автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Метод формирования регулярной матрицы нанокластеров кремния в системе кремний-диоксид кремния для элементов и устройств вычислительной техники

1111111111111111

□□3406764

На правах рукописи

Фам Куанг Тунг

МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ РЕГУЛЯРНОЙ МАТРИЦЫ НАНОКЛАСТЕРОВ КРЕМНИЯ В СИСТЕМЕ КРЕМНИЙ-ДИОКСИД КРЕМНИЯ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ

ТЕХНИКИ

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и

систем управления

- 3 ДЕК »

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт - Петербург 2009

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель:

доктор технических наук,

профессор Скворцов Альберт Матвеевич

Официальные оппоненты:

академик РАИН, доктор технических наук, профессор Новиков Владимир Васильевич

Зашита состоится "22" декабря 2009г., в 17 часов 20 минут на заседании диссертационного совета Д 212.227.03 в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ ИТМО.

Автореферат разослан "19" ноября 2009г.

кандидат физико-математических наук Григорьев Леонид Владимирович

Ведущая организация: Физико-технический институт РАН

имени А. Ф. Иоффе

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.А. Дударенко

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

В настоящее время в связи с интенсивным развитием нанотехнологий повышенный научный и практический интерес в электронике вызывает получение нанокомпозитов на основе полупроводниковых материалов. Важнейшим отличием таких нанокомпозитов от самих полупроводниковых материалов является наличие в них наночастиц в форме нанокластеров (НКл) или нанокрисгаллов (НКр) однотипных атомов. Количество атомов в этих наночастицах могут колебаться от единиц до сотен. Если кластеры составляют основную часть материала, то изменение их размеров и концентрации приводит к изменению фундаментальных свойств материала: ширины запрещённой зоны (А Е), величины проводимости, относительной диэлектрической проницаемости, энергии фундаментальных оптических переходов и др.

Наибольшие успехи в получении и применении таких материалов имеются у разработчиков гетероструктур на основе полупроводниковых соединений А3В5. Здесь получены гетеросгруктуры с квантовыми ямами, квантовыми точками и сверхрешётками, и на их основе разработаны полупроводниковые лазеры. Указывается, что уже к концу 20-го столетия лазеры на квантовых точках по стабильности превосходили лучшие лазеры с квантовыми ямами в активной области.

Важное место в работах по созданию нанокомпозитных материалов и их применению в электронике отводится кремнию. Кремний - один из самых широко используемых материалов в современной полупроводниковой микроэлектронике и интегральной оптике. На его основе изготавливается большая часть элементов компьютеров и ЭВМ. В настоящее время микроминиатюризация СБИС на кремниевых подложках достигла значений, которые являются по некоторым параметрам предельными с точки зрения физических ограничений процессов, происходящих в структурах СБИС. Так, например, в настоящее время фирмой Intel выпускается микропроцессор Intel Core i7 с использованием 45-нанометровой технологии, и ведутся работы по внедрению в производство 32-нанометровой технологии. В этих технологиях многие области чипа микропроцессора имеют размеры, измеряемые нанометрами. Длина затворов МОП-транзсторов в них равна 32 нм, а толщина подзатворного окисла - 1,2 нм, Число транзисторов в чипе процессора превышает миллиард.

Поэтому, наряду с усовершенствованием КМОП-технологии, расширяются исследования по созданию нанокомпозитов с кластерами кремния в тонких слоях Si02. Как уже указывалось выше, при определённых условиях нанокластеры в диэлектриках, и в частности нанокластеры кремния (HKnSi) в Si02, существенно меняют свойства диэлектрика. Особенно это касается нанокомпозита, когда нанокластер .кремния имеет кристаллическую структуру (HKpSi). В этом случае квантование электронов в HKpSi,

располагающихся в диоксиде кремния, и туннелирование через потенциальный барьер (гетерограницу между НКрБ! и 8Ю2) обеспечивает практическое использование таких материалов в наноэлектронике. Например, НКрБ! может заменить поликристлический кремниевый электрод («плавающий затвор») в перепрограммируемой КЭШ памяти. В результате существенно увеличиваются степень интеграции и быстродействие запоминающего устройства. На основе композитных материалов, составной частью которых являются квантовые точки (КТ), квантовые нити (КН), нанокластеры, нанокристаллы, созданы одноэлектронные туннельные приборы и приборы - некоторое подобие МОП транзисторов. Делаются попытки создать с использованием нанокластеров кремния одноэлектронные запоминающие устройства с гегабитным объемом памяти, которые могли бы быть интегрированы с КМОП-структурами.

Другим важным требованием к нанокомпозитам на основе НКр51 -БЮг, обеспечивающим возможность их применения в электронных устройствах, является необходимость получения упорядоченного массива нанокристаллов кремния в диоксиде кремния. В идеальном случае - это возможность получения регулярной решётки нанокристаллов путём самоформирования нанокластеров кремния. Существует несколько методов самоформирования нанообъектов в нанокомпозитных материалах: молекулярно-лучевой и газофазной эпитаксии, выращивания по механизму пар-жидкость-твёрдое тело, электрохимического травления, ионно-пучковой имплантации, метод лазерного облучения. Из перечисленных методов, метод лазерного облучения является, по нашему мнению, наиболее перспективным ввиду его универсальности, управляемости, производительности, простоты обработки и низкой стоимости.

Из выше изложенного следует, что разработка метода формирования нанокомпозита на основе НКрБ! в БЮг и получение регулярной матрицы нанокластеров кремния в плёнке диоксида кремния на кремниевой подложке для формирования элементов и устройств вычислительной техники, является актуальной проблемой.

Цель работы

Целью диссертационной работы являлось - исследование влияния лазерного облучения на систему Б! - 8Ю2 , разработка метода формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния, разработка метода формирования регулярной матрицы нанокластеров кремния в слое диоксида кремния и исследование возможности использования полученных нанокомпозйтов в элементах и устройствах вычислительной техники.

Основные задачи

Основные задачи работы заключались в следующем:

1. Изучение методов формирования нанокластеров кремния в системе кремний - диоксид кремния и выбор метода для формирования

нанокластеров кремния в системе - БЮ2 и получения упорядоченных массивов кластеров кремния.

2. Исследование влияния лазерного излучения на электрофизические и структурные свойства системы - БЮ2. Выбор режимов лазерной обработки структур - 5Ю2, обеспечивающих формирование нанокластеров кремния в слое диоксида кремния.

3. Исследование структурных и электрофизических параметров полученных нанокомпозитных структур, подтверждающих возможность их использования в элементах и устройствах вычислительной техники.

4. Разработка метода формирования упорядоченного массива нанокластеров кремния в слое диоксида кремния - основы для создания наноэлектронных устройств вычислительной техники.

Методы исследований.

При исследовании электрофизических параметров экспериментальных структур использовался метод высокочастотных вольт-фарадных характеристик (ВФХ) и метод вольт-амперных характеристик (ВАХ). Исследование структурных особенностей нанокомпозита на основе кремний - диоксид кремния и в целом структуры кремниевая подложка -нанокомпозит производилось следующими методами: металлографии, локальной катодолюминесценции и электронной микроскопии.

Научная новизна работы.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Предложен метод управления плотностью заряда в диоксиде кремния в системе Б! - ¿¡02, путём лазерного облучения, что позволяет управлять пороговыми напряжениями МОП - транзисторов.

2. Впервые обнаружен эффект дальнодействия, проявляющийся в изменении электрофизических параметров системы Б! - 8Ю2 на значительных расстояниях от зоны лазерного облучения.

