измерения времяпролетных характеристик лазерного факела проводились в вакуумной камере, которая откачивалась турбомолекулярным или криогенным насосом. Исследования проводились для двух случаев: при абляции одной мишени (рис. 16) и при абляции двух мишеней, когда пересекающиеся факелы формируют плазменный пучок в направлении биссектрисы угла пересечения факелов (рис. 1в). Лазерная плазма образовывалась под действием на мишени излучения эксимерного ХеС1 (308нм) ЮТ (248нм) или гармоник (1,06 мкм, 530 нм) твердотельного ИАГ: Ыс13+ лазера с модуляцией добротности. Перемещение зонда в вакуумной камере осуществлялось вдоль оси лазерного факела в интервале 3 -160 мм. Потенциал зонда мог изменяться в пределах ±18 В относительно корпуса, который заземлялся. Для стабилизации потенциала зонда во время протекания тока источник регулируемого напряжения шунтировался емкостью 2,5 мкФ (рис.1г). В схеме перекрещенных факелов (рис. 1в) оси вращения мишеней располагались в одной плоскости, а угол между мишенями мог изменяться от 0 до 90°. Геометрией эксперимента в схеме перекрещенных факелов исключалась прямая видимость точек абляции мишеней с места расположения зонда, чем

устранялось прямое попадание на зонд заряженных частиц от каждого факела. Эмиссионные спектры лазерного факела исследованы на стенде оптической диагностики. Определение скоростного распределения капель проводилось на стенде для изучения динамики разлета капельной составляющей лазерного факела при абляции металлических и полупроводниковых мишеней. В параграфах. 2.3.1-2.3.4 описаны результаты измерения скоростей разлета ионов лазерного факела методом зонда Ленгмюра при абляции металлов. Обнаружено многомодальное распределение ионов по скорости разлета. Определена концентрация ионов в факеле на разных расстояниях от мишени. Исследована динамика энергетического спектра ионов факела. В 2.3.1 приведены результаты зондовых исследований лазерного факела при абляции мишени тантала излучением эксимерного лазера (308 нм). Были получены времяпролетные кривые (ВПК) зондового тока на разных расстояниях зонда от мишени при разных энергиях падающего лазерного излучения и потенциалах зонда. В реальном времени исследована зависимость ионного тока зонда от потока лазерного излучения и расстояния до мишени. Для характерных точек ВПК были построены вольтамперные зондовые характеристики, по ионным ветвям которых определялся потенциал насыщения ионного тока, при абляции тантала насыщение ионного тока зонда /; достигается при потенциале зонда ~ 10 В. Зондовые ВПК для ионов тантала при разных расстояниях зонда от мишени существенно различаются. Эволюция ВПК для ионов тантала с изменением расстояния при плотности энергии лазерного излучения на мишени 2 Дж/см2 представлена на рис. 2, который свидетельствует, что задержка переднего фронта сигнала пропорциональна расстоянию зонда до мишени. С увеличением расстояния от зонда до мишени амплитуда сигнала уменьшается. Для наглядности на рис.2 ВПК даны не в реальном масштабе. При удалении зонда от мишени на 10 мм (кривая 1) времяпролетный сигнал представляет собой гладкую кривую, имеющую один максимум, с резким передним и более пологим задним фронтом, спадающим до нуля примерно за 10 мкс. С удалением зонда от мишени на ВПК возникают несколько максимумов, которые с увеличением расстояния становятся более выраженными. На расстояниях 23 и 75 мм ВПК имеет два максимума. На расстоянии 113 мм начинает проявляться

третий максимум, на расстоянии 133 мм эти три максимума становятся более четкими.

В режиме бесстолкновитель-ного разлета плазмы величину ионного тока насыщения можно использовать для определения концентрации заряженных частиц. Ток в режиме насыщения определяется по формуле / = 0.5 БепУ, где 5-площадь зонда; е-заряд электрона; л-плотность ионов; К-скорость ионов на границе бесстолкновительного слоя зонда. Ионный времяпролетный сигнал

I мкс

Рис.2. Зондовые ВПК тантала при расстояниях от зонда до мишени 7, = 10(7), 23 (2), 75(3), 113 (-/) и 133 мм (5). Для наглядности масштаб кривых не соблюден, а время развертки уменьшено. Потенциал зонда -18 В.

1(1) может быть преобразован в распределение плотности зарядов в факеле:

0.55еК 0.55е1

где / - время прихода регистрируемых ионов, что было использовано для определения концентрации ионов в факеле на разных расстояниях Ь от мишени

для тантала, ниобия и меди. В разделе 2.3.5 представлены результаты зондовых исследований лазерного факела хрома, марганца и железа. Металлы с незаполненной Ъй-оболочкой (хром, марганец, железо) являются перспективными

материалами для элементной базы спинтроники. На их основе создаются тонкопленочные разбавленные

магнитные полупроводники,

многослойные тонко-пленочные

покрытия, обладающие гигантским магнитным сопротивлением,

разрабатываются сложные 21)

Рис.3. Эволюция зондовых ВПК лазерного гетероструктуры. Напыление из факела железа при изменении расстояния лазерной плазмы позволяет получать зонд-мишень Ь (вторая гармоника 22 Дж/см2). тонкие пленки обладающие

ферромагнетизмом при высоких

температурах, поэтому для оптимизации управления таким процессом необходимо исследование лазерного факела напыляемых компонентов. Времяпролетным зондовым методом исследован лазерный факел при абляции хрома, • марганца и железа в вакууме \ излучением 1,06 мкм и 0,53 мкм

УАО:Ш3+ лазера, показана эволюция

На рисунке 3 зондовых ВПК

Рис. 4. Пространственная эволюция зондовых ВПК ионной компоненты пучка, образованного при пересечении факелов Бп под углом 90°, Ь* - расстояние от зонда до точки пересечения осей исходных факелов.

лазерного факела железа при изменении расстояния зонд-мишень. Получены ВПК ионного тока на зонд в диапазоне плотностей

энергии на мишени, характерных для ИЛН (4-30 Дж/см2) при расстояниях зонд-мишень в интервале 20-120 мм. Исследовано энергетическое распределение ионов и плотности ионов на оси лазерного факела. ВПК отклоненного пучка олова, образованного при пересечении факелов (рис.1 в), характеризуются

наличием нескольких максимумов, что свидетельствует о его многомодовом составе. На рис. 4 представлены зондовые ВПК отклоненного пучка ионов, при пересечении факелов олова под углом 90° для разных положений зонда.

В разделе 2.3.6 приведены результаты аппроксимации зондовых времяпролетных кривых ионов металлов. Распределение по скоростям в группе частиц, соответствующей каждому отдельному максимуму на кривых 4 и 5 рис.2, может быть описано максвелловским распределением

/(/) ж Ш'4ежр

(£■/ 0

или сдвинутым максвелловским распределением

где К—коэффициент пропорциональности; о = (2кТ/М) 2 -наиболее вероятная скорость; Ь - расстояние от зонда до мишени; г>0 - скорость центра масс группы

ионов, удаляющихся от поверхности в столкновительном режиме. Эти распределения были использованы для приближения полученных экспериментальных кривых (Рис.5).

Рис.5. Аппроксимация ВПК лазерного факела тантала максвелловскими распределениями при расстояниях от зонда до мишени Ь — 23 (а) и 113 мм (б): 1 - экспериментальные кривые, полученные при усреднении десяти однократных измерений; 2 - их аппроксимация суммой максвелловских кривых 3-6.

I, МКС

Было показано, что каждая из экспериментальных кривых 1-5 на рис.2 является суммой четырех максвелловских кривых с разными положениями максимумов. При этом скорости первых трех групп ионов постоянны, а скорость четвертой группы увеличивается с увеличением расстояния от мишени. Увеличение скорости четвертой группы ионов подтверждается аппроксимацией ВПК на всех исследованных нами расстояниях от зонда до мишени (10 - 133 мм). Первые группы ионов, движущиеся с постоянной скоростью, формируются в начале абляции в режиме свободного бесстолкновительного истечения. Для этих групп амплитуды сигналов уменьшаются с расстоянием как и2, что соответствует разлету сферического слоя. Рассмотрены механизмы возникновения медленных групп ионов в результате резонансной перезарядки и при ионизации в результате перекрывания потока нейтральных частиц с задним фронтом электронного облака заряженной части факела, что приводит к

увеличению скорости разлета медленных групп ионов. Медленные группы ионов образуются также в результате радиационного нагрева поверхности мишени плазмой факела и обратным потоком частиц из плазмы, что согласуется с гидродинамической моделью разлета.

При абляции ниобия получены ВПК при расстояниях зонд-мишень от 23 мм до 113 мм, которые также

демонстрируют негладкое распределение скоростей

ионов. При небольших расстояниях на ВПК наблюдаются два максимума в распределении ионов (Рис.6а). При больших расстояниях кривые значительно уширяются и уже можно видеть три пика, соответствующие различным скоростям разлета ионов (Рис.66).

Эти кривые приближали суперпозицией распределений Максвелла, соответствующих различным группам ионов.

Ускоренное движение ионов в медленных модах показывает существенную роль столкновительных процессов на исследуемых расстояниях от мишени. Наблюдаемое распределение ионов по скоростям и динамика этих распределений в процессе распространения факела может быть связано с изменением концентрации ионов вследствие процессов хемиионизации, а также за счет столкновений второго рода.

В параграфе 2.4 исследованы эмиссионные спектры лазерного факела ниобия и тантала в вакууме при абляции излучением эксимерного ХеС1-лазера (308 нм). По спектрам определен качественный состав факела. Времяпролетным методом измерены скорости разлета атомов и ионов. По непрерывному спектру излучения факела определена электронная температура плазмы. Проведено сравнение полученных результатов с результатами выполненных ранее зондовых измерений электронной температуры и скорости разлета ионов. Проведенные исследования показали, что при абляции металлических мишеней Та и №> в эрозионном факеле тантала присутствуют атомы и однократно заряженные ионы тантала, а лазерный факел ниобия состоит из атомов и одно- и двукратно заряженных ионов. Получено хорошее совпадение результатов измерения скорости разлета ионов методом эмиссионной спекроскопии и зондовым времяпролетным методом. Из динамики времяпролетных кривых установлено, что лидирующая часть факела распространяется в бесстолкновительном режиме. Хвостовая часть факела, в

1 МКС

Рис.6. Эволюция времяпролетного сигнала ниобия ОД при изменении расстояния зонда от мишени: (а) Ь=23 мм; (Ь) Ь=113 мм. Плотность лазерного излучения на мишени 2,2 Дж/см". Группы ¡, к, 1, т - аппроксимация Максвелловскими распределениями.

которой сосредоточена максимальная плотность ионов, содержит и основную часть нейтральных частиц.

В параграфе 2.5. изложены результаты исследования скоростей капель, присутствующих в плазменном факеле при абляции полупроводниковых и металлических мишеней излучением первой и второй гармоники АИГ:Ш3+-лазера. При абляции монокристаллического кремния с увеличением плотности

энергии распределение по скоростям сужается, а максимальная концентрация капель существенно

возрастает. Из

экспериментальных данных определялись распределения капель различных размеров по кинетической энергии Ек, которые представлены на рис. 7. Видно, что распределение капель кремния по кинетической энергии имеет неравно-весный характер. Максималь-ные скорости капель кремния очень велики (до 1000 м/с).

Распределения по времени разлета капель металлов (ТУ/мм""") при абляции мишеней А1, Ъ-л, Си и 8п излучением первой гармоники (1,06 мкм) представлены на рис. 8. Максимальной скоростью разлета характеризуется

алюминий, для которого

нов 1т Еьотн.ед.

Рис.7. Функции распределения капель кремния различных размеров А'по энергии £: 1- размер до 1 мкм; 2- размер от 1 до 3 мкм; 3- размер капель от 5 мкм и выше.

Х,ни 2

«ОС

, -м

. - 7.п . - С*

з сссг а инн с еда оодаз еоо! осе» ши 0 0016 0.0016 о х;

«.с

Рис. 8. Распределение /V капель металлов по времени разлета / при абляции мишеней А1, Ъп, Си, 8п.

скорость в максимуме распределения по скоростям в два раза больше, чем для олова и в три раза больше, чем для меди. Плотность частиц максимальна для олова. На примере распределения капель одинакового размера олова по скорости и по энергии показано, что они имеют не максвелловский характер.

Угловое распределение капель в факеле является важным параметром в процессе напыления тонких пленок, оно определяет плотность микрочастиц на различных участках растущей пленки. Определялось количество капель N на участках полученной пленки при разных значениях угла разлета 0. Угловое распределение капель хорошо аппроксимируется функцией вида /У(0) = соб™ © с показателем степени т = 10. На рис. 9 представлено угловое

интегральное распределение капель в поперечном сечении факела и аппроксимация концентрации капель N(0) (пунктирная кривая), где N0 -максимальная концентрация капель в центре пятна. Сплошной кривой представлен профиль толщины растущей пленки.

Рис. 9. Угловое распределение капель кремния N (кружки - эксперимент, пунктирная кривая - аппроксимация) и экспериментальный (треугольники) и теоретически рассчитанный угловой нормированный профиль толщины пленки И (сплошная кривая).

Видно, что угловой профиль толщины полученной пленки и угловое распределение капель лазерного

В Главе 3 изложены методы управления энергетическим спектром лазерного факела, который оказывает существенное влияние на характеристики осаждаемых пленок (тип кристаллической структуры, размер кристаллов, адгезия и др.). Разработка метода импульсного лазерного осаждения с изменением энергетического спектра и степени ионизации лазерного лазерного факела позволяет решить задачу получения пленок с различными структурными характеристиками от предельно неупорядоченного и даже аморфного состояния, до эпитаксиальных пленок. При этом могут создаваться сверхтонкие пленки металла, в которых наблюдаются классический и квантовый размерный эффекты. Исследована возможность управления энергетическим спектром осаждаемых частиц в методе импульсного лазерного напыления с пересекающимися факелами и при поглощении излучения квазинепрерывного С'02 лазера. Исследована также зависимость энергетического спектра ионов лазерного факела от длины волны аблирующего лазерного излучения и при изменении плотности энергии на мишени, а также влияние параметров факела на характеристики наноразмерных пленок. Решение проблемы управления энергетическим спектром лазерного факела имеет большое прикладное значение для процессов импульсного лазерного осаждения тонких пленок. Рассмотрены два метода управления энергетическим спектром факела. Одним из них является метод облучения мишени и факела излучением дополнительного лазера с большой длиной волны излучения.

В параграфе 3.2 изложены результаты исследований по увеличению энергии ионов лазерного факела при поглощении излучения квазинепрерывного СОз лазера. Это связано с тем, что коэффициент поглощения излучения в плазме зависит от длины волны излучения (процесс обратного тормозного поглощения). Эта зависимость дает увеличение коэффициента поглощения излучения СО? лазера почти в 1250 раз по сравнению с излучением эксимерного ХеС1 лазера.

в, град.

факела различаются незначительно.

мишень

Изложена методика исследования нагрева факела лазерной плазмы излучением С02 лазера. Исследования по поглощению излучения С02 лазера факелом проводились при плотности энергии на мишени в диапазоне (1-н20) Дж/см:. Лазерный факел формировался при абляции мишеней из тантала и ниобия. Для абляции мишеней использовались эксимерные лазеры на ХеС1 и КгБ. Для поглощения в факеле использовалось излучение

импульсно периодического ССЬ-лазера с регулируемой

длительностью импульса

генерации. Схема

экспериментальной установки по облучению лазерного факела излучением ССЬ лазера приведена на рис. 10.

В разделе 3.2.2 рассмотрены результаты экспериментальных исследований по нагреву лазерного факела излучением ССЬ лазера. Эффективность нагрева лазерной плазмы излучением ССЬ лазера исследовалась

времяпролетным зондовым

методом. Получали времяпролетные зондовые кривые при облучении факела излучением С02-лазера и без него. Времяпролетные зондовые кривые преобразовывали в энергетическое распределение ионов. Изменение энергетического спектра ионов при облучении факела представлено на рис. 11.

Рис. 11. Изменение энергетического спектра ионов в факеле под действием излучения СОг-лазера: / - излучения нет, 2 -излучение есть. Плотность энергии эксимерного лазера на мишени 1 Дж • см"", интенсивность излучения СОг-лазера в области взаимодействия 0.4 МВт • см"".

Рис. 10. Схема эксперименталь-ной установки по облучению лазерного факела излучением ССЬ лазера: 1 - вакуумная камера, 2 - луч эксимерного лазера, 3 - мишень, 4 - мотор вращения мишени, 5 - зонд Ленгмюра, 6 -система вакуумной откачки, 7 - луч ССЬ лазера.

ы. кЛв -б-

О 100 20О

Как видно из графиков, среднее значение Е'в

энергии в максимуме функции распределения увеличилось вдвое от 25 до 50 эВ. Ширина энергетического спектра становится уже. Удельная плотность ионов возрастает, что указывает на процесс дополнительной ионизации в поле лазерного излучения. Однако это относится только к низкоэнергичной части ионов. Подъем кривой в области более высоких энергий значительно меньше. Максимальная энергия ионов также не увеличивается. При облучении факела, в основном, происходит увеличение энергии медленных ионов, концентрация которых в факеле доминирует. Концентрация ионов факела в максимуме при облучении увеличивается более чем в два раза. Таким образом, увеличивается

концентрация активных ионов, участвующих в процессе формирования структуры пленки.

В разделе 3.2.3 рассмотрены схематические и конструкционные особенности ССЬ-лазера для нагрева лазерного лазерного факела. При разработке лазера мы применили безбалластную схему накачки лазера с перекрещенной системой электродов и эффективной системой питания на основе источника тока инверторного типа и высокочастотного предыонизатора, обладающую мировым приоритетом. Исследования и испытания такой системы накачки

продемонстрировали ее высокую

3

¿04

D ТЭ

J 0,3 а.

В 0,2

0 5 10 15

time of flight, (js

Рис.12. Зондовые ВПК при изменении угла между осями исходных факелов. 1 -170°, 2 -130°, 3 - 90°; на расстоянии зонд-диафрагма 50 шт.

практическую значимость и перспективность. Одной из

возможностей осуществления ИП режима генерации является модуляция тока накачки. В настоящей работе разработан вариант безбалластной системы накачки, обеспечивающей питание лазера импульсами тока регулируемой длительности и

амплитуды.

В параграфе 3.3 рассмотрена возможность управления

400

Э зоо

й

а

160 140 120 100

энергетическим спектром ионов в методе пересекающихся факелов. Были получены ВПК отклоненного пучка, образованного при пересечении факелов под разными углами. При изменении угла между осями исходных факелов и фиксированном положении зонда максимум ВПК отклоненного пучка сдвигается. Сдвиг максимума ВПК отклоненного пучка при изменении угла © между осями исходных факелов от 90° до 170° приведен на рис.12. Это позволяет определить изменение кинетической энергии лидирующих ионов в отклоненном пучке при изменении осями исходных факелов. Изменение кинетической энергии группы ионов от угла между осями исходных факелов

20 о 0. град.

Рис.13. Зависимость кинетической энергии Е, лидирующей группы ионов отклоненного плазменного пучка от угла © между осями исходных факелов 81: кружки -эксперимент, пунктир - расчет, треугольник - энергия ионов в исходном факеле вь

угла между лидирующей

представлено на рис. 13. Из рис.13 видно, что при изменении угла от 170 до 70 градусов между осями факелов энергия лидирующей группы ионов изменяется от 40 еУ до 370 еУ. энергии лидирующей группы ионов в исходном факеле до взаимодействия была равна 490 еУ (На рис. 13 обозначено треугольником). Мы предложили модель упруго-неупругого столкновения, в

которой проекция скорости сталкивающихся ионов, параллельная биссектрисе угла 0 сохраняется, а проекция скорости, соответствующая лобовому столкновению преобразуется во внутренние степени свободы. Тогда кинетическая энергия ионов в отклоненном пучке будет определяться

выражением: £",(/>©)= Е0(1)сов2 у, где Е0($ - кинетическая энергия ионов до

взаимодействия, 0 - угол между осями исходных факелов. На рис. 13 пунктиром приведена расчетная кривая, соответствующая описанной модели. Характер изменения энергии отклоненных ионов хорошо согласуется с предложенной моделью. Установлено, что в плазменном пучке, образованном пересекающимися факелами при абляции двух мишеней, кинетическая энергия заряженных частиц в отклоненном пучке зависит от угла пересечения факелов. Это позволяет в широком диапазоне управлять энергией осаждаемых частиц в процессе импульсного лазерного напыления.

В параграфе 3.4 приведены результаты исследования лазерного факела при абляции мишени железа излучением первой и второй гармоник твердотельного лазера. Из зондовых кривых ионного тока Цг) при разных энергиях падающего лазерного излучения определяли Щг'), откуда находилась функция распределения заряженных частиц по энергии:

¡Е К

2 ч

5 <1Е, ет:Ь £

где

Е. эВ

,... 0 0

в $1

♦ Сг

♦ Мп

♦ Ре о Бп

0.53 мкм

1.06 МКМ

20 40 60 80 100 120 140 а. е. м.

Рис.15. Зависимости скоростей разлета ионов 81, Сг, Мп, Ре, 8п от длины волны аблирующего излучения при абляции излучением первой (X = 1.06 мкм) и второй (К = 0.53 мкм) гармоник неодимового лазера 22 Дж/см2).

Рис. 14. Энергетические спектры ионов лазерного факела железа при абляции: 1 -первой гармоникой (22 Дж/см2), 2 -второй гармоникой твердотельного лазера (22 Дж/см2).

е-заряд электрона, »г,—масса иона (рис.14).

