автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Исследование полупроводниковых наноструктур с массивами квантовых точек и металлических нанокластеров методами сканирующей зондовой микроскопии

Направахрукописи

Востоков Николай Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОСТРУКТУР С МАССИВАМИ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОКЛАСТЕРОВ МЕТОДАМИ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

05.27.01 -твердотельная электроника,радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2004

Работа выполнена в Институте физики микроструктур Российской Академии наук (ИФМ РАН)

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук В.И. Шашкин

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник В.Е.Семенов, ИПФ РАН;

кандидат физико-математических наук,

доцент Д.О. Филатов,

ННГУ.

Ведущая организация:

Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета (НИФТИ ННГУ).

Защита состоится 16 декабря 2004 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.098.01 при Институте физики микроструктур РАН (603950, Н. Новгород, ГСП-105).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики микроструктур РАН.

Автореферат разослан 16 ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

К.П.Гайкович

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В основе работы микроэлектронных приборов для детектирования и генерации терагерцового и инфракрасного излучения может лежать, как отдельный нелинейный элемент (например, наноразмерный контакт металл-полупроводник для детектирования терагерцового излучения), так и полупроводниковая среда, обладающая быстрым нелинейным откликом. В роли такой среды может выступать однородный полупроводник, либо полупроводниковая гетероструктура. Наиболее перспективными для этой цели являются гетероструктуры с квантовыми ямами (КЯ) и квантовыми точками (КТ). В последнее время внимание исследователей все больше привлекают полупроводниковые гетероструктуры с квантовыми точками и, достаточно новые объекты, также представляющие интерес для оптоэлек-троники, - полупроводники с внедренными металлическими нанокластера-ми. Изучению закономерностей формирования и физических свойств структур с квантовыми точками и металлическими нанокластерами посвящена диссертационная работа.

Интерес к гетероструктурам с квантовыми точками связан с рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с гетероструктурами с квантовыми ямами. Можно перечислить некоторые из них. Ширина запрещенной зоны в квантовых точках может быть меньше, чем в квантовой яме той же гетеропары из-за возможности использования для изготовления бездефектной гетероструктуры с квантовыми точками, полупроводников с большим рассогласованием кристаллических решеток. Это позволяет расширить оптический рабочий диапазон приборов в длинноволновую область. Электронный спектр квантовой точки представляет собой набор дискретных уровней. Вследствие этого в квантовых точках разрешены внутри-зонные оптические переходы, вызванные электромагнитной волной с электрическим полем, поляризованным в плоскости слоя точек. Это приводит к внутризонному поглощению света при нормальном падении фотонов. Вместе с тем в квантовой точке происходит эффективное перекрытие волновых функций электрона и дырки из-за их пространственной локализации, что увеличивает вероятность межзонных оптических переходов. Поэтому ха-рактеризация гетероструктур с квантовыми точками и поиск режимов роста бездефектных структур с массивами КТ является актуальной задачей в настоящее время.

Полупроводниковые структуры с внедренными металлическими нанок-ластерами также могут иметь ряд интересных свойств. Внутренний фотоэффект, связанный с выходом фотовозбужденного электрона в полупроводник, может быть усилен в таких структурах из-за многократного рассеяния излучения на отдельных нанокластерах. Уменьшение размеров

нанокластеров до величин порядка длины свободного пробега электрона в металле, должно привести к увеличению вероятности выхода электрона из нанокластера при поглощении фотона. Эти обстоятельства открывают новые перспективы применения полупроводниковых сред с металлическими нанокластерами в качестве фотоприемников инфракрасного диапазона длин волн. Полупроводниковая среда с металлическими нанокластерами может обладать малыми временами жизни фотовозбужденных носителей заряда, что делает ее перспективной для использования в быстродействующих оп-тоэлектронных устройствах. Одним из примеров такого материала является слой арсенида галлия с избытком мышьяка в виде нанокластеров, который получают методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низких температурах роста. Другой путь, реализуемый методом металлоорганической газофазной эпитаксии (МОГФЭ), исследуется в диссертационной работе.

Необходимость в точной диагностике различных физических свойств наноразмерных объектов диктует необходимость применения локальных методов их исследования. Для исследования полупроводниковых наноструктур во всем мире активно используются методы сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), и, в первую очередь, метод атомно-силовой микроскопии (АСМ). В настоящей диссертации зондовые методы были успешно применены для создания отдельных наноконтактов металл-полупроводник, а также для исследования полупроводниковых структур с квантовыми точками и металлическими нанокластерами. Проводимые исследования потребовали разработки и использования некоторых специальных методик СЗМ, которые ввиду своей общности обладают самостоятельной ценностью.

Цель работы

Основной целью диссертационной работы являлось изучение закономерностей формирования и свойств многослойных полупроводниковых наноструктур с массивами КТ и металлических нанокластеров, перспективных для применений на терагерцовых частотах излучения и в инфракрасном диапазоне длин волн.

Научная новизна

Научная новизна работы определяется оригинальностью поставленных экспериментов, полученными новыми результатами, и заключается в следующем:

1. Разработана оригинальная методика визуализации движения ростового фронта и возникновения дефектов в эпитаксиальных структурах, с помощью тонких слоев - меток АЪАя. На примере многослойных гетеро-структур на основе ваА с тонкими метками АА показано, что атом-но-силовая микроскопия сколов таких структур совместно с методом

рентгеновской дифракции позволяет определять скорость роста слоя с погрешностью менее 1 нм/мин.

2. Впервые, на примере гетероструктур с КЯ InGaAs показано, что исследование поверхности напряженных структур с помощью АСМ, позволяет регистрировать переход толщины слоев InGaAs через критическую величину даже в условиях отсутствия на поверхности сетки дислокаций несоответствия.

3. При изучении методами СЗМ процессов формирования и заращивания КТ InGaAs слоем GaAs в условиях МОГФЭ впервые выявлена важная роль процессов диффузии и испарения. Показано, что на начальных стадиях заращивания КТ осаждения GaAs на их вершины не происходит, вершины сглаживаются, и над ними формируются ямки. Дальнейшее заращивание при низкой температуре (менее 500°С) не приводит к заметному выравниванию рельефа поверхности при осаждении 10+20 нм GaAs. Более быстрая планаризация поверхности покрывающего слоя происходит при повышенных температурах (более 550°С).

4. Предложен и реализован новый метод контактной сканирующей литографии, идея которого состоит в нанесении на образец двухслойного тонкопленочного покрытия полимер - металл, пластической деформации пленки металла зондом атомно-силового микроскопа (механическая деформация), либо нагретым зондом ближнепольного оптического микроскопа (термическая деформация) и перенесении рисунка на поверхность образца с помощью плазмо-химического травления полимера. Сформированная таким образом маска позволяет создавать произвольный рисунок (в виде металлических или диэлектрических объектов, или канавок, вытравленных в образце методом сухого травления) на поверхности различных образцов (слабо- и сильнолегированных полупроводников, металлов, диэлектриков). С помощью данного метода созданы различные наноконтакты металл-полупроводник с минимальными латеральными размерами ~ 50 нм.

5. Впервые показана возможность формирования металлических А1 на-нокластеров на поверхности GaAs и их последующего эпитаксиального заращивания. В непрерывном процессе МОГФЭ изготовлены многослойные нанокластерные структуры.

6. Проведены расчеты электрических свойств наноконтактов Шоттки. Показано, что величина критической частоты наноконтакта Шоттки достигает терагерцового диапазона даже при относительно невысоком уровне легирования ~ 1015+1016 см"3, что свидетельствует о малой инерционности отклика. Для наноконтактов малого радиуса определена область параметров с туннельным токопереносом. В этой области

параметров уменьшается эффективная высота барьера, и плотности тока в прямом и обратном направлении становятся сравнимыми.

Научная и практическая значимость работы

Разработанные в диссертации методики представляют самостоятельную ценность и могут быть использованы для исследования особенностей роста полупроводниковых гетероструктур.

Полученные в работе экспериментальные и теоретические результаты, описывающие закономерности формирования и физические свойства бездефектных структур с полупроводниковыми КТ и металлическими нанок-ластерами, позволили определить оптимальные технологические режимы их формирования. Благодаря проведенным исследованиям получены структуры с квантовыми точками 1пА в ваЛ и А1 нанокластерами, перспективные для их использования в высокочастотных и оптоэлектронных приборах.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Применение АСМ для измерения шероховатости поверхности напряженных гетероструктур, и исследования сколов гетероструктур, выращенных с использованием слоев - меток АНАя, позволяет определять уровень и характер дефектности структур, фиксировать нарушения планарности фронта эпитаксиального роста, определять с высокой точностью неоднородность скорости роста вдоль поверхности структуры и по серии слоев - зависимость скорости роста от варьируемых технологических параметров ростового процесса.

2. Разработанный метод контактной сканирующей литографии, основанный на пластической деформации двухслойного тонкопленочного покрытия полимер-металл зондом сканирующего зондового микроскопа, позволяет создавать рисунок в виде линий и точек, с минимальными размерами отдельных элементов - 50 нм и переносить его на поверхность различных образцов с помощью операций плазмо-химического травления и напыления.

3. Проведенные с помощью АСМ исследования процессов формирования и заращивания КТ ТпваА/ваА в условиях МОГФЭ, позволили выявить роль диффузии и сегрегации в изменении формы КТ и условия планаризации поверхности покрывающего слоя при их заращивании и, таким образом, определить технологические параметры роста совершенных многослойных массивов КТ, необходимых для разработки эффективных фотоприемников инфракрасного диапазона.

4. Определены условия формирования в непрерывном процессе МОГФЭ бездефектных гетероструктур ТпваА/ваА с внедренными слоями на-ночастиц А1. Проведенные расчеты электрических свойств нанокон-

тактов в модели сферического барьера Шоттки показали их малую инерционность отклика вплоть до частот терагерцового диапазона, что открывает перспективы использования структур в быстродействующих электронных устройствах.

Апробация работы

Основные результаты представлялись на внутренних семинарах ИФМ РАН, российских и международных конференциях, в том числе:

Всероссийское совещание "Зондовая микроскопия-99" (Н. Новгород, 10-13 марта, 1999);

8th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques (Prague, June 8-11,1999);

9-я Международная Крымская микроволновая конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, Крым, Украина, 13-16 сентября, 1999);

Всероссийское совещание "Зондовая микроскопия-2000" (Н. Новгород, 28 февраля-2 марта, 2000);

International Workshop "Scanning probe microscopy-2001" (Nizhny Novgorod, February 26. - March 1,2001);

V Российская конференция по физике полупроводников (Нижний Новгород, 10-14 сентября, 2001).