3. Исследована зависимость процесса формирования нанокластеров кремния от плотности мощности лазерного излучения. Найдена пороговая плотность мощности, при достижении которой в окисле начинается образование нанокластеров кремния.

4. Лазерное облучение системы - БЮг приводит к существенному увеличению коэффициента пропускания системы, что обусловлено появлением нанокластеров кремния в слое БЮг.

5. Предложен интерференционно-проекционный метод облучения лазером окисленной кремниевой подложки, обеспечивающий возможность формирования регулярного массива нанокласстеров кремния в системе кремний-диоксид кремния. Метод позволяет использовать такой нанокомпозит для проектирования изделий наноэлектроники.

6. Показана возможность применения разработанных нанокомпозитов в элементах и устройствах вычислительной техники.

Практическая ценность.

Результаты исследований значительно расширяют представление о природе процессов, ответственных за изменение электрофизических свойств системы Si-Si02 при воздействии лазерного излучения. Полученные результаты позволяют улучшить электрические параметры КМОП ИМС и других устройств вычислительной техники. Создание регулярного массива нанокластеров кремния в слое Si02 даёт возможность проектирования наноэлектронных устройств вычислительной техники.

Результаты, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Метод формирования нанокластеров кремния в плёнке Si02 в системе Si - Si02 с помощью лазерного облучения системы.

2. Метод управления плотностью заряда в системе Si - Si02 путём лазерного облучения.

3. Эффект дальнодействия, проявляющийся в изменении электрофизических параметров системы Si - Si02 на значительных расстояниях от области лазерного облучения.

4. Интерференционно-проекционный метод облучения лазером окисленной кремниевой подложки, обеспечивающий возможность формирования регулярного массива нанокласстеров кремния в системе Si - Si02.

Апробация работы.

Обсуждение материалов работы проводилось на следующих конференциях: П межвузовской конференции молодых ученых (СПбГУИТМО, 28-31 марта 2005г); 1П межвузовской конференции молодых ученых (СПбГУИТМО, 10-13 апреля 200бг); IV межвузовской конференции молодых ученых (СПбГУИТМО, 10-13 апреля 2007г); XXXVII научной и учебно-методической конференции (СПбГУ ИТМО, 29 января - 01 февраля 2008г); V Межвузовской конференции молодых ученых (СПбГУИТМО 15 -18 апреля 2008г); 16-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика -2009" (МИЭТ, Зеленоград - Москва, 22-24 апреля 2009г).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 работы, входящие в перечень журналов, рекомендованных ВАК РФ для защиты кандидатских диссертаций. Полный список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Материал изложен на 131 страницах машинописного текста и содержит 37 рисунков и 4 таблицы.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, обусловленная возможностью использования нанокомпозитов, представляющие собой нанокластеры кремния в диоксиде кремния, в новых разработках изделий электронной техники. Формулируется цель работы, кратко формулируются решаемые задачи и полученные результаты, отражающие научную и практическую значимость работы, а также научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются методы получения объектов нанометрового размера. Методы получения объектов или рисунка на поверхности с размерами менее 100 нм разделяются на два основных класса: первый - литографии нового поколения (Next Generation Lithography -NGL) и второй - процессы самоформирования наноструктур. Нанотехнология, базирующиеся на методах литографии нового поколения является очень дорогостоящей и низкопроизводительной. Более того, имеются наноструктуры, которые не могут быть созданы с помощью литографии. Поэтому, получение наноразмерных объектов на основе полупроводниковых материалов за счет процессов их самоформирования вызывает повышенный не только научный, но и практический интерес.

Существуют различные методы самоформирования нанообъектов в нанокомпозитных материалах: методы молекулярно-лучевой и газофазной эпитаксии; метод выращивания по механизму пар-жидкость-твердое тело; метод электрохимического травления; метод ионно-пучковой имплантации и метод лазерного облучения. Из перечисленных методов, метод лазерного облучения является наиболее перспективным за счет его универсальности,' управляемости, производительности, простоты обработки и низкой стоимости.

Имеется большое количество работ, посвященных исследованиям воздействия лазерного излучения на кремний. Однако до настоящего" времени недостаточно изучено влияние лазерного излучения на электрофизические и структурные свойства системы Si - Si02.

Из приведенного обзора следует, что метод самоформирования наноструктур кремния в системе Si - Si02 путем лазерного облучения является наиболее перспективным за счет его универсальности, управляемости, производительности, простоты обработки и низкой стоимости.

Более того, в настоящее время не существует общего описания механизма самоформирования наноструктур кремния в системе Si - Si02 с

помощью лазерного излучения. Необходимо отметить также, что недостаточно изучено влияние лазерного излучения на структуру монокристаллической кремниевой подложки в системе Б) - Й102. Поэтому для разработки метода формирования нанокластеров кремния в пленке диоксида кремния на монокристаллической кремниевой подложке и проектирования регулярного массива кластеров был выбран метод лазерного микроструктурирования.

Во второй главе рассмотрен процесс изготовления экспериментальных образцов и осуществлён выбор методов их исследования. Так как, в конечном итоге, исследования настоящей работы направлены на дальнейшее совершенствование и развитие элементов вычислительной техники, то при выборе исходного материала (пластин монокристаллического кремния) и основных технологических операций, была выбрана ориентация на широко распространённую технологию КМОП ИС. Именно такая ориентация и определила, во-первых, выбор марки монокристаллического кремния (КЭФ-4,5 с ориентацией в главной кристаллографической плоскости (100)) и, во-вторых, выбор пластин, изготовленных из этого кремния по стандартной технологии резки, шлифовки, полировки и очистки.

При выборе метода термического окисления кремниевых пластин был предложен новый подход к формированию слоев БЮ2 на монокристаллической подложке. Анализ кинетики высокотемпературного окисления монокристаллического кремния показывает, что рост окисла сопровождается возникновением целым рядом структурных дефектов в системе. В том числе и дефектов на границе раздела БьБЮг в виде междоузельных («лишних») атомов кремния. Количество «лишних» атомов на границе и 8Ю2 зависит от таких факторов как температура окисления, скорость окисления, скоростей нагревания и охлаждения пластин в процессе окисления, ориентации и, наконец, состава газовой среды, в которой происходит окисление. Учитывая связь перечисленных факторов с количеством возникающих «лишних» атомов кремния в системе БьБЮг были выбраны условия и режим термического окисления, провоцирующие появление избыточного количества этих «лишних» атомов кремния, часть которых должна участвовать в процессах самоорганизации нанокластеров кремния в системе 8ь8Ю2 при лазерном облучении образцов.

Лазерное излучение является высокоэффективным инструментом, с помощью которого можно изменить структуру материала. В области лазерных технологий за последние годы сделан громадный шаг вперед. Созданы лазеры с излучением, лежащим в глубоком УФ-диапазоне, и длительностью импульсов вплоть до ультракоротких фемтосекундных. Применение таких лазеров позволяет создавать четкие структуры любого размера и формы в различных материалах. Изменяя энергию лазерного импульса и время воздействия, можно реализовать широкий диапазон

режимов воздействия от локального нагревания до строго дозированного удаления материала.

По уровню воздействия лазерного излучения на систему кремний -диоксид кремния его разделяют на лазерное разрушение в твердой фазе и лазерное микроструктурирование поверхности (ЛМП). Имеются следующие методы ЛМП:

- ЛМП, основанное на локальном испарении (абляции) материала;

- ЛМП, основанное на возникновении оптического пробоя;

- ЛМП, основанное на возникновении поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ);

- ЛМП, основанное на интерференции двух или трех пучков излучения;

- лазерное управление шероховатостями;

- ЛМП, основанное на лазерном управлении термонапряжением в пленке окисла на поверхности подложки.