Концентрация заряженных частиц и энергия в максимуме функции распределения при абляции излучением Х=1,06 мкм значительно выше по сравнению с абляцией А.=0,53 мкм, что обусловлено более высоким коэффициентом поглощения

длинноволнового излучения в плазме. С увеличением длины волны энергия частиц и степень ионизации факела возрастает. Зависимость скорости разлета лидирующей группы ионов железа, хрома, марганца, олова и кремния

от длины волны аблирующего излучения при абляции излучением первой (А. = 1,06 мкм, ] = 22 Дж/см2) и второй (к. = 0,53 мкм, 1= 22 Дж/см2) гармоник неодимового лазера представлена на рис. 15.

Скорость ионов в максимуме распределения для каждого элемента выше при абляции длинноволновым излучением. При абляции металлов с одинаковой плотностью энергии на мишени скорости ионов железа, хрома, марганца, олова и кремния удовлетворяет зависимости г) ~ М"2 , где М - атомный вес элемента.

В параграфе 3.5 исследовано влияние плотности энергии на мишени на энергетический спектр ионов железа и марганца. На рис. 16 приведены ВПК

ионного тока на зонд при различных плотностях энергии на мишени при абляции железа. С увеличением плотности мощности на мишени максимальная

скорость частиц,

концентрация частиц в факеле и скорость частиц в максимуме импульса

зондового тока растет.

В параграфе 3.6 исследовано влияние

параметров факела на

3.5 -i 1

3- л : \

2.5- ' \ а \

2 • : Д

15- * /"\

1 • •; з \

0.5 ■ 0 s 1 р/

0 000005

te

Рис. 16. Зондовые ВПК лазерного факела железа при абляции первой гармоникой твердотельного лазера: 1 - 32 Дж/см2, 2-16 Дж/см2, 3 -10 Дж/см2.

характеристики наноразмерных пленок. В разделе 3.6.1 исследовано влияние

плотности энергии

С (А)

5.250

на мишени на

Ф (Дж см")

параметры решетки пленок ZnO:Ga, осажденных при плотностях энергии на мишени от 2 до 4 Дж/см". С увеличением плотности энергии на мишени изменяется величина параметра решетки с пленок (рис.17).

В разделе 3.6.2 установлено влияние энергии осаждаемых частиц на

Рис. 17. Зависимость величины параметра решетки с пленок 2л\О.Са от плотности энергии лазерного излучения на мишени Ф.

четкость интерфейсов при создании многослойных структур Fe/Si. При высоких энергиях напыляемых частиц (однолучевая схема) происходит взаимная диффузия материалов, а при низких энергиях напыляемых частиц (двухлучевая схема) диффузионное перемешивание незначительно, и между железом и кремнием есть четкий интерфейс, даже при использовании для напыления первой гармоники твердотельного лазера.

Глава 4 посвящена получению и исследованию пленок полупроводников, перспективных для создания светоизлучающих устройств в УФ области спектра. Метод импульсного лазерного напыления (ИЛН) обеспечивает конгруэнтность испарения мишеней любого состава и глубокий эффективный

вакуум в момент осаждения благодаря высокой плотности частиц в факеле и позволяет осуществлять неравновесное легирование полупроводниковых пленок из твердой и газовой фазы. В этой главе рассмотрены процессы создания тонкопленочных структур на базе ZnO. В § 4.1 описаны методы исследования оптических, электрических и структурных характеристик пленок ZnO, CAZnO и М§2пО, осаждаемых на монокристаллические подложки сапфира с ориентацией (0001) и (012), оксида цинка с ориентацией (0001) и кремния с ориентацией (100). В параграфе 4.2. описаны лабораторные методики лазерного напыления тонких пленок широкозонных полупроводников и тройных сплавов, лабораторные напылительные стенды для импульсного лазерного напыления широкозонных полупроводников, методика изготовления керамических мишеней, методы подготовки и исследования подложек. В параграфе 4.3 исследованы условия эпитаксиального роста и свойства нелегированных пленок ZnO. Показано, что метод ИЛН обеспечивает получение эпитаксиальных пленок при сравнительно низкой температуре подложки. Полученные значения параметров кристаллической решетки с и а исследуемых пленок оксида цинка, а также полная ширина пиков отражения 20- и (а-сканов вблизи узла решетки (00.2) пленок ZnO, выращенных при температурах подложки = 50 °С, 450 °С и 650 °С, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

а, к с, А Р\УНМ 20, 0 Р\УНМ со, 0

50 3,247±0,001 5,205±0,001 0,258±0,004 1,347±0,009

450 3,2506±0,0004 5,2039±0,0001 0,015 0,103

650 3,238±0,003 5,216+0,001 0,302±0,003 4,1+0,1

Самым высоким структурным совершенством обладают пленки оксида цинка, полученные при температуре роста 450 °С. Уширение пиков рентгеновского отражения в образцах, выращенных при температурах подложки 50 °С и 650 °С, обусловлено увеличением количества дислокаций, вакансий и блочности структур. Нами были проведены исследования низкотемпературных (8 К) спектров ФЛ пленок оксида цинка. На рис. 18 приведены нормированные низкотемпературные спектры фотолюминесценции /л(Я) образцов пленок ZnO, выращенных при различных температурах подложки. В спектрах ФЛ всех образцов доминирует интенсивный УФ пик 3,36 эВ, соответствующий излучательной рекомбинации донорно-связанных экситонов О0Х.

D.X 1 Ъ-30 "С V

Oz. fvz. Л 150 "с

250 "С \

Л 350 С J

1 450 "С _J\

/ 550 "С ♦

^Х } 650 "С\____/

eV

Рис. 18. спектры

Низкотемпературные (8 К) фотолюминесценции 1рь(7) пленок Zr\0, выращенных в диапазоне температур подложки 7$ = (50 ? 650) °С.

В спектрах ФЛ образцов пленок ZnO, выращенных при низких температурах подложки (Ts = 150 °С и 250 °С) помимо УФ пика донорно-связанного экситона D0X наблюдался широкий пик вблизи 3 эВ.

Этот пик вызван излучательным переходом со дна зоны проводимости на энергетический уровень вакансий цинка VZn, расположенный в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны. Широкий пик в зеленой области спектра (2,25 2,5 эВ) связан с наличием дефектов, эта полоса часто наблюдается в образцах ZnO независимо от метода роста. Наличие зеленой полосы связано с вакансиями кислорода Vo,

междоузлиями цинка 0Zn и дефектами замещения цинка кислородом 0Zn. Проведенные исследования свойств тонких пленок ZnO, выращенных методом импульсного лазерного сапфировых подложках (00.1) при существенное влияние и электрические свойства

напыления на монокристаллических температуре Т$=50+650 °С, продемонстрировали температуры роста на морфологию, структурные полученных пленок. Все полученные результаты свидетельствуют о том, что на созданном нами оборудовании оптимальные условия напыления нелегированных пленок оксида цинка на монокристаллических сапфировых подложках (00.1) методом импульсного лазерного напыления могут достигаться при сравнительно невысоких температурах 7^=450 °С.

В параграфе 4.4 определены условия эпитаксиального роста и исследованы свойства пленок М^^п^О, полученных из мишеней с содержанием от 0 до 34 ат.%. Рентгенодифракционный анализ показал, что пленки тройного сплава М^^п^О сохраняют кристаллическую структуру вюрцита с ориентацией вдоль оси с (00.1) в диапазоне значений х = 0-Ю,45. Параметр решетки а пленок Ту^гп^О монотонно убывает при увеличении концентрации х, а значение параметра с, оставаясь практически неизменным, немного превышало величину параметра с для пленки чистого ZnO в интервале значений х вплоть до 0,35. На рис.19 приведены спектры поглощения (а) и спектры ФЛ (Ь) пленок М§Х2П).Х0 в зависимости от концентрации М§. Увеличение содержания магния в пленках приводит к сдвигу края фундаментальной полосы поглощения и положения УФ пика ФЛ в синюю область, при этом Ея возрастает от 3,30 эВ до 4,22 эВ.

0,1 OJ ад Content № х. а u

ЗЗС 346 359 36С 370 533 390 «О 4M

W«n cb ii'.ih. mm >

Химический анализ пленок показал, что содержание магния в пленках превосходит его содержание в керамических мишенях, а их отношение имеет линейную зависимость. Пленки сохраняли кристаллическую структуру вюрцита вплоть до значений х=0,45, а их среднеквадратичная шероховатость лежала в диапазоне 0,8^-1,5 нм для значения х=СН-0,27. Рассогласование постоянных кристаллической решетки а пленок ZnO и Л^о^По^О не превышало 1%.

Рис.19. Нормированные спектры поглощения (а), фотолюминесценции (Ь) и ширина запрещенной зоны Е6 (с) пленок М^^п^О в зависимости от концентрации в них

Характеристики тонких пленок MgxZni_xO дают возможность реализовать ненапряженные гетероструктуры MgxZni_

xO/ZnO для различных оптоэлектронных применений в широком диапазоне значений х.

Параграф 4.5 посвящен получению эпитаксиальных пленок ZnO п- и р-типа при легировании элементами III и V группы и исследованию их оптических, электрических и структурных характеристик в широком диапазоне экспериментальных параметров. Исследована возможность управления характеристиками пленок условиями напыления с целью их оптимизации. Продемонстрировано, что легирование элементами третьей группы позволяет получить пленки ZnO и-типа с высокой удельной проводимостью и высокой эффективностью люминесценции, а легирование элементами пятой группы позволяет получить пленки ZnO ¿»-типа. Обнаружена зависимость оптических и структурных параметров легированных пленок ZnO от концентрации галлия в пленке. Достигнуто рекордное минимальное удельное сопротивление пленки ZnO:Ga, которое составило 1,1 х 10"4 Омхсм. Получены эпитаксиальные пленки ZnO:N /з-типа со значением удельного сопротивления 1,2 Омхсм и эпитаксиальные пленки ZnO:P р-типа со значением удельного сопротивления 1,9 Омхсм. Продемонстрировано, что метод импульсного лазерного напыления позволяет достичь уровня легирования эпитаксиальных пленок ZnO с предельной концентрацией азота 7,5 ат. %, фосфора 2 ат. % и галлия 5 ат. %. Отработаны режимы активации акцепторных центров в пленках, легированных азотом и фосфором методом термического отжига. Определены энергии активации азота и фосфора в пленках ZnO, которые составляют 0,083 эВ и 0,068 эВ соответственно.

В разделе 4.5.1 исследовано влияние параметров процесса напыления на кристалличность пленок 2пО:Оа. С увеличением концентрации галлия параметр с решетки 2пО:Оа увеличивается. Получена линейная зависимость относительного

изменения параметра решетки (&/с) от концентрации галлия в пленке, выращенной на монокристалле ZnO. Разориентация фрагментов

кристаллов (их блочность) также увеличивается. Спектральное

положение пика ФЛ вблизи края фундаментальной полосы

поглощения зависит от концентрации галлия. При низких уровнях легирования положение пика смещается в синюю область с увеличением концентрации. Соответствующие спектры поглощения также показывают явное фиолетовое смещение, связанное с известным эффектом Бурштейна-Мотта. Амплитуда сигнала ФЛ при легировании определяется излучением донорно-связанных экситонов и возрастает с увеличением концентрации доноров (рис.20). Амплитуда сигнала ФЛ возрастает почти на порядок при увеличении концентрации галлия от нуля до 0,125 ат.%. Монотонное увеличение интенсивности люминесценции с увеличением концентрации легирующей примеси показывает, что с увеличением концентрации примеси галлия не увеличивается концентрация глубоких донорных уровней, являющихся тушителями люминесценции, а это является показателем высокого качества эпитаксиальных пленок. При более высоком уровне легирования эффективность люминесценции снижается тушением люминесценции при возрастании концентрации дефектов с увеличением степени легирования.

Существенно различается поглощение пленок ZnO от концентрации галлия и в инфракрасной области спектра. Уровень пропускания определяется концентрацией носителей в зоне проводимости. Поэтому, с увеличением уровня легирования пропускание уменьшается (рис.21).

Рис. 21. Зависимость пропускания Т пленок гпОЮа от длины волны 1 в ИК области 6 спектра до - а и после отжига - 6 для различных уровней легирования галлием: / - 2,5 ат. %, 2 - 0,5 ат. %, 5-0,125 ат. %.

Установлены оптимальные концентрации легирующей примеси для получения минимального удельного сопротивления. Обнаружено немонотонное изменение удельного сопротивления пленок р с увеличением примеси галлия в пленке. Отжиг в кислороде приводит к увеличению

Рис. 20. Зависимость интенсивности фотолюминесценции 1 пленок ZnO:Ga от концентрации галлия Саа в пленке.

сопротивления пленок во всем диапазоне легирования. Результаты приведены на рис. 22.

Исследования пленок 2п0:0а методом эффекта Холла показали, что они обладают электронным типом проводимости и рекордно низким удельным сопротивлением (1,1 х 10"4 Омхсм для 0а:7п 0,125 ат. %). Концентрация и подвижность носителей заряда в этих пленках ZnO:Ga составляют 2,3 х Ю20 см"3 и 22 см 2/Вхс.

В разделе 4.5.2 описаны условия получения и результаты исследования пленок ZnO р-типа. Легирование ZnO для получения р - типа может быть реализовано замещением кислородных мест в решетке элементами V группы (>Т, Р, Ав и БЬ). Среди этих акцепторов наиболее подходящим

легирующим элементом является азот из-за близости ионных радиусов с кислородом. Эффективным воспроизводимым способом создания проводимости р-типа в пленках ZnO является подавление естественной проводимости п-типа увеличением ширины запрещенной зоны ZnO при добавлении оксида магния в пленку, и легирование (7п,1^)0 азотом или фосфором с определенной концентрацией легирующего элемента и получение проводимости р-типа в результате отжига полученной пленки. Добавка магния сдвигает вверх дно зоны проводимости (верх запрещенной зоны), увеличивая таким образом энергию активации неглубоких собственных донорных состояний. Методом ИЛИ нами были получены серии легированных азотом тонких пленок Zт\0 при различных условиях напыления и методах введения азота в пленку в процессе напыления. Были исследованы зависимости спектров фотолюминесценции (ФЛ) эпитаксиальных пленок ZnO, легированных азотом и солегированных галлием и азотом, от условий напыления и методов введения азота в пленки в процессе напыления. Исследовано влияние лазерного и термического отжига на спектры фотолюминесценции пленок ZnO и поведение линии люминесценции, соответствующей наличию акцепторного уровня, вызванного активацией акцепторного центра азота. Установлена корреляция поведения фотолюминесценции и удельного сопротивления пленок в процессе длительного термического отжига. Режим отжига с постепенным повышением температуры (с шагом 50 °С) позволяет оценить энергию активации акцепторных центров азота равную 43 мэВ. Одним из путей для достижения хорошей растворимости N в Zr\0 является совместное легирование, в котором акцепторы и доноры внедряются в пленку одновременно. Метод солегирования был предложен УашагпоШ и Ка1ауата-Уо5Ыс1а [9] для достижения хорошей растворимости N в ZтíO. Все пленки, полученные нами в вакууме из мишеней, легированных нитридом галлия, сразу давали УФ пик ФЛ 388 нм. Оптимальными по амплитуде люминесценции и концентрации азота в пленках

Рис. 22. Зависимость удельного сопротивления пленок ZnO от концентрации галлия до (1) и после отжига (2) в атмосфере кислорода (подложка - сапфир(0001)).

/(отн. ед.) 300

200

100

140 t (мин.)

Рис. 23. Изменение интенсивности ФЛ / пленки 2пО:СаЫ от времени термического отжига при 500 °С на различных участках спектра: 1 - 389 нм, 2 - 500 нм, 3 - 630 нм.

р- типа оказались пленки ZnO, напыляемые из мишеней с содержанием GaN 1 ат. % в атмосфере N20 при давлении 5х 10"4 Topp. Нами была исследована зависимость ФЛ пленок от времени термического отжига при 500 °С спектральных соответствующих ФЛ связанных экситонов излучению состояний,

различных областях, акцепторно (389 нм), с глубоких донорных вызванных вакансиями кислорода (500 нм) и излучению с глубоких донорных состояний, вызванных замещениями кислорода молекулярным азотом (N2)0 (630 нм). Видно (рис. 23), что пленки, солегированные галлием и азотом, имеют ФЛ в УФ области спектра сразу после напыления. Амплитуда сигнала ФЛ в УФ области спектра в процессе отжига проходит через максимум, а после 120 минут отжига полностью исчезает. Свечение пленок в зеленой области спектра (вакансии кислорода) монотонно снижается. В процессе отжига появляется полоса излучения в красной области спектра (около 630 нм), что свидетельствует о появлении замещений кислорода молекулярным азотом по реакции 2(И)о + 02 —» О + (0)0 + (N2)0- Это указывает на большую скорость диффузии атомов азота в пленке.

р(Ом см)

о.х х

Зависимость

ГР(ат. °о) удельного

Получены тонкие пленки 2пО:Р при различных уровнях легирующей добавки фосфида цинка 2п3Р2 в мишени, с содержанием фосфора до 1 ат. %.Наличию акцепторного уровня, вызванного легированием пленки 2пО фосфором, соответствует излучение на 388 нм. Максимальную амплитуду ФЛ на 388 нм дает пленка с содержанием Р:0 - 0,05 ат. %. На рис. 24 приведены зависимости удельного сопротивления пленок с различной концентрацией фосфора от отжига при повышении температуры.

Непосредственно после напыления по данным Холловских измерений пленки обладали электронной проводимостью и их удельное сопротивление было довольно низким (кривая 1). В пленках с большой концентрацией фосфора больше дефектов, формирующих глубокие донорные центры, что обеспечивает электронную проводимость после напыления. Снижение концентрации фосфора повышает сопротивление пленки, однако, одновременно повышается качество кристаллической структуры, влияющей на длину свободного пробега носителей, что вызывает немонотонную зависимость

сопротивления р от концентрации фосфора Ср в пленке: 1 - до отжига, 2 - после 1-го отжига (500 °С), 3 - после 2-го отжига (600 °С), 4 - после 3-го отжига (700 °С).

сопротивления от концентрации фосфора (кривая 1). Активация акцепторных центров подавляет электронную проводимость, проводимость становится дырочной во всех пленках. Из графиков 2 и 3 рис. 24 видно, что при температуре 500 - 600 °С проводимость почти не изменяется для всех пленок. Однако дальнейшее повышение температуры ведет к резкому увеличению удельного сопротивления пленок из-за ухода фосфора в результате диффузии (кривая 4). Исследования методом эффекта Холла пленок 7пО:Р с содержанием Р:0 0,05 ат. % показали, что они обладают дырочным типом проводимости и удельным сопротивлением 1,9 Омхсм. Концентрация и подвижность носителей заряда в этих пленках 2пО:Р составляют 9 х 1018 см"3 и 2,3 см 2/Вхс.

В разделе 4.5.3 исследовались ВАХ гомопереходов 2пО:ОаМпО:(Оа,М). ВАХ демонстрирует выпрямляющий характер. Результаты измерения ВАХ р-п - перехода 2пО:Оа/2пО:(Оа,1Ч) представлены на рис. 25. ВАХ демонстрирует выпрямляющий характер.

Ti

п- ZnO (200 нм)

Ni/Au

р- ZnO (250 нм)

подложка ZnO

ЦмА)6(1 20 Ti/n-JnO .^WAu/p-ZnO

-п ^^ -60 о ; ю г(в>

ДмкА) з 2.5 2

1.5 1

0.5

-15 -10 -5 0

5 £7(В)

Рис. 25. а - схема и б - ВАХ гомоперехода я-2пО:Оа/р-2пО:(Оа,М). На вставке - ВАХ омических контактов Т\1п-ХпО и Аи/№//>-2п0.

Методом импульсного лазерного напыления получены пленки с дырочным типом проводимости: 2пО:1Ч с удельным сопротивлением 1,2 Ом х см, концентрацией носителей 2,8 * 1018 см"3, подвижностью 12 см 2/В х с; 2пО:(Оа,Ы) с удельным сопротивлением 1 Ом х см, концентрацией носителей 2,7 х 1018 см"3, подвижностью 15 см 2/Вхс; 2пО:Р с удельным сопротивлением 1,9 Ом х см, концентрацией носителей заряда 9 х 1018 см"3 и подвижностью 2,3 см 2/В х с. Отработаны режимы активации акцепторных центров в пленках, легированных азотом и фосфором методом термического отжига. Определены энергии активации азота и фосфора в пленках ZnO, которые составляют 0,083 эВ и 0,068 эВ. На основе пленок ZnO п- и р- типа методом импульсного лазерного напыления создан гомогенный переход п-Ъп01р-Ъг\0, демонстрирующий выпрямляющий характер ВАХ.

Глава 5 посвящена исследованию тонких пленок и тонкопленочных структур (квантовые ямы, стержни, наноструктурированные пленки), в которых наблюдаются размерные эффекты проводимости, оптических и магнитных свойств, полученных методом импульсного лазерного осаждения, в котором впервые применено изменение энергетического спектра и степени ионизации лазерного факела. Высокая скорость образования центров кристаллизации благодаря высокой степени ионизации факела позволяет напылять тонкие сплошные пленки порядка 1 нм. Модифицированный метод

ИЛН позволяет получать наноструктурированные пленки разбавленного магнитного полупроводника Б^Мп^ за счет неравновесного осаждения. При этом магнитные свойства обеспечиваются нановключениями Мп и их непрямым обменным взаимодействием через свободные носители заряда в матрице 81. Метод ИЛН позволяет создавать квантово-размерные эпитаксиальные гетероструктуры (квантовые ямы) на базе Zr^O, что позволяет создавать светоизлучающие устройства УФ диапазона. Рассмотрены лазерные эффекты в таких структурах при оптической накачке и люминесценция диодов с квантовыми ямами на базе оксида цинка при электрической накачке.