12-я Международная Крымская микроволновая конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, Крым, Украина, 9-13 сентября, 2002);

Всероссийское совещание "Нанофотоника" (Н. Новгород, 17-20 марта, 2003);

10th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy (Italy, Lecce, June 8-11, 2003);

VI Российская конференция по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 27-31 октября, 2003).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 27 работ, из них 14 статей в отечественных и зарубежных реферируемых журналах и 13 публикаций в сборниках тезисов докладов и трудах конференций.

Личный вклад автора в проведенные исследования

Диссертант принимал участие в постановке и решении экспериментальных и теоретических задач, обсуждении и интерпретации полученных результатов. В частности, в работах [1, 2, И] автором проведены исследования поперечных сколов гетероструктур методом АСМ. В работах [12-15] автором методом АСМ выполнены исследования поверхности упруго-

напряженных гетероструктур. В работах [3-5, 16-18], посвященных исследованию закономерностей формирования и заращивания квантовых точек InGaAs/GaAs в процессе МОГФЭ, автором с помощью методов АСМ и селективного химического травления проведены исследования структур с квантовыми точками. В работах [6-10] автором проведены экспериментальные исследования различных режимов модификации поверхности структур для реализации нового метода контактной сканирующей литографии. Выполнены измерения вольт-амперных характеристик наноконтактов металл-полупроводник, изготовленных данным методом. В работах [19-24], посвященных изучению процессов формирования гетероструктур InGaAs/GaAs с внедренными слоями наночастиц А1, вклад автора заключается в исследовании структур с помощью зондовых методов и постановке экспериментальных исследований электрических и оптических свойств таких структур. В работах [25-27] автором выполнены расчеты электрических свойств наноконтактов Шоттки.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, двух приложений, заключения, списка цитированной литературы и списка работ автора по теме диссертации. Общий объем диссертации составляет 148 страниц. В диссертации содержится 61 рисунок. Список цитированной литературы включает 108 наименований.

II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обоснована актуальность темы исследований, показана ее научная значимость, сформулированы цели работы, представлены сведения о структуре и содержании работы, а так же приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе сформулированы принципы работы и устройство различных сканирующих зондовых микроскопов. Представлен обзор работ, демонстрирующих широкие возможности методов сканирующей зондовой микроскопии в исследовании и модификации различных наноструктур.

Во второй главе дано описание конструкции и режимов работы используемого в диссертации сканирующего зондового микроскопа. Основная часть результатов получена с помощью сканирующего зондового микроскопа изготовленного компанией "КТ-МОТ" (Зеленоград). Развиты и апробированы некоторые специальные методики исследования наноструктур и на-нолитографии с помощью зондовых методов.

Описана методика визуализации движения ростового фронта и возникновения дефектов в процессе роста эпитаксиальных структур с помощью введения дополнительных тонких слоев - меток AlAs и последующего изучения сколов структур методом АСМ. Контраст слоев А1А возникает на АСМ-изображении скола из-за того, что слой окисла над А1А имеет большую толщину, чем над ваАя. Методика демонстрируется на структуре, АСМ-изображение скола которой показано на рис. 1. Структура состоит из слоев ваАя, выращеных при разных температурах и с разным временем роста, отделенных друг от друга тонкими слоями - метками АЬАя. Слои А1А видны на рисунке как белые полосы. Последние пять слоев ваА выращены для создания периодической пятислойной структуры (АА/ваАя), период которой был измерен методом рентгеновской дифракции с высокой точностью, что позволило откорректировать латеральный масштаб АСМ-изображения. Измерение расстояний между метками А1А по АСМ-изображению дает толщины слоев ваА в структуре. На основании полученных данных по толщинам слоев, выращенных при различных температурах можно в ходе одного эпитаксиального процесса определить зависимость скорости роста ваА от температуры. Ошибка при таком методе определения скорости роста не превышает 1 нм/мин. То же самое можно осуществить при изучении вариаций других параметров технологического

17000: 16000^ 15000] 14000 13000] 12000] 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000

Рис. 1. Изображение поперечного скола структуры с метками А1А, полученное методом АСМ. Все размеры указаны в ангстремах. Стрелка показывает направление роста.

процесса эпитаксиального наращивания. Данная методика была использована, в частности, для точного определения скоростей роста ваЛ при пониженных температурах. Этот процесс является критическим при формировании бездефектных структур с КТ. Кроме того, методика использовалась для контроля планаризации ростового фронта в эпитаксиальных структурах с металлическими нанокластерами.

Подробно раскрываются возможности методик атомно-силовой микроскопии с использованием селективного химического травления. Суть метода состоит в селективном стравливании верхнего слоя гетероструктуры без затрагивания следующих. Это позволяет получать информацию о топологии и химическом составе внутренних гетерограниц. Метод применен для исследования структур Показано, в частности, что в

исследованных структурах с квантовыми точками ¡пЛ/ваЛ в основании КТ возникает градиентный слой 1пхва1-хЛ5 толщиной около 1,6 нм. На рис. 2 приведено АСМ-изображение поверхности образца с КТ после травления в растворе НС1. Раствор НС1 селективно удаляет полупроводниковое соединение ¡п^Оа^Ав с большой в е .та * 1. и^пх6а1.,^$ с малым содержанием 1п при этом не травятся. Таким образом, видимые на рисунке плоские объекты, оставшиеся на местах КТ после травления, представляют

/ 4f >

*■ * а'

■ ... ЧИг

# V «

* ф

Рис. 2. Изображение поверхности образца с квантовыми точками InAs/GaAs после селективного травления в растворе НС1, полученное методом АСМ.

собой соединение 1пхОа1.хАз с малым содержанием 1п. Возникновение градиентного слоя связывается с интенсивной взаимной диффузией атомов 1п и ва между формирующимися КТ и слоем ваЛ в процессе роста. Разработанная методика позволяет корректировать ростовые параметры и тем самым управлять интенсивностью диффузионных процессов.

Далее в главе обсуждается разработанный новый метод контактной сканирующей литографии. Идея метода состоит в нанесении на образец двухслойного тонкопленочного покрытия полимер - металл, пластическую деформацию пленки металла зондом АСМ (механическая деформация), либо нагретым зондом ближнепольного оптического микроскопа (термическая деформация) и перенесение рисунка на поверхность образца с помощью плазмо-химического травления полимера. Сформированная таким образом маска позволяет с помощью операций плазмо-химического травления и напыления создавать на поверхности образца различные объекты (металлические или диэлектрические нити, кластеры, вытравленных в образце канавки) с характерными размерами отдельных элементов ~ 50 нм. Метод был использован для изготовления различных металлических наноконтак-тов на поверхности разных полупроводников. В качестве примера применения метода на рис. 3 показано изображение ванадиевого нанокластера, сформированного в предварительно вытравленной ямке на поверхности кремния. С помощью проводящего зонда АСМ проведены измерения

Рис. 3. Изображение металлического нанокластера, сформированного методом контактной сканирующей литографии на поверхности кремния. Изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа.

вольтамперных характеристик (ВАХ) при протекании тока через нанокон-такты V-GaAs, сформированные аналогичным способом. ВАХ имели вид, типичный для барьерного контакта металл-полупроводник, что допускает использование таких наноконтактов (или их массивов) для детекторных применений.

В третьей главе изложены результаты исследований полупроводниковых гетероструктур с КЯ и КТ. Основное внимание было уделено поиску режимов формирования структур с малым количеством дефектов.

Приведены результаты исследования морфологии структур с КЯ InGaAs, выращенных методом МОГФЭ на подложках GaAs. Для гетероструктур с рассогласованными решетками важной является диагностика их дефектности, так как большое количество дефектов приводит к быстрой безизлучательной рекомбинации носителей и уменьшает эффективность оптических переходов в КЯ. В структурах со слоями InGaAs превышение некоторой концентрации In при постоянной толщине слоя либо толщины при постоянной концентрации приводит к релаксации упругих напряжений путем образования дефектов. При сопоставлении данных рентгеновской дифракции, фотолюминесценции, фотопроводимости и АСМ показано, что АСМ поверхности образцов позволяет регистрировать переход толщины слоя InGaAs через критическую величину. В условиях, когда на поверхности отсутствует рельеф в виде сетки, связанный с дислокациями несоответствия, критерием может служить резкий рост шероховатости. В области докритических толщин рост шероховатости коррелирует с обогащением структуры точечными дефектами. Опыт по диагностике структур с КЯ оказывается полезным при характеризации дефектности структур с КТ InGaAs/GaAs и металлическими нанокластерами.

Далее приводятся данные по исследованию структур с КТ InGaAs/GaAs. Основное внимание уделяется изучению особенностей формирования КТ InGaAs/GaAs и их заращивания слоем GaAs в процессе МОГФЭ. Показано, что увеличение количества поданного материала при формировании КТ InAs при прочих равных условиях процесса эпитаксии оказывает существенное влияние на увеличение размеров КТ и практически не влияет на их плотность. Установлено, что минимальные латеральные размеры КТ составляют около 15 нм и их плотность достигает 1011 см-2. Показано, что формирование КТ не заканчивается после прекращения их роста, а продолжается при их заращивании. На начальных стадиях низкотемпературного заращивания, когда толщина эпитаксиального слоя GaAs меньше 3-4 нм, поверхностная диффузия адатомов происходит вдоль ступеней роста, без переходов на соседние террасы, и миграция заканчивается около КТ, где адатомы закрепляются. Вследствие этого материал вокруг КТ вытянут вдоль ростовых ступеней. Вершины КТ сглаживаются из-за по-

верхностной диффузии и испарения; об этом свидетельствует появление ямок над вершинами точек - рис. 4. Дальнейшее заращивание КТ при низкой температуре (менее 500°С при осаждении 10+20 нм ваАя), не приводит

Рис. 4. Изображение структуры с КТ на ранних стадиях низкотемпературного заращивания слоем GaAs, полученное методом АСМ.

к заметному сглаживанию рельефа поверхности. Более быстрая пла-наризации поверхности покрывающего слоя происходит при повышенных температурах (более 550°С) из-за высокой подвижности адатомов вдоль и поперек атомных ступеней. Проведенные исследования открывают возможность формирования бездефектных многослойных массивов КТ путем варьирования ростовой температуры.

В четвертой главе рассматриваются закономерности формирования в процессе МОГФЭ и свойства наноструктур Al/GaAs.

Описаны закономерности роста слоя металлического А1 на GaAs в едином технологическом процессе с эпитаксиальным ростом полупроводниковых слоев. Такой метод роста А1 на GaAs позволяет обеспечить отсутствие загрязнений, окисления поверхности и промежуточных слоев на границе металл - полупроводник и открывает возможность создания многослойных композитных материалов металл - полупроводник с высоким качеством границ между фазами.