Из выше перечисленных методов воздействия лазерного излучения на подложки для получения экспериментальных образцов были выбраны следующие: метод ЛМП, основанный на процессах нагревания до плавления и локального испарения и метод ЛМП, основанный на лазерном управлении термонапряжением в плёнке окисла на поверхности подложки.

В главе так же приведен выбор методов исследования полученных экспериментальных образцов. Для исследования электрофизических параметров экспериментальных структур использовались методы высокочастотных вольтфарадных характеристик (ВФХ) и вольтамперных характеристик (ВАХ). Исследование структурных особенностей нанокомпозита на основе 5Ю2 и в целом системы 81-5102 производилось следующими методами: металлографии, локальной катодолюминесценции и электронной микроскопии.

Третья глава посвящена результатам исследований экспериментальных образцов, полученных при использовании разных типов лазеров и разных режимов лазерного облучения.

Исследование коэффициента пропускания системы 8>5Ю2 проводилось с использованием С02-лазера с длиной волны Х=10,6 мкм (ИК-диапазон). Такой выбор был продиктован тем, что коэффициенты пропускания и БЮ2 существенно различаются в диапазоне волн от 2,5 до 25 мкм. Длительность импульса лазерного излучения составляла 0,8-10"4 с, частота следования импульсов 80 Гц, мощность излучения Р=0,3 Вт.

На рис.1 приведена зависимость коэффициента пропускания (Т) структуры - 8Ю2 до и после облучения лазером. Из сопоставления полученных зависимостей Т от X с известными коэффициентами пропускания для и чистого БЮ2 в этом диапазоне частот видно: - Т необлучённого лазером окисленного образца кремния близок к суммарному Т для и чистого 8Ю2.

После лазерного облучения системы Б! — 8102 наблюдается увеличение Т, начиная с частоты Х=6 мкм, то-есть наблюдается резкое увеличение Т плёнки БЮг, и суммарное пропускание приближается к пропусканию кремния.

Исследование катодолюминесценции облучённых образцов показало наличие большой концентрации нанокластеров кремния в плёнке 8Ю2.

Рис. 1. Зависимости коэффициента пропускания Т системы Б! -БЮ2 до (1) и после лазерного микроструктурирования (2), от длины волны X в ИК - диапазоне.

Исследование прямого воздействия лазерного излучения при плотности мощности ниже пороговой на электрофизические свойства структуры Б! -8Ю2 проводилось на пластинах кремния КЭФ-4,5 (100) с толщиной окисла 100 нм. Для облучения использовался волоконный УЬР- лазер с длиной вольны 1,06мкм и длительностью импульса 250нс, диаметр пятна лазера 50 мкм. Плотность мощности лазера варьировалась в широких пределах не достигая пороговой.

На рис. 2. показаны типичные ВФХ, измеренные на облученных участках поверхности образца и ВФХ необлучённых частей подложки.

:оо

и (В)

-оолученные участки

-неоолученные участки

С (пФ)

-> ; -8 -о

-оолученные участки -неоолученные участки

200 -гу

в)

Рис. 2. Типичные вольт-фарадные характеристики , снятые на облученных участках и необлученных участках образца КЭФ-4,5 (100) с толщиной окисла 100 нм, облученного волоконным УЪР -лазером дайной вольны 1,06 мкм, длительностью импульса 250 не и разными плотностями мощности: а) 5,97. 107 Вт/см2; б) 7,37.107Вт/см2; в) 8,14.107 Вт/см2

Из рис. 2 видно, что в результате воздействия лазерного излучения происходит существенное изменение ВФХ облучённых областей. Во-первых, наблюдается большой сдвиг кривых по оси напряжений, что свидетельствует об изменении заряда в окисле экспериментальной структуры. Параллельный сдвиг ВФХ по оси напряжений связан с изменением плотности фиксированного заряда в окисле Д^ Во-вторых, увеличивается значение ёмкости МОП-структуры по сравнению с ёмкостью необлучённых участков. Так как толщина слоя 8Ю2 одинакова по всей площади образца, следовательно, это увеличение ёмкости связано с увеличением диэлектрической проницаемости е слоя 8Ю2. Такое увеличение е обусловлено наличием нанокластеров кремния в слое БЮ2. Наконец, на облучённых участках при напряжениях в диапазоне и > 1,5 и и < -1,5 наблюдаются резкие флуктуации емкости, что может быть объяснено перезарядкой нанокластеров кремния в слоях 8Ю2.

Необходимо отметить, что сдвиг ВФХ происходит без изменения наклона графика в диапазоне напряжений, соответствующем переходу МОП-структуры из режима инверсии (нижнее плато) в режим обогащения (верхнее плато). Этот факт свидетельствует о том, что на границе раздела БьБЮг не происходит генерации электрически активных поверхностных дефектов, характерных, например, при воздействии ионизирующих излучений.

Таким образом, полученный результат свидетельствует о том, что под действием лазерного облучения происходят структурные изменения в плёнке 8Ю2, связанные в первую очередь с образованием в ней нанокластеров кремния, которые приводят к резкому изменению заряда в системе БьвЮг.

Исследование катодолюминесценции этих образцов подтверждает этот вывод. На спектре люминесценции экспериментальном образце, снятом в

облученных областях четко выделяется только одна яркая полоса, соответствующая энергии 2,25 эВ (рис.3), что свидетельствует о наличие большого количества нанокластеров кремния в окисле.

Рис. 3. Спектр катодолюминесценции экспериментального образца, снятый в области облучения.

В процессе исследований ВФХ облученных участков экспериментальных образцов было обнаружено, что при определённых условиях облучения наблюдаются изменения ВФХ и на необлучённых участках экспериментальных образцов. Поэтому этот эффект был подробно исследован и получил условное название «эффект дальнодействия».

Образец КЭФ - 4,5 (100) с толщиной окисла 80нм был облучен пикосекундным YAG - Nd лазером с длиной 532 нм (вторая гармоника). Диаметр пятна лазера Юмкм, средняя плотность мощности в импульсе составляла 6,11.1012 Вт/см2. Облучение проводилось на трёх участках экспериментального образца с разным количеством импульсов лазера: N1 = 800, N2 = 2000, N3 = 8000. ВФХ снимались на необлучённых частях подложки, расположенных на расстоянии 2 мм от областей облучения. На рис.4 приведены ВФХ, снятые вблизи (на расстоянии 2 мм) трёх облучённых областей и на большом расстоянии (более 30 мм от облучённых участков -исходная ВФХ).

Сдвиг ВФХ вправо, вызванный лазерным воздействием, соответствует уменьшению исходного положительного заряда в окисле. Из рисунка видно, что величина заряда зависит от количества импульсов, или, другими словами, от суммарной мощности лазера.

и, в

С, пФ'

,Т III

-НФХ - псходпис

.......НФХ-Nl

- • ИФХ - N2

- -НФХ - Ю

—I--4

-- S

-■ 4

Рис. 4. Сдвиг ВФХ при разном количестве импульсов облучения областей, вблизи которых производилось измерение ВФХ.