В параграфе 5.2 представлены результаты получения и исследования сверхтонких пленок металлов, в которых наблюдаются классический и квантовый размерный эффекты. В разделе 5.2.1 исследован классический размерный эффект удельной проводимости при осаждении сверхтонких пленок металлов Бе, Сг, "'вп, Та. Для пленок Сг и Ре определено значение коэффициента зеркальности поверхности а для Сг а=0,91 и для Ре а=0,93. При исследовании размерного эффекта изменения статической проводимости в тонких пленках тантала и железа на фоне монотонного уменьшения удельного сопротивления пленки с увеличением ее толщины, вызванного классическим

размерным эффектом, обнаружена осциллирующая зависимость,

2

£ 1

О

|о- -1

о. -2

•3

■4

Рис. 26. Зависимость от толщины пленки величины (р уД - р уд.ср.) Для Ре.

которая определяется квантовым размерным

эффектом проводимости пленки. Зависимость осцилляций р уд — р удср пленки железа от толщины представлена на рис.26.

В параграфе 5.3 рассмотрены оптические квантовые эффекты в квантовых ямах [У^^п^О^пО,

создаваемых методом ИЛН. В разделе 5.3.2 описана методика получения квантовых ям MgxZnl_xO/ZnO и результаты исследования их параметров и свойств. В § 5.4 исследованы низкотемпературные (8 К) спектры фотолюминесценции множественных квантовых ям Mgo,lsZno,820/ZnO и

Рис. 27. Низкотемпературные спектры ФЛ МКЯ Mgol27Zn(>l7зO/ZnO с различной шириной ямы Ь„. На вставке схематически изображен переход электрон - дырка в квантовой яме.

Mgo.27Zno.73O/ZnO с различной шириной Lw. Наблюдается зависимость положения УФ пика ФЛ МКЯ от ширины КЯ (рис.27).

Синий сдвиг УФ пика обусловлен обратной квадратичной зависимостью положения энергетических уровней электрона и дырки от ширины КЯ Lw и характеризуется как квантоворазмерый эффект в квантовых ямах.

Из спектров поглощения a(EPh) и спектров ФЛ lPi(EPh) МКЯ определена зависимость энергии связи экситона Е в МКЯ от ширины ямы Lw.. На рис. 28 приведена зависимость энергии связи экситона Е МКЯ от ширины квантовой ямы L„, полученная из экспериментальных спектров ФЛ и спектров поглощения. Для сравнения на этом же рисунке приведена теоретическая зависимость Е (/,,„) для КЯ Mg027Zn073O/ZnO, полученная в работе Coli и Bajaj [10].

• эксперимент — теория

/j>(„ опт. ед.

/pL, огни. et).

Рис.28. Теоретическая и экспериментальная зависимости энергии связи экситона Е в основном состоянии в МКЯ М^^по 7зО/2пО от ширины ямы ¿„.

Максимальное значение энергии связи экситона Е в квантовых ямах Mgo.27Zno.73O/ZnO (при ¿„,=1,56 нм) превышает значение для объемного полупроводника ZnO более чем в 2 раза. lw, нм таким образом, существует оптимальное значение ширины потенциальной ямы, при которой энергия связи экситона благодаря размерному квантованию достигает максимума. В параграфе 5.5

исследован лазерный эффект в квантовых ямах и электролюминесценция диодов на гетеропереходах на базе ZnO. Для изучения явления вынужденного излучения в МКЯ были исследованы их спектры ФЛ в зависимости от плотности мощности возбуждающего излучения при накачке эксимерным KrF лазером. На рис. 29 представлены спектры ФЛ при комнатной температуре МКЯ

Mgo.27Zno.73O/ZnO с шириной ямы Lw=5,2 нм при импульсной накачке и зависимости интенсивности линии вынужденного излучения /, МКЯ с разной шириной ямы от мощности накачки Р.

h

л

330 350 370

к, ИМ Р, МП/псм-

Рис. 29. (а) - Спектры люминесценции МКЯ Mgo.27Zno.73O/ZnO с шириной ямы ¿„=5,2 нм при возбуждении эксимерным Кгр-лазером в диапазоне мощности накачки Р = 0 400 кВт/см2, (б) -Зависимости интенсивности линии вынужденного излучения /| МКЯ Mgo.27Zno.73O/ZnO с разной шириной ямы от мощности накачки Р. 1 - ¿„.=5,2 нм, 2 - ¿„=2,6 нм, 3 - ¿„=1,5 нм и 4 - ¿„=6,8 нм.

Вынужденное излучение наблюдалось только в квантовых ямах хО/2пО в диапазоне значений Ь„=\,5-НЗ,Внм (Рис.29 б). Пороговая плотность мощности накачки зависит от ширины квантовой ямы немонотонно.

В разделе 5.5.3 приведены результаты исследований по созданию светоизлучающих гетероструктур на основе оксида цинка. Методом МОСУЭ выращена пленка />ОаМ:М§ (0,1 ат.%) толщиной -500 нм с концентрацией дырок /?=8,8х1017 см"3, подвижностью ¡х= 14,3 см2/Вхс и удельным сопротивлением рр=0,2 Омхсм. Методом ИЛИ при плотности энергии лазерного излучения на мишени 4 Дж/см2 на пленке р-Оа1М выращивались три различные структуры: пленка гпО:Оа и-типа, пленка гпО:ва я-типа через промежуточный слой нелегированного оксида цинка я^п0(400нм)//'-гп0(50нм) и двойная гетероструктура и-2пО(400нм)/л-М£о,22по80(200нм)//-Сё0,22п0,80(200нм). Мезаструктуры размером 400x400 мкм формировались через контактные кремниевые маски. Электронная проводимость в пленках п-гпО и п-Mgo.2Zno.8O обеспечивалась легированием галлием. Удельное сопротивление пленки п-ЪпО составило /з„=1х10"3 Омхсм. Представленные на рис. 30 ВАХ диодных гетероструктур п-ЪпО/р-СаН, п-Ъп0И-Ъ\\01р-0а№ и п-ZпO/и-Mgo,2Zno,80/г,-Cdo,2Zno,80/^7-GaN имеют выпрямляющий характер.

напряжения диодов п-ЪпО/р-СаН и п-ЪпОИ-ТпО/р-ОаН составили У„р=3,1 В и 9,5 В, а для диода на двойной гетероструктуре и-ZnO/w-Mgo,2Zno,80/z'-Сс1о^По,80//>-СаЫ оно составило У„р=16,3 В. Увеличение количества границ раздела, а, соответственно, и барьеров для носителей заряда, а также достаточно большое несоответствие параметров кристаллической решетки а между пленками /-Сс^^ПовО и /?-Оа1Ч приводит к росту прямого порогового напряжения У„р диода на основе двойной гетероструктуре по сравнению с р-п и р-1-п диодами. На рис. 31 приведены спектры электролюминесценции /д.(Д) гетероструктур п^пО/р-ОаЫ, п-Ъх\0Н-Тг\0/р-СаН и и-ZnO/я-Mgo,2Zno,80/¿-Сс1о^По,80/р-СаМ. Минимальная плотность тока, при которой была зарегистрирована электролюминесценция диода п-ЪпО/р-ОаЫ, составила .///,=1,35 А/см2. Пик электролюминесценции для п-ЪпОИ-ЪпО/р-СаЫ светодиода наблюдался на длине волны А.=382 нм (рис. 31а), а

б Рис. 30.Схема (а) и ВАХ

(б) гетероструктур п-гпО/р-ОаЫ, п-ХпОП-гпО/р-ваЫ и п-гпО/п-М&),2гпо,в0//-Сс1()дгпо,||0 / р-ОаЫ, где х - п-ХпО, /-2пО или п-Мэ^ПоУ Н-Сй^Хп^О.

г, в

Значения прямого порогового

Рис. 31. Спектры электролюминесценции (ЭЛ) ЫХ) (а) и зависимости интенсивности ЭЛ от плотности тока J (б) светодиодов: 1 - п-гпО/р-ОаМ, 2 - п-ЪпО/г-гпО/р-ОаЫ, 3 - п-

Сёодгпо.вО/р-ОаЫ.

пороговая плотность тока составила У,/,=2 А/см2. Несмотря на высокое прямое напряжение светодиода я-2пО/и-1^о,22по,80//-С<1о,22по,80//>ОаН его пороговый ток оказался самым низким >/,/,=0,48 А/см2. Снижение порогового тока обусловлено увеличением квантовой эффективности светодиода на основе двойной гетероструктуры по сравнению с р-п и р-г-п светодиодами [8]. Для того чтобы определить область излучательной рекомбинации носителей заряда, были измерены спектры ФЛ /«.(А) и спектры пропускания Т(Х) пленок п-ЪпО, п-Мё0,22п0,8О, ¿-Сс1о,22по,80 и /з-ваМ Из сравнения спектров ФЛ и ЭЛ сделан вывод, что основная доля излучательной рекомбинации электрон-дырочных пар в п-Ът\01р-0ъН светодиоде происходит в JD-GaN слое. Это обусловлено более высокой подвижностью электронов в п-Ъ пО слое по сравнению с подвижностью дырок в р-Са"Ы, что приводит к значительно большей диффузии электронов в р-слой, чем дырок в п-ЪпО. В спектре электролюминесценции п-ЪпОП-ЪпО/р-СаЫ светодиода наблюдается относительно узкий пик (рис. 31а), обусловленный межзонной рекомбинацией носителей заряда в г'-слое. В случае л-гпО/и-Р^о^ПсаО/г-СёсиХпо^О/р-ОаН светодиода носители заряда оказываются полностью запертыми и рекомбинируют в активном слое СсЗо^По.вО, что подтверждается совпадением спектров электролюминесценции диода и фотолюминесценции пленки С^^По.яО.

В Заключении сформированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Разработан комплексный подход исследования лазерного факела с использованием времяпролетных методов исследования ионной, электронной, атомарной и капельной компонент факела при напылении тонких пленок:

- Применена зондовая методика исследования лазерного факела при абляции однокомпонентных мишеней (алюминий, кремний, железо, кобальт, медь, ниобий, тантал) в вакууме излучением лазеров наносекундной длительности. Определены энергетические параметры факела (энергетический спектр ионов, электронная температура, плотность), их пространственная эволюция и угловое распределение в зависимости от энергии лазерного импульса от 1 до 50 Дж/см2, что представляет интерес при импульсном лазерном осаждении тонких пленок.

- Установлено, что факел состоит из нескольких групп ионов с максвелловским распределение ионов по скоростям в каждой группе.

- Установлено, что электронная температура Те в лазерном факеле при абляции эксимерным лазером в вакууме металлических мишеней тантала, ниобия, меди неоднородна по факелу и снижается к хвостовой части факела. Установлено, что электронная температура снижается при разлете факела.

- Времяпролетным методом по эмиссионным спектрам лазерного факела в видимой и ультрафиолетовой области измерены скорости разлета атомов тантала, ниобия и ионов Та+, ЫЬ+ и К'Ь++. По непрерывному спектру излучения факела определена электронная температура плазмы. Получено совпадение величин электронной температуры и скорости разлета ионов ниобия и тантала по результатам зондовых и оптических измерений.

2. В сверхтонких пленках металлов (золота, платины, тантала, железа и хрома), выращенных методом ИЛИ, исследована зависимость удельного сопротивления от толщины пленки. Установлено, что на фоне монотонного уменьшения удельного сопротивления наноразмерных пленок тантала и железа с увеличением толщины, вызванного классическим размерным эффектом, проявляется осциллирующая зависимость с периодом 5 нм для тантала и 5,4 нм для железа, которая определяется квантовым размерным эффектом удельной проводимости от толщины пленки в пленках толщиной до 20 нм.

3. Методом ИЛИ из керамических мишеней выращены тонкие пленки М§х2п1_хО, содержащие Mg в диапазоне х=0-Ю,45. Исследование оптических свойств пленок MgxZn^кO показали монотонный сдвиг края полосы фундаментального поглощения в синюю область при увеличении уровня легирования пленок магнием вплоть до х=0,45. При этом ширина запрещенной зоны Eg пленок, возрастала от 3,29 эВ до 4,12 эВ при х=0,35, что позволяет создавать квантовые ямы с различной высотой потенциального барьера.

4. В множественных квантовых ямах MgxZn1_xO/ZnO, выращенных на А1203 (0001) и р'-Б! (100) подложках при комнатной температуре наблюдается размерный эффект положения УФ пика ФЛ от толщины квантовой ямы и высоты барьера. Установлено, что энергия активации экситона в МКЯ Mgo.i8Zno.82O/ZnO возрастает до 120 мэВ при уменьшении ширины квантовой ямы до значения Ь„=1,95 нм, после чего происходит ее резкий спад, что определяет диапазон толщин квантовых ям, пригодных для создания эффективных при повышенных температурах светоизлучающих устройств.

5. Разработаны и реализованы два оригинальных метода управления энергией ионов в факеле, из которого происходит напыление тонких пленок. Первый метод состоит в облучении факела излучением импульсно периодического С02 лазера, что позволяет до двух раз увеличить среднюю энергию ионов в факеле. Второй метод заключается в том, что в методе импульсного лазерного напыления с пересекающимися факелами энергия отклоненного пучка изменяется при изменении угла пересечения факелов, и может быть уменьшена на порядок относительно энергии исходных факелов.

6. Определены условия напыления пленок ZnO п-типа, при которых минимальное удельное сопротивление пленок ZnO:Ga достигает значения

1,1'Ю"4 Ом •см. Определены условия получения пленок ZnO р-типа с удельным сопротивлением 1,0 Ом-см методом солегирования галлием и азотом, при внесении легирующих добавок из твердой и газовой фазы. Установлены условия активации акцепторных центров азота в процессе отжига для получения пленок ZnO р-типа. Установлено, что плотность энергии на мишени при напылении влияет на кристаллические параметры получаемых пленок ZnO п- и р-типа. Получен гомопереход n-ZnO:Ga/p-ZnO:(Ga,N) с выпрямляющей ВАХ.

7. На подложках />-GaN созданы светоизлучающие в синей и ближней УФ области спектра диоды и-ZnO/p-GaN, «-ZnO//-ZnO/p-GaN и «-MgxZni.xO//-CdyZn i_yO/p-GaN с максимумом излучения 495 нм, 380 нм и 465 нм при накачке постоянным током и пороговой плотностью тока 1,35 А/см2, 2,0 А/см2 и 0,48 А/см2 соответственно.

8. Впервые зарегистрировано вынужденное излучение на длинах волн 383 и 395 нм при импульсной оптической накачке множественных квантовых ям Mg0,27Zn0,73O/ZnO; порог вынужденного излучения зависит от ширины квантовой ямы и достигает минимального значения менее 300 КВт/см2 при ширинах ям от 3 до 5 нм.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Probe measurements of XeCl excimer laser ablated Al, Cu, Nb, Та solid samples / Novodvorsky O.A., Khramova O.D., Shevelev A.K., Filippova E.O. // Proc. SPIE. 1999. Vol. 3885.P. 471-480.

2. Energy distribution of ions in plasma formed by laser ablation of metallic Nb and Та targets / Novodvorsky O.A., Khramova O.D., Filippova E.O., Wenzel C., Bartha J.W. // Optics and Lasers in Engineering. 2000. Vol. 32 (5). P. 449-457.

3. Зондовые исследования лазерного факела при абляции тантала в вакууме излучением эксимерного лазера с длиной волны 308 нм / Новодворский О.А., Филиппова Е.О., Храмова О.Д., Шевелев А.К., Венцель К., Барта И. // Квантовая электроника 2001. Т.31. № 2. С. 159-163.

4. The electron temperature and ions velocity distribution of erosion plume under ablation of a Cu target / Novodvorsky O.A., Khramova O.D., Filippova E.O., Shevelev A.K., Wenzel C., Bartha J.W. // Proc. SPIE. 2001. Vol. 4644. P. 46-50.

5. Energy distribution of charged particles in laser on ablation of solid metallic targets with excimer laser / Novodvorsky O.A., Filippova E.O., Khramova O.D., Shevelev A.K. // Proc. SPIE. 2001. Vol. 4352, P. 183-190.

6. Probe-assisted study of the erosion plume upon ablation of tantalum in vacuum by the 308-nm excimer laser radiation / Novodvorskii O.A., Filippova E.O., Khramova O.D., Shevelev A.K., Wenzel C., Bartha J.W. // Quantum Electronics. 2001. Vol.31 (2). P. 159-163.

7. The electron temperature distribution of laser erosion plume after ablation of a tantalum target with excimer laser in vacuum. / Novodvorsky O.A., Wenzel C., Bartha J.W., Khramova O.D., Filippova E.O. // Optics and Lasers in Engineering. 2001. Vol. 36(3). P. 303-311.

8. Электронная температура в эрозионном лазерном факеле при абляции тантала в вакууме / Новодворский О.А., Храмова О.Д., Филиппова Е.О., Сагдеев Р.Я., Шевелев А.К., Wenzel С., Bartha J.W. // Материалы Конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2001 в двух томах. 2001. Т. 2. С. 5-7.

9. An investigation of erosion plume emission spectra at laser ablation of metallic targets in vacuum / Novodvorsky O.A., Khramova O.D., Filippova E.O., Sagdeev R.Ya., Shevelev A.K., Bartha J.W., Wenzel C. // Proc. SPIE.. 2001. Vol. 4644. P. 58-63.

10. Исследование характеристик лазерного факела по эмиссионным спектрам при лазерной абляции металлических мишеней из ниобия и тантала в вакууме / Новодворский О.А., Храмова О.Д., Филиппова Е.О., Сагдеев Р.Я., Шевелев А.К., Барта И.В., Венцель К. // Изв. АН. Серия Физ. 2002. Т.66. №6. С. 935-938.

11. Скорости ионов и распределение электронной температуры в эрозионном факеле при абляции меди в вакууме эксимерным лазером / Новодворский О.А., Храмова О.Д., Филиппова Е.О., Шевелев А.К., Венцель К, Барта И.В. // Изв. АН Серия Физ. 2002. Т.66. №8. С.1159-1161.

12. Characterization of erosion plume after ablation of copper and tantalum targets by Excimer laser irradiation / Novodvorsky O.A., Khramova O.D., Wenzel C., Bartha J.W.,.Filippova E.O. // Journ. Appl. Phys, 2003. Vol.94. № 5. P.3612-25.

13. Characterization of erosion plume after ablation of copper, niobium and tantalum targets by Excimer laser irradiation / Novodvorsky O.A., Khramova O.D., Wenzel C., Bartha J.W. // Proc. IV Int. Conf. Plasma Physics and Plasma Technology, PPPT-4. Minsk. 2003. Vol. 2. P. 447-450.

14. Новодворский O.A., Зоров Н.Б., Кузяков Ю.Я. О природе импульсного опто-гальванического эффекта в пламени // Вестник МГУ, сер.2, Химия, 1985. Т. 26. №2. С.221-222.

15. Лазерный атомно-ионизационный метод определения элементов при атомизации пробы в пламени / Зоров Н.Б., Кузяков Ю.Я., Новодворский О.А., Чаплыгин В.Н. // В кн.: "Методы определения малых концентраций", М., Наука,1986. С. 233-248.

16. Опто-гальванический эффект в пламенах атмосферного давления / Зоров Н.Б., Кузяков Ю.Я., Новодворский О.А., Чаплыгин В.Н. // В кн.:"Химия плазмы", М., Энергоатомиздат, 1987. С. 131-164.

17. Физические принципы и техническая реализация эффективной системы накачки газоразрядного лазера / Абильсиитов Г.А., Булатов О.Г., Иванов B.C., Низьев В.Г., Новодворский О.А., Поляков В.Д., Сагдеев Р.Я., Силантьев Ю.А., Царенко А.И. // Электротехника, 1988. № 11. С. 2.

18. Низьев В.Г., Новодворский О.А., Соловьев В.А. Способ стабилизации разряда в активной среде газового лазера // Авт. свид. 1988. СССР №1551195.

19. Лазерный атомно-ионизационный метод анализа в пламенах с применением лазерного пробоотбора / Новодворский О.А., Илюхин А.Б., Зоров Н.Б.,

Кузяков Ю.Я. // Вестник Московского ун-та, 1989. сер.2, химия, Т. 30. № 1. С. 27.

20. Устройство накачки газоразрядного лазера с поперечной прокачкой / Булатов О.Г., Низьев В.Г., Новодворский О.А., Сагдеев Р.Я. и др // Авт. свид. 1990 СССР № 1568844.

21. Устройство для возбуждения разряда в быстропроточном газовом лазере / Кортунов В.Н., Низьев В.Г., Новодворский О.А., Сагдеев Р.Я. // Авт. свид 1991. СССР № 1715162.

22. Алексеев С.В., Новодворский О.А. и др. Неустойчивый резонатор лазера. // Авт. свид 1991. СССР № 1664095.

23. Алексеев С.В., Новодворский О. А., Сагдеев Р.Я. Исследование генерационных характеристик резонаторов на основе высокоэффективных дифракционных ответвителей в мощных непрерывных С02 лазерах. // В сб. тезисов междунар .конф "Оптика лазеров-93", С.-Петербург. 1993. 4.1, С.129.

24. Novodvorsky О.А., Sagdeev R.Ya., Alekseev S.V. Applications of Diffractive Beam Couplev in Industrial CW C02 laser resonators // Proc.SPIE 2257, 1994. P. 193-198.

25. Алексеев C.B., Новодворский O.A., Сагдеев Р.Я, Исследование генерационных характеристик резонаторов на основе высокоэффективных дифракционных ответвителей в мощных непрерывных С02 лазерах. // Изв. АН, сер. физич. 1994. Т. 58. № 2. С. 46-51.

26. Investigation of industrial С02 laser beam characteristics with intracavity modulator / Samarkin V.V., Novodvorsky O.A., Sagdeev R.Ya., Shishkov A.V., Yakunin V.P. // Proc. SPIE 1996. Vol. 2713. P.85-87.

27. Размерные эффекты статической проводимости в тонких пленках тантала / Новодворский О.А., Храмова О.Д., Венцель К., Барта Й.В. // Журнал Технической Физики, 2005. № 6. С. 42-45.