Демонстрируется возможность самоорганизованного формирования металлических нанокластеров А1 на поверхности ваЛя и их эпитаксиально-го заращивания слоем ваЛя и более сложными гетер оструктурами ваЛ/ШваЛя. Подробные исследования закономерностей начальных стадий роста А1 на ваЛя показали, что при малом количестве осаждаемого алюминия происходит его послойный рост на ваЛя. При превышении толщины слоя алюминия критической величины, равной нескольким монослоям, происходит формирование алюминиевых нанокластеров с поперечными размерами 10 - 100 нм. На рис. 5 приведено изображение поверхности такой структуры с алюминиевыми нанокластерами, полученное методом АСМ. Эксперименты по эпитаксиальному заращиванию нанокластеров А1

показали, что эпитаксиальный рост ваЛя над слоем нанокластеров А1 происходит по механизму Фольмера-Вебера. Слои ОаЛЛпОаЛз, выращенные над алюминиевыми нанокластерами планаризуются при толщине менее 100 нм. Исследования покровных слоев методами рентгеновской дифракции и фотолюминесценции свидетельствуют о их высоком кристаллическом качестве.

Следующая часть главы посвящена разработке теоретических моделей для наноконтакта металл-полупроводник. Для прогнозирования свойств полупроводниковой среды с металлическими нанокластерами проанализи-

рованы электрические свойства контакта, возникающего на границе раздела полупроводника с металлической наночастицей, характерный размер которой а << 5. Здесь 5 - ширина области обеднения полупроводника в случае бесконечного плоского контакта с металлом. Аналитические расчеты проводились в приближении полного обеднения для случая, когда металлическая наночастица представляла собой сферу с радиусом а. Проведенные расчеты показывают, что ширина области обеднения вокруг наночастицы может быть много больше ее размеров, что обеспечивает малую емкость возникающего на границе металл - полупроводник контакта Шоттки. Показано, что наноконтакты имеют слабую зависимость емкости от напряжения и более выраженное, чем в плоском случае снижение высоты барьера Шоттки за счет сил изображений. Проведены расчеты критической частоты наноконтакта Шоттки /с ■= (2пг/Т)'1, где г5 — сопротивление растекания полупроводника за пределами области обеднения, С - емкость наноконтакта. Показано, что /с достигает терагерцового диапазона даже при относительно невысоком уровне легирования — 1015+1016 см"3, что свидетельствует о малой инерционности отклика. Зависимость критической частоты от радиуса а при различном уровне легирования ваЛ показана на рис. 6. При уменьшении радиуса наноконтакта, все большую роль в переносе заряда через барьер Шоттки играет туннелирование. Поэтому наступает момент, когда при сколь угодно малом уровне легирования полупроводника, токоперенос

О, нм

Рис. 6. Зависимость критической частоты сферического наноконтакта от радиуса а при различном уровне легирования ваЛя.

в наноконтакте определяется термополевой компонентой. Показано, что при термополевом токопереносе плотность как прямого, так и обратного тока носит, в основном, экспоненциальный характер. С уменьшением радиуса наноконтакта уменьшается эффективная высота барьера, плотность обратного тока растет и может стать сравнимой с плотностью прямого тока. На рис. 7 показаны вольтамперные характеристики наноконтактов с двумя различными радиусами при концентрации легирующей примеси в полупроводнике N — 1016 см"3 вычисленные для комнатной температуры.

Рис. 7. ВАХ сферических наноконтактов Шоттки с радиусами 10 нм и 40 нм при концентрации легирующей примеси в полупроводнике N = 1016 см"3. ВАХ построены для температуры ЗООК

Описаны результаты экспериментальных исследований электрических и оптических свойств многослойных структур с нанокластерами А1 в матрице ваЛя. В экспериментах наблюдался фотоотклик, связанный с возбуждением светом и выходом в ваЛ электронов из нанокластеров А1. Также исследовались фотоиндуцированные сверхбыстрые процессы. Для этого были проведены измерения эволюции модулированного мощным световым импульсом коэффициента отражения с субпикосекундным временным разрешением. В экспериментах использовался метод субпикосекундной отражательной абсорбционной спектроскопии с возбуждающими и пробными импульсами. Лазерная система генерировала импульсы длительностью

-0,4 -0,2 0,0 0,2

и, В

45 фс, энергией 2 мДж, частотой повторения 1 кГц и средней длиной волны излучения 795 нм. Максимальная относительная индуцированная модуляция коэффициента отражения (ДЯ/И), при нормальном падении излучения, составляла Эксперименты показали, что релаксация коэффициента

отражения к равновесию происходит за малые (несколько пикосекунд) времена. Для эпитаксиальных слоев ваЛя характерные времена процесса на несколько порядков больше. Это свидетельствует о малом времени жизни фотовозбужденных носителей заряда в структурах ваЛя с внедренными слоями нанокластеров А1. Оценка времени безизлучательной рекомбинации фотоносителей на металлических нанокластерах в исследованных структурах согласуется с экспериментом.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Основные результаты работы

1. Разработана методика визуализации движения ростового фронта и возникновения дефектов в эпитаксиальных структурах с помощью введения дополнительных тонких слоев (меток ЛМ^) и последующего изучения сколов в АСМ. Показано, что атомно-силовая микроскопия сколов совместно с методом рентгеновской дифракции позволяет определять локальную величину скорости роста с погрешностью менее 1 нм/мин.

2. Проведены исследования дефектообразования в упруго-напряженных структурах со сдвоенными квантовыми ямами ШваЛя/ваЛя. Установлено, что при увеличении толщины слоев ШваЛя критерием образования дислокаций служит резкий рост шероховатости поверхности структуры. До критической толщины рост шероховатости коррелирует с обогащением структуры точечными дефектами.

3. Проведены исследования процессов формирования и заращивания квантовых точек ШваЛя слоем ваЛя в условиях МОГФЭ. Установлено, что минимальные латеральные размеры точек составляют около 15 нм, и их плотность достигает 1011 см-2. Показано, что на начальных стадиях заращивания КТ осаждение ваЛя на их вершины не происходит, и они сглаживаются вследствие поверхностной диффузии и испарения. В результате, в области вершин формируются ямки. Дальнейшее заращивание при низкой температуре (менее 500°С) не приводит к заметному выравниванию рельефа поверхности при осаждении 10+20 нм ваЛя. Более быстрая планаризация поверхности покрывающего слоя происходит при повышенных температурах (более 550°С).

4. Предложен и реализован новый метод контактной сканирующей литографии, позволяющий создавать произвольный рисунок (в виде металлических или диэлектрических объектов, или канавок) на поверхности различных образцов. Метод включает нанесение двухслойного тонкопленочного покрытия полимер - металл, пластическую деформацию пленки металла зондом атомно-силового микроскопа (механическая деформация), либо нагретым зондом ближнепольного оптического микроскопа (термическая деформация) с последующим перенесением рисунка на поверхность образца с помощью операций плазмо-химического травления полимера и напыления. Созданы различные наноконтакты металл-полупроводник с минимальными латеральными размерами порядка 50 нм.

5. Установлено, что после осаждения методом МОГФЭ нескольких моно-слоёв А1 на поверхность GaAs происходит формирование алюминиевых нанокластеров с поперечными размерами 10+100 нм. Показано, что эпитаксиальный рост GaAs над массивом нанокластеров А1 происходит по механизму Фольмера-Вебера. Определены условия эпитаксии гетероструктур GaAs/InGaAs поверх А1 нанокластеров, которые плана-ризуются при толщинах менее 100 нм и обладают хорошими кристаллическими свойствами.

6. Проведены расчеты электрических свойств наноконтактов с барьером Шоттки. Показано, что зависимость термополевого тока от напряжения носит, в основном, экспоненциальный характер. Для наноконтактов малого радиуса определена область параметров с туннельным токопе-реносом. В этой области параметров уменьшается эффективная высота барьера, и плотности тока в прямом и обратном направлении становятся сравнимыми. Показано, что ширина области обеднения полупроводника вокруг наночастицы может быть много больше ее размеров, что обеспечивает малую емкость и малую инерционность наноконтак-тов в терагерцовом диапазоне частот даже при относительно невысоком уровне легирования полупроводника

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях

1. Drozdov Yu.N. Cross-Sectional AFM of GaAs-based Multilayer Het-erostructure with Thin AlAs Marks /Yu.N.Drozdov, V.M.Danil'tsev, N.V.Vostokov, G.L.Pakhomov, V.I.Shashkin //Physics of Low-Dimensional Structures. - 2003. - Vol.3/4. - P.49-54.

2. Shashkin V. Cross-sectional AFM of GaAs-based multiplayer heterostruc-ture with thin AlAs marks /V.Shashkin, N.Vostokov, V.Daniltsev, Yu.Drozdov, G.Pakhomov //10th European Workshop on Metalorganic Va-

pour Phase Epitaxy: Booklet of Extended Abstracts, Italy, Lecce, June 8-11, 2003. - P.171-173.

3. Danil'tsev V.M. A New Approach to AFM Investigation of Buried AVInxGa1-xAs/GaAs Interfaces and Quantum Dots /V.M.Danil'tsev, M.N.Drozdov, Yu.N.Drozdov, O.I.Khrykin, V.I.Shashkin, I.Yu.Shuleshova, N.V.Vostokov //Proceedings of International Workshop "Scanning probe microscopy-2001", Nizhny Novgorod, February 26. - March 1, 2001. -P.91-93.

4. Востоков Н.В. Применение селективного химического травления для исследования зарощеных слоев и самоорганизованных квантовых точек в гетероструктурах Al/InGaAs/GaAs методом атомно-силовой микроскопии /Н.В.Востоков, В.М.Данильцев, М.Н.Дроздов, Ю.Н.Дроздов, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин, И.Ю.Шулешова //Микросистемная техника. - 2001. - №11. - С.35-37.

5. Danil'tsev V.M. A New Approach to AFM Investigation of Buried Al/InxGa1-xAs/GaAs Interfaces and Quantum Dots /V.M.Danil'tsev, M.N.Drozdov, Yu.N.Drozdov, O.I.Khrykin, V.I.Shashkin, I.Yu.Shuleshova, N.V.Vostokov //Physics of Low-Dimensional Structures. - 2001. - Vol.3/4. - P.321-326.

6. Востоков Н.В. Разработка методов атомно - силовой литографии для создания наноразмерных элементов /Н.В.Востоков, Д.Г.Волгунов, В.Ф.Дряхлушин, А.Ю.Климов, В.В.Рогов, Л.В.Суходоев, В.И.Шашкин //Материалы всероссийского совещания "Зондовая микроскопия - 99", Нижний Новгород, 10-13 марта, 1999. - С. 190-192.

7. Dryakhlushin V.F. Development of contact scanning probe lithography methods for the fabrication of lateral nano-dimensional elements /V.F.Dryakhlushin, A.Yu.Klimov, V.V.Rogov, V.I.Shashkin, L.V.Sukhodoev, D.G.Volgunov, N.V.Vostokov //Nanotechnology. - 2000. -Vol.11. -No.3.-P.188-191.