На рис. 5 приведены вольтфарадные характеристики, снятые на близком (2мм) и дальнем (20мм) расстояниях от области облучения для разных образцов КЭФ - 4,5 (100) с разными толщинами слоя Si02: 160нм, 140нм и 80нм. Облучение осуществлялось второй гармоникиой пикосекундного YAG - Nd лазера с длиной волны 532 нм. Диаметр пятна лазера Юмкм, средняя плотность мощности лазера в импульсе 7,13.1012 Вт/см2 , количество импульсов составляется 8000.

C/Csi02 Т 15 ■

- - ВФХ - далеко -ВФХ- ОЛН1Ш

1.5, 1,5 C/CSI02

1 0.5 1,-/oj- - - ВФХ-далеко —ВФХ - ашвко

о : |— 1 —0- и (В) -1-1

О б)

C/CSKMT '.5

£/(В)

-ВФХ-олшко - - ВФХ - далеко

0.5 0

-6 -4 в)

Рис. 5. Свиг ВФХ в образцах по оси напряжений для разных толщин слоя Si02: а - 1 бОнм, б - 140нм, в - 80нм, облученных пикосекундным YAG - Nd лазером.

Из рисунка видно, что величина заряда зависит от толщины окисла. Чем тоньше окисел, тем больше сдвиг ВФХ и соответственно больше изменение величины заряда.

В качестве контрольного образца для проведения исследований по катодолюминесценции была выбрана подложка с системой Si - Si02, на которой проводились измерения ВФХ Образец представлял собой пластину монокристаллического кремния КЭФ - 4,5 (100) с толщиной слоя окисла 140 нм, облученных второй гармоникой пикосекундного YAG - Nd лазера с длиной волны 532 нм и средней плотностью мощности в импульсе 7,13.1012 Вт/см2. Количество импульсов - 8000.

Спектры катодолюминесценции снимались в видимом и ИК диапазонах как исходной плёнки Si02 (то-есть на большом удалении от облучённой области), так и плёнки Si02 на разных расстояниях от границы облучённой области: 2 мм (график 1), 5 мм (график 2), 10 мм (график 3) и 20 мм (график 4). Снимался спектр катодолюминесценции также и в самой облучённой области.

На рис. 6 показаны спектры в видимом диапазоне исходной пленки, облученной области и необлученных областей (на расстоянии от области облучения: 1- 2мм; 2 - 5мм; 3 - 10мм и 4 - 20мм).

Energy, eV Energy, eV Energy, eV

Рис.6. Спектры катодолюминесценции контрольного образца в видимом диапазоне.

Из рис. 6 следует, что спектр катодолюминесценции исходного образца соответствует обычному спектру ЗЮ2, полученному термическим окислением кремния, то - есть пик кислородно-обогащённых дефектов (1,9 эВ) и пик кремний - обогащённых дефектов (2,7 эВ). В спектре катодолюминесценции на расстоянии 2 мм от границы облучённой области

ы

видны существенные изменения. Во-первых, появился пик в области энергий 2,2-2,5 эВ, который свидетельствует о наличии в окисле нанокластеров кремния. Во- вторых, существенно снизилась интенсивность пиков окисно-обогащённых и кремний - обогащенных дефектов. Возможно, именно их перестройка частично содействовала формированию нанокластеров кремния в слое 8102.

При последующем удалении от границы облучённой области (графики 2 и 3) наблюдается снижение пика, ответственного за кластеры кремния в 8Ю2, и увеличение пиков, характеризующих наличие других структурных дефектов. Наконец, на расстоянии 20 мм от границы облучённой области (график 4) спектр катодолюминесценции почти полностью совпадает со спектром исходной подложки. Однако следует заметить, что и в этом случае на графике отчётливо виден пик, свидетельствующий и наличии в слое 8Ю2 кластеров кремния. Этот результат свидетельствует также об эффекте дальнодействия лазерного облучения. Как видно из рис. 6, люминесценция в области, облученной лазером, очень слабая; это, скорей всего, связано с тем, что на поверхности образца не осталось пленки диоксида кремния.

На рис. 7 приведены спектры катодолюминесценции контрольного образца в ИК диапазоне.

energy, eV energy, eV energy, eV

Рис.7. Спектры катодолюминесценции контрольного образца в ИК диапазоне.

Спектры катодолюминесценции в ИК диапазоне снимались на том же контрольном образце, что и в видимой части спектра и на тех же расстояниях от границы облучённой области подложки. Снимались также аналогичным способом спектры на исходном Si02 и облучённой области.

Полученные спектры катодолюминесценции в ИК диапазоне свидетельствуют о том, что на расстоянии 2 мм от границы облучённой области (график 1) в спектре появляются две различимых полосы. Первая - в области энергии 1,3 эВ, что указывает на наличие в окисле нанокристаллов кремния размером порядка 4-6 нм. Вторая полоса, менее выраженная, с энергией 1,6 эВ указывает на наличие более крупных кластеров кремния. На расстояниях от 5 мм и более ( графики 2,3,4) спектральные кривые практически совпадают с исходной кривой. В спектре облучённой области наблюдаются мощные полосы 1,3 эВ и 1,7 эВ. Подобные спектры наблюдаются на неокисленных подложках кремния.

Для определения структуры экспериментальных образцов, получаемых после облучения лазером, наряду с катодолюминесценцией проводились исследования структуры системы БьЗЮг с помощью просвечивающего электронного микроскопа с увеличением 50000 крат. На рис. 8 представлена микрофотография границы БьБЮг скола в системе 81 - БЮг, полученная в просвечивающем электронном микроскопе на растоянии 2 мм от области облучения. Экспериментальный образец был получен на пластине кремния КЭФ-4,5 (100), толщина слоя 8Ю2 составляла 1мкм. В качестве источника облучения использовался волокольный УЪР - лазер с длиной вольны 1,07 мкм и длительностью импульса 80 не. Диаметр пятна лазера 50мкм, плотность мощности лазера составляла 8,14 . 109 Вт/см2 , при которой наблюдается разрушение облучённой части поверхности образца.

Рис. 8. Микрофотография границы - 8Ю2 на сколе экспериментального образца, снятая на расстоянии 2 мм от границы области облучения.

Слой с нанокристаллами кремния

Как видно из фотографии, область 8Ю2, примыкающая к поверхности кремния и выделенная стрелками, имеет очень высокую плотность нанокластеров кремния. Размеры нанокластеров кремния лежат в пределах 20 - 80 нм. По свечению нанокластеров в тёмном поле микроскопа было установлено, что эти нанокластеры имеют кристаллическую структуру. На фотографии также видно, что на участке слоя 8102, расположенном выше обозначенного слоя, наблюдаются зарождающиеся кластеры, которые не обнаруживают свечения и имеют, вероятнее всего, аморфную структуру.

Четвертая глава посвящена разработке метода формирования регулярного массива нанокластеров кремния в системе кремний - диоксид кремния. Было принято решение, что для микроструктурирования поверхности кремния и формирования кластеров кремния целесообразно использовать лазерное локальное испарение кремния. В образовании кластеров кремния наряду с испарёнными атомами принимают участие и так называемые «лишние» атомы кремния (рис.9). Такие атомы образуются на границе 81-8Ю2 при термическом окислении кремния. Это связано с тем, что при сохранении неизменной площади межфазной границы (необходимое условие сопряжения двух твердых фаз) сопрягаются решётки кремния и диоксида (постоянные решёток соответственно 0,54 нм и 0,712 нм). В результате трансформация решётки кремния в решётку диоксида кремния вызывает появление «лишних» атомов кремния, которые перераспределяются между кремнием и диоксидом, образуя в них соответствующие дефекты.