28. Панченко В. Я., Новодворский О. А., Голубев В. С. Технология лазерно -плазменного напыления пленок нанометровых толщин// Наука и технологии в промышленности. 2006. № 4. Ч. 1. С. 39-51.

29. Optical and structural characteristics of ZnO films doped with gallium / Novodvorsky O.A., Panchenko V.Ya., Khramova O.D., Gorbatenko L.S., Butorina Ye.A., Wenzel C., Bartha J.W. // Proceedings SPIE, 2006. Vol. 6161. P. 124-1336.

30. Подготовка подложек ZnO и а-А1203 для создания УФ лазеров / Артемов А.С., Горбатенко JI.C., Новодворский О.А., Соколов В.И., Фарафонов С.Б., Храмова О.Д. // Нанотехника, 2007. № 4. С. 46-50.

31. Панченко В.Я., Новодворский О. А., Голубев B.C. Создание высококачественных нанометровых пленок по технологии лазерно-плазменного напыления. // Перспективные материалы, Специальный выпуск в 2-х томах, сентябрь 2007. С. 39.

32. Structural characteristics and photoluminescence spectra of ZnO films produced by pulsed laser deposition / Novodvorsky O.A., Panchenko V.Ya., Khramova O.D., Gorbatenko L.S., Butorina Ye.A., Batishev G.A., Wenzel C., Bartha J.W.,

Hiemann H., Bublik V.T., Chteherbatchev K.D. // Proceedings SPIE, 2007. P. 6732-61.

33. Создание и исследование квантовых ям MgZnO/ZnO для УФ излучающих структур на базе оксида цинка / Лотин A.A., Новодворский O.A., Хайдуков Е.В., Панченко В.Я., Храмова О.Д., Рочева В.В., Паршина Л.С., Черебыло Е.А. // Сборник докладов Международного форума по нанотехнологиям «Rusnanoforum-08». Москва. 2008. Т. 1. С.169-171.

34. Исследование морфологии и удельной проводимости ультратонких пленок Sn, Fe, Cr, Si, полученных методом импульсного лазерного осаждения / Хайдуков Е.В., Лотин A.A., Новодворский O.A., Панченко В.Я., Паршина Л.С., Рочева В.В., Храмова О.Д., Черебыло Е.А. // Сборник докладов Международного форума по нанотехнологиям, Москва, 2008. Т. 2. С. 771 -772.

35. Оптические и структурные характеристики пленок оксида цинка, легированных галлием / Новодворский O.A., Горбатенко Л.С., Панченко

B.Я., Храмова О.Д.,. Черебыло Е.А, Венцель К., Барта Й.В., Бублик В.Т., Щербачев К.Д. // Физика и техника полупроводников, 2009. Т. 43. № 4.

C. 439-444.

36. Characterization of ZnO:Ga and ZnO:N films prepared by PLD / Gorbatenko L.S., Novodvorsky O.A., Panchenko V.Ya., Khramova O.D., Cherebilo Ye.A., Lotin A.A., Wenzel С., Trumpaicka N., Bartha J.W. // Laser Physics, 2009. Vol.19. №5. P. 1

37. Structural and optics characteristics of gallium doped ZnO films / Novodvorsky O.A., Gorbatenko L.S., Panchenko V.Ya., Khramova O.D., Cherebilo Ye.A., Wenzel С., Bartha J.W., Bublik V.T, Shtcherbatchev K.D. // Semiconductors, 2009. Vol. 43. №. 4. P. 419-424.

38. Новодворский O.A., Лотин A.A., Хайдуков E.B. Устройство для лазерно-плазменного напыления // Патент на полезную модель № 89906, опубл. 20.12.2009,бюлл. № 35.

39. Novodvorsky O.A. Thin films fabrication for nano- and optoelectronics by the PLD method. // Proceedings of X International Conference "Laser and LaserInformation Technologies: Fundamental Problems and Applications" (ILLA'2009, Smolyan, Bulgaria, 2009). Plovdiv, Bulgaria, 2010. P. 33-42 (ISSN 1314-068X).

40. Новодворский O.A., Хайдуков E.B., Лотин A.A. Устройство для лазерно-плазменного напыления // Патент на полезную модель 93583, опубл. 27.04.2010, Бюлл. № 12.

41. The optical properties of rod structures and multiple quantum wells based on ZnO

/ Lotin A.A., Novodvorsky O.A., Parshina L.S., Khaydukov E.V., Khramova O.D. // Proceedings of X International Conference "Laser and Laser-Information Technologies: Fundamental Problems and Applications" (ILLA'2009, Smolyan, Bulgaria, 2009). Plovdiv, Bulgaria, 2010. P.. 94-98 (ISSN 1314-068X).

42. Нелинейное оптическое усиление в столбчатых наноструктурах ZnO и квантовых ямах Mgo.27Zno.73O/ZnO / Лотин A.A., Новодворский O.A., Хайдуков Е.В., Паршина Л.С., Панченко В Л. // Труды 2-ой Всероссийской

научной школы для молодежи «Концентрированные потоки энергии в индустрии наносистем и живых систем», Москва, МИЭМ, 2009. С. 236-242. 43. Зондовые исследования лазерного эрозионного факела при абляции кремния в вакууме / Хайдуков Е.В., Новодворский О.А., Лотин А.А., Рочева В.В., Храмова О.Д., Панченко В.Я. //ЖТФ, 2010. Т. 80. вып.4. С. 59-63. 44.. Эпитаксиальный рост и свойства пленок MgxZni_xO, получаемых методом лазерно-плазменного осаждения / Лотин А.А, Новодворский О.А., Хайдуков Е.В., Рочева В.В., Храмова О.Д.,.Панченко В.Я, Венцель К., Трумпайска Н., Щербачев К.Д. // ФТП. 2010. Т. 44. вып. 2. С. 260-264.

45. Probe studies of laser erosion plume arising at silicon ablation in vacuum / Khaydukov E.V., Novodvorsky O.A., Lotin A.A., Rocheva V.V., Khramova O.D. and Panchenko V.Ya. // Technical Physics, 2010. Vol. 55. № 4. P. 491-495.

46. Epitaxial growth and properties of MgxZni_xO films produced by pulsed laser deposition / Lotin A.A., Novodvorsky O.A., Khaydukov E.V., Glebov V.N., Rocheva V.V., Khramova O.D., Panchenko V.Ya., Wenzel C., Trumpaicka N., Chtcherbachev. K.D. // Semiconductors, 2010. Vol. 44. № 2. P. 246-250.

47. The erosive laser plume ions component researches at the silicon ablation in vacuum / Khaydukov E.V., Lotin A.A., Rocheva V.V., Novodvorsky O.A., Panchenko V.Ya. // Fizika. 2010. Vol. 16. P. 29-32.

48. The optical and structural properties of quantum wells Mg0,27Zn0j3O/ZnO produced by pulsed laser deposition / Lotin A.A., Novodvorsky O.A., Parshina L.S., Khaydukov E.V., Khramova O.D., Panchenko V.Ya. // Fizika. 2010. Vol. 16. P. 41-45.

49. Электролюминесценция полупроводниковых гетероструктур на основе оксида цинка / Новодворский О.А., Лотин А.А., Панченко В.Я., Паршина Л.С., Хайдуков Е.В., Зуев Д.А., Храмова О.Д. // Квантовая Электроника. 2011. Т. 41. вып. 1.С. 4-7.

50. Тройные сплавы CdyZnKyO и MgxZni_xO - материалы для оптоэлектроники /

Лотин А.А., Новодворский О.А., Панченко В.Я., Паршина Л.С., Хайдуков Е.В., Зуев Д.А., Рочева В.В., Храмова О.Д., Щербачев К.Д. // ФТТ. 2011. Т. 53. вып. 3. С. 438-442.

51. The quantum confinement effect observed in the multiple quantum wells Mgo.27Zno.73O/ZnO / Lotin A.A., Novodvorsky O.A., Parshina L.S., Khaydukov E.V., Khramova O.D., Panchenco V.Ya. // Las. Phys., 2011. Vol. 21. Is. 3. P. 582.

52. Управление энергетическим спектром ионов в модифицированном методе импульсного лазерного напыления на пересекающихся факелах / Хайдуков Е.В., Новодворский О.А., Рочева В.В., Лотин А.А., Зуев Д.А., Храмова О.Д. // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37. вып. 2. С. 39-45.

53. Modified crossed-beam PLD method for the ions energy spectrum control / Khaydukov E.V., Novodvorsky O.A., Rocheva V.V., Zuev D.A., Lotin A.A., Khramova O.D., Panchenko V.Ya. // Laser Physics, 2011. Vol. 21. Is. 3. P. 619623.

54. Controlling Ion Energy Spectrum in Modified Method of Pulsed Laser Plasma Deposition with Intersecting Plumes / Khaydukov E.V., Novodvorsky O.A.,

Rocheva V.V., Lotin A.A., Zuev D.A., and Khramova O.D. // Technical Physics Letters, 2011. Vol. 37. № 1. P. 69-71.

55. Photoluminescent properties of nitrogen and phosphorus doped ZnO thin films fabricated by pulsed laser deposition method / Parshina L.S., Novodvorsky O.A., Panchenko V.Ya., Khramova O.D., Cherebilo Ye.A., Lotin A.A., Wenzel C., TrumpaickaN., Bartha J.W.//Laser Physics, 2011. Vol.21. Is. 4.P. 1-6.

56. Two-dimensional heterostructures based on ZnO / Lotin A.A., Novodvorsky O.A., Parshina L.S., Khaydukov E.V.,.Zuev D.A, Khramova O.D., Panchenko V.Y. // Appl Phys B. 2011. Vol. 105. P. 565-572.

Список цитируемой литературы:

1. О возможности получения сверхтонких сплошных монокристаллических пленок с помощью лазера / Бекетова 3. П., Талонов С. В., Каверин Б. С.,

Нестеров Б. А., Салащенко Н.Н. // Известия ВУЗов, «Радиофизика», 1975. №62. Низкотемпературная эпитаксия пленок конденсированных из лазерной плазмы / Талонов С.В., Лускин Б.М., Нестеров Б.А., Салащенко Н.Н. // Письма в ЖТФ, 1977. Т. 3. вып.12.

3. Талонов С.В., Лускин Б.М., Салащенко Н.Н. О возможности получения структур со сверхрешеткой методом лазерного напыления // Письма в ЖТФ, 1979. Т. 5. вып.9.

4. Laser-induced plasmas for primary ion deposition of epitaxial Ge and Si Films / Lubben D., Barnett S.A., Suzuki K., Gorbatkin S., Greene J.E.. // J. Vac Sci.Technol.B. 1985. Vol. 3. № 4. P. 968.

5. E.N.Sobol, A.P.Sviridov, V.N.Bagratashvili, V.N.Burimov, V.N.Okorokov. Polishing and modification of high Tc films by an excimer-laser beam, Superconductivity, V.5.N1, P.130-134,1992.

6. Распределение иттрия по скоростям в лазерной плазме, возникающей при распылении УВа2Си307.х-мишени / Бояркин О.В., Буримое В.Н., Голубев

B.C., Жерихин А.Н., Попков В JI. // Изв. АН. Сер. физия. 1993. Т. 52. № 12.

C. 90.

7. Алферов Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // ФТП, 1998. Т. 32. вып. 1.

8. Алферов Ж.И. Двойные гетероструктуры: концепция и применение в физике, электронике и технологии // УФН, 2002. Т. 172. №9.

9. Yamamoto Т., and Yoshida Н.К., Solution Using a Codoping Method to Unipolarity for the Fabrication of p-Type ZnO // JpnJ. Appl. Phys. 1999. Vol. 38. № 2. P L166-L169.

10. Coli G. and Bajaj K.K. Excitonic transitions in ZnO/MgZnO quantum well heterostructures //Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 78. P. 2861.

Подписано в печать:

26.09.2012

Заказ № 7636 Тираж -150 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Введение.

Глава

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ДИАГНОСТИКИ ТОНКИХ ПЛЕНОК И ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

§ 1.1 Механизмы эпитаксиального роста и методы выращивания тонких пленок и многослойных гетероструктур.

1.1.1 .Механизмы эпитаксиального роста тонких пленок.

1.1.2.Метод молекулярно-лучевой эпитаксии.

1.1.3. Твердофазная эпитаксия.

1.1.4. Метод газофазной эпитаксии и газофазной эпитаксии металлоорганических соединений.

1.1.5. Химическая лучевая и жидкофазная эпитаксия.

1.1.6 Магнетронное распыление.

1.1.7 Метод импульсного лазерного напыления.

§1.2 Методы исследования эпитаксиальных пленок.

1.2.1 Исследование морфологии пленок методом атомно - силовой микроскопии.

1.2.2 Исследование морфологии пленок методом электронной микроскопии.

1.2.3 Рентгенодифракционный анализ тонких пленок.

1.2.4 Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии определения химического состава пленок.

1.2.5 Оптическая спектроскопия.

1.2.6 Исследование электрических свойств тонких пленок.

§1.3. Выводы по Главе 1.

Глава 2.

ИЗМЕРЕНИЕ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТ ЛАЗЕРНОГО ФАКЕЛА.

§ 2.1 Введение. Времяпролетные методы исследования скоростей разлета компонент факела.

2.1.1 Основные характеристики лазерной абляционной плазмы.

2.1.2 Времяпролетная масс-спектрометрия лазерной плазмы.

2.1.3. Метод лазерно - индуципрованной флюоресценции (ЛИФ).

2.1.4. Времяпролетная эмиссионная спектроскопия.

2.1.5. Времяпролетные измерения методом зонда Ленгмюра.

2.1.6. Времяпролетные измерения скоростей разлета капель.

§ 2.2 Экспериментальный комплекс для напыления тонких пленок и исследования лазерного факела при абляции мишеней.

2.2.1 Схемы реализации метода импульсного лазерного напыления.

2.2.2. Стенд зондовой диагностики факела.

2.2.3. Стенд оптической диагностики факела.

2.2.4. Стенд для определения скоростного распределения капель.

§ 2.3 Измерения скоростей разлета ионов лазерного факела методом зонда Ленгмюра при абляции металлов.

2.3.1. Многомодальное распределение ионов факела тантала.

2.3.2. Зондовые исследования факела ниобия.

2.3.3. Скорости разлета ионов в факеле меди.

2.3.4. Зондовые исследования факела алюминия.

2.3.5.Зондовые исследования факела хрома, марганца, железа и олова.

2.3.6. Аппроксимация зондовых времяпролетных кривых.

§ 2.4 Времяпролетная эмиссионная спектроскопия ионов и атомов лазерного факела.

2.4.1.Эмиссионне спектры ниобия и тантала при лазерной абляции мишеней в вакууме.

§ 2.5 Определение скоростей капель в лазерном факеле.

2.5.1. Исследование скоростного распределения капель кремния.

2.5.2. Распределение капель по скоростям при абляции металлов.

2.5.3. Угловое распределение капель.

2.5.4. Разработка методов устранения капель при напылении пленок.

§ 2.6 Выводы по главе 2.

Глава 3.

МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ СПЕКТРОМ

ЭРОЗИОННОГО ФАКЕЛА.

§3.1. Введение.

§ 3.2 Нагрев эрозионного лазерного факела излучением СО2 лазера. Методика исследования и экспериментальные результаты.

3.2.1. Методика исследования нагрева эрозионной лазерной плазмы излучением СОг лазера.

3.2.2. Экспериментальные исследования по нагреву эрозионного лазерного факела излучением СОг лазера.

3.2.2.1. Эффективность нагрева эрозионной лазерной плазмы.

3.2.3. СОг-лазердля нагрева эрозионного лазерного факела.

3.2.3.1. Безбалластная система накачки лазера.

3.2.3.2. Источник питания для безбалластной системы накачки.

3.2.3.3. Высокочастотный предыонизатор.

3.2.3.4. Влияние типа резонатора на генерационные характеристики СОг лазера на перекрещенных электродах.

§ 3.3 Управление энергетическим спектром ионов в методе пересекающихся факелов (на примере кремния и олова).

3.3.1. Времяпролетные кривые одиночного эрозионного факела при абляции кремния.

3.3.2. Времяпролетные кривые отклоненного пучка ионов при пересечении двух факелов кремния.

3.3.3 Управление энергетическим спектром ионов отклоненного пучка при изменении угла пересечения факелов от двух мишеней. На примере кремния и олова.

§ 3.4 Зависимость энергетического спектра ионов эрозионного факела от длины волны аблирующего лазерного излучения.

3.4.1 Скорости разлета ионов при изменении длины волны аблирующего лазерного излучения.

3.4.2. Функции распределения ионов эрозионного факела железа.

§ 3.5 Изменение энергетического спектра компонент эрозионного факела при изменении плотности энергии на мишени.

3.5.1 Управление энергетическим спектром ионов эрозионного факела при изменении плотности энергии на мишени.

3.5.2 Зависимость функции распределения капель эрозионного факела кремния от плотности энергии на мишени.

§ 3.6 Влияние параметров факела на характеристики наноразмерных пленок.

3.6.1. Влияние плотности энергии на мишени на параметры решетки пленки 2пО:Оа.

3.6.2. Влияние параметров факела на характеристики многослойных структур.

§ 3.7 Выводы по главе 3.

Глава 4.

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛЕНОК ПОЛУПРОВОДНИКОВ, ПЕРСПЕКТИВНЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ

УСТРОЙСТВ В УФ ОБЛАСТИ СПЕКТРА.

§ 4.1 Введение.

§ 4.2 Разработка лабораторной методики лазерного напыления тонких пленок широкозонных полупроводников и тройных сплавов.

4.2.1. Лабораторные напылительные стенды для импульсного лазерного напыления широкозонных полупроводников.

4.2.2 Методика изготовления керамических мишеней.

4.2.3 Подготовка и исследование подложек.

§ 4.3. Эпитаксиальный рост и свойства пленок ZnO.

4.3.1. Влияние температуры подложки на свойства пленок ХпО.

4.3.2. Оптические свойства пленок ZnO.

4.3.3. Электрофизические свойства пленок ZnO.

§ 4.4. Эпитаксиальный рост и свойства пленок Л^^п^О.

4.4.1. Скорость роста пленок

§х2п1.хО.

4.4.2.Структурные характеристики пленок

§х2п1.хО.

4.4.3. Оптические характеристики пленок М&^п^О.

4.4.4. Электрофизические свойства пленок

§х2п1хО.

§ 4.5. Разработка методов легирования полупроводниковых пленок оксида цинка для получения проводимости п- и р-типа.

4.5.1. Получение и исследование легированных галлием пленок ZnO п-типа.

4.5.1.1 Влияние параметров процесса напыления на кристалличность пленок 2пО:Оа.

4.5.1.2. Оптические характеристики пленок 2пО:ва.

4.5.1.3. Управление шириной запрещенной зоны пленок ХпО при легировании галлием.

4.5.1.4. Электрические свойства пленок ZnO^.GsL.

4.5.2. Получение и исследование пленок 2пО р-типа.

4.5.2.1 Легирование пленок 2пО азотом из твердой и газовой фазы.

4.5.2.2 Активация акцепторных центров пленок 2пО:И термическим отжигом.

4.5.2.3 Солегирование пленок оксида цинка галлием и азотом.

4.5.2.4 Свойства пленок оксида цинка, легированных фосфором.

4.5.3. Гомопереход п^пО/р^пО.

§ 4.6 Выводы по главе 4.

Глава 5.

КВАНТОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ И НИЗКОРАЗМЕРНЫХ

СТРУКТУРАХ.

§ 5.1. Введение.

§ 5.2. Размерные эффекты удельной проводимости в тонких пленках металлов.

5.2.1. Классический размерный эффект удельной проводимости в наноразмерных пленках Бе, Сг, 81.

5.2.2. Квантово размерный эффект удельной проводимости в пленках тантала и железа.

5.2.3. Разбавленные магнитные полупроводники на основе кремния.

5.2.3.1. Методика напыления разбавленных магнитных полупроводников 81хМп1.х.

5.2.3.2. Температурная зависимость сопротивления разбавленных магнитных полупроводников.

5.2.3.3. Аномальный эффект Холла в разбавленных магнитных полупроводниках.

§ 5.3 Оптические квантовые эффекты в низкоразмерных структурах.

5.3.1 Квантовые ямы MgxZnlxO/ZnO.

5.3.1.1. Квантовая яма конечной глубины с проницаемыми барьерами.

5.3.1.2. Методика формирования квантовых ям.

5.3.1.3. Рентгеноструктурный анализ квантовых ям MgxZni.xOZZnO.

5.3.2. Расчет энергии электрон-дырочного перехода в квантовых ямах

§ 5.4 Квантово размерный эффект в множественных квантовых ямах М£хХп1х0^п0 при комнатной температуре.

5.4.1. Экситоны в полупроводниках.

5.4.1.1. Экситоны в оксиде цинка.

5.4.1.2. Температурное поведение экситонов.

5.4.1.3. Управление шириной запрещенной зоны в ЪпО.

5.4.2. Низкотемпературные спектры фотолюминесценции и спектры поглощения множественных квантовых ям MgxZnlxO/ZnO.

5.4.2.1. Температурная зависимость спектров фотолюминесценции.

5.4.3. Энергия связи экситона в квантовых ямах.

5.4.3.1. Влияние ширины квантовой ямы на энергию связи экситона

§ 5.5. Лазерный эффект в квантовых ямах и электролюминесценция диодов на гетеропереходах на базе ZnO.

5.5.1 Вынужденное излучение в МКЯ MgxZni.xO/ZnO при оптической накачке.

5.5.2. Столбчатые наноструктуры и нанокластеры ZnO.

5.5.2.1. Столбчатые наноструктуры ZnO.

5.5.2.2. Нанокластеры ZnO.

5.5.3. Светоизлучающие гетероструктуры на основе оксида цинка.

5.5.3.1. Создание и исследование металлических омических контактов к пленкамp-GaN и п-ZnO.

5.5.3.2. Создание светоизлучающих гетероструктуры на основе оксида цинка.

§ 5.6 Выводы по главе 5.