8. Дряхлушин В.Ф. Разработка методов сканирующей зондовой литографии для создания нанометровых элементов /В.Ф.Дряхлушин, Н.В.Востоков, А.Ю.Климов, В.В.Рогов, В.И.Шашкин //Микросистемная техника. - 2000. - №3. - С. 11-15.

9. Востоков Н.В. Создание наноразмерных элементов методами атомно-силовой литографии /Н.В.Востоков, Д.Г.Волгунов, В.Ф.Дряхлушин,

A.Ю.Климов, В.В.Рогов, Л.В.Суходоев, В.И.Шашкин //9-я Международная Крымская микроволновая конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии": Материалы конференции, Севастополь, Крым, Украина, 13-16 сентября 1999. - С.3-4.

10. Дряхлушин В.Ф. Метод сканирующей ближнепольной оптической литографии /В.Ф.Дряхлушин, Н.В.Востоков, А.Ю.Климов, В.В.Рогов,

B.И.Шашкин //12-я Международная Крымская микроволновая конфе-

ренция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии": Материалы конференции, Севастополь, Крым, Украина, 9-13 сентября 2002. - С.453-454.

11. Pakhomov G.L. AFM Study of Dry Etched Cleavages of AlxGa1-xAs/G^As Heterostructures /G.L.Pakhomov, N.V.Vostokov, V.M.Daniltsev, V.I.Shashkin //Physics of Low-Dimensional Structures. - 2002. - Vol.5/6. -P.247-253.

12. Vostokov N.V. Investigation of InGaAs Based Double - Quantum Well Heterostructures Near the Critical Thickness Transition /N.V.Vostokov, D.M.Gaponova, V.M.Daniltsev, Yu.N.Drozdov, O.I.Khrykin, A.V.Murel, V.I.Shashkin, I.Yu.Shuleshova //Proceedings of International Workshop "Scanning probe microscopy-2001", Nizhny Novgorod, February 26. -March 1, 2001. - P.88-89.

13. Дроздов Ю.Н. Исследование структур со сдвоенными слоями InGaAs вблизи перехода через критическую толщину /Ю.Н.Дроздов, Н.В.Востоков, Д.М.Гапонова, В.М.Данильцев, М.Н.Дроздов, А.В.Мурель, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин IN Российская конференция по физике полупроводников: Сборник Тезисы докладов, Нижний Новгород, 10-14 сентября 2001. - С.324.

14. Vostokov N.V. Investigation of InGaAs Based Double - Quantum Well Heterostructures Near the Critical Thickness Transition /N.V.Vostokov, D.M.Gaponova, V.M.Daniltsev, Yu.N.Drozdov, O.I.Khrykin, A.V.Murel, V.I.Shashkin, I.Yu.Shuleshova //Physics of Low-Dimensional Structures. -2001. - Vol.3/4. - P.303-307.

15. Востоков Н.В. Исследование структур со сдвоенными слоями InGaAs вблизи перехода через критическую толщину /Н.В.Востоков, Д.М.Гапонова, В.М.Данильцев, М.Н.Дроздов, Ю.Н.Дроздов,

A.В.Мурель, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин //Микросистемная техника. -2001.-№12. -С.18-22.

16. Востоков Н.В. Исследование процессов формирования и заращивания квантовых точек InAs в условиях металлорганической газофазной эпи-таксии с помощью зондовой микроскопии /Н.В.Востоков,

B.М.Данильцев, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин //Материалы всероссийского совещания "Зондовая микроскопия - 99", Нижний Новгород, 10-13 марта, 1999. - С.50-53.

17. Востоков Н.В. Формирование и заращивание квантовых точек InAs в процессе металлорганической газофазной эпитаксии /Н.В.Востоков, В.М.Данильцев, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин //Поверхность. - 2000. - №7. - С. 17-21.

18. Shashkin V.I. Growth of InAs quantum dots and GaAs Cap-layers by MOVPE /V.I.Shashkin, V.M.Danil'tsev, Yu.N.Drozdov, O.I.Khrykin, V.Murel, N.V.Vostokov //8th European Workshop on Metalorganic Vapour

Phase Epitaxy and Related Growth Techniques: Workshop proceedings, Prague, June 8-11,1999. - P.159-162.

19. Востоков Н.В. Формирование и исследование металлических нанообъ-ектов А1 на GaAs /Н.В.Востоков, В.М.Данильцев, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин //Материалы всероссийского совещания "Зондовая микроскопия - 2000", Нижний Новгород, 28 фев-раля-2 марта, 2000. - С. 176-179.

20. Востоков Н.В. Формирование и исследование металлических нанообъ-ектов А1 на GaAs /Н.В.Востоков, В.М.Данильцев, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин //Поверхность. - 2000. -№11.-С.84-88.

21. Shashkin V. Microstructure and Properties of Aluminum Contacts Formed on GaAs(100) by Low Pressure Chemical Vapor Deposition with Di-methylethylamine Alane Source /V.Shashkin, S.Rushworth, V.Daniltsev, A.Murel, Yu.Drozdov, S.Gusev, O.Khrykin, N.Vostokov //Journal of Electronic Materials. - 2001. - Vol.30. - No.8. - P.980-986.

22. Востоков Н.В. Формирование нанокластеров А1 и их заращивание слоем GaAs в условиях металлоорганической газофазной эпитаксии /Н.В.Востоков, В.М.Данильцев, М.Н.Дроздов, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, В.И.Шашкин //Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника", Нижний Новгород, 17-20 марта, 2003. - С.363.

23. Востоков Н.В. Формирование нанокластеров А1 и их заращивание слоем GaAs в условиях металлоорганической газофазной эпитаксии /Н.В.Востоков, В.М.Данильцев, М.Н.Дроздов, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, В.И.Шашкин //Известия академии наук. Серия физическая. -2004. - Т.68. - №1. - С.55-57.

24. Shashkin V. Aluminum nanoparticles embedded into GaAs: deposition and epitaxial overgrowth by MOCVD /V.Shashkin, V.Daniltsev, M.Drozdov, Yu.Drozdov, A.Murel, N.Vostokov, S.Rushworth //10th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy: Booklet of Extended Abstracts, Italy, Lecce, June 8-11, 2003. - P.79-82.

25. Востоков Н.В. Расчет потенциала и токопереноса в наноразмерных контактах металл-полупроводник /Н.В.Востоков, В.И.Шашкин //VI Российская конференция по физике полупроводников: Сборник Тезисы докладов, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003. - С.257.

26. Востоков Н.В. Электрические свойства наноконтактов металл-полупроводник /Н.В.Востоков, В.И.Шашкин //ФТП - 2004. - Т.38. -Вып.9.-С.1084-1089.

27. Востоков Н.В. О роли туннелирования в наноконтактах металл-полупроводник /Н.В.Востоков, В.И.Шашкин //ЖЭТФ - 2004. - Т. 126. -№1.-С.239-245.

Востоков Николай Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОСТРУКТУР С МАССИВАМИ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОКЛАСТЕРОВ МЕТОДАМИ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Автореферат

Подписано к печати 15.11.2004 г. Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе в Институте физики микроструктур РАН, 603950, г. Н. Новгород, ГСП-105

»23 373

Введение

Глава 1. Методы сканирующей зондовой микроскопии (Обзор литературы)

1.1. Физические принципы СЗМ

1.2. Применение СЗМ для исследования полупроводниковых наноструктур

1.3. Применение СЗМ для модификации свойств поверхности

1.4. Выводы

Глава 2. Разработка и применение специальных методик атомно-силовой микроскопии и нанолитографии для исследования и формирования наноструктур

2.1. Введение

2.2. Техническое описание используемого СЗМ

2.3. Исследование сколов полупроводниковых наноструктур методами АСМ

2.4. Развитие совместного применения методик селективного травления и

АСМ для исследования наноструктур

2.5. Разработка методов контактной сканирующей литографии

2.6. Выводы

Глава 3. Исследование гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками выращенных методом МОГФЭ

3.1. Введение

3.2. Исследование структур со слоями InGaAs на GaAs

3.3. Формирование квантовых точек InGaAs/GaAs

3.4. Заращивание квантовых точек InGaAs слоем GaAs

3.5. Выводы

Vj Глава 4. Металлоорганическая газофазная эпитаксия и свойства наноструктур Al/GaAs

4.2. Исследование слоев А1, осажденных на поверхность GaAs 86 4.3. Формирование нанокластеров А1 на поверхности GaAs 93 ь

4.4. Эпитаксиалыюе заращивание нанокластеров А1 слоями GaAs и InGaAs 96

4.5. Теоретические исследования электрических свойств наноконтактов металл - полупроводник 105

4.6. Исследования электрических и оптических свойств многослойных структур с нанокластерами А1 в матрице GaAs 121

4.7. Выводы 128

Заключение 130 v Приложение 1. Свойства функции^) 132

Приложение 2. Список сокращений 134

Список цитированной литературы 135

Список работ автора по теме диссертации 145

Введение

Настоящая диссертация основана на результатах, полученных в рамках работ научного коллектива ИФМ РАН по изготовлению и исследованию полупроводниковых гетероструктур на основе соединений А3В5. Одной из целей деятельности коллектива является создание приборов для детектирования и генерации терагерцового и инфракрасного излучения. В основе таких приборов может лежать, как отдельный нелинейный элемент (например, наноразмерный контакт металл-полупроводник для детектирования терагерцового излучения), так и некая полупроводниковая среда, обладающая определенными свойствами. Наиболее перспективными средами для этой цели оказались гетероструктуры с квантовыми ямами [1] и квантовыми точками (КТ) [2]. В последнее время интерес исследователей все больше смещается к нанокластерным материалам [3]. Это, во-первых, гетероструктуры с квантовыми точками и, достаточно новое направление - полупроводники с внедренными металлическими нанокластерами. Увеличение интереса к гетероструктурам с квантовыми точками связано с рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с квантовыми ямами. Ширина запрещенной зоны в квантовых точках гетероструктуры может быть меньше, чем в квантовых ямах гетероструктуры той же гетеропары из-за возможности использования для изготовления бездефектной гетероструктуры с квантовыми точками, полупроводников с большим рассогласованием решеток. Это позволяет сдвинуть оптический рабочий диапазон приборов в длинноволновую область. В квантовых точках реализуется предельный случай размерного квантования в полупроводниках, когда электронный спектр представляет собой набор дискретных уровней. Если расстояние между уровнями заметно больше тепловой энергии, это дает возможность устранить проблему "размывания" носителей заряда в энергетической полосе порядка кТ, приводящее к деградации свойств приборов при повышении температуры. В квантовой точке происходит эффективное перекрытие волновых функций электрона и дырки из-за их пространственной локализации, что увеличивает вероятность оптических переходов. Кроме того, наличие латерального квантования в квантовых точках снимает запрет на оптические переходы, поляризованные в плоскости слоя точек, а следовательно, предоставляет возможность осуществить поглощение света при нормальном падении фотонов. В массивах квантовых точек падающее излучение может более эффективно поглощаться из-за эффекта "запутывания" света при многократном рассеянии на отдельных слоях квантовых точек. В полупроводниковых структурах с внедренными металлическими наночастицами этот эффект проявляется сильнее. Это делает перспективным использование полупроводниковых сред с металлическими наночастицами в качестве фотоприемников инфракрасного диапазона длин волн, основанных на внутреннем фотоэффекте, так как в аналогичных фотоприемниках на основе контакта Шоттки с плоской границей раздела металл-полупроводник, существует проблема сильного отражения излучения от поверхности металла. Кроме того, уменьшение размеров наночастиц до величин порядка длины свободного пробега электрона в металле, приведет, возможно, к увеличению вероятности выхода электрона из наночастицы при поглощении фотона. Такая полупроводниковая среда с металлическими наночастицами может обладать малыми временами жизни фотовозбужденных носителей, что делает ее перспективной для изготовления быстродействующих инфракрасных фотоприемников и устройств для генерации терагерцового излучения. Рассмотрению закономерностей формирования и исследованию этих искусственных объектов на основе гетероструктур с квантовыми слоями, квантовыми точками и нанокластерами посвящена данная диссертация.