«Лишние» атомы коемния

\ ^О,

»••••«•••••••с

•••••••••

в!

Области локального испавения

Лазерное облучение

Кластеры ;"*+"кремния в окисле

Рис.9. Схема формирования кластеров кремния в оксиде кремния вблизи границы раздела БЬ-вЮг при локальном лазерном испарении кремния

На основе процесса локального испарения веществ лазерным излучением был разработан дифракционно - проекционный метод формирования регулярного массива нанокластеров кремния в системе кремния — диоксидкремния. Мощность, требуемая для испарения кремния в маленьком пятне подложки размером в доли микрометра или несколько нанометров, невелика. При характерном пространственном размере микроструктуры г о порядка 100 нм потребуется мощность

Р>= 0.01-5-0.1 Вт (5 - площадь светового пятна, ^ ~ Юц). По сравнению с мощностью лазеров, присутствующих на рынке в настоящее время, эта мощность является очень маленькой. Поэтому можно разделить пучок лазера на несколькие равных параллельных частей, чтобы одновременно можно было облучить большие площади подложки. Для разделения пучка лазера была использована микросетка. Но при применении микросетки возникает проблема, связанная с дифракцией луча лазера. Поэтому после деления пучка необходимо применять фокусирующий объектив.

Схема формирования решётки кластеров кремния в диоксиде кремния приведена на рис.10.

Рис.10. Схема формирования решётки кластеров кремния в БЮг : а) -оптическая схема проекционного лазерного облучения; б) - микросетка; в) -распределение мощности излучения по площади объектива; г) - решётка кластеров. Ь - расстояние между сеткой и объективом, 1 - расстояние между сеткой и образцом, - диаметр лазерного пучка, Бо6 - диаметр объектива, ё0 - сторона квадрата отверстия в сетке, с1в - диаметр пятна в решётке, - шаг микросетки, - шаг кластеров в решётке.

Принцип работы оптической схемы проекционного лазерного облучения следующий: лазерный пучок мощностью Р0 и диаметром сечения А проходит через микросетку со стороной квадратного отверстия и разделяется на отдельные пучки (количество пучков зависит от соотношения Д и о^). Эти отдельные пучки сфокусированы объективом и использовались для структурирования поверхности образца на основе процесса локального испарения. Было высчитана плотность мощности лазера, достаточная для формирования одного "пятно" на поверхности образца размером ЮОнм при воздействии лазерного излучения длиной волны 157нм по формуле:

где, й - площадь сечения лазерного пучка; 52 - площадь сечения пятна от отверстия микросетки; 53- площадь одного "пятно"; с^ - диаметр пятна; Д - диаметр лазерного пучка.

Расстояние <3 между пятнами зависит от коэффициента увеличения оптической системы, т.к. массив пятен представляет собой изображение сетки через оптическую систему. При достаточной мощности лазера размер пятен и расстояние между ними могут регулироваться шагом сетки и коэффициентом увеличения оптической системы.

На рис. 11 представлены микрофотографии областей облучения лазером с применением дифракционно - проекционного метода при разных значениях мощности. В качестве источника облучения был использован импульсный волоконный лазер типа УЬР с длиной волны 1,06 мкм. Частота импульсов составляла f = 200 Гц. Образцы представляли собой пластины монокристаллического кремния КЭФ-4,5 (100) с толщиной слоя окисла БЮг 100 нм. Оптическая проекционная схема включает в себя объектив и микросетку. В качестве микросетки использована медная сетка с шагом 270 мкм (зазор 170 мкм, толщина нити 100 мкм). Коэффициент увеличения оптической системы составлял 24. Образцы облучались сканирующим лазерным пучком. Мощность лазера изменялась. Область сканирования

Р =-

0,415^Р0 0,415 г -- ' 29 • 107 (Вт/мм2), (1)

А

составляла 3x3 мм2.

Рис. 11. Микрофотографии областей облучения лазером с применением дифракционно - проекционного метода при разных значениях мощности : а - 4.58 Вт; б - 6.95 Вт; в - 9.36 Вт; г - 11.91 Вт; д - 14.46Вт и е - без проекционной системы при мощности 11.91 Вт.

Из рис. 11 видно, что размер кластеров зависит от значения мощности лазера. Когда значения мощности достигает значения, достаточного для испарения, в области облучения появляется «матрица кластеров» (рис.11 а). Таким образом экспериментальным путём найдена пороговая мощность, превышение которой приводит к началу формирования нанокластеров кремния в слое 8Ю2. Расположение кластеров в этой матрице определяется расположением центров ячеек микросетки. При увеличении мощности лазера, размер кластеров вначале просто увеличивается, затем увеличение сопровождается появлением деформированного слоя вокруг кластера. Дальнейшее увеличение мощности приводит к увеличению размеров кластеров и площади деформированных областей вокруг кремниевых кластеров (рис. 116, 11 в). Наконец, деформированные области вокруг растущих кластеров смыкаются (рис. 11г, 11д).

Как уже ранее указывалось, для деления лазерного луча на более тонкие пучки использовалась медная сетка с шагом 270 мкм. Сфокусированные на поверхность подложки размноженные пучки обеспечили получение регулярной решётки нанокластеров кремния с плотностью порядка 2-104 кл/мм . Использование для деления основного луча лазера дифракционной решётки с высокой разрешающей способностью обеспечит получение плотности кластеров в регулярной решётке достаточной для формирования наноэлектронных элементов и устройств вычислительной техники.

Основные результаты и выводы

1. Впервые показана возможность управления плотностью заряда в диоксиде кремния в системе - БЮг путём лазерного облучения. Таким образом, лазерная обработка создаёт возможность управления величиной пороговых напряжений МОП-транзсторов.

2. Впервые обнаружен эффект дальнодействия, проявляющийся в изменении дефектной структуры в системе - БЮ2 на значительных расстояниях от зоны лазерного облучения. Сделано предположение о том, что изменение дефектной структуры слоя БЮ2 при лазерном облучении обусловлено генерацией механических напряжений в системе 81-8Ю2.

3. Показано, что при достижении некоторой пороговой мощности лазерного излучения, воздействующего на систему - БЮ2, в плёнке БЮ2 происходит образование нанокластеров кремния.

4. Предложен, обоснован и реализован дифракционно-проекционный метод облучения лазером окисленной кремниевой подложки, обеспечивающий возможность формирования регулярного массива нанокластеров кремния в системе & - 8Ю2.

Регулярность массива обеспечивается делением пучка лазерного излучения на большое число пучков меньшей площади, равнойерш расположенных на поверхности подложки. Размер нанокластеров' и плотность регулярного массива зависят от размера отверстий в сетке-делителе пучка лазерного излучения и параметров объектива. Применение для деления лазерного пучка интерференционной решётки с высоким разрешением позволит получить нанокомпозит на основе Б] -ЭЮ2 с высокой плотностью нанокластеров кремния, что- 'даст возможность использовать такие регулярные массивы .нанокластеров в элементах и устройствах вычислительной техники.

5. Показано, что нанокомпозитные структуры, полученные на основе лазерного облучения системы - 8Ю2 могут быть использованы для формирования элементов интегральных схем на основе МОП-структур с улучшенными электрическими характеристиками.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. С.С. Дышловенко, Фам Куанг Тунг. Анализ топологии структур, полученных лазерным облучением. // Научно-технический Вестник II Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2005. Т.З. С.260-265.