Настоящая работа посвящена изучению процесса импульсного лазерного напыления тонкопленочных материалов и наноразмерных структур, перспективных для создания элементно-узловой базы квантовой электроники -полупроводниковых лазеров и диодов УФ диапазона. В работе исследованы методы управления энергетическим спектром ионов факела при импульсном лазерном напылении тонкопленочных материалов и свойства тонкопленочных структур, которые обеспечиваются рассмотренными методами управления.

В последнее время параллельно развивались несколько методов напыления тонких пленок, таких как молекулярно-лучевая эпитаксия, магнетронное распыление, химическое напыление металлоорганических соединений из газовой фазы МОСУО, ЬСУО и др., каждый из которых нашел свое должное применение. Но особо бурное развитие получил метод импульсного лазерного напыления (ИЛН) благодаря возможности управления параметрами процесса достаточно простыми средствами. В настоящее время трудно найти тонкопленочный материал, при получении которого не использовался бы этот метод.

Сущность метода ИЛН заключается в следующем. При фокусировке излучения мощных импульсных лазеров на поверхность мишени в результате локального нагрева мишени происходит испарение вещества и образуется плазменный факел. Этот процесс получил название лазерная абляция, а плазменный факел называется абляционной лазерной плазмой. Лазерная абляция твердых мишеней давно является предметом многочисленных исследований. Это связано как со сложностью происходящих при абляции процессов, так и с возможностью ее широких практических приложений [1], в частности, для напыления тонких пленок методом ИЛН, который впервые был предложен в работе [2]. Свойства абляционной лазерной плазмы весьма специфичны, и некоторые из них не могут быть достигнуты в других источниках [1,3]. Известна существенная роль энергетического спектра ионов при осаждении тонких пленок физическими методами [4], в частности, при ИЛН тонких пленок [5]. Очень важной в этих процессах является возможность управления энергетическим спектром ионов, который оказывает существенное влияние на характеристики осаждаемых пленок (тип кристаллической структуры, размер кристаллитов, адгезия и др.) [5].

В результате взаимодействия излучения с материалом мишени происходит вынос вещества из мишени и его ионизация. Возникшая горячая плазма расширяется, во время расширения плазма испытывает дополнительный нагрев лазерным излучением. Влияние этого нагрева на параметры плазмы зависит от длительности лазерного импульса и длины волны лазерного излучения. В диссертации рассмотрена абляция наносекундными импульсами. В экспериментах использовались неодимовые (первая и вторая гармоники) и эксимерные (ХеС1 и Кг Б) лазеры. Излучение таких лазеров поглощается абляционной плазмой, таким образом, происходит нагрев плазмы лазерным излучением, что сказывается на ее параметрах.

В настоящее время уже хорошо известно, что абляционная плазма является существенно нестационарным и неравновесным объектом. На стадии взаимодействия плазмы с лазерным импульсом в первую очередь нагреваются электроны, и уже от них энергия передается более тяжелым ионам. В результате электронная температура плазмы Тс существенно опережает Т\. Выравнивание температур Ге и Т\ весьма долгий процесс из-за большой разницы масс электронов и ионов, и время установления равновесия может превышать длительность лазерного импульса.

При воздействии лазерного излучения на металлические мишени испарение происходит без образования жидкой фазы (абляция), если поток

9 2 мощности лазерного излучения ц >10 Вт/см [6]. Поэтому наиболее широкое применение в лазерном напылении тонких пленок нашли твердотельные лазеры с модулированной добротностью и эксимерные лазеры. Применение коротковолновых эксимерных лазеров (248 нм, 193 нм) позволяет проводить абляцию тонкого слоя материала, существенно снижая выброс капель благодаря малой глубине поглощения (~ 4 нм) [7]. Вторая особенность процесса испарения заключается в том, что возникшая в первый момент действия лазерного импульса плазма экранирует мишень, и основная доля лазерного излучения поглощается в плазме. Это приводит к тому, что, эрозионный факел значительно ионизован, а масса испаренного за один импульс вещества Ат слабо зависит от д, Ат~д0,5. Так как средняя толщина пленок, напыленных за один импульс, меньше атомарного слоя и легко может быть определена (в стандартных режимах напыления вырастает примерно 0.1 монослоя за импульс) [8], то слабая зависимость Ат от q делает лазерное напыление очень технологичным, так как позволяет легко контролировать толщину пленок по количеству лазерных импульсов.

Все сказанное выше относится к чистым металлам. Несмотря на то, что механизм поглощения лазерного излучения в полупроводниках иной, в ряде случаев испарение полупроводников подчиняется тем же закономерностям, что и испарение металлов. Так, если энергия кванта лазерного излучения больше, чем ширина запрещенной зоны испарение проходит по механизму, характерному для металлов [6]. В том же случае, когда энергия кванта применение такой модели оправдано, если интенсивность излучения достаточна для ударной ионизации [8]. Для большинства полупроводников время ионизации не превышает 10 не уже

О О при <7 = 10 Вт/см . После ионизации испарение протекает так же, как и в случае металлической мишени.

При испарении мишени с более низким коэффициентом поглощения механизм разрушения меняется. Благодаря испарению вещества с поверхности температура там оказывается ниже, чем внутри мишени, поэтому разрушение носит характер теплового взрыва. В результате в факеле присутствует большое количество твердых и жидких микрочастиц. Коэффициент поглощения зависит от длины волны лазерного излучения, и, как правило, он растет с уменьшением последней. В связи с этим выгодно проводить лазерное напыление с помощью коротковолновых лазеров [9].

При диагностике лазерной эрозионной плазмы регистрация частиц на разных расстояниях от мишени может проводиться различными методами: с помощью зондовой диагностики [10,11] и эмиссионной спектроскопии [11,12], лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) [13,14]. Из перечисленных методов для исследования эволюции функции распределения нейтральных частиц наиболее подходит эмиссионная спектроскопия и ЛИФ-диагностика. Метод эмиссионной спектроскопии позволяет исследовать как мгновенные распределения частиц в пространстве, так и временные характеристики разлетающейся плазмы [12, 15]. Однако из-за быстрого затухания свечения плазмы метод работает только на близких от мишени расстояниях. ЛИФ-диагностика позволяет проводить измерения как на малых, так и на больших расстояниях от мишени.

Зондовая диагностика, благодаря высокой чувствительности метода, позволяет регистрировать заряженные частицы факела на расстояниях от мишени, сопоставимых с технологическими условиями напыления. Зондовые методы широко применяются для исследования лазерного эрозионного факела при абляции металлов, полупроводников, ионных кристаллов, керамики [16-20]. Для лазерной абляции металлов характерна близость порога испарения мишени и порога плазмообразования [21], поэтому при импульсном лазерном осаждении эрозионный факел металлов существенно ионизован [16,22]. В сильно ионизованной разлетной плазме факела электрический зонд Ленгмюра регистрирует заряженные частицы, которые составляют значительную долю частиц факела, и обеспечивает при этом высокую локальность измерений.

В различных исследованиях при помощи зонда Ленгмюра определялись распределение ионов по скоростям [4,7], потенциал насыщения ионного тока [7], энергетический спектр ионов меди [3], электронная температура эрозионного факела [23,24]. При абляции мишеней из MgO в работе [6] установлено, что при изменении плотности энергии излучения на мишени от 1.4 до 3 Дж/см электронная температура изменяется от 1 до 10 эВ. Однако исследования распределения электронной температуры в различных участках факела и ее изменения во времени к началу наших исследований не проводились.

Поскольку в плазме одновременно присутствуют и ионы и нейтральные атомы, то функции распределения этих двух ансамблей могут оказаться различными. С другой стороны, во время разлета происходит рекомбинация ионов с электронами и атомы, возникающие в результате рекомбинации, будут иметь скоростное распределение такое же, как и породившие их ионы. В результате функция распределения атомов по скоростям будет существенно отличаться от равновесной (Максвелловской). Происходит также перезарядка ионов и атомов, в результате чего распределение ионов по скоростям также будет существенно отличаться от равновесного.

Существенная доля энергии разлетающейся плазмы может быть запасена во внутренних степенях свободы частиц (метастабильные состояния атомов и ионов). При столкновениях в факеле эта энергия неизбежно выделится и приведет к изменению кинетической энергии сталкивающихся частиц. При взаимодействии с подложкой при лазерном напылении пленок эта энергия приведет к дополнительному нагреву поверхности.

Распределение частиц в лазерной плазме по скоростям оказывается очень важным с точки зрения прикладных задач, влияя на процесс роста пленок при импульсном лазерном напылении. Наиболее важными параметрами плазмы, от которых в дальнейшем зависит рост пленки, является степень ионизации плазмы и трансляционная скорость частиц факела, особенно ионов, что обеспечивает неравновесность процесса напыления.

Актуальность проводимых работ определяется следующим.

Создание тонкопленочных устройств квантовой электроники, оптоэлектроники и спинтроники с использованием низкоразмерных структур (квантовые ямы, нити и точки) актуально, поскольку они обладают уникальными оптическими и электрическими свойствами и более высокой температурной стабильностью по сравнению с пленками микронных толщин. Это определяет актуальность разработки и исследования методов создания новых тонкопленочных материалов и структур пониженной размерности. Изучение способов формирования стабильных наноструктур пониженной размерности имеет и фундаментальное значение для понимания поведения вещества на наноразмерных масштабах.

Метод импульсного лазерного напыления с использованием различных лазеров для абляции мишеней стал широко используемым методом гибко перестраиваемых исследовательских технологий, расширяющим круг новых материалов, позволяющих совершенствовать устройства квантовой электроники, оптоэлектроники и спинтроники в вычислительной технике и оптических линиях связи. Это определяется его универсальностью по отношению к напыляемому материалу, возможностью практически исключить наличие посторонних примесей и возможностью контроля в процессе роста пленочных структур, что особенно важно при разработке пленочных структур нового типа, для которых еще не существует штатных технологий [7-9].

Ввиду сложности явления лазерной абляции, включающего в себя процесс формирования плазменного факела и его расширение в окружающее пространство, до сих пор это явление изучено недостаточно. Исследование плазмы, формируемой в результате лазерной абляции твердотельных мишеней, играет ключевую роль в понимании процесса импульсного лазерного осаждения тонких пленок. Разрешенные во времени и пространстве измерения характеристик эрозионного факела в процессе его движения от мишени к подложке дают информацию о кинетике различных частиц, скорости их распространения и диаграмме разлета.

Основной проблемой при лазерном напылении является присущее этому методу наличие в лазерном факеле частиц высоких энергий и большое количество капель, что ограничивает возможность широкого распространения метода импульсного лазерного напыления (ИЛН) для напыления наноразмерных структур.

Разработка эффективных методов управления энергетическим спектром лазерного факела, снижение доли высокоэнергичных ионов, полное устранение капель в процессе импульсного лазерного осаждения тонких пленок позволит решить задачу получения однородных сплошных пленок нанометровых толщин, пленок неравновесного состава и пленок с различными структурными характеристиками. Развитие технологий ИЛН, обеспечивающих решение перечисленных проблем, позволяет получить новый технологический процесс создания широкого спектра наноразмерных пленочных структур, как для научных исследований, так и для практических приложений.

Таким образом, актуальность указанных проблем формирования тонких пленок и многослойных структур нанометровых толщин методом импульсного лазерного напыления определяется как потребностями фундаментальных исследований поведения вещества на наноразмерных масштабах, так и многочисленными практически важными приложениями, связанными с разработкой и оптимизацией методов синтеза наноструктур.

Целью работы является развитие метода импульсного лазерного напыления, обеспечивающее возможность управления параметрами лазерного абляционного факела для формирования тонких пленок и тонкопленочных структур, и изучение свойств тонких пленок и тонкопленочных структур, перспективных для создания элементно-узловой базы квантовой электроники (УФ лазеры), оптоэлектроники (УФ светодиоды и фотоприемники) и спинтроники (высокотемпературные ферромагнитные полупроводники), включая:

1. Разработку и создание экспериментального напылительного комплекса и методик исследования параметров факела (энергетический спектр ионов, атомов и микрочастиц факела, электронная температура, плотность ионов) в процессе напыления; комплексное исследование пространственной эволюции компонент факела при лазерной абляции в вакууме.

2. Разработку новых подходов к управлению энергетическим спектром ионов лазерного факела, представляющих как самостоятельный интерес, так и имеющих прикладное значение для получения новых пленочных материалов.

3. Разработку эффективных методов устранения попадания капель и микрочастиц из лазерного факела на поверхность осаждаемой пленки.

4. Разработку основ технологий напыления тонких пленок металлов, полупроводников, оксидов и силицидов металлов (Та, Бе, Б!, ЪлО, М^пО, С&ТпО, Мп81) нанометровых толщин методом ИЛН и исследование свойств пленок.

5. Разработку метода неравновесного легирования в процессе роста пленок широкозонных полупроводников (ЪпО, СсКпО) из твердой и газовой фазы для создания тонкопленочных материалов с требуемыми свойствами.

6. Создание методом импульсного лазерного напыления множественных квантовых ям 1У^х2п1.хО/^пО, как потенциальных структур для УФ диодов и лазеров; исследование их структурных и оптических свойств. Исследование размерных эффектов и эффекта вынужденного излучения в множественных квантовых ямах ЪА^^Хп^О/ХпО при импульсной оптической накачке.

7. Разработку лабораторной технологии лазерного напыления многослойных тонких пленок, создание и исследование светоизлучающих диодов на гетеропереходах п-ХпО/р-Од^, п-ТпО/ ¡-ХпО/р-ОдН и п

М§од^^О//-С<1о^п<),80//?-ОаК, излучающих в видимой и УФ области спектра.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Ионные компоненты лазерного факела при абляции однокомпонентных мишеней А1, 81, Сг, Мп, Бе, Си, Ъа, Мэ, 8п и Та имеют мультимодальное распределение по скорости, распределение скоростей в каждой моде описывается одномерным распределением Максвелла. При взаимодействии двух факелов формируется плазменный пучок, в котором функция распределения ионов по скорости имеет мультимодальный характер.

2. При абляции металлов и полупроводников А1, 81, Сг, Мп, Бе, Си, Ъп, ЪпО, 8п в вакууме функция распределения капельной составляющей лазерного факела по скорости и по энергии отлична от максвелловской.

3. Дополнительное облучение лазерного факела излучением СОг лазера позволяет управлять энергетическим спектром и концентрацией ионов в факеле и увеличить до двух раз среднюю энергию ионов и их концентрацию в факеле за счет ионизации атомов. Энергия ионов осаждаемого пучка в схеме напыления с пересекающимися факелами может быть уменьшена более чем на порядок относительно энергии ионов исходных факелов при изменении угла пересечения факелов.

4. В созданных модифицированным методом ИЛН пленках металлов А1, Сг, Мп, Бе, Си, Ъп, Мэ, 8п и Та нанометрового диапазона удельное сопротивление монотонно уменьшается с увеличением толщины (классический размерный эффект). В пленках тантала и железа наблюдается осциллирующая зависимость удельного сопротивления пленки от толщины, свидетельствующая о проявлении квантово размерного эффекта проводимости.

5. Метод ИЛН при легировании галлием, азотом и фосфором в процессе напыления позволяет выращивать на монокристаллических подложках сапфира пленки оксида цинка п- и р-типа с высоким значением удельной проводимости, а также эпитаксиальные пленки ЪА%хХх\\.хО и Сс1у2п1.уО в диапазоне концентраций магния 0<х<0,35 и кадмия 0<у<0,2, для которых разница ширин запрещенной зоны достигает величины 1,3 эВ при рассогласовании параметров кристаллической решетки в плоскости роста (Аа/а) менее 1%.

6. В созданных методом ИЛН квантовых ямах К^^п^О/гЮ интенсивность фотолюминесценции немонотонно изменяется с уменьшением ширины КЯ. При импульсной оптической накачке МКЯ на базе ZnO наблюдается вынужденное излучение, порог которого зависит от ширины КЯ.

7. Метод ИЛН позволяет создавать на подложке /?-ОаЫ электролюминесцирующие гетероструктуры п^пО/р-СаЫ, п-ТпОИ-ЪлО/р-ваМ и я-2пО/я-М§0д2п0)8О//-Сё0^п0,8О//?-Оа1чГ, излучающие в УФ области спектра.

Научная новизна работы. В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана новая методика исследования динамики лазерного факела с использованием зондовой и оптической времяпролетных диагностик, позволяющая исследовать пространственно-временные распределения ионов, электронов, атомов и капель лазерного факела в процессе импульсного лазерного напыления.

2. Экспериментально исследована динамика заряженных частиц, атомов и капель факела в процессе импульсного лазерного напыления широкого круга материалов, включая А1, 81, Сг, Мп, Бе, Си, Ъп, Мэ, Эп, Та, при абляции в вакууме: 1

- Показано, что функции распределения по скоростям ионов и капель в разлетающейся лазерной плазме при абляции широкого круга материалов, включая А1, 81, Сг, Мп, Бе, Си, Ъп, №>, 8п, Та, не являются максвелловскими. Распределение ионов по скорости является многомодальным и состоит из нескольких групп ионов с максвелловским распределением в каждой группе.

Предложен механизм, объясняющий формирование неравновесных функций распределения. Быстрые группы ионов формируются в результате амбиполярной диффузии внешних слоев факела. Установлена роль столкновительных процессов ионов и атомов факела при формировании медленных групп ионов.

- Впервые исследовано распределение электронной температуры Те в лазерном факеле при абляции в вакууме мишеней из тантала, ниобия, меди излучением эксимерного лазера 308 нм. Выявлена пространственная неоднородность электронной температуры лазерного факела и закономерность изменения электронной температуры при разлете факела.

- Установлено, что распределение по скоростям капель одного размера не является максвелловским, а средняя кинетическая энергия капель разных размеров существенно различается. Установлено, что угловое распределение капель совпадает с угловым распределением разлета атомов и ионов.

3. Разработаны и реализованы новые методы управления энергией и концентрацией ионов в лазерном факеле, влияющие на качество и параметры осаждаемых пленок. Впервые показано, что облучение плазмы факела излучением импульсно периодического СОг лазера позволяет до двух раз увеличить среднюю энергию и концентрацию ионов в факеле. Впервые установлено, что в схеме двух пересекающихся факелов энергия осаждаемых ионов может изменяться более чем на порядок при изменении угла пересечения факелов.

4. Методом ИЛН впервые получены тонкие пленки алюминия, хрома, меди, ниобия, тантала, кобальта, железа, марганца, цинка и олова толщиной 2-^20 нм. Проведены измерения сопротивления пленок в зависимости от толщины в процессе роста. Для всех пленок наблюдается классический размерный эффект монотонного уменьшения удельного сопротивления с увеличением толщины пленки. Разработана методика и впервые определен коэффициент зеркальности поверхности пленок 0,84 0,93, подтверждающий высокое качество пленок. В тонких пленках тантала и железа на фоне классического размерного эффекта наблюдается квантово размерный эффект осциллирующей зависимости удельного сопротивления от толщины пленки.

5. Разработан новый подход к неравновесному легированию широкозонных полупроводников в методе ИЛН:

- На монокристаллических подложках А1203 и цинкита получены тонкие пленки оксида цинка п- и ^-типа с удельным сопротивлением 1,1 х 10"4 Ом х см пленок 2пО:Оа, 1,2 Ом х см пленок 2пО:М и 1,9 Ом х см пленок 2пО:Р. Определена энергия активации акцепторных центров азота и фосфора в пленках ХпО, полученных методом ИЛН, которая составляет 0,083 эВ и 0,068 эВ соответственно.

- Показано, что эпитаксиальные пленки М§х2п1.х0 и С&уЪг\.\.уО, полученные методом ИЛН на подложках сапфира (0001), сохраняют кристаллическую структуру вюрцита при концентрациях магния и кадмия до 35 ат.% и 30 ат.% соответственно. Ширина запрещенной зоны М§х2п).хО достигала значения 4,12 эВ при х=0,35, а параметр решетки а близок к параметру а пленки ЪпО, что по нашим измерениям создает предпосылки для разработки тонкопленочных диодов и лазеров УФ диапазона на базе квантовых ям 1У^х2п1хО/2пО.

6. Впервые методом ИЛН синтезированы множественные квантовые ямы 1У^х2п1хО/2пО с различной шириной квантовой ямы и высотой потенциального барьера. В квантовых ямах 1У^0,272п0;7зО/2пО продемонстрирован размерный эффект, заключающийся в синем сдвиге границы поглощения при уменьшении ширины квантовой ямы. Установлено, что интенсивность фотолюминесценции квантовых ям М£0;272по,7зО/2пО немонотонно зависит от ширины ямы Ь^, достигая максимального значения при Ь„=2,6 нм. При импульсной оптической накачке множественных квантовых ям впервые зарегистрировано вынужденное излучение на длинах волн 383 и 395 нм, порог вынужденного излучения зависит от ширины квантовой ямы и достигает минимального значения менее 300 КВт/см2 при ширинах ям 3-^5 нм.

7. Впервые методом ИЛН на подложках р-ОаИ получены и исследованы гетероструктуры п-ЪпО/р-ОаН, п-ЪпОИ-ЪиО/р-ОаЫ и п^пО/п-М£о^По,80/г-Сс1о^По,80//?-ОаМ, демонстрирующие электролюминесценцию в УФ и видимом диапазоне спектра с максимумом излучения 495 нм, 380 нм и 465 нм при накачке постоянным током и пороговой плотностью тока 1,35

2 2 9

А/см, 2 А/см и 0,48 А/см соответственно. Показано, что ЭЛ гетероструктуры п^пО/п-М^о^щ^ОИ-Сдо^По^О/р-ОаЫ происходит из области г-Сёо^По^О.

Практическая значимость результатов.