Актуальность темы

Развитие современной микро- и наноэлектроники было бы невозможно без микроскопических методов исследования. Требования к повышению степени интеграции микроэлектронных элементов, уменьшению их размеров, улучшению качества задают необходимость в точной локальной диагностике их различных физических свойств.

Наряду с преимуществами, которые имеет электронная микроскопия (например, возможность иметь в каждый момент информацию о большом участке поверхности), она обладает рядом ограничений в своих возможностях по исследованию и диагностике поверхности. К таковым относятся, в первую очередь, необходимость достаточного вакуума для получения относительно хорошего разрешения, сложности при просмотре непроводящих и больших образцов. В связи с этим, большим достижением стало изобретение 1981 году Герхардом Биннигом и Хайнрихом Рёрером метода сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), которое положило начало бурному развитию сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) в последние 20 лет. Метод СЗМ является достаточно новым в исследовании многочисленных объектов, смысл получаемой информации не всегда очевиден, а способы эффективного применения СЗМ во многих случаях пока не отработаны. Интересной является и возможность использовать метод СЗМ для целей нанолитогафии и модификации поверхности.

Современные методы СЗМ, и в первую очередь метод атомно-силовой микроскопии (АСМ), активно используются во всем мире для исследования полупроводниковых структур. В настоящей диссертации зондовые методы были успешно применены для создания отдельных наноконтактов металл-полупроводник, а также для исследования процессов формирования и физических свойств структур с самоорганизующимися полупроводниковыми квантовыми точками и металлическими нанокластерами. Интерес к таким структурам обусловлен широкими возможностями их применения для генерации и детектирования излучения инфракрасного и терагерцового диапазона. Проводимые исследования потребовали разработки и использования некоторых специальных методик СЗМ, которые ввиду своей общности обладают самостоятельной ценностью.

Основные цели диссертационной работы

Основной целью диссертационной работы являлось изучение закономерностей формирования и свойств многослойных полупроводниковых наноструктур с массивами квантовых точек и металлических нанокластеров, перспективных для применений на терагерцовых частотах излучения и в инфракрасном диапазоне длин волн.

Научная иовнзна н практическая значимость диссертационной работы

Научная новизна и практическая значимость работы определяется оригинальностью поставленных экспериментов, полученными новыми результатами, и заключается в следующем:

1. Разработана оригинальная методика визуализации движения ростового фронта и возникновения дефектов в эпитаксиальных структурах, с помощью тонких слоев — меток AlAs. На примере многослойных гетероструктур на основе GaAs с тонкими метками AlAs показано, что атомно-силовая микроскопия сколов таких структур совместно с методом рентгеновской дифракции позволяет определять скорость роста слоя с погрешностью менее 1 нм/мин.

2. Впервые, на примере гетероструктур с квантовыми ямами InGaAs показано, что исследование поверхности напряженных структур с помощью АСМ, позволяет регистрировать переход толщины слоев InGaAs через критическую величину даже в условиях отсутствия на поверхности сетки дислокаций несоответствия.

3. При изучении методами СЗМ процессов формирования и заращивания квантовых точек InGaAs слоем GaAs в условиях металлоорганической газофазной эпитаксии (МОГФЭ), впервые выявлена важная роль процессов диффузии и испарения. Показано, что на начальных стадиях заращивания КТ осаждения GaAs на их вершины не происходит, вершины сглаживаются, и над ними формируются ямки. Дальнейшее заращивание при низкой температуре (менее 500°С) не приводит к заметному выравниванию рельефа поверхности при осаждении 10-г20 нм GaAs. Более быстрая планаризация поверхности покрывающего слоя происходит при повышенных температурах (более 550°С).

4. Предложен и реализован новый метод контактной сканирующей литографии, идея которого состоит в нанесении на образец двухслойного тонкопленочного покрытия полимер - металл, пластической деформации пленки металла зондом атомно-силового микроскопа (механическая деформация), либо нагретым зондом ближнеполыюго оптического микроскопа (термическая деформация) и перенесении рисунка на поверхность образца с помощью плазмо-химического травления полимера. Сформированная таким образом маска позволяет создавать произвольный рисунок (в виде металлических или диэлектрических объектов, или канавок, вытравленных в образце методом сухого травления) на поверхности различных образцов (слабо- и силыюлегированных полупроводников, металлов, диэлектриков). С помощью данного метода созданы различные наноконтакты металл-полупроводник с минимальными латеральными размерами ~ 50 нм.

5. Впервые показана возможность формирования металлических А1 нанокластеров на поверхности GaAs и их последующего эпитаксиалыюго заращивания. В непрерывном процессе МОГФЭ изготовлены многослойные нанокластерные структуры.

6. Проведены расчеты электрических свойств наноконтактов Шоттки. Показано, что величина критической частоты наноконтакта Шоттки достигает терагерцового диапазона даже при относительно невысоком уровне легирования ~ 1015-И016 см'3, что свидетельствует о малой инерционности отклика. Для наноконтактов малого радиуса определена область параметров с туннельным токопереносом. В этой области параметров уменьшается эффективная высота барьера, и плотности тока в прямом и обратном направлении становятся сравнимыми.

Научные положения выносимые на защиту

1. Применение АСМ для измерения шероховатости поверхности напряженных гетероструктур, и исследования сколов гетероструктур, выращенных с использованием слоев - меток AlAs, позволяет определять уровень и характер дефектности структур, фиксировать нарушения планарности фронта эпитаксиального роста, определять с высокой точностью неоднородность скорости роста вдоль поверхности структуры и по серии слоев — зависимость скорости роста от варьируемых технологических параметров ростового процесса.

2. Разработанный метод контактной сканирующей литографии, основанный на пластической деформации двухслойного тонкопленочного покрытия полимер-металл зондом СЗМ, позволяет создавать рисунок в виде линий и точек, с минимальными размерами отдельных элементов ~ 50 нм и переносить его на поверхность различных образцов с помощью операций плазмо-химического травления и напыления.

3. Проведенные с помощью АСМ исследования процессов формирования и заращивания квантовых точек InGaAs/GaAs в условиях МОГФЭ, позволили выявить роль диффузии и сегрегации в изменении формы квантовых точек и условия планаризации поверхности покрывающего слоя при их заращивании и, таким образом, определить технологические параметры роста совершенных многослойных массивов квантовых точек, необходимых для разработки эффективных фотоприемников инфракрасного диапазона.

4. Определены условия формирования в непрерывном процессе МОГФЭ бездефектных гетероструктур InGaAs/GaAs с внедренными слоями наночастиц А1. Проведенные расчеты электрических свойств наноконтактов в модели сферического барьера Шотгки показали их малую инерционность отклика вплоть до частот терагерцового диапазона, что открывает перспективы использования структур в быстродействующих электронных устройствах.

Публикации н апробация работы

По теме диссертации опубликовано 27 работ, из которых 14 статей в отечественных и зарубежных реферируемых журналах и 13 публикаций в сборниках тезисов докладов и трудов конференций. Результаты диссертационной работы докладывались на внутренних семинарах ИФМ РАН, российских и международных конференциях, рабочих совещаниях, в том числе:

- Всероссийское совещание "Зондовая микроскопия-99" (Н. Новгород, 10-13 марта, 1999);

- 8th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques (Prague, June 8-11, 1999);

- 9-я Международная Крымская микроволновая конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, Крым, Украина, 13-16 сентября, 1999);

- Всероссийское совещание "Зондовая микроскопия-2000" (Н. Новгород, 28 февраля-2 марта, 2000);

- International Workshop "Scanning probe microscopy-2001" (Nizhny Novgorod, February 26. - March 1,2001);

- V Российская конференция по физике полупроводников (Нижний Новгород, 10-14 сентября, 2001).

- 12-я Международная Крымская микроволновая конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, Крым, Украина, 9-13 сентября, 2002);

- Всероссийское совещание "Нанофотоника" (Н. Новгород, 17-20 марта, 2003);

- 10th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy (Italy, Lecce, June 8-11, 2003);

- VI Российская конференция по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 27-31 октября, 2003).

Личный вклад автора в проведенные исследования

Личный вклад автора в проведенные исследования заключается в:

- разработке методики визуализации движения ростового фронта и возникновения дефектов в эпитаксиальных структурах;

- исследовании методами СЗМ процессов формирования и заращивания квантовых точек InGaAs/GaAs в условиях МОГФЭ;

- реализации нового метода контактной сканирующей литографии;

- изучении методами СЗМ закономерностей формирования в непрерывном процессе МОГФЭ бездефектных гетероструктур InGaAs/GaAs с внедренными слоями наночастиц А1; проведении расчетов электрических свойств наноконтактов Шоттки;

- постановке экспериментальных исследований электрических и оптических свойств многослойных нанокластерных структур А1 в матрице GaAs.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, двух приложений, заключения, списка цитированной литературы и списка работ автора по теме диссертации. Общий объем диссертации составляет 148 страниц. В диссертации содержится 61 рисунок. Список цитированной литературы включает 108 наименований. Список работ автора по теме диссертации включает 27 наименований.

4.7. Выводы у' В четвертой главе изучены закономерности формирования в процессе МОГФЭ и свойства наноструктур Al/GaAs.