2. С.С. Дышловенко, Погумирский М. В., Фам Куанг Тунг. Влияние лазерного микроструктурирования на морфологию и оптические свойства полученных структур. // Научно-технический Вестник III

Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2006. Вып.29. С.67-72.

3: С.С. Дышловенко, И.И. Стройков, Фам Куанг Тунг. Влияние лазерного микроструктурирования поверхности кремния на электрофизические свойства полученных структур. // Научно-технический Вестник Ш Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2006. Вып.29. С.73-79.

4. Фам Куанг Тунг. Оптические свойства кремния и его взаимодействие с лазерным излучением. // Сборник тезисов IV Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2007. С.123.

5. Фам Куанг Тунг. Методы формирования нанокластеров кремния в системе кремнй - диосид кремния. // Сборник тезисов V Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2008. С.296.

6. А.М. Скворцов, В.И. Соколов, A.A. Погумирский, С. Дышловенько, Фам Куанг Тунг. Некоторые свойства кремниевных микроструктур, полученых лазерным микроструктурированием поверхности. // Известие вузов. Приборостроение. СПбГУИТМО, 2008. Т.51. №10. С.79-84.

7. А.М. Скворцов, Фам Куанг Тунг. Структура нанокластеров кремния в системе кремний - диоксид кремния. // Известие вузов. Приборостроение. СПбГУИТМО, 2009. Т.52. №3. С.69-73.

8. А.М. Скворцов, Лэ Зуй Туан, В.А. Чуйко, Фам Куанг Тунг. Формирование регулярного массива наноструктур кремния в пленке Si02 на кремниевой подложке методом проекционного лазерного облучения. // Известие вузов. Приборостроение. СПбГУИТМО, 2009. Т.52. №5. С.69-75.

9. Фам Куанг Тунг. Формирование регулярного массива наноструктур кремния в пленке Si02 на кремниевой подложке методом проекционного лазерного облучения //Тезисы докладов 16-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2009". МИЭТ -Москва, 2009. С. 24.

10. Халецкий Р. А., Фам Куанг Тунг. Влияния излучения YLP - лазера на вольт-фарадные характеристики системы кремний - двуокись кремния // Научно-технический вестник. СПбГУИТМО, 2009. №5(63). С.44-47.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул.. 14 Тел. (812) 233 4669 объем 1 п л. Тираж 100 экз.

Введение

Глава 1. Общая характеристика методов формирования и свойств нанокластеров кремния в системе кремний — диоксид кремния

1.1. Общая характеристика методов формирования нанокластеров

1.1.1. Литографические методы микроструктурирования поверхности.

1.1.2. Ионно-пучковые методы самоформирования наноструктур на поверхности полупроводников

1.1.3. Лазерное формирование наноструктур на поверхности кремния и в слое оксида кремния

1.2. Свойства нанокластеров кремния в системе кремний — диоксид кремния

1.2.1. Структура нанокластеров кремния в системе кремний — диоксид кремния

1.2.2. Электрофизические свойства нанокомпозита на основе нанокластеров кремния в системе кремний — диоксид кремния

Вывод к главе 1.

Глава 2. Изготовление экспериментальных образцов и выбор методов исследования

2.1. Подготовка подложек для формирования нанокластеров кремния в плёнке Si02 облучением лазера.

2.1.1. Выбор марки кремниевых пластин и метода их очистки

2.1.2. Выбор режимов и условий термического окисления кремниевых пластин

2.1.3. Схема и принцип работы лазерного комплекса для импульсной обработки экспериментальных подложек

2.1.4. Выбор метода лазерного микроструктурирования поверхности подложек для формирования HIGiSi в слое БЮг

2.2. Выбор методов исследования экспериментальных образцов

2.2.1.Метод вольт-фарадных характеристик

2.2.2. Метод катодолюминесценции

2.2.3. Метод просвечивающей электронной микроскопии.

2.2.4. Металлографический метод.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Исследование влияния лазерного излучения на электрофизические и структурные характеристики системы кремний — диоксид кремния

3.1. Влияние лазерного излучения на оптические свойства системы Si - SiC>

3.2. Влияния лазерного излучения на вольт-фарадные характеристики системы кремний-двуокись кремния

3.2.1. Исследование вольт-фарадных характеристик участков подложки, облучённых лазером

3.2.2. Исследование ВФХ необлучённых участков подложки, близко расположенных к облучённым областям подложки.

3.2.3. Влияние толщины слоя БЮг и расстояния от области облучения на электрофизические параметры системы Si-SiC>

3.3. Структурные характеристики полученных образцов..

Выводы к главе 3.

Глава 4. Разработка метода формирования регулярного массива нанокластеров кремния в системе кремний — диоксид кремния

4.1. Предложенная модель формирования нанокластеров кремния в системе Si - SiC>2 при лазерном облучении.

4.2. Дифракционно - проекционный метод лазерого облучения для формирования регулярного массива нанокластеров кремния в плёнке SiC>2 на кремниевой подложке,

4.3. Формирование регулярного массива нанокластеров кремния в плёнке sio2 на кремниевой подложке методом проекционного лазерого облучения

Выводы к главе 4.

Актуальность работы. В настоящее время создание новых композитных материалов на основе кремния и диоксида кремния является очень актуальной проблемой. Кремний — это один из самых широко используемых материалов в современной полупроводниковой микроэлектронике, интегральной оптике. Специально легированный кремний широко применяется как материал для изготовления полупроводниковых приборов (транзисторы, термисторы, силовые выпрямители тока, управляемые диоды - тиристоры, солнечные фотоэлементы, и т. д.).

В традиционной планарной кремниевой технологии, благодаря которой появилось большое разнообразие полупроводниковых приборов и полупроводниковых интегральных микросхем (ПИМС), диоксид кремния используется для различных конструкционных и технологических целей. Разработчики изделий полупроводниковой микроэлектроники на основе МОП-транзисторов стремились к тому, чтобы добротно изолировать рабочую область транзистора от управляющего затвора, минимизируя тем самым токи утечки. В частности, использовали диэлектрики с контролируемыми токами утечки для создания элементов памяти с островками кремния, встроенным в диэлектрик («плавающими» затворами), которые служат центрами хранения заряда в так называемой перепрограммируемой памяти, или флэшпамяти. В настоящее время для создания такой памяти в качестве островков кремния могут быть использованы нанокристаллы кремния в термическом окисле кремния. Это позволит существенно уменьшить размер элемента памяти и увеличить число элементов на одном чипе.

Более того, квантование электронов и дырок в пределах нанокристалла привносит модифицирование свойств нанокомпозита, причем за счет квантования электронов расширяется спектр электронных переходов.

В оптике это проявляется в том, что наблюдается излучение от нанокристаллов в видимом диапазоне спектра, а в электронике — в проводимости традиционных диэлектриков, протекание тока через которые может регулироваться наличием наперед заданной концентрацией нанокристаллов.

Существуют разные методы получения объектов или рисунка на поверхности с размерами менее 100 нм, они разделяются на два основных класса. К первому относятся способы, основанные на использовании литографии нового поколения (Next Generation Lithography - NGL), ко второму - процессы самоформирования наноструктур. Нанотехнология, базирующиеся на методах литографии нового поколения является очень дорогостоящей или низкопроизводительней. Более того, имеются наноструктуры, которые не могут быть созданы с помощью литографии. Так, например, обстоит дело с углеродными нанотрубками, являющимися прерогативой процесса самоформирования. Поэтому, получение наноразмерных объектов на основе полупроводниковых материалов за счет процессов их самоформирования вызывает повышенный не только научный, но и практический интерес.