На основе всестороннего исследования параметров разлетающейся плазмы были найдены способы управления энергетическим спектром осаждаемых частиц факела, что позволило применять метод ИЛН для получения тонких пленок и многослойных структур. Характеристики полученных тонких пленок и многослойных структур подтверждают возможность использования метода ИЛН при решении проблем создания элементной базы квантовой электроники и фотоники. Сформулированы технические требования для лазерных напылительных установок и созданы две модификации лазерных напылительных комплексов с одним и двумя источниками плазмы. Метод лазерного напыления тонких пленок с возможностью управления энергетическим спектром и концентрацией ионов в факеле позволяет усовершенствовать лазерный технологический процесс напыления пленок и пленочных структур пониженной размерности с применением лазерного излучения видимого и ближнего ИК диапазона. Применение таких лазеров позволяет снизить стоимость технологических установок ИЛН.

Обнаруженное существенное отличие скоростей капель от скоростей атомов и ионов лазерной плазмы позволило создать оригинальный механический фильтр для предотвращения попадания капель на поверхность осаждаемой пленки и улучшить морфологию пленок.

Установлена пространственная неоднородность электронной температуры лазерного факела и закономерность изменения электронной температуры при разлете факела при абляции металлических мишеней в вакууме. Измеренные распределения концентрации ионов и электронной температуры позволили определить область оптимального поглощения излучения СОг лазера в факеле для управления его энергетическим спектром с целью изменения свойств осаждаемых пленок.

С помощью разработанного метода ИЛН получены тонкие пленки ZnO с электронным и дырочным типом проводимости и множественные квантовые ямы MgxZnixO/ZnO в которых наблюдалось вынужденное излучение при оптической накачке, что позволило создать образцы светоизлучающих диодов и обеспечило предпосылки для создания тонкопленочных лазеров УФ диапазона на базе ZnO.

Работа была выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ по программе фундаментальных исследований ОИТВС РАН "Светоизлучающие полупроводниковые устройства для информационных систем (записи, хранения информации и т.п)" и по программе фундаментальных исследований Отделения нанотехнологий и информационных технологий (ОНИТ) «Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, материалы для микро- и наноэлектроники, микросистемная техника, твердотельная электроника», в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы» (Государственный контракт № 02.513.11.3169), при поддержке Фонда Поддержки Ведущих Научных Школ (Грант НШ-1633.2003.2) и Германского Министерства Образования и Исследований (BMBF), проекты RUS 00/217, RUS 06/007 и RUS 09/055 грантов РФФИ (№№ 09-08-00291,09-02-12108, 0907-00208, 09-07-12151, 11-07-00359, 12-08-00642), гранта МНТЦ №3294.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах ИПЛИТ РАН, Дрезденского технического университета (г. Дрезден, Германия), на Международных конференциях: "Оптика лазеров -93", С.- Петербург, 1993, 5th International Conference on Industrial Laser Applicatins'95, IX International Conference Nonresonant LaserMatter Interaction (St.Petersburg, 1996), European Symposium on Laser and Optics in Manufacturing (Munich, FR Germany, 1997), International Forum on Advancad High-Power Lasers and Applications (Osaka, Japan, 1999), The International Conference on Coherent and Nonlinear Optics and The Laser, Applications, and Technologies Conference (ICONO/LAT), 2002, Moscow, 2010, Kazan, Russia; IQEC/LAT 2005, St.Petersburg, Russia), Международная конференция по квантовой электронике (Москва, 2002; ), международных конференциях ILLA (Шатура, 1999, Суздаль, 2001, Смолян, Болгария, 2003, 2006, 2009), International Conference Advanced Laser Technologies, ALT (Siofok, Hungary, 2008; Antalya, Turkey, 2009, Egmond aan See, Netherlands, 2010), X International Conference "Fundamentals of Laser Assisted Micro- & Nanotechnologies (FLAMN'10), St.Petersburg-Pushkin, Russia, 2010; Всероссийская конференция «Нанотехнологии - производству 2006» 2006г. г.Фрязино, МО, в материалах VI, VII, VIII, IX, X Межвузовских научных школ «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине» (МГУ, Москва 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.), International Conference on Lasers, Applications, and Technologies, Minsk, Belarus, 2007, International Conference Micro- and Nano- Electronics ICMNE-2007 (Звенигород, 2007), Всероссийская конф. с междунар. интернет-участием «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии»: Ижевск, 2007г., IX Российско-Китайский Симпозиум «Новые материалы и технологии» Астрахань, РФ, 2007г., на XII Международной научной конференции «Физико-Химические процессы при селекции атомов и молекул и в лазерных, плазменных и нано-технологиях» (Звенигород, 2008), 2-я международная конференция «Современные нанотехнологии и нанофотоника для науки и производства» г. Владимир, 1619 ноября 2009г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 93 печатные работы. Основные результаты содержатся в работах [10*, 11*, 15*, 23*,24*, 89*, 90*, 96*, 101*, 105*, 107*, 113*, 114*, 118*- 123*, 135М37*, 139*,140*, 150* -159*, 167*, 169*-171*, 174*-176*, 183*, 191*, 202*,205*,219*,230*,238*,242*-245*, 249*, 253*-258*, 282*, 297*,306*, 316*,357*,359*,360*,368*, 385*].

Личный вклад автора.

Все изложенные в диссертации оригинальные результаты получены автором, либо при его непосредственном участии. Автором осуществлялся выбор направлений исследований, разработка методик измерений и обработки результатов, постановка экспериментов и их проведение. Личный вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, заключается в постановках экспериментальных и теоретических задач, в разработке методик и создании использовавшихся в работе экспериментальных стендов, проведении всех экспериментальных исследований и их анализа совместно с соавторами, в трактовке приведенных в работе результатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения (выводов) и списка литературы. Работа изложена на 388 стр. машинописного текста, включая 169 рисунков и 13 таблиц. Список литературы насчитывает 389 наименований.

На основе результатов исследования параметров разлетающейся плазмы были сформулированы технические требования для лазерных напылительных установок. В дальнейшем эта работа вылилась в разработку и создание двух модификаций лазерных напылительных комплексов. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1. Разработан комплексный подход исследования лазерного факела с использованием времяпролетных методов исследования ионной, электронной, атомарной и капельной компонент факела при напылении тонких пленок:

- Применена зондовая методика исследования лазерного факела при абляции однокомпонентных мишеней (алюминий, кремний, железо, кобальт, медь, ниобий, тантал) в вакууме излучением лазеров наносекундной длительности. Определены энергетические параметры факела (энергетический спектр ионов, электронная температура, плотность), их пространственная эволюция и угловое распределение в зависимости от энергии лазерного импульса от 1 до 50 Дж/см , что представляет интерес при импульсном лазерном осаждении тонких пленок.

- Установлено, что факел состоит из нескольких групп ионов с максвелловским распределение ионов по скоростям в каждой группе.

- Установлено, что электронная температура Те в лазерном факеле при абляции эксимерным лазером в вакууме металлических мишеней тантала, ниобия, меди неоднородна по факелу и снижается к хвостовой части факела. Установлено, что электронная температура снижается при разлете факела.

Времяпролетным методом по эмиссионным спектрам лазерного факела в видимой и ультрафиолетовой области измерены скорости разлета атомов тантала, ниобия и ионов Та+, ЫЬ+ и №>++. По непрерывному спектру излучения факела определена электронная температура плазмы. Получено совпадение величин электронной температуры и скорости разлета ионов ниобия и тантала по результатам зондовых и оптических измерений.

2. В сверхтонких пленках металлов (золота, платины, тантала, железа и хрома), выращенных методом ИЛН, исследована зависимость удельного сопротивления от толщины пленки. Установлено, что на фоне монотонного уменьшения удельного сопротивления наноразмерных пленок тантала и железа с увеличением толщины, вызванного классическим размерным эффектом, проявляется осциллирующая зависимость с периодом 5 нм для тантала и 5,4 нм для железа, которая определяется квантовым размерным эффектом удельной проводимости от толщины пленки в пленках толщиной до 20 нм.

3. Методом ИЛН из керамических мишеней выращены тонкие пленки М§х2п1хО, содержащие Mg в диапазоне х=0-Ю,45. Исследование оптических свойств пленок MgxZnl.xO показали монотонный сдвиг края полосы фундаментального поглощения в синюю область при увеличении уровня легирования пленок магнием вплоть до х=0,45. При этом ширина запрещенной зоны Eg пленок, возрастала от 3,29 эВ до 4,12 эВ при х=0,35, что позволяет создавать квантовые ямы с различной высотой потенциального барьера.

4. В множественных квантовых ямах MgxZnl.xO/ZnO, выращенных на А1203 (0001) и р"-81 (100) подложках при комнатной температуре наблюдается размерный эффект положения УФ пика ФЛ от толщины квантовой ямы и высоты барьера. Установлено, что энергия активации экситона в МКЯ Mgo.i8Zno.82O/ZnO возрастает до 120 мэВ при уменьшении ширины квантовой ямы до значения 1^=1,95 нм, после чего происходит ее резкий спад, что определяет диапазон толщин квантовых ям, пригодных для создания эффективных при повышенных температурах светоизлучающих устройств.

5. Разработаны и реализованы два оригинальных метода управления энергией ионов в факеле, из которого происходит напыление тонких пленок. Первый метод состоит в облучении факела излучением импульсно периодического СО2 лазера, что позволяет до двух раз увеличить среднюю энергию ионов в факеле. Второй метод заключается в том, что в методе импульсного лазерного напыления с пересекающимися факелами энергия отклоненного пучка изменяется при изменении угла пересечения факелов, и может быть уменьшена на порядок относительно энергии исходных факелов.

6. Определены условия напыления пленок ZnO п-типа, при которых минимальное удельное сопротивление пленок ZnO:Ga достигает значения 1,1-10 "4 Ом •см. Определены условия получения пленок ZnO р-типа с удельным сопротивлением 1,0 Ом*см методом солегирования галлием и азотом, при внесении легирующих добавок из твердой и газовой фазы. Установлены условия активации акцепторных центров азота в процессе отжига для получения пленок ZnO р-типа. Установлено, что плотность энергии на мишени при напылении влияет на кристаллические параметры получаемых пленок ZnO п- и р-типа. Получен гомопереход п^пО:ва/р-ZnO:(Ga,N) с выпрямляющей ВАХ.

7. На подложках р-ОаЫ созданы светоизлучающие в синей и ближней УФ области спектра диоды и^пО/р-ваИ, и-ZnO/z-ZnO/j!?-GaN и и-MgxZn,. хО/г-Сс^п 1.уО//7-ОаЫ с максимумом излучения 495 нм, 380 нм и 465 нм при накачке постоянным током и пороговой плотностью тока 1,35 А/см , 2,0 А/см и 0,48 А/см соответственно.

8. Впервые зарегистрировано вынужденное излучение на длинах волн 383 и 395 нм при импульсной оптической накачке множественных квантовых ям Mgo^Zno^O/ZnO; порог вынужденного излучения зависит от ширины квантовой ямы и достигает минимального значения менее 300 КВт/см при ширинах ям от 3 до 5 нм.

Приношу глубокую благодарность академику В.Я. Панченко за инициирование написания этой работы, за поддержку и внимание к работе. Выражаю искреннюю благодарность всем коллегам по работе, кто помогал личным участием в выполнении данной работы и в обсуждении результатов. Прежде всего это проф. В.С.Голубев и проф. В.Г.Низьев, к.ф.-м.н. В.Н.Жерихин, к.ф.-м.н. В.И.Соколов, не В.Н.Кортунов, Р.Я.Сагдеев, Е.О.Филиппова.

Большую помощь в проведении экспериментов мне оказали сотрудники лаборатории наноструктур и тонких пленок ИПЛИТ РАН: к.х.н., с.н.с. О. Д. Храмова, м.н.с. А. А. Лотин, м.н.с. Д. А. Зуев, м.н.с. В. В. Рочева, к.ф.-м.н., м.н.с. Е. В. Хайдуков, мне Е.А.Черебыло,

Выражаю искреннюю благодарность сотрудникам МИСиС, ИРЭ, ФИАН, МЭИ и IHM TU Dresden за неоценимую помощь в работе. Искренне признателен зам.директора по науке В.Д.Дуброву, д.ф.-м.н. проф. В.Н. Баграташвили, д.ф.-м.н., проф. Лебедеву Ф.В. за ценные советы по расстановке акцентов при написании работы.

Многие исследования оказались бы невозможными без интеллектуальной и технической поддержки сотрудников подразделений ИПЛИТ РАН А.И.Бондаренко, В.Н.Глебова, Б.С.Гаврилова, которым я также выражаю свою признательность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Сформировано новое направление - импульсное лазерное напыление с управлением параметрами факела, обеспечивающее повышение качества тонких пленок и получение новых тонкопленочных материалов и наноразмерных структур.

Научная и практическая ценность работы заключается в том, что она существенно расширяет существующие представления о плазменном факеле, возникающем при абляции материалов лазерными импульсами умеренной интенсивности. Полученные в работе экспериментальные данные, а также использованные в работе методы и подходы к изучению динамики лазерного факела широко используются для интерпретации научных результатов и имеют большое значение для оптимизации процессов напыления наноструктурных пленок.

1. Хора X. М. Физика лазерной плазмы. : Энергоатомиздат, 1986. 272 с.

2. О возможности получения сверхтонких сплошных монокристаллических пленок с помощью лазера / Бекетова З.П., Талонов С.В., Каверин Б.С., Нестеров Б.А., Салащенко Н.Н. // Известия ВУЗов, «Радиофизика» 1975. № 6. С. 11-20.

3. Арутюнян Р.В., Баранов В.Ю., Болыпов Л.А. и др. Воздействие лазерного излучения на материалы. М.: Наука, 1989. 367 с.

4. Role of energetic atoms and Ions in Та films grown by different physical vapor deposition methods / Roy R.A., Catania P., Saenger K.L., Cuomo J.J., Lossy R.L. //J. Vac. Sci. Technol.B. 1993. Vol. 11. P. 1921.

5. Saenger K.L. On the origin of spatial nonuniformities in the composition of pulsed-laser-deposited films // J.Appl.Phys. 1991. Vol 70. P 5629.

6. Афанасьев Ю.В., Крохин O.H. Газодинамическая теория воздействия излучения лазера на конденсированные среды // Труды ФИАН СССР. 1970. Т. 52. С.118 170.

7. Талонов C.B., Клюенков Е.Б., Нестеров Б.А. и др. Лазерное напыление пленок в активной среде // Письма в ЖТФ, 1977. вып. 13.

8. Generation of high-energy atomic beams in laser-superconducting target interactions / Zheng I.P., Huang Z.Q., Shaw D.T., Kwok H.S. // Appl. Phys. Letts. 1989. Vol. 54. P. 280.

9. Буримов B.H., Жерихин A.H., Попков В. Jl. Исследование населенностей возбужденных состояний атомов бария в лазерной плазме // Квантовая электроника. 1995. Т. 22. № 2. С. 153.

10. Pulsed laser ablation of copper / Jordan R., Cole D., Lunney J. G., Mackay K., Givord D. // Appl. Surf. Sci. 1995. Vol. 86. P. 24-28.

11. Spectroscopic and ion probe measurements of KrF laser ablated Y-Ba-Cu-O bulk samples / Dyer P.E., Greenough R.D., Issa A., Key P.H. // Appl. Phys. Letts. 1988. Vol. 53. № 6. P. 534.

12. Gutfeld R.J. Von, Dreyfus R.W. Electronic probe measurements of pulsed copper ablation at 248 nm // Appl.Phys.Letts. 1989. Vol. 54. №.13. P. 1212.

13. Laser-induced plasmas for primary ion deposition of epitaxial Ge and Si Films / Lubben D., Barnett S.A., Suzuki K., Gorbatkin S., Greene J.E. // J. Vac. Sci.Technol.B. 1985. Vol.3. № 4. P.968.

14. Ready J.F. Effects of high power laser radiation // London, Academic. 1971. P. 270.

15. Дубровский В.Г. Теория формирования эпитаксиальных наноструктур. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 352 с.

16. Введение в физику поверхности / Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. М.: Наука, 2006. С. 490.

17. Эсаки Л. Молекулярно-лучевая эпитаксия и развитие технологии полупроводниковых сверхрешеток и структур с квантовыми ямами. В кн. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры.: Пер с англ./Под ред. Л.Ченга, К.Плога.-М: Мир, 1989. С. 584.

18. Shockley W., Pearson G.L. Modulation of Conductance of Thin Films of Semi-Conductors by Surface Charges // Phys.Rev. 1948. Vol.74. P.232.

19. Shoolar R.B., Zemel J.N. Preparation of Single-Crystal Films of PbS // J.Appl.Phys. 1964. Vol.35. P. 1848.

20. Foxon С.Т., Joyce В.А. Growth of thin films and heterostructures of III-V compounds by molecular beam epitaxy, in Growth and Characterization of Semiconductors // Bristol: Hilger, 1990. P. 35.

21. Wood C.E.C. Progress, Problems and Applications of MBE, in Physics of Thin Films // Ed. G.Hass, N. Francombe, N.Y.: Academic Press, 1980, Vol. 11, P.35.

22. Шуберт Ф.Е. Светодиоды.: М.,Физматлит, 2008. 496 с.

23. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки. М.: Мир. 1989. С. 240.

24. Nakamura S., Fasol G. The blue laser diode: GaN based light emitters lasers // Springer-Verlag, Berlin, 1997. P. 36-37.

25. Уфимцев В.Б., Акчурин P.X. Физико-химические основы жидкофазной эпитаксии. М.: Металлургия, 1983. С. 222.

26. Лазерный плазмотрон для бескамерного осаждения алмазных пленок / Большаков А.П., Востриков В.Г., Дубровский В.Ю., Конов В.И., Косырев Ф.К., Наумов В.Г., Ральченко В.Г. // Квантовая Электроника, 2005. Т. 35. вып. 4. С. 385 389.

27. Глова А.Ф., Лысиков А.Ю., Зверев М.М. Особенности взаимодействия лазерного излучения с газопылевой средой // Квантовая Электроника, 2009. Т. 39. вып. 6. С. 537 540.

28. Sigmund P. Mechanisms and theory of physical sputtering by particle impact // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, 1987. Vol 27. Iss. 1. C.l-20.

29. Морфологические особенности и структура пленок, конденсированных из лазерной плазмы / Талонов С.В., Лукин Б.М., Нестеров Б.А., Салащенко Н.Н. // ФТТ, 1977. вып.Ю.

30. Meyer E., Heinzelmann H. Scanning force microscopy // Scanning tunneling microscopy II / Ed. By R. Wiesendanger, H.-J. Guntherodt. Heidelberg: Springer // Springer Ser. Surface Sci, 1992 Vol. 28. P. 99-149.

31. Meyer E., Heinzelmann H., Grutter P. et al. Atomic force microscopy for the study of tribology and adhesion // Thin Solid Films. 1989. Vol. 181. № 1. P. 527-544.

32. Стоянова И.Г., Анаскин И.Ф., Физические основы методов просвечивающей электронной микроскопии.: М. 1972.

33. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.:ФИЗМАТЛИТ, 1978. 789 с.

34. Jiang H.G., Ruhle М., Lavernia E.J., Mater J.// Res., 1999. Vol. 14. P. 549

35. Жерихин A.H., Худобенко А.И., Вилльямс P.T. и др. Лазерное напыление пленок ZnO на кремниевые и сапфировые подложки // Квантовая электроника, 2003. Т. 33. С. 975.

36. Characterization of ZnO:N films prepared by annealing sputtered zinc oxynitride films at different temperatures / Zhang J.P., Zhang L.D., Zhu L.Q., Zhang Y., Liu M., Wang X.J., He G. // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 102. Iss. 11. P. 114903.

37. Crist B.V. Annotated Handbooks of Monochromatic XPS Spectra // PDF of Vol. 1 and 2, published by XPS International LLC, Mountain View, CA, USA (2005).

38. Grant J.T. and Briggs D. Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy // published by IM Publications, Chichester, UK (2003).

39. Frank K.H., Karlson U. sp-metals. Electronic structure of solids: Photoemission spectra and related data / Ed. by A. Goldmann, E. E. Koch. В.; Heidelberg: Springer, 1989. P. 285.

40. Wertheim G.K. Electron and ion spectroscopy of solids // N.Y.: Plenum press, 1989. 192 P.

41. Layer-by-layer growth of ZnO epilayer on Al203(0001) by using a MgO buffer layer / Chen Y., Ko H.-J., Hong S.-K., Yao T. // Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 76. № 5. P. 559-561.

42. Characterization of homoepitaxial p-type ZnO grown by molecular beam epitaxy / Look D.C., Reynolds D.C., Litton C.W., Jones R.L., Eason D.B., and Cantwell G. // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 81. P. 1830-1832.

43. Chen Y., Yao T. ZnO as a novel photonic material for the UV region // Mater.Sci.Eng., 2000. Vol. 75. P. 190.

44. Makino T., Tamura K., Chia C.H., et al. Effect of MgZnO-layer capping on optical properties of ZnO epitaxial layers // Appl. Phys. Lett., 2002. Vol. 81, №.12, P. 2172.

45. Ko H.J., Chen Y.F., et al. Photoluminescence properties of ZnO epilayers grown on CaF2 (111) by plasma assisted molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Lett., 2000. Vol. 76. №. 14. P. 1905.

46. Makino T., Tamura K., Chia C.H., et al. Radiative recombination of electron-hole pairs spatially separated due to quantum-confined Stark and Franz-Keldish effects in Zn0/Mg0,27zn0,730 quantum wells // Appl. Phys. Lett., 2002. Vol. 81. №. 13. P. 2355.

47. Makino T., Chia C.H., Tuan N.T., et al. Exciton spectra of ZnO epitaxial layers on lattice-matched substrates grown with laser-molecular-beam epitaxy // Appl. Phys. Lett., 2000. Vol. 76. №. 24. P. 3549.

48. Zhang B.P., Wakatsuki K., Bihn N.T. et al. Effects of growth temperature on the characteristics of ZnO epitaxial films deposited by metalorganic chemical vapor deposition // Thin Solid Films, 2004. Vol. 449, P. 12.