Проведены исследования слоев А1, сформированных на поверхности GaAs в условиях МОГФЭ. Показано, что в газофазном реакторе из диметилэтиламиналана при температурах Tg от 130 до 360°С формируются слои металлического А1, состоящие из зерен различных текстур и эпитаксиальных ориентаций. Атомно-силовая микроскопия позволяет достаточно точно измерять углы между гранями зерна и идентифицировать таким способом грани и ориентацию отдельных зерен, что согласуется с интегральными оценками рентгенодифракционного метода. С увеличением температуры осаждения увеличивается шероховатость поверхности А1. При этом меняется преимущественная ориентация зерен А1: последовательно А1(111), (100), (110) и (110)R - ориентировки f., достигают своего максимума. Высота барьера Шоттки контакта Al/n-GaAs фь ~ 0,7 эВ при температурах роста до 250°С, растет с дальнейшим повышением ростовой температуры и достигает 0,95 эВ при температуре 300°-350°С.

Показано, что на начальных стадиях роста А1 на поверхности GaAs, при превышении толщины слоя алюминия критической величины, равной нескольким монослоям, происходит формирование алюминиевых нанокластеров с поперечными размерами 10-100 нм.

При заращивании нанокластеров А1 эпитаксиальный рост GaAs над алюминиевым ^ слоем происходит по механизму Фольмера-Вебера. Слои GaAs/InGaAs выращенные над массивом А1 нанокластеров планаризуются при толщине ~ 100 нм и обладают высоким кристаллическим и оптическим качеством.

Теоретически изучены свойства наноконтактов металл-полупроводник. Проведенные расчеты показывают, что ширина области обеднения вокруг наночастицы может быть много больше ее размеров, что обеспечивает малую емкость возникающего на границе металл - полупроводник контакта Шоттки. Величина критической частоты наноконтакта Шоттки достигает терагерцового диапазона даже при относительно невысоком уровне легирования ~ 1015ч-1016 см"3, что свидетельствует о малой инерционности отклика. Построена область параметров, в которой токоперенос через барьер в наноконтакте определяет термополевая компонента. Показано, что при термополевом токопереносе плотность как прямого, так и обратного тока носит, в основном, экспоненциальный характер. Показано, что с уменьшением радиуса наноконтакта плотность обратного тока растет и может стать сравнимой с плотностью прямого тока.

Проведены экспериментальные исследования электрических и оптических свойств структур с нанокластерами А1 в матрице GaAs. В экспериментах наблюдался фотоотклик, связанный с возбуждением и выходом в GaAs электронов из нанокластеров А1. Измерения времен релаксации коэффициента отражения от структур с нанокластерами, демонстрируют малое (несколько пикосекунд) время жизни фотовозбужденных носителей заряда. К

В диссертации получены следующие основные результаты:

1. Разработана методика визуализации движения ростового фронта и возникновения дефектов в эпитаксиальных структурах с помощью введения дополнительных тонких слоев (меток AlAs) и последующего изучения сколов в АСМ. Показано, что атомно-силовая микроскопия сколов совместно с методом рентгеновской дифракции позволяет определять локальную величину скорости роста с погрешностью менее 1 нм/мин.

2. Проведены исследования дефектообразования в упруго-напряженных структурах со сдвоенными квантовыми ямами InGaAs/GaAs. Установлено, что при увеличении толщины слоев InGaAs критерием образования дислокаций служит резкий рост шероховатости поверхности структуры. До критической толщины рост шероховатости коррелирует с обогащением структуры точечными дефектами.

3. Проведены исследования процессов формирования и заращивания квантовых точек InGaAs слоем GaAs в условиях МОГФЭ. Установлено, что минимальные латеральные

11 "У размеры точек составляют около 15 нм, и их плотность достигает 10 см" . Показано, что на начальных стадиях заращивания КТ осаждение GaAs на их вершины не происходит, и они сглаживаются вследствие поверхностной диффузии и испарения. В результате, в области вершин формируются ямки. Дальнейшее заращивание при низкой температуре (менее 500°С) не приводит к заметному выравниванию рельефа поверхности при осаждении 10-=-20 нм GaAs. Более быстрая планаризация поверхности покрывающего слоя происходит при повышенных температурах (более 550°С).

4. Предложен и реализован новый метод контактной сканирующей литографии, позволяющий создавать произвольный рисунок (в виде металлических или диэлектрических объектов, или канавок) на поверхности различных образцов. Метод включает нанесение двухслойного тонкопленочного покрытия полимер - металл, пластическую деформацию пленки металла зондом атомно-силового микроскопа (механическая деформация), либо нагретым зондом ближнепольного оптического микроскопа (термическая деформация) с последующим перенесением рисунка на поверхность образца с помощью операций плазмо-химического травления полимера и напыления. Созданы различные наноконтакты металл-полупроводник с минимальными латеральными размерами порядка 50 нм.

5. Установлено, что после осаждения методом МОГФЭ нескольких монослоёв А1 на поверхность GaAs происходит формирование алюминиевых нанокластеров с поперечными размерами 10-И 00 нм. Показано, что эпитаксиальный рост GaAs над массивом нанокластеров А1 происходит по механизму Фольмера-Вебера. Определены условия эпитаксии гетероструктур GaAs/InGaAs поверх А1 нанокластеров, которые планаризуются при толщинах менее 100 нм и обладают хорошими кристаллическими свойствами.

6. Проведены расчеты электрических свойств наноконтактов с барьером Шоттки. Показано, что зависимость термополевого тока от напряжения носит, в основном, экспоненциальный характер. Для наноконтактов малого радиуса определена область параметров с туннельным токопереносом. В этой области параметров уменьшается эффективная высота барьера, и плотности тока в прямом и обратном направлении становятся сравнимыми. Показано, что ширина области обеднения полупроводника вокруг наночастицы может быть много больше ее размеров, что обеспечивает малую емкость и малую инерционность наноконтактов в терагерцовом диапазоне частот даже при относительно невысоком уровне легирования полупроводника ~ 1015-И016 см*3.

1. Алфёров Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур //ФТП. 1998.- Т.32. Вып.1. - С.3-18.

2. Леденцов Н.Н. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. Обзор /Н.Н.Леденцов, В.М.Устинов, В.А.Щукин, П.С.Копьев, Ж.И.Алфёров, Д.Бимберг //ФТП. 1998. - Т.32. - Вып.4. - С.385-410.

3. Мильвидский М.Г. Наноразмерные атомные кластеры в полупроводниках новый подход к формированию свойств материалов. Обзор /М.Г.Мильвидский, В.В.Чалдышев //ФТП. - 1998. - Т.32. - Вып.5. - С.513-522.

4. Binning G. Surface Studies by Scanning Tunneling Microscopy /G.Binning, H.Rohrer, Ch.Gerber, E.Weibel //Physical Review Letters. 1982. - Vol.49. - No.l. - P.57-61.

5. Scanning Tunneling Microscopy and Related Methods /Edited by RJ.Behm, N.Garcia, H.Rohrer. Kluwer Academic Publishers, 1990. - 525c., P.27-57.

6. Scanning Tunneling Microscopy and Related Methods /Edited by R.J Behm, N.Garcia, H.Rohrer. Kluwer Academic Publishers, 1990. - 525c., P.77-95.

7. Kuk V. Role of tip structure in scanning tunneling microscopy /V.Kuk, P.J.Silverman // Applied Physics Letters. 1986. - V.48. - No.23. - P.1597-1599.

8. Binning G. 7x7 Reconstruction on Si(lll) Resolved in Real Space /G.Binning, H.Rohrer, Ch.Gerber, E.Weibel //Physical Review Letters. 1983. - Vol.50. - No.2. - P.120-123.

9. Becker R.S. Tunneling Images of Germanium Surface Reconstructions and Phase Boundaries /R.S.Becker, J.A.Golovchenko, B.S.Swartzentruber//Physical Review Letters. — 1985. Vol.54. - No.25. - P.2678-2680.

10. Becker R.S. Tunneling images of the 5 x 5 surface reconstruction on Ge-Si(lll) /R.S.Becker, J.A.Golovchenko, B.S.Swartzentruber //Physical Review B. 1985. - Vol.32. -No. 12. - P.8455-8457.

11. Binning G. Scanning tunneling microscopy /G.Binning, H.Rohrer //Surface Science. 1983.- Vol.126. No. 1-3. - P.236-244.

12. Binnig G. Atomic force microscope /G.Binnig, C.F.Quate, Ch.Gerber //Physical Review Letters. 1986. - Vol.56. - No.9. - P.930-933.

13. Eng L. A combined scanning tunneling, scanning force, frictional force, and attractive force microscope /L.M.Eng, K.D.Jandt, D.Descouts //Review of Scientific Instruments. 1994. -Vol.65.-No.2.-P.390-393.

14. Vatel О. Kelvin probe force microscopy for potential distribution measurement of semiconductor devices /О.Vatel, M.J.Tanimoto //Journal of Applied Physics. 1995. -Vol.77. - No.6. - P.2358-2362.

15. Rugar D. Improved fiber-optic interferometer for atomic force microscopy /D.Rugar, H.J.Mamin, P.Guethner //Applied Physics Letters. 1989. - V.55. - No.25. - P.2588-2590.

16. Nonnenmacher M. Attractive mode force microscopy using a feedback-controlled fiber interferometer /M.Nonnenmacher, M.Vaez-Iravani, H.K.Wickramasinghe //Review of Scientific Instruments. 1992. - Vol.63. - No.l 1. - P.5373-5376.

17. Miller G.L. A rocking beam electrostatic balance for the measurement of small forces /G.L.Miller, J.E.Griffith, E.R.Wagner, D.A.Grigg //Review of Scientific Instruments. — 1991. Vol.62. -No.3. - P.705-709.

18. Giessibl F.J. Piezoresistive cantilevers utilized for scanning tunneling and scanning force microscope in ultrahigh vacuum /F.J.Giessibl, B.M.Trafas //Review of Scientific Instruments. 1994. - Vol.65. - No.6. - P.1923-1929.

19. Heinzelmann H. Atomic force microscopy: General aspects and application to insulators /H.Heinzelmann, E.Meyer, P.Griitter, H.-R.Hidber, L.Rosenthaler, H.-J.Giintherodt //Journal of Vacuum Science & Technology A. 1988. - Vol.6. - No.2. - P.275-278.

20. Scanning Tunneling Microscopy and Related Methods /Edited by RJ.Behm, N.Garcia, H.Rohrer. Kluwer Academic Publishers, 1990. - 525c., P. 1-25.

21. Scanning Tunneling Microscopy and Related Methods /Edited by RJ.Behm, N.Garcia, H.Rohrer. Kluwer Academic Publishers, 1990. - 525c., P.443-467.

22. Albrecht T.R. Atomic Resolution with the Atomic Force Microscope on Conductors and Nonconductors /T.R.Albrecht, C.F.Quate //Journal of Vacuum Science & Technology A. — 1988. Vol.6. - No.2. - P.271-274.

23. Pethica J.B. Comment on "Interatomic forces in scanning tunneling microscopy: Giant corrugations of the graphite surface" //Physical Review Letters. 1986. - Vol.57. - No.25. -P.3235.