В настоящее время существуют очень разнообразно методы формирования нанообъектов или нанокомпозитных материалов: методы молекулярно-лучевой и газофазной эпитаксии; метод выращивания по механизму пар-жидкость-твердое тело; метод электрохимического травления; метод ионно-пучковой имплантации и метод лазерного облучения. Из перечисленных методов, метод лазерного облучения является наиболее перспективным за счет его универсальности, управляемости, производительности, простоты обработки и низкой стоимости.

Лазерное излучение является высокоэффективным инструментом, с помощью которого можно изменить структуру материала. Это используется в микроэлектронных технологиях обработки кремниевых подложек, например: лазерном напылении тонких пленок, лазерном отжиге 6 дефектов, лазерно-активированной диффузии примесей и т.п. Изменяя энергию лазерного импульса и время воздействия, можно реализовать широкий диапазон режимов воздействия от локального нагревания до строго дозированного удаления материала.

Лазерное формирование наноструктур вызывает большой научный и практический интерес, так как в области лазерных технологий за последние годы сделан громадный шаг вперед. Созданы лазеры с излучением, лежащим в глубоком УФ-диапазоне и длительностью импульсов вплоть до ультракоротких фемтосекундных, применение которых позволяет создавать четкие структуры любого размера и формы в различных материалах. Кроме того, использование лазеров позволяет производить наноструктурирование поверхности твердого тела с более низкой стоимостью по сравнению с другими методами. Существуют разные методы использования лазерного излучения для формирования наноструктур и нанорисунка на поверхности полупроводников. В настоящей время самым распространенным методом является метод, где мощный импульсный лазер используется в качестве источника для облучения тонкой пленки аморфного или монокристаллического полупроводника, полученной методом плазмо-химического осаждения. За счет воздействия лазера, в облученных областях плёнки аморфного полупроводника происходит процесс рекристаллизации и образуются наноструктуры монокристаллического полупроводника.

Существует большое количество экспериментальных и теоретических работ, связанных с исследованиями по влиянию лазерного излучения на кремнии и на систему кремния — диоксида кремния (Si — Si02). Основное внимание в этих работах уделяется разрушению поверхностей веществ, основанному на локальном испарении (абляции) материала лазерным излучением. Что касаются с влиянием лазерного излучения на систему Si — Si02 при воздействии лазера с значением мощностью до порогового, достаточного для испарения веществ, остается плохо излученным.

В настоящее время микроминиатюризация СБИС на кремниевых подложках достигла значений, которые являются по некоторым параметрам предельными с точки зрения физических ограничений процессов, происходящих в структурах СБИС [1]. Так, например, в настоящее время фирмой Intel выпускается микропроцессор Intel Core i7 с использованием 45-нанометровой технологии [2], и ведутся работы по внедрению в производство 32-нанометровой технологии [3]. В этих технологиях многие области чипа микропроцессора имеют размеры, измеряемые нанометрами. Длина затворов МОП-транзсторов в них равна 32 нм, ' а толщина подзатворного окисла - 1,2 нм. Число транзисторов в чипе процессора превышает миллиард.

Поэтому, наряду с усовершенствованием КМОП-технологии, расширяются исследования по созданию нанокомпозитов с кластерами кремния в тонких слоях Si02. Как уже указывалось выше, при определённых условиях нанокластеры в диэлектриках, и в частности нанокластеры кремния (HKnSi) в Si02, существенно меняют свойства диэлектрика. Особенно это касается нанокомпозита, когда нанокластер кремния имеет кристаллическую структуру (HKpSi). В этом случае квантование электронов в HKpSi, располагающихся в диоксиде кремния, и туннелирование через потенциальный барьер (гетерограницу между HKpSi и Si02) обеспечивает практическое использование таких материалов в наноэлектронике. Например, HKpSi может заменить поликристлический кремниевый электрод («плавающий затвор») в перепрограммируемой КЭШ памяти. В результате существенно увеличиваются степень интеграции и быстродействие запоминающего устройства. На основе композитных материалов, составной частью которых являются квантовые точки (КТ), квантовые нити (КН), нанокластеры, нанокристаллы, созданы одноэлектронные туннельные приборы и приборы - некоторое подобие МОП транзисторов. Делаются попытки создать с использованием нанокластеров кремния одноэлектронные запоминающие устройства с гегабитным объемом памяти, которые могли бы быть интегрированы с КМОП-структурами [4,5] .

Другим важным требованием к нанокомпозитам на основе HKpSi -SiC>2, обеспечивающим возможность их применения в электронных устройствах, является необходимость получения упорядоченного массива нанокристаллов кремния в диоксиде кремния. В идеальном случае - это возможность получения регулярной решётки нанокристаллов путём самоформирования нанокластеров кремния. Существует несколько методов самоформирования нанообъектов в нанокомпозитных материалах: молекулярно-лучевой и газофозной эпитаксии, выращивания по механизму пар-жидкость-твёрдое тело, электрохимического травления, ионно-пучковой имплантации, метод лазерного облучения. Из перечисленных методов, метод лазерного облучения является, по нашему мнению, наиболее перспективным ввиду его универсальности, управляемости, производительности, простоты обработки и низкой стоимости.

Из выше изложенного следует, что разработка метода формирования нанокомпозита на основе HKpSi в SiC>2 и получение регулярной матрицы нанокластеров кремния в плёнке диоксида кремния на кремниевой подложке для формирования элементов и устройств вычислительной техники, является актуальной проблемой.

Цель работы

Целью диссертационной работы являлось - исследование влияния лазерного облучения на систему Si - SiC>2 , разработка метода формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния, разработка метода формирования регулярной матрицы нанокластеров кремния в слое диоксида кремния и исследование возможности использования полученных нанокомпозитов в элементах и устройствах вычислительной техники.

Основные задачи

Основные задачи работы заключались в следующем:

1. Изучение методов формирования нанокластеров кремния в системе кремний - диоксид кремния и выбор метода для формирования нанокластеров кремния в системе Si — Si02 и получения упорядоченных массивов кластеров кремния.

2. Исследование влияния лазерного излучения на электрофизические и структурные свойства системы Si — Si02 - Выбор режимов лазерной обработки структур Si - Si02, обеспечивающих формирование нанокластеров кремния в слое диоксида кремния.

3. Исследование структурных и электрофизических параметров полученных нанокомпозитных структур, подтверждающих возможность их использования в элементах и устройствах вычислительной техники.

4. Разработка метода формирования упорядоченного массива нанокластеров кремния в слое диоксида кремния - основы для создания наноэлектронных устройств вычислительной техники.

Методы исследований.

При исследовании электрофизических параметров экспериментальных структур использовался метод высокочастотных вольтфарадных характеристик (ВФХ) и метод вольтамперных характеристик (ВАХ). По изменению вида экспериментальных ВФХ рассчитывались: изменение встроенного заряда в окисле, изменение плотности поверхностных состояний и заряд, обуславливающий гистерезис ВФХ. По изменению ВАХ можно было судить о токоперносе в полученных структурах. Исследование структурных особенностей нанокомпозита на основе кремний — диоксид кремния и в целом структуры кремниевая подложка - нанокомпозит производилось следующими методами: металлографии, локальной катодолюминесценции и электронной микроскопии. нанокластеров кремния в слое Si02 даёт возможность проектирования наноэлектронных устройств вычислительной техники.

Результаты, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Метод формирования нанокластеров кремния в плёнке Si02 в системе Si — Si02 с помощью лазерного облучения системы.