49. Optical properties of thin films of ZnO prepared by pulsed laser deposition / Sans J.A., Segura A., Mollar M., Mari B. // Thin Solid Films, 2004. Vol. 453-454, P. 251.

50. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных газодинамических явлений.: Москва, «Наука», 1966. С. 688.

51. Singh R.K., Narajan J. Pulsed-laser evaporation technique for deposition of thin films: Physics and theoretical model // Phys.Rev.B. 1990. Vol. 41. P. 8843.

52. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика, часть 1.: Москва, «Наука», 1976. С. 584.

53. Особенности роста пленок веществ испаренных излучением импульсных лазеров / Бекетова З.П., Гапонов С.В., Каверин Б.С., Нестеров Б.А., Салащенко Н.Н. // Электронная техника, сер. Квантовая электроника, 1975. № 1.

54. Vereshcnaqina L.N., Znerikin A.N., Baqratashvili V.N. // SPIEs International Symposia on Laser Enqineerinq, OELASE -93, Los Angeles, 1993, Vol. 1856, P. 137.

55. Изменение эмиссионных свойств металлических мишеней в процессе импульсно-периодического лазерного облучения / Конов В.И., Пименов С.М., Прохоров A.M., Чаплиев Н.И. // Квантовая Электроника, 1988, Т. 15, № 2, С. 422 427.

56. Otis С.Е., Dreufus R.W. Laser ablation of УВа2Си307.5 as probed by laser-induced fluorescence spectroscopy // Phys.Rev.Lett., 1991. Vol. 67. P. 2102.

57. Otis C.E., Goodwin P.M. Internal energy distributions of laser ablated species from YBa2Cu307-deita // J.Appi. Phys., 1993. Vol. 73. P. 1957.

58. Generation of high-energy atomic beams in laser-superconducting target interactions / Zhenq I.P., Huanq Z.O., Shaw D.P., Kwok H.S. // Appl. Phys. Lett., 1989. Vol. 54. P. 280.

59. Masciarelli G., Fuso F., Iembo A., Alleqrini M., Arimondo E. // Proceedinqs of the International Conference on Advanced Materials 1С AM, ed. L. Correre, Strasbourq, France. 1991. P. 819.

60. Alimpiev S.S., Nikiforov S.M., Didoyan A.K. Laser Surface Microcessinq. Time of flight mass spectrometry of the laser produced fragments // SPIE. -1990. Vol. 1352. P. 227.

61. Berardi V., Spinelli N., Velotta R., Alleqrini M., Arimondo E., in Laser Deposition of Advanced Materials, eds. M. Alleqrini, A. Giardini, A. Morone, 1992, Edizioni, ETS, Pisa, P. 38.

62. Influence of the velocity distribution of the particles on the laser deposition of the high-temperature superconducting thin films / Zherikhin A.N., Baqratashvili V.N., Boyarkin O.V., Burimov V.N. // Proceeding SPIE, -1993. Vol. 1856. P. 92.

63. Распределение иттрия по скоростям в лазерной плазме, возникающей при распылении YBa2Cu307x-MHineHH / Бояркин О.В., Буримое В.Н., Голубев B.C., Жерихин А.Н., Попков В.Л // Изв. АН. Сер. физия. 1993. Т. 52. № 12. С. 90.

64. Буримов В.Н., Жерихин А.Р., Попков В. Л. Исследование населенностей возбужденных состояний атомов бария в лазерной плазме // Квантовая электроника 1995. Т.2. С. 153.

65. Dyer P.E., Issa A., Key P.H. Dynamics of excimer laser ablation of superconductors in an oxygen environment // Appl. Phys. Lett. 1990. Vol. 57. №2. P. 186.

66. Forestier B. and Fontaine B. Analysis of the plasma expansion dynamics by optical time-of-flight measurements / Marine W., Gerri M., Scotto J.M. d'Aniello, Sentis M., Delaporte Ph. // Applied Surface Science. 1992. Vol. 54. P 264.

67. Dynamics of laser sputtering at GaN, GaP, and GaAs surfaces / Namiki A., Katoh K., Yamashita Y. and Matsumoto Y. // J. Appl. Phys. 1991. Vol. 70. P. 3268.

68. Velocity analysis of ablated particles in pulsed laser deposition of NiO film / Tasaka Y., Kuroda H., Tanaka M., Usami S. // Thin Solid Films. 1996. Vol. 281-282. P. 441.

69. Dreyfus R.W. Cu0, Cu+, and Cu2 from excimer-ablated copper // J. Appl. Phys. 1991. Vol. 69. № 3. P. 1721.

70. The role of photoelectronic processes in the formation of a fluorescent plume by 248-nm laser irradiation of single crystal NaN03 / Shin J.J., Ermer

71. D.R., Langford S.C., Dickinson J.T. // Appl.Phys. A. 1996. Vol. 64. № 1. P. 7.

72. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1987. С. 592 ил. 94.Овсянников А.А., Энгелъшт B.C., Лебедев Ю.А. и др. Диагностика низкотемпературной плазмы. Т. 9. Новосибирск: Наука, 1994. С. 485.

73. Gorbunov L.M., Kirsanov V.I. Theory of beat-wave acceleration of particles in ihhomogeneous plasmas // ЖЭТФ. 1989. T. 96. № 2(8). C.583.

74. Демидов В.И., Колобков H.B., Кудрявцев A.A. Зондовые методы исследования низкотеммпературной плазмы. М.:Энергоатомиздат,-1996. С. 240.

75. Phipps C.R., Jr., Turner Т.Р., Harrison R.F. et al. Impulse coupling to targets in vacuum by KrF, HF, and C02 single-pulse lasers // J. Appl. Phys. 1988. Vol. 64. P. 1083.

76. Соболь Э.Н. О стабильности сверхпроводящей фазы YBa2Cu3Ox // Письма в ЖТФ, 1989. Т. 15. Вып. 20. С. 15-20.

77. Craciun V. and Craciun D. Evidence for volume boiling during laser ablation of single crystalline targets // Applied Surface Science, 1999. Vol. 138-139. P. 218-223.

78. Gorbunov A., Tselev A., Pompe W. Cross-beam laser deposition of ultrathin multilayer metal films // SPIE Proc. 1999. Vol. 3688. P. 351-358.

79. Напыление гладких пленок ВТСП твердотельным АИГ : Nd -лазером / Варлашкин А.В., Красносвободцев С.И., Чухаркин М.Л., Снигирев О.В., Цикунов А.В., Шабанова Н.П // ЖТФ. 2007. Т. 77, вып. 5. С. 127.

80. Al-Busaidy M.S., Kusmartseva О.Е., Crapper M.D. Pulsed laser deposition of metallic multilayers: the influence of laser power on microstructure // Appl. Phys. A. 2004. Vol. 79. P. 1453-1456.

81. Pulsed laser deposition of thin films: Applications-LED growth of functional materials / Ed. by R. Eason. USA, Hoboken, New Jersey : Wiley-Interscience, 2007. 682 p.

82. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения: Справочник. М.: Радио и связь, 1987. С. 296.

83. Kelly R., Dreyfus R.W. On the effect of Knudsen-layer formation on studies of vaporization, sputtering, and desorption. // Surface Science. 1988. Vol. 198. P. 263.

84. Stavrev M., Fischer D., Praessler F. et al. Behavior of thin Ta-based films in the Cu/barrier/Si system // J.Vac.Sci.Technol. A. 1999. Vol. 17. № 3. P. 993.

85. Lenk A. Dissertation Dr.rar. nat. TU Dresden, 1996.

86. Аномальный эффект холла в пленках, сильно легированных Мп / Николаев С.Н., Аранзон Б.А., Рыльков В.В., Тугушев В.В., Демидов Е.С., Левчук С.А., Лесников В.П., Подольский В.В., Гареев P.P. // Письма ЖЭТФ. 2009. Т. 89. Вып. 12. С. 707-712.

87. Пространственно-временное распределение жидких капель в эрозионном факеле при воздействии лазерного излучения на свинцовую мишень / Гончаров В.К., Карабань В.И., Колесник A.B., Радюк И.М. // Квант, электроника. 1988. Т. 15, № 12. С. 2575.

88. Гончаров В.К., Концевой В.Л., Пузырев М.В. Динамика образования жидкокапельной фазы эрозионных лазерных факелов металлов вблизи поверхности мишени // Квант, электроника. 1995. Т. 22, № 3. С. 249.

89. Гончаров В.К., Пузырев М.В. Кинетика частиц жидкокапельной фазы эрозионных факелов в скрещенных лазерных пучках // Квант, электроника. 1997. Т. 24, № 4. С. 329-332.

90. Анисимов С.И., Лукъянчук Б.С., Лучес А. Динамика трехмерного расширения пара при импульсном лазерном испарении // ЖЭТФ. 1995. Т. 108, вып. 1 (7). С. 240-257.

91. Study of ion activation in the in situ low-temperature laser deposition of superconducting YBa2Cu307-§ films / Mukherjee P., Sakthivel P., Ahmed K., Witanachi S. // J.Appl.Phys. 1993. Vol. 74(2). P. 1205.

92. Witanachchi S. and Mukherjee P. Role of temporal delay in dual-laser ablated plumes // J.Vac.Sci.Technol.A. 1995. Vol. 13(3). P. 1171.

93. Surface nitridation of zirconium and hafnium by powerful cw C02 laser irradiation in air / Ursu I., Mihailescu I.N., Gutu I., Hening A., et al. // Appl.Opt. 1986. Vol. 25. P. 2720.

94. Антипов A.A., Грасюк A.3., Ефимовский C.B. и др. Повышение температуры лазерной плазмы при двухчастотном УФ ИК воздействии на металлические мишени // Квант, электрон. 1998. Т. 25. № 1. С. 31.

95. Влияние длины волны лазерного излучения на энергетический состав эрозионной плазмы / Агеев В.П., Ахсахалян А.Д., Гапонов C.B., Горбунов A.A., Конов В.И., Лучин В.И. // ЖТФ. 1988. Т. 58, вып. 5. С. 930-935.

96. Голубев B.C., Лебедев Ф.В. Инженерные основы создания технологических лазеров. Лазерная техника и технология. М.: Высшая школа 1988, С. 175.

97. Абильсиитов Г.А., Велихов Б.П., Голубев B.C. и др. Мощные газоразрядные С02 -лазеры и их применение в технологии. М.: Наука, 1984. С. 106.

98. Технологические лазеры: Справочник. В двух томах. Т. 1: Расчет, проектирование и эксплуатация. Т.2: Системы автоматизации. Оптические системы. Системы измерения. Под. общ. ред. Абильсиитова Г.А. М. Машиностроение. 1991. 432 с. с илл. 544.

99. Crossed-tube fluid-ballasted electrode pair for EDL applications / Seguin H.I.I., Nam K.H., Dow J. and Seguin V. // Applied Optics. 1981. Vol. 20. № 13. P. 2233.

100. Басов Н.Г., Бабаев И.К., Данилычев B.A. и др. Электроионизационный СОг-лазер замкнутого цикла непрерывного действия. // Квантовая электроника. 1979. Т. 6. С. 772.

101. Бойцов О.М., Верин В.М., Генералов H.A., Зимаков В.П., Зотов В.П., Москалев B.C., Поденок С.Е., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю. // Технологический лазер "Лантан-3". Препринт ИПМ. 1989. № 407. С. 40.

102. Быстропроточный технологический СОг-лазер комбинированного действия / Генералов H.A., Зимаков В.П., Косыгин В.Д., Райзер Ю.П., Соловьев Н.Г. // Квантовая электроника. 1982. Т. 9. № 2. С. 1549.

103. Баграташвили В.И. Князев И.И., Летохов B.C. и др. Исследование С02 лазера высокого давления с плавной перестройкой частоты // Квантовая электроника. 1976. Т. 3. С. 1011.

104. Магунов A.H. Лазерная термометрия твердых тел.-М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2001. С. 224с. ISBN, 5-9221-0222-2.

105. Above room temperature ferromagnetism in Mn-ion implanted Si / Bolduc M., Awo-Affouda C., Stollenwerk A., Huang M.B., Ramos F.G., Agnello G., LaBella V.P. //Phys. Rev. B. 2005. Vol. 71. P. 033302-05.

106. Pulsed laser deposition of photosensitive a-Si thin films / Yasuda S., Chikyow Т., Inoue S., Matsuki N., Miyazaki K., Nishio S., Kakihana M., Koinuma H. // Appl. Phys. A. 1999. Vol. 69. № 7. p. S925-S927.

107. Франк-Каменецкий Д. А. Лекции по физике плазмы. 3-е изд. Долгопрудный : ИД «Интеллект», 2008. 280 с.

108. Талонов С.В., Гудков А.А., Фраерман А.А. Процессы в эрозионной плазме при лазерном вакуумном напылении пленок // ЖТФ. 1982. Вып. 52. №9. С. 1843-1848.

109. Взаимодействие сгустков лазерной плазмы / Бегимкулов У.Ш., Брюнеткин Б.А., Дякин В.М., Колдашов Г.А., Репин А.Ю., Ступицкий Е.Л., Фаенов А.Я. //Квант, электроника. 1991. Т. 18, № 7. С. 877-881.

110. Ананьин О.Б. и др. Лазерная плазма: физика и применения: монография М.: МИФИ, 2003. 400 с.

111. Willmott P.R., Huber J.R. Pulsed laser vaporization and deposition // Rev.

112. Mod. Phys. 2000. Vol. 72, № 1. P. 315-328.

113. Pulsed laser deposition (PLD) an advanced state for technical applications / Dietsch R., Holz Th., Mai H., Panzner M., Vollmar S. // Opt. Quant Electr. 1995. Vol. 27, № 12. P. 1385-1396.

114. Phipps C.R., Dreyfus R.W. // Laser Ionisation Mass Analysis, Edited by A.Vertes, R.Gijbels and F.Adams, Chemical Analysis Series. Vol. 124 (Wiley, New York, 1993), P. 369-431.

115. FeSi diffusion barriers in Fe/FeSi/Si/FeSi/Fe multilayers and oscillatory antiferromagnetic exchange coupling / Stromberg F., Bedanta S., Antoniak

116. C., Keune W., Wende H. // J. Phys.: Condens. Matter. 2008. Vol. 20, P. 425205.

117. Structural asymmetry of Si/Fe and Fe/Si interface in Fe/Si multilayers / Naik S.R., Rai S., Tiwari M.K., Lodha G.S. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. Vol. 41. P. 115307.

118. Characterizatuon of Si/Fe multilaers by electron spectroscopy and small-angle X-ray scattering / Parshin A.S., Varnakov S.N., Lepeshev A.A., Rafaja

119. D., Kalvoda L., Ovchinnikov S.G. // Phys. Met. Metall. 2006. Vol. 101, № l.P. 78-80.

120. Confinement-enhanced biexiton binding energy in ZnO/ZnMgo multiple quantum wells / Chia C.H., Makino Т., Tamura K., Segawa Y., Kawasaki M., Ohtomo A., Koinuma H. // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82. №. 12. P. 24.

121. Band gap engineering based on MgxZni.xO and CdyZni.yO Ternary alloy films / Makino Т., Segawa Y., Kawasaki M., Ohtomo A., Siroki R., Tamura K., Yasuda Т., Koinuma H. // Appl.Phys.Lett. 2001. Vol. 78. №9. P. 1237.

122. Investigation of RF and DC plasma jet system during deposition of highly oriented ZnO thin films / Cada M., Hubicka Z., Adamek P., Ptacek P., Sichova H., Sicha M., Jastrabik L. // Surface and Coatings Technology,2003. Vol. 174-175. P. 627-631.

123. Введение в физику поверхности / Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. М.:Наука, 2006, 490 с.

124. Investigation of ZnO epilayers grown under various Zn/O ratios by plasma-assisted molecular-beam epitaxy / Ko H.J., Yao T., Chen Y.F., Hong S.K. // J. Appl. Phys., 2002. Vol. 92. P. 4354-4356.

125. Егоров-Тисменко Ю.К. Кристаллография и кристаллохимия M.: КДУ, 2005, 592 с.

126. Single crystalline ZnO films grown on lattice-matched ScAlMg04 (0001) substrates / Ohtomo A., Tamura K., Saikusa K., Takahashi K., Makino T., Segawa Y., Koinuma H., and Kawasaki M. // Appl. Phys. Lett., 1999. Vol. 75. P. 2635.

127. Applications" (ILLA'2009, Smolyan, Bulgaria, 2009). Plovdiv, Bulgaria, 2010, P. 94-98.

128. Pulsed laser deposition of ZnO in N20 atmosphere / Bruncko J., Vincze A., Netrvalova M., Uherek F. and Sutta P. // Appl. Phys. A, 2010. Vol. 101. Is. 4. P. 665.

129. Pulsed laser deposition of ZnO thin films for applications of light emission / Bae S.H., Lee S.Y., Jin B.J., Im S. // Appl. Surf. Scien. 2000. Vol. 154155. P. 458.

130. Кузьмина И.П., Никитенко В. А. Окись цинка. Получение и оптические свойства. М.: Наука. 1984. С. 167.

131. Van de Walle С. G. Defect analysis and engineering in ZnO // Physica B. 2001. Vol. 308-310. P. 899-903.

132. Zhang S.B., Wei S.-H., and Alex Zunger Intrinsic n-type versus p-type doping asymmetry and the defect Phys. of ZnO // Phys. Rev. B, 2001. V. 63. P. 75205.

133. Structure and optical properties of ZnO/Mgo^Zno.sO superlattices / Ohtomo

134. A., Kawasaki M., Ohkubo I., Koinuma H., Yasuda T., Segawa Y. // Appl. Phys. Lett., 1999. Vol. 75. P. 980.

135. Bound exciton and donor-acceptor pair recombinations in ZnO / Meyer

136. B.K., Alves H., Hofmann D.M., Kriegseis W., Forster D., Bertram F., Christen J., Hofmann A., Strasburg M., Dwworzak M., Haboeck U., and Rodina A.V. // Phys. Status Solidi B, 2004. Vol. 241, P. 231.

137. Jeong S.-H., Kim B.-S., and Lee B.-T. Photoluminescence dependence of ZnO films grown on Si(100) by radio-frequency magnetron sputtering on the growth ambient // Appl. Phys. Lett., 2003. Vol. 82, P. 2625.

138. Photoluminescence and cathodoluminescence studies of stoichiometric and oxygen-deficient ZnO films / Wu X.L., Siu G.G., Fu C.L., and Ong H.C. // Appl. Phys. Lett., 2001. Vol. 78, P. 2285.

139. Excitonic fine structure and recombination dynamics in single-crystalline ZnO / Teke A., Ozgur U., Dogan S., Gu X., Morkoc H., Nemeth B., Nause J., and Everitt H.O. // Phys. Rev. B, 2004. Vol. 70, P. 195207.

140. Van de Walle C.G. Hydrogen as a cause of doping in zinc oxide // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 85. P. 1012-1015.

141. Look D.C., Hemsky J.W., Sizelove J.R. Residual native shallow donor in ZnO // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 82. P. 2552-2555.

142. A comprehensive review of ZnO materials and devices / Ozgur U., Alivov Ya.I., Liu C., Teke A., Reshchikov M.A., Dogan S., Avrutin V., Cho S.-J., Morkoc H. // J.Appl.Phys. 2005. Vol. 98. P. 041301.

143. Ivanov I. and Pollmann J. Electronic structure of ideal and relaxed surfaces of ZnO: A prototype ionic wurtzite semiconductor and its surface properties // Phys. Rev. B, 1981. Vol. 24. P. 7275-7296.

144. Алферов Ж.И. Двойные гетероструктуры: концепция и применение в физике, электронике и технологии // УФН 2002. Т. 172. № 9. С. 1068.

145. MgxZnj.xO as а II—VI widegap semiconductor alloy / Ohtomo A., Kawasaki M., Koida Т., Masubuchi K., Koinuma H., Sakurai Y., Yasuba Y., Yasuba T. and Segawa Y. // Appl. Phys. Lett., 1998. Vol. 72. № 19. P. 2466.

146. ZnO based oxide system with continuous bandgap modulation from 3.7 to 4.9 eV / Yang C., Li X.M., Gu Y.F., Yu W.D., Gao X.D., and Zhang Y.W. // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 93. P. 112114.

147. Optical and morphological properties of MBE grown wurtzite Cd^Zni-^O thin films / Mares J.W., Ruhge F.R., Thompson A.V., Kik P.G. et al. // Optical materials. 2007. Vol. 30. № 2. P. 346.

148. Bruncko J., Skriniarova J., Michalka M. MgO buffer layers prepared by PLD. // Proc. «ILLA/LAT», 2006.

149. Кардона Ю П. Основы физики полупроводников М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, 560 с.

150. Recent progress in processing and properties of ZnO / Pearton S.J., Norton D.P., Ip K., Heo Y.W., Steiner Т. // Superlattices and Microstructures. 2003. Vol. 34. № l.P. 3.

151. Херман M. Полупроводниковые сверхрешетки: Пер. с англ. Шика А.Я. М.: Мир, 1989. 240 с. ил.

152. Никитенко В.А. Люминесценция и ЭГТР оксида цинка //ЖПС. 1992. Т. 52. С. 367-385.

153. Transparent conductive oxide semiconductor ZnO:Al films produced by magnetron reactive sputtering / Chen M., Pei Z., Xi W., Sun C., and Wen L. // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2001. Vol. 666. P. F1.2.

154. Highly conductive and transparant Ga-doped epitaxial ZnO films on sapphire by CVD / Ataev B.M., Bagamadova A.M., Djabrailov A.M., Mamedov V.V., Rabadanov R.A. // Thin Solid Films. 1995. Vol. 260. P. 1922.

155. Growth and characterization of Ga-doped ZnO layers, on a-plane sapphire substrates grown by molecular beam epitaxy / Kato H., Sano M., Miyamoto K. and Yao T. // J. Cryst. Growth. 2002. Vol. 237-239. P. 496499.