24. Luthi R. Atomic resolution in dynamic force microscopy across steps on Si(l 11)7x7 /RXuthi, E.Meyer, M.Bammerlin, F.Baratoff, T.Lehmann, L.Howald, C.Gerber, H.J.Guntherodt //Z. Phys. B. 1996. - Vol.100. - No.2. - P.165-167.

25. Ruan J.-A. Atomic-scale and microscale friction studies of graphite and diamond using friction force microscopy /J.-A.Ruan, B.Bhushan //Journal of Applied Physics. 1994. -Vol.76. - No.9. - P.5022-5035.

26. Overney R.M. Corona-treated isotactic polypropylene films investigated by friction force microscopy /R.M.Overney, H.-J.Guntherodt, S.Hild //Journal of Applied Physics. 1994. -Vol.75. -No.3.-P.1401-1404.

27. Martin Y. Magnetic imaging by "force microscopy" with1000 A resolution /Y.Martin, H.K.Wickramasinghe //Applied Physics Letters. 1987. - V.50. - No.20. - P.1455-1457.

28. Roseman M. Cryogenic magnetic force microscope /M.Roseman, P.Griitter //Review of Scientific Instruments. 2000. - Vol.71. - No.10. - P.3782-3787.

29. Diirig U. Near-field optical-scanning microscopy /U.Durig, D.W.Pohl, F.Rohner //Journal of Applied Physics. 1986. - Vol.59. - No.10. - P.3318-3327.

30. Pohl D.W. Optical stethoscopy: Image recording with resolution X/20 /D.W.Pohl, W.Denk, M.Lanz //Applied Physics Letters. 1984. - V.44. - No.7. - P.651-653.

31. Betzig E. Combined shear force and near-field scanning optical microscopy /E.Betzig, P.L.Finn, J.S.Weiner//Applied Physics Letters. 1992. - V.60. - No.20. - P.2484-2486.

32. Albrektsen O. Tunneling microscopy and spectroscopy of molecular beam epitaxy grown GaAs-AlGaAs interfaces /O.Albrektsen, D.J.Arent, H.P.Meier, H.W.M.Salemink //Applied Physics Letters. 1990. - V.57. - No.l. - P.31-33.

33. Gwo S. Cross-sectional scanning tunneling microscopy of doped and undoped AlGaAs/GaAs heterostructures /S.Gwo, K.-J.Chao, C.K.Shih //Applied Physics Letters. -1994. V.64. -No.4. - P.493-495.

34. Gwo S. Cross-sectional scanning tunneling microscopy and spectroscopy of passivated III-V heterostructures /S.Gwo, A.R.Smith, K.-J.Chao, C.K.Shih, K.Sadra, B.G.Streetman //Journal of Vacuum Science & Technology A. 1994. - Vol.12. - No.4. - P.2005-2008.

35. Chen Huajie Strain variations in InGaAsP/InGaP superlattices studied by scanning probe microscopy /Huajie Chen, R.M.Feenstra, R.S.Goldman, C.Silfvenius, G.Landgren //-L'

36. Applied Physics Letters. 1998. - V.72. - No.14. - P.1721-1729.

37. Johnson M.B. Be Delta-Doped Layers in GaAs Imaged with Atomic Resolution Using Scanning Tunneling Microscopy /M.B.Johnson, P.M.Koenraad, W.C.van der Vleuten, H.W.M.Salemink, J.H.Wolter //Physical Review Letters. 1995. - Vol.75. - No.8. - P. 16061609.

38. Bruls D.M. Cracking self-assembled InAs quantum dots /D.M.Bruls, J.W.A.M.Vugs, P.M.Koenraad, M.S.Skolnick, M.Hopkinson, J.H.Wolter //Applied Physics A. 2001. -Vol.72. - No.8. - P.S205-S207.

39. Chen H. Strain variations in InGaAsP/InGaP superlattices studied by scanning probe microscopy /H.Chen, R.M.Feenstra, R.S.Goldman, C.Silfvenius, G.Landgren //Applied Physics Letters. 1998. - V.72. - No.14. - P.1727-1729.

40. Анкудинов A.B. Нанорельеф окисленной поверхности скола решетки чередующихся гетерослоев Gao.7Alo.3As и GaAs /А.В.Анкудинов, В.П.Евтихиев, В.Е.Токранов, В.П.Улин, А.Н.Титков //ФТП. 1999. - Т.ЗЗ. - Вып.5. - С.594-597.

41. Анкудинов А.В. Микроскопия электростатических сил на сколах полупроводниковых лазерных диодов /А.В.Анкудинов, Е.Ю.Котельников, А.А.Канцельсон, В.П.Евтихиев, А.Н.Титков //ФТП. 2001. - Т.35. - Вып.7. - С.874-880.

42. Bernatz G. Experimental investigation of structures of interior interfaces in GaAs /G.Bernatz, S.Nau, R.Rettig, H.Jansch, W.Stolz //Journal of Applied Physics. 1999. -Vol.86. - No.12. - P.6752-6757.

43. Bernatz G. Effect of MOVPE growth interruptions on the gallium arsenide interior interface * morphology /G.Bernatz, S.Nau, R.Rettig, W.Stolz //Journal of Electronic Materials. 2000.-Vol.29. No.l.-P. 129-133.

44. Cirlin G.E Ordering phenomena in InAs strained layer morphological transformation on GaAs (100) surface /G.E.Cirlin, G.M.Guryanov, A.O.Golubok, N.N.Ledentsov, P.S.Kopev, M.Grundman, D.Bimberg //Applied Physics Letters. 1995. - V.67. - No.l. - P.97-99.

45. Титков A.H. Исследование закономерностей роста и испарения квантовых точек InAs на вицинальных поверхностях GaAs (001), разориентированных в направлении 001., методом атомно-силовой микроскопии // Поверхность. 1998. - №2. - С.64-69.

46. Goldman R.S. Nanoprobing of semiconductor heterointerfaces: quantum dots, alloys and diffusion //Journal of Physics D: Applied Physics. 2004. - V.37. - P.R163-R178.

47. Liu H.Y. Optimizing the growth of 1.3 jam InAs/InGaAs dots-in-a-well structure /H.Y.Liu, M.Hopkinson, C.N.Harrison, M.J.Steer, R.Frith, I.R.Sellers, D.J.Mowbray, M.S.Skolnick //Journal of Applied Physics. 2003. - Vol.93. - No.5. - P.2931-2936.

48. Girard P. Observations of self-organized InAs nanoislands on GaAs (001) surface by electrostatic force microscopy /P.Girard, A.N.Titkov, M.Ramonda, V.P.Evtikhiev, V.P.Ulin //Applied Surface Science. 2002. - Vol.201. - P.l-8.

49. Yamauchi T. Size dependence of the work function in InAs quantum dots on GaAs (001) as studied by Kelvin force probe microscopy /Т.Yamauchi, M.Tabuchi, A.Nakamura //Applied Physics Letters. 2004. - V.84. - No. 19. - P.3834-3836.

50. Stroscio J.A. Atomic and molecular manipulation with the scanning tunneling microscope /J.A.Stroscio, D.M.Eigler //Science. 1991. - V.254. - No.5036. - P.1319-1326.

51. Meyer G. Controlled Atom by Atom Restructuring of a Metal Surface with the Scanning Tunneling Microscope /G.Meyer, L.Bartels, S.Zophel, E.Henze, K.-H.Rieder //Physical Review Letters. 1997. - Vol.78. - No.8. - P.1512-1515.

52. Hashizume T. Atom structures on the Si(100) surface /T.Hashizume, S.Watanabe, Y.Wada, M.I.Lutwyche, S.Heike //Surface Science. 1997. - Vol.386. - No.1-3. - P.161-165.

53. Gimzewski J.K. Room temperature supramolecular repositioning at molecular interfaces using a scanning tunneling microscope /J.K.Gimzewski, M.T.Cuberes, R.R.Schlittler //Surface Science. 1997. - Vol.371. - No.l. - P.L231-L234.

54. Chang C.S. Field evaporation between a gold tip and a gold surface in the scanning tunneling microscope configuration /C.S.Chang, W.B.Su, T.T.Tsong //Physical Review Letters. 1994. - Vol.72. - No.4. - P.574-577.

55. Becker R.S. Atomic-scale conversion of clean Si(l 11):H-1 x 1 to Si(l 11)-2 x 1 by electron-stimulated desorption /R.S.Becker, G.S.Higashi, Y.J.Chabal, A.J.Becker //Physical Review Letters. 1990. - Vol.65. -No.15. - P.1917-1920.

56. Tsong T.T. Effects of an electric field in atomic manipulations //Physical Review B. 1991. -Vol.44.-No.24.-P.13703-13710.

57. Ishibashi M. Characteristics of scanning-prob lithography with a current-controlled exposure system /M.Ishibashi, S.Heike, H.Kajiyama, Y.Wada, T.Hashizume //Applied Physics Letters. 1998. - V.72. - No.13. - P.1581-1583.

58. Schumacher H.W. Nanomachining of mesoscopic electronic devices using an atomic force microscope /H.W.Schumacher, U.F.Keyser, U.Zeitler, RJ.Haug, K.Eberl //Applied Physics Letters. 1999. - V.75. - No.8. - P. 1107-1109.

59. Dagata J.A. Modification of hydrogen-passivated silicon by a scanning tunneling microscope operating in air /J.A.Dagata, J.Schneir, H.H.Harary, C.J.Evans, M.T.Postek, J.Bennett //Applied Physics Letters. 1990. - V.56. - No.20. - P.2001-2003.

60. Avouris Ph. Atomic force microscope tip-induced local oxidation of silicon: kinetics, mechanism, and nanofabrication /Ph.Avouris, T.Hertel, R.Martel //Applied Physics Letters.- 1997. V.71. - No.2. - P.285-287.

61. Minne S.C. Fabrication of 0.1 pm metal oxide semiconductor field-effect transistors with the atomic force microscope /S.C.Minne, H.T.Soh, Ph.Flueckiger, C.F.Quate //Applied Physics Letters. 1995. - V.66. - No.6. - P.703-705.

62. Richter S. Fabrication of sub-pm bipolar transistor structures by scanning probe microscopy /S.Richter, D.Cahen, S.R.Cohen, K.Gartsman, V.Lyakhovitskaya, Y.Manassen //Applied Physics Letters. 1998. - V.73. - No.13. - P.1868-1870.

63. Smolyaninov I. Near-field direct-write ultraviolet lithography and shear force microscopic studies of the lithographic process /I. Smolyaninov, D.Mazzoni, C.Davis //Applied Physics Letters. 1995. - V.67. - No.26. - P.3859-3861.

64. Herndon M.K. Near-field scanning optical nanolithography using amorphous silicon photoresists /M.K.Herndon, R.T.Collins, R.E.Hollingsworth, P.R.Larson, M.B.Johnson //Applied Physics Letters. 1999. - V.74. - No.l. - P.141-143.