2. Метод управления плотностью заряда в системе Si — Si02 путём лазерного облучения.

3. Эффект дальнодействия, проявляющийся в изменении электрофизических параметров системы Si - Si02 на значительных расстояниях от области лазерного облучения.

4. Интерференционно-проекционный метод облучения лазером окисленной кремниевой подложки, обеспечивающий возможность формирования регулярного массива нанокласстеров кремния в системе Si - Si02.

Содержание диссертации

Диссертация состоит из введения и четырех глав.

Основные результаты п выводы

1. Впервые показана возможность управления плотностью заряда в диоксиде кремния в системе Si - Si02 путём лазерного облучения. Таким образом, лазерная обработка создаёт возможность управления величиной пороговых напряжений МОП-транзсторов.

2. Впервые обнаружен эффект дальнодействия, проявляющийся в изменении дефектной структуры в системе Si - Si02 на значительных расстояниях от зоны лазерного облучения. Сделано предположение о том, что изменение дефектной структуры слоя Si02 при лазерном облучении обусловлено генерацией механических напряжений в системе Si - Si02.

3. Показано, что при достижении некоторой пороговой мощности лазерного излучения, воздействующего на систему Si - Si02, в плёнке Si02 происходит образование нанокластеров кремния.

4. Предложен, обоснован и реализован дифракционно-проекционный метод облучения лазером окисленной кремниевой подложки, обеспечивающий возможность формирования ре1улярного массива нанокластеров кремния в системе Si - Si02.

Регулярность массива обеспечивается делением пучка лазерного излучения на большое число пучков меньшей площади, равномерно расположенных на поверхности подложки. Размер нанокластеров и плотность регулярного массива зависят от размера отверстий в сетке-делителе пучка лазерного излучения и параметров объектива. Применение для деления лазерного пучка интерференционной решётки с высоким разрешением позволит получить нанокомпозит на основе Si - Si02 с высокой плотностью нанокластеров кремния, что даст возможность использовать такие регулярные массивы нанокластеров в изделиях наноэлектроники.

5. Показано, что нанокомпозитные структуры, полученные на основе лазерного облучения системы Si - SiC^MoryT быть использованы для формирования элементов интегральных схем на основе МОП-структур с улучшенными электрическими характеристиками.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. С. С. Дышловенко, Фам Куанг Тунг. Анализ топологии структур, полученных лазерным облучением. // Научно-технический Вестник Д Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2005. Т.З. С.260-265.

2. С.С. Дышловенко, Погумирский М. В., Фам Куанг Тунг. Влияние лазерного микроструктурирования на морфологию и оптические свойства полученных структур. // Научно-технический Вестник III Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2006. Вып.29. С.67-72.

3. С.С. Дышловенко, И.И. Стройков, Фам Куанг Тунг. Влияние лазерного микроструктурирования поверхности кремния на электрофизические свойства полученных структур. // Научно-технический Вестник III Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2006. Вып.29. С.73-79.

4. Фам Куанг Тунг. Оптические свойства кремния и его взаимодействие с лазерным излучением. // Сборник тезисов IV Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2007. С. 123.

5. Фам Куанг Тунг. Методы формирования нанокластеров кремния в системе кремнй — диосид кремния. // Сборник тезисов V Межвузовской конференции молодых ученых. СПбГУИТМО, 2008. С.296.

6. A.M. Скворцов, В.И. Соколов, А.А. Погумирский, С. Дышловенько, Фам Куанг Тунг. Некоторые свойства кремниевных микроструктур, полученых лазерным микроструктурированием поверхности. // Известие вузов. Приборостроение. СПбГУИТМО, 2008. Т.51. №10. С.79-84.

7. A.M. Скворцов, Фам Куанг Тунг. Структура нанокластеров кремния в системе кремний - диоксид кремния. // Известие вузов. Приборостроение. СПбГУИТМО, 2009. Т.52. №3. С.69-73.

115-а

8. A.M. Скворцов, Лэ Зуй Туан, В.А. Чуйко, Фам Куанг Тунг. Формирование регулярного массива наноструктур кремния в пленке S1O2 на кремниевой подложке методом проекционного лазерного облучения. // Известие вузов. Приборостроение. СПбГУИТМО, 2009. Т.52. №5. С.69-75.

9. Фам Куанг Тунг. Формирование регулярного массива наноструктур кремния в пленке БЮг на кремниевой подложке методом проекционного лазерного облучения //Тезисы докладов 16-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2009". МИЭТ -Москва, 2009. С. 24.

10. Халецкий Р. А., Фам Куанг Тунг. Влияния излучения YLP - лазера на вольт-фарадные характеристики системы кремний - двуокись кремния // Научно-технический вестник. СПбГУИТМО, 2009. №5(63). С.44-47.

115-Ь

1. Takahashi М., Ohno Т., Sakakibara Y., Takayama К. Fally depleted 20-nm SOI CMOSFETs with W-CladGate/Source/Drain layers IEEE Transactions on Electron Devices. Vol.48, 2001, № 7, P. 1380-1385.

2. Intel 45 nm process technology http://www.intel.com/technology/architecture-silicon/45nm-core2/demo/?iid=SEARCH

3. Revolutionizing How We Use Technology—Today and Beyond http://www.intel.com/technology/architecture-silicon/32nm/index.htm?iid=tech as+silicon 32nm

4. Vijay Kumar. Nano Silicon // First edition 2007, Chennai, India.

5. Next Generation Lithography: http://en.wikipedia.org/wiki/Next-generationlithography

6. Melliar-Smith M., Helms В., Saathoff D., Cleavelin R. /International SEMATECH Annual Report 2001. Austin, TX: Sematech Inc. (www.sematech.org), 2002.

7. Technology Roadmap for Nanoeleclronics (Second Edition November 2000) European Commission 1ST programme Future and Emerging Technologies Edited by R. Compano

8. Extreme Ultraviolet Lythography : http://en.wikipedia.org/wilci/ Extreme ultraviolet lithography

9. Gwyn C.W., Stulen R., Sweeney D., Altwood D. /Extreme ultraviolet lithography.//-J. Vac. Sci. Technol. B, 1998,v. 16, pp. 3142-3149.

10. Mizusava N., Uda K., Watanabe Y., Pieczulewski С./ Global activities making X-ray lithography a reality for 100 nm production and beyond // Future Fab 5f London: Technology Publishing Ltd., 1997,p. 177-185.

11. Harriot L.R. / Scattering with angular limitation projection electron beam lithography for suboptical lithography// J. Vac. Sci. Technol. B. 1997, v. 15, № 6, pp. 2130-2135.

12. Harriot L.R./ Scattering with angular limitation projection electron beam lithography for suboptical lithography//J. Vac. Sci. Technol. B. 1997, v. 15, № 6, pp. 2130-2135.

13. Кибалов Д. С. Волнообразные наноструктуры на поверхности кремния, инициируемые ионной бомбардировкой : диссертация . доктора физико-математических наук : 05.27.01.- Ярославль, 2004.- 305 е.: ил. РГБ ОД, 71 06-1/175

14. Kurihara К., Iwadate K.t Namatsu Н., Nagase М., Takenaka Н., Murasc К./ An Electron Beam Nanolithography System and its Application to Si Nanofabrication.// Jpn. J. Appl. Phys., 1995, v, 34, pp. 6940-6946.

15. Electron Beam Lithography : http://en.wikipedia.oro/wiki/ Electronbeamlithography

16. Huey B.D., Langford RM. / Low-dose focused ion beam nanofabrication and characterization by atomic