156. Ga-doped ZnO films grown on GaN templates by plasma-assisted molecular-beam epitaxy / Ко H.J., Chen Y.F., Hong S.K., Wenisch H., Yao Т., and Look D.C. // Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 77. P. 3761-3763.

157. Highly conductive and transparent thin ZnO films prepared in situ in low pressure system / Ataev B.M., Bagamadova A.M., Mamedov V.V., Omaev A.K., Rabadanov R.A. // J. Cryst. Growth. 1999. Vol. 198-199. P. 12221225.

158. Transparent thin film transistors using ZnO as an active channel layer and their electrical properties / Masuda S., Kitamura K., Okumura Y., Miyatake S., Tabata H., and Kawai T. // J. Appl. Phys. 2003. Vol. 93. P. 1624-1630.

159. Hoffman R.L., Norris B.J., Wager J.F. ZnO-based transparent thin-film transistors // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82. P. 733-735.

160. Thin film transistor of ZnO fabricated by chemical solution deposition / Ohya Y., Niwa T., Ban T. and Takahashi Y. // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. Vol. 40. P. 297-298.

161. Transparent p-n heterojunction thin film diodes (n-Zn0/p-CuY02:Ca) / Jayaraj M.K., Draeseke A.D., Tate J., Hoffman R.L., and Wager J.F. // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2001. Vol. 666. P. F4.1.

162. Fabrication of Zr-N codoped p-type ZnO thin films by pulsed laser deposition / Kim H., Cepler A., Osofsky M.S., Auyeung R.C.Y., and Pique A. // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 90. P. 203508.

163. Hydrogen: a relevant shallow donor in zinc oxide / Hofmann D.M., Hofstaetter A., Leiter F., Zhou H., Henecker F., Meyer B.K., Orlinskii S.B., Schmidt J., Baranov P.G. // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 88. P. 45504-45507.

164. Thermal stability of implanted hydrogen in ZnO / Ip K., Overberg M.E., Heo Y.W., Norton D.P., Pearton S.J., Kucheyev S.O., Jagadish C., Williams J.S., Wilson R.G., and Zavada J.M. // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 81. P. 3996-3998.

165. Infrared spectroscopy of hydrogen in ZnO / Cluskey M.D. Mc., Jokela S.J., Zhuravlev K.K., Simpson P.J., Lynn K.G. // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 81. P. 3807-3809.

166. Effects of intentionally introduced hydrogen on the electrical properties of ZnO layers grow by metalorganic chemical vapor deposition / Theys B., Sallet V., Lusson F.J.A., Rommeluere J.-F., and Teukam Z. // J. Appl. Phys. 2002. Vol. 91. P. 3922-3925.

167. First-principles study of native point defects in ZnO / Kohan A.F., Ceder G., Morgan D., Van de Walle C.G. //Phys. Rev. B. 2000. Vol. 61. P. 15019.

168. S doping in ZnO film by supplying ZnS species with pulsed-laserdeposition method / Yoo Y.-Z., Jin Zh.-W., Chikyow T., Fukumura T., Kawasaki M., and Koinuma H. // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 81. № 20. P. 3798.

169. Optical and structural properties of ZnO films deposited on GaAs by pulsed laser deposition / Ryu Y.R., Zhu S., Budai J.D., Chanrasekhar H.R., Miceli P.F., White H.W. // J. Appl. Phys. 2000. Vol. 288. P. 201-204.

170. Srikant V., Clarke D.R. Optical absorption edge of ZnO thin films: The effect of substrate // J. Appl. Phys. 1997. Vol. 81. P. 6357.

171. Photoluminescence behaviors in ZnGa204 thin film phosphors deposited by a pulsed laser / Bae J.S., Moon B.K., Choi B.C., Jeong J.H., Yi S.S., Kim I.W. and Lee J.S. // Thin Solid Films. 2003. Vol. 424. P. 291-295.

172. Optical properties of Si-doped GaN / Schubert E.F., Goepfert I.D., Grieshaber W., and Redwing J.M. // Appl. Phys. Lett. 1997. Vol. 71. P. 921.

173. Optical properties of ZnO:Al epilayers: observation of room-temperature many-body absorption-edge singularity / Makino Т., Tamura K., Chia С. H., Segawa Y., Kawasaki M., Ohtomo A., and Koinuma H. // Phys. Rev. B. 2002. Vol. 65. № 12. P. 121201(R)l-4.

174. Well-width dependence of radiative and nonradiative lifetimes in ZnO-based multiple quantum wells / Makino Т., Chia С. H., Segawa Y., Ohtomo A., Tamura K., Kawasaki M., and Koinuma H. // Phys. Status Solidi B. 2002. Vol. 229. № 2. P. 853-857.

175. Photoluminescence characterization of nonradiative recombination in carbon-doped GaAs / Carderon L., Lu Y., Shen H., Pamulapati J., Yang M.L.W., and Wright P.D. // Appl. Phys. Lett. 1992. Vol. 60. P. 1597.

176. Donor-acceptor pair luminescence in nitrogen-doped ZnO films grown on lattice-matched ScAlMg04 (0001) substrates / Tamura K., Makino Т.,

177. Tsukazaki A., Sumiya M., Fuke S., Furumochi Т., Lippmaa M., Chia C.H., Segawa Y., Koinuma H., and Kawasaki M. // Solid State Commun. 2003. Vol.127. P. 265.

178. Fabrication of transparent p-n hetero-junction diodes by p-diamond film and n-ZnO film / Wang C.X., Yang G.W., Zhang T.C., Liu H.W., Han Y.H., Luo J.F., Gao, C.X. and Zou G.T. // Diamond and Related Materials. 2003. Vol. 12. P.1548.

179. Nitrogen acceptors in bulk ZnO (0001) substrates and homoepitaxial ZnO films / Adekore B.T., Pierce J.M., and Davis R.F., Barlage D.W. and Muth J.F. // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 102. P. 024908.

180. Room temperature p-n ZnO blue-violet light-emitting diodes / Wei Z.P., Lu Y.M., Shen D.Z, Zhang Z.Z., Yao В., Li B.H., Zhang J.Y., Zhao D.X. and Fan X.W., Tang Z.K. // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 90. P. 042113.

181. Growth of epitaxial p-type ZnO thin films by codoping of Ga and N / Manoj Kumar, Kim T.-H., Kim S.-S., and Lee B.-T. // Appl.Phys.Lett. 2006. Vol. 89. P. 112103.

182. Control of conduction type in Al- and N-codoped ZnO thin films / Yuan G.D., Ye Z.Z., Zhu L.P., Qian Q., Zhao B.H., Fan R.X., Perkins C.L., and Zhang S.B. // Appl. Phys. Lett. 2005. Vol. 86. P. 202106.

183. Yamamoto Т. and Katayama-Yoshida Н. Solution using a codoping method to unipolarity for the fabrication of p-type ZnO // Jpn. J. Appl. Phys. 1999. Vol. 38. № 2. P. L166-L169.

184. Yamamoto Т. and Katayama-Yoshida H. Physics and control of valence states in ZnO by codoping method // Physica B. 2001. Vol. 302-303. P. 155.

185. Yan C.H., Zhang S.B., and Wei S.-H. Origin of p-type doping difficulty in ZnO: The impurity perspective // Phys. Rev. B. 2002. Vol. 66. P. 73202.

186. First principles study of the compensation mechanism in N-doped ZnO / Lee E.-Ch., Kim Y.-S., Jin Y.-G. and Chang K.J. // Physica B. 2001. Vol. 308-310. P. 912-915.

187. Yan Y., Zhang S.B., Pantelides S.T. Control of doping by impurity chemical potentials: predictions for p-type ZnO // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 86. P. 5723-5726.

188. Compensation mechanism for N acceptors in ZnO / Lee E.-Ch., Kim Y.-S., Jin Y.-G., and Chang K.J. // Phys. Rev. B. 2001. Vol. 64. P. 85120.

189. Look D.C. Recent advances in ZnO materials and devices // Materials Science and Engineering В. 2001. Vol. 80. P. 383-386.

190. Сандомирский В.Б. Квантовый эффект размеров в пленке полуметалла // ЖЭТФ. 1967. Т. 52. № 1. С. 158.

191. Комник Ю.Ф. Физика металлических пленок. М.: Атомиздат, 1979. 264 с.

192. Matson D.W., Merz M.D., Мс Clanhan E.D. High rate sputter deposition of wear resistant tantalum coatings // J.Vac.Sci.Technol. A 1992. Vol. 10. P. 1791.

193. Liu H.-D., Zhao Y.-P., Ramanath G. et al. Thickness dependent electrical resistivity of ultrathin (<40nm) Cu films // Thin Solid Films 2001. Vol. 384. P. 151.

194. Palasantzas G., Zhao Y.P., Wang G.C. et al. Electrical conductivity and thin-film growth dynamics // Phys. Rev. B. 2000. Vol. 61. P. 11109.

195. Metal Based Thin Films for Electronics, Klaus Wetzig, Claus M. Schneider (Eds.), (ch2, Thin Films System: Basic Aspects).Wiley-VCX. 378 P. 2003.

196. Kuan T.S. et al. Size effects in thin films and wires copper metallization // MRS Proc. 2000. Vol. 612. P. D7.1.1.

197. Piesoresistence and electrical resistivity of Pd, Au and Cu films / Jen S.U., Yu C.C., Liu C.H., Lee G.Y. // Thin Solid Films. 2003. Vol. 434. №1. P.316.

198. Gupta D. Encyclopedia of Applied Physics, 1993. Vol.5 P.75-86.

199. Face D.W. and Prober D.E. Nucleation of body-center-cubic tantalum films with a thin niobium underlayer // J.Vac.Sci.Technol. A. 1987. Vol. 5(6). P. 3408.

200. Ашкрофт Н.Н.,Мермин H. Физика твердого тела. М.:Наука, 1979.400с.

201. Awschalom D.D., Loss D., Samarth N. (Eds.) Semiconductor Spintronics and Quantum Computation // Springer, 2002.

202. Jungwirth Т., Sinova Jairo, Masek J. et al. Theory of ferromagnetic (III,Mn)V semiconductors // Rev. Mod. Phys. 2006. Vol. 78. P. 809.

203. Zutic I., Fabian J., Das Sarma S. Spintronics: Fundamentals and applications // Reviews of modern physics. 2004. Vol. 76. P. 323- 410.

204. Аномальный эффект Холла в слоях Si, сильно легированных Мп / Николаев С.Н., Аронзон Б.А., Рыльков В.В., Тугушев В.В., Демидов Е.С., Лесников В.П., Подольский В.В. // Письма в ЖЭТФ, 2009. том 89, вып 12, с. 707-712.

205. Ohtsu N. et al. X-ray photoelectron spectroscopic studies on initial oxidation of iron and manganese mono-silicides // Appl. Surface Science 2008. Vol. 254. Iss 11. P. 3288.

206. Gopalakrishnan B. et al. Electronic transport in magnetically ordered Mn5Si3Q films // Phys. Rev. B, 2008. Vol. 77. P. 104414.

207. Men'shov V.N., Tugushev V.V., Caprara S. et al. High-temperature ferromagnetism in Si:Mn alloys // Phys. Rev. B. 2011. Vol. 83. P. 035201.

208. Room-temperature ferromagnetism and anomalous Hall effect in Sii-xMnx (a~0.35) alloys / Aronzon B.A., Rylkov V.V., Nikolaev S.N., Tugushev V.V. et al. // Phys. Rev. B. 2011. Vol. 84. P. 075209.

209. Мессиа А. Квантовая механика. T.l. M.: Наука, 1979, 480 с.

210. Типлер П.А., Ллуэллин Р.А. Современная физика в 2-х т. T.l, М.: Мир, 2007, 337 с.

211. Мартинес-Дуарт Дж.М., Мартин-Палма Р.Дж., Агулло-Руеда Ф. Нанотехнологии для микро- и оптоэлектроники. Москва, Техносфера, 2007. 368с.

212. Coli G. and Bajaj К.К. Excitonic transitions in ZnO/MgZnO quantum well heterostructures // Appl. Phys. Let., 2001. Vol. 78. P. 2861-2863.

213. Optical properties of exitons in ZnO-based quantum well heterostuctures / Makino Т., Segava Y., Kawasaki M., Koinuma H. // Semicond. Sci. Technol. 2005. Vol. 20. P. S78-S91.

214. Carrier concentration induced band-gap shift in Al-doped ZnixMgxO thin films / Lu J.G., Fujita S., Kawaharamura Т., Nishinaka H., Kamada Y., and Ohshima T. // Appl. Phys. Lett., 2006. Vol. 89. P. 262107-262109.

215. Harrison P., JOHN WILEY&SONS, Quantum wells, wires and dots. Theoretical and computational physics of semiconductor nanostructures // LTD, 2005, 482 p.

216. Jaffe J.E. and Hess A.C. Hartree-Fock study of phase changes in ZnO at high pressure // Phys. Rev. B, 1993. Vol. 48. P. 7903-7909.

217. Vogel D., Kruger P., and Pollmann J. Ab initio electronic-structure calculations for II-VI semiconductors using self-interaction-corrected pseudopotentials // Phys. Rev. B, 1995. Vol. 52. P. R14316- R14319.

218. Powell R.A., Spicer W.E., and McMenamin J.C. Location of the Zn 3d States in ZnO // Phys. Rev. Lett., 1971. Vol. 27. P. 97-100.

219. Kisi E. and Elcombe M.M. U parameters for the wurtzite structure of ZnS and ZnO using powder neutron diffraction // Cryst. Struct. Commun., 1989. Vol. C45. Part 12. P. 1867-1870.

220. Angle-resolved photoemission from polar and nonpolar zinc oxide surfaces / Gopel W, Pollmann J., Ivanov I., and Reihl B. // Phys. Rev. B, 1982. Vol. 26. P. 3144-3150.

221. Vesely C.J., Hengehold R.L., and Langer D.W. Photoemission measurements of the upper d levels in the Bn-AVI compounds // Phys. Rev. B, 1972. Vol. 5. P. 2296-2301.

222. Thomas D.G. The exciton spectrum of zinc oxide // J. Phys. Chem. Solids, 1960. Vol. 15. P. 86-96.

223. Hopfield J.J. Fine structure in the optical absorption edge of anisotropic crystals // J. Phys. Chem. Solids, 1960. Vol. 15. P. 97-107.

224. Hopfield J.J. and Thomas D.G. Polariton absorption lines // Phys. Rev. Lett., 1965. Vol. 15. P. 22-25.

225. Exciton Spectrum of ZnO / Park Y.S., Litton C.W., Collins T.C., and Reynold D.C. // Phys. Rev, 1966. Vol. 143. P. 512-519.

226. Liang W.Y. and Yaffe A.D. Transmission Spectra of ZnO Single Crystals // Phys. Rev. Lett, 1968. Vol. 20. P. 59-62.

227. Filinski J. and Skettrup T. Ultraviolet emission spectrum of ZnO // Solid State Commun., 1968. Vol. 6. Is. 4. P. 233-237.

228. Arnold L. Allenic. Structural, electrical and optical properties of p-type ZnO epitaxial films // A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, The University of Michigan, 2008, P. 157.

229. Exciton binding energy in quantum wells / Bastard G., Mendez E.E., Chang L.L., and Esaki L. // Phys. Rev. B, 1982. Vol. 26. Is. 4. P. 1974-1979.

230. Varshni Y.P. Temperature dependence of the energy gap in semiconductors //Physica, 1967. Vol. 34. P. 149-154.

231. Interband critical points of GaAs and their temperature dependence / Lautenschlager P., Garriga M., Logothetidis S., and Cardona M. // Phys. Rev. B, 1987. Vol. 35. P. 9174-9189.

232. Wu Y.-H., Arai K., and Yao T. Temperature dependence of the photoluminescence of ZnSe/ZnS quantum-dot structures // Phys. Rev. B, 1996. Vol. 53. P. R10485-R10488.

233. Rudin S., Reinecke T.L. and Segall B. Temperature-dependent exciton linewidths in semiconductors // Phys. Rev. B, 1990. Vol. 42. P. 1121811231.

234. Crystalline properties of wide band gap BeZnO films / Kim W.J., Leem J.H., Han M.S., Park I.-W., Ryu Y.R., and Lee T.S. // J. Appl. Phys., 2006. Vol. 99. P. 096104-096106.

235. Theoretical study of BexZnixO alloys / Ding S.F., Fan G.H., Li S.T., Chen K., and Xiao B. // Physica B, 2007. Vol. 394. Is.l, P. 127-131.

236. Упругие параметры моно- и поликристаллических вюрцитоподобных ВеО и ZnO: ab initio расчеты / Шейн И.Р., Кийко B.C., Макурин Ю.Н., Горбунова М.А., Ивановский А.Л. // ФТТ, 2007. Т. 49. вып. 6. С. 10151020.

237. D.A., Khramova O.D., and Panchenko V.Ya. // Proc. of SPIE, 2011. Vol. 7994. P. 79940T-1-79940T-7.

238. Recombination dynamics and lasing in ZnO/ZnMgO single quantum well structures / Shubina T.V., Toropov A.A., Lublinskaya O.G., Kop'ev P.S., Ivanov S.V., El-Shaer A., Al-Suleiman M., Bakin A., Waag A., Voinilovich

239. A., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P., Bergman J.P., Pozina G., and Monemar

240. B. // Appl. Phys. Lett., 2007. Vol. 91. P. 201104-201106.

241. Bandgap renormalization of ZnO epitaxial thin films / Yamomoto A., Kido Т., Goto Т., Chen Y., and Yao T. // Solid State Commun. 2002. Vol.122. P.29-32.

242. Алферов Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // ФТП, 1998. Т. 32. вып. 1. С. 3-18.

243. High-temperature random lasing in ZnO nanoneedles / Yang H.Y., Lau S.P., Yu S.F., Abiyasa A.P., Tanemura M., Okita Т., and Hatano H. // Appl. Phys. Lett., 2006. Vol. 89. P. 011103-011105.

244. Room-temperature ultraviolet nanowire nanolasers / Huang M.H., Mac S., Feick H., Yan H., Wu Y., Kind H., Weber E., Russo R., Yang P. // Science, 2001. Vol. 292. P. 1897-1899.

245. Low-temperature growth of single-crystalline ZnO tubes on sapphire (0001) substrates / Zhang B.P., Binh N.T., Wakatsuki K., Usami N., Segawa Y. // Appl. Phys. A, 2004. Vol. 79. P. 1711-1713.

246. Дубровский В.Д., Цырлин Г.Э., Устинов В.М. Полупроводниковые нитевидные нанокристаллы: синтез, свойства, применение // ФТП, 2009. Т. 43. вып. 12. С. 1585-1627.

247. Full-color electroluminescence from ZnO-based heterojunction diodes / Nakamura A., Ohashi Т., Yamamoto K., Ishihara J., Aoki Т., Temmio J. and Gotoh H. // Appl. Phys. Lett., 2007. Vol.90. P. 093512-093514.

248. Schottky W. Z. // Phys. B, 1942. Vol. 118. Is. 9/10. P. 539-548.

249. Henish A.K. Rectifying semiconductor contacts // Claredon Press, Oxford, 1957. 372 p.

250. Бланк T.B., Гольдберг Ю.А. Механизмы протекания тока в омических контактах металл-полупроводник // ФТП, 2007. Т. 41. вып. 11. С. 1281.

251. Low-resistance Ti/Au ohmic contacts to Al-doped ZnO layers / Kim H.K., Han S.H., Song T.Y., Choi W.K. // Appl. Phys. Lett., 2000. Vol. 77. P. 1647-1649.

252. Ti/Au Ohmic Contacts to Al-Doped n-ZnO Grown by Pulsed Laser Deposition / Chen J.J., Anderson T.J., Jang S., Ren F., Li Y.J., Kim H.-S., Gila B.P., Norton D.P., Pearton S.J. // J. Electrochem. Soc., 2006. Vol. 153. Is. 5. P. G462 G465.

253. Contacts to ZnO / Ip K., Thaler G.T., Yang Hyucksoo, Youn Han Sang, Li Yuanjie, Norton D.P., Pearton S.J. Jang Soowhan, Ren F. // J. Cryst. Growth, 2006. Vol. 287. Is. 1. P. 149-156.

254. Рогозин И.В. Структурные и люминесцентные свойства пленок ZnO:P, полученных отжигом подложек ZnP2 в атомарном кислороде // ФТП, 2008. Т. 43. вып. 1. С. 26-30.

255. Growth of phosphorus-doped p-type ZnO thin films by MOCVD / Ye Z., Wang J., Wu Ya., Zhou X., Chen F., Xu W., Miao Ya., Huang J., Lu J., Zhu L., Zhao B. // Front. Optoelectron. China, 2008. Vol. 1. Is. 1-2. P. 147-150.

256. Zhang J., Xue Sh., Shao L. P-type ZnO thin films prepared by in situ oxidation of DC sputtered Zn3N2:Ga // J. Semicond., 2010. Vol. 31. P.043001.

257. Excitonic ultraviolet lasing in ZnO-based light emitting devices / Ryu Y.R., Lubguban J.A., Lee T.S., White H.W., Jeong T.S., Youn C.J., Kim B.J.// Appl. Phys. Lett., 2006. Vol. 90. P. 131115-31117.

258. Лебедев А.И, Физика полупроводниковых приборов М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008, 488 с.

259. Nakamura S. First laser diodes fabricated from III-V nitride based materials // Mat. Scien. and Engin. B, 1997. Vol. 43. Is. 1-3. P. 258-264.

260. Fine structure of the blue photoluminescence in high purity hexagonal GaN films / Gruzintsev A.N, Khodos I.I, KaiserU, RichterW. // Inorganic Materials 2001. T. 37. C. 591-594.

261. Anderson R.L. Experiments on Ge-GaAs heterojunctions // Solid-State Electron, 1962. Vol. 5. Is. 5. P. 341-351.