65. Betzig E. Near-field magneto-optics and high density data storage /E.Betzig, J.K.Trautman, R.Wolfe E.M.Gyorgy, P.L.Finn, M.H.Kryder, C.H.Chang //Applied Physics Letters. 1992. -V.61.-No.2.-P.142-144.

66. Hosaka S. SPM-based data storage for ultrahigh density recording /S.Hosaka, A.Kikukawa, H.Koyanagi, M.Miyamoto, K.Nakamura, K.Etoh //Nanotechnology. 1997. - V.8. - No.3A.- P.A58-A62.

67. Zeisel D. Optical Spectroscopy and Laser Desorption on a Nanometer Scale /D.Zeisel, B.Dutoit, V.Deckert, T.Roth, R.Zenobi //Analytikal Chemistry. 1997. - V.69. - No.4. -P.749-754.

68. Naber A. Photopatterning of a monomolecular dye film by means of scanning near-field optical microscopy /A.Naber, T.Dziomba, U.C.Ficher, H.-J.Maas, H.Fuchs //Applied Physics A. 2000. - Vol.70. - No.2. - P.227-230.

69. Cooper E.B. Terabit-per-square-inch data storage with the atomic force microscope /E.B.Cooper, S.R.Manalis, H.Fang, H.Dai, K.Matsumoto, S.C.Minne, T.Hunt, C.F.Quate //Applied Physics Letters. 1999. - V.75. - No.22. - P.3566-3568.

70. Dryakhlushin V.F. A Probe for a Near-Field Scanning Optical Microscope /V.F.Dryakhlushin, A.Yu.Klimov, V.V.Rogov, S.A.Gusev //Instruments and Experimental Techniques. 1998. - V.41. - No.2. - P.275-277.

71. Stringfellow G.B. Organometallic Vapor-Phase Epitaxy: Theory and Practice. London: Academic Press, 1989. - 399p.

72. Устинов В.М. Технология получения и возможности управления характеристиками структур с квантовыми точками //ФТП. 2004. - Т.38. - Вып.8. - С.963-970.

73. Durstan D.J. Strain and strain relaxation in semiconductors //Journal of Material Science: Materials in Electronics. 1997. - V.8. - No.6. - P.337-375.

74. Nabetani Y. Critical thickness of InAs grown on misoriented GaAs substrates /Y.Nabetani, A.Wakahara, A.Sasaki //Journal of Applied Physics. 1995. - Vol.78. - No.ll. - P.6461-6468.

75. Kim K. Temperature-dependent critical layer thickness for strained-layer heterostructures /K.Kim, Y.H.Lee //Applied Physics Letters. 1995. - V.67. - No.l5. - P.2212-2214.

76. Чернов А.А., Гиваргизов Е.И., Багдасаров Х.С. и др. Современная кристаллография. Том 3. Образование кристаллов. М.: Наука, 1980. — 407с.

77. Preobrazhensky V.V. Effect of Substrate Temperature on RHEED Oscillations Features During the MBE Growth of GaAs(OOl) /V.V.Preobrazhensky, D.I.Lubishev, O.P.Pchelyakov et all. //Physics of Low-Dimensional Structures. 1996. - Vol.9/10. - P.75-80.

78. Kitamura M. In situ fabrication of self-aligned InGaAs quantum dots on GaAs multiatomic steps by metalorganic chemical vapor deposition /M.Kitamura, M.Nishioka, J.Oshinowo, Y.Arakawa //Applied Physics Letters. 1995. - V.66. - No.26. - P.3663-3665.

79. Kim H.J. Size control of InAs quantum dots on 2°-of GaAs (100) substrate by the thickness of GaAs buffer layer /H.J.Kim, Y.J.Park, E.K.Kim, T.W.Kim //Journal of Crystal Growth. -2001. V.223. - No.4. - P.450-455.

80. Notzel R. Self-organized growth of quantum-dot structures //Semiconductor Science and Technology. 1996. - V.l 1. - No. 10. - P. 1365-1379.

81. Chaparro S.A. Strain-Driven Alloying in Ge/Si(100) Coherent Islands /S.A.Chaparro, J.Drucker, Y.Zhang, D.Chandrasekhar, M.R.McCartney, D.J.Smith //Physical Review Letters. 1999. - Vol.83. - No.6. - P.l 199-1202.

82. Gregory S. High resistivity annealed low-temperature GaAs with 100 fs lifetimes /S.Gregory, C.Baker, W.R.Tribe, M.J.Evans, H.E.Beere, E.H.Linfield, A.G.Davies, M.Missous //Applied Physics Letters. 2003. - V.83. - No.20. - P. 4199-4201.

83. Kadow C. Self-assembled ErAs islands in GaAs for optical-heterodyne THz generation./C.Kadow, A.W.Jackson, A.C.Gossard //Applied Physics Letters. 2000. - V.76. -No.24. - P.3510-3512.

84. Bates C.W.J. Detection of optical radiation in the 8-12 mkm range using Ag-CuInSe2 composites //Materials Letters. 1996. - V.29. - No. 1-3. - P.63-66.

85. Aberg I. Nanoscale tungsten aerosol particles embedded in GaAs /I.Aberg, K.Deppert, M.H.Magnusson, I.Pietzonka, W.Seifert, L.-E.Wernersson, L.Samuelson //Applied Physics Letters. 2002. - V.80. - No. 16. - P.2976-2978.

86. Smit G.D.J. Scaling of nano-Shottky-diodes /G.D.J.Smit, S.Rogge, T.M.Klapwijk //Applied Physics Letters. 2002. - V.81. - No.20. - P.3852-3854.

87. Шашкин В.И. Управление эффективной высотой барьера в эпитаксиальных структурах Al/n-GaAs, изготовленных в едином цикле МОГФЭ /В.И.Шашкин, А.В.Мурель, Ю.Н.Дроздов, В.М.Данильцев, О.И.Хрыкин //Микроэлектроника. 1997. - Т.26. - №1. - С.57-61.

88. Maeda N. Epitaxial growth of A1 films on modified AlAs(OOl) surfaces /N.Maeda, M.Kavashima, Y.Horikoshi //Journal of Applied Physics. 1993. - Vol.74. - No.7. - P.4461-4471.

89. Karpov I. Chemical vapor deposition of A1 from dimethylethylamine alane on GaAs(100)c(4*4) surfaces /I.Karpov, G.Bratina, L.Sorba, A.Franciosi, M.G.Simmonds, W.L.Gladfelter//Journal of Applied Physics. 1994. - Vol.76. - No.6. - P.3471-3478.

90. Karpov I. Microstructure of A1 contacts on GaAs /I.Karpov, A.Franciosi, C.Taylor, J.Roberts, W.L.Gladfelter //Applied Physics Letters. 1997. - V.71. - No.21. - P.3090-3092.

91. Jang T.W. Effect of temperature and substrate on the growth behaviors of chemical vapor deposited A1 films with dimethylethylamine alane source /T.W.Jang, B.T.Ahn, J.T.Baek, W.Moon //Thin Solid Films. 1998. - V.333. - No.1-2. - P.137-141.

92. Современная кристаллография. Т. 3. Образование кристаллов / Ред. Вайнштейн Б.К. и др. М.: Наука, 1980. - 407с.

93. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн.1. — М.: Мир, 1984. -456с.

94. Туннельные явления в твёрдых телах /Под ред. Э. Бурштейна, С. Лундквиста. — М.: Мир, 1973.-424с.

95. Achermann M. Ultrafast carrier dynamics around nanoscale Schottky contacts studied by femtosecond far- and near-field optics /M.Achermann, U.Siegner, L.-E.Wernersson, U.Keller // Applied Physics Letters. 2000. - V.77. - No.21. - P.3370-3372.

96. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Том 1. — М.: Наука, 1965. -296с.

97. Список работ автора по теме диссертации

98. Al. Drozdov Yu.N. Cross-Sectional AFM of GaAs-based Multilayer Heterostructure with Thin AlAs Marks /Yu.N.Drozdov, V.M.Danil'tsev, N.V.Vostokov, G.L.Pakhomov, V.I.Shashkin //Physics of Low-Dimensional Structures. -2003. Vol.3/4. - P.49-54.

99. A4. Востоков H.B. Применение селективного химического травления для исследования зарощеных слоев и самоорганизованных квантовых точек в гетероструктурах Al/InGaAs/GaAs методом атомно-силовой микроскопии /Н.В.Востоков,

100. B.М.Данильцев, М.Н.Дроздов, Ю.Н.Дроздов, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин, И.Ю.Шулешова //Микросистемная техника. 2001. - №11. - С.35-37.

101. А8. Дряхлушин В.Ф. Разработка методов сканирующей зондовой литографии для создания нанометровых элементов /В.Ф.Дряхлушин, Н.В.Востоков, А.Ю.Климов, В.В.Рогов, В.И.Шашкин //Микросистемная техника. — 2000. №3. - С.11-15.

102. All.Pakhomov G.L. AFM Study of Dry Etched Cleavages of AlxGaixAs/GaAs Heterostructures /G.L.Pakhomov, N.V.Vostokov, V.M.Daniltsev, V.I.Shashkin //Physics of Low-Dimensional Structures. 2002. - Vol.5/6. - P.247-253.

103. А17. Востоков Н.В. Формирование и заращивание квантовых точек InAs в процессе металлорганической газофазной эпитаксии /Н.В.Востоков, В.М.Данильцев, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин //Поверхность. 2000. - №7. -С.17-21.

104. А20. Востоков Н.В. Формирование и исследование металлических нанообъектов А1 на GaAs /Н.В.Востоков, В.М.Данильцев, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, О.И.Хрыкин, В.И.Шашкин //Поверхность. 2000. -№11.- С.84-88.

105. A22. Востоков Н.В. Формирование нанокластеров А1 и их заращивание слоем GaAs в условиях металлоорганической газофазной эпитаксии /Н.В.Востоков,

106. B.М.Данильцев, М.Н.Дроздов, Ю.Н.Дроздов, А.В.Мурель, В.И.Шашкин //Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника", Нижний Новгород, 17-20 марта, 2003.1. C.363.

107. А25.Востоков H.B. Расчет потенциала и токопереноса в наноразмерных контактах металл-полупроводник /Н.В.Востоков, В.И.Шашкин //VI Российская конференция по физике полупроводников: Сборник Тезисы докладов, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003. С.257.

108. А26. Востоков Н.В. Электрические свойства наноконтактов металл-полупроводник /Н.В.Востоков, В.И.Шашкин //ФТП 2004. - Т.38. - Вып.9. - С.1084-1089.

109. А27. Востоков Н.В. О роли туннелирования в наноконтактах металл-полупроводник /Н.В.Востоков, В.И.Шашкин //ЖЭТФ 2004. - Т. 126. - №1. - С.239-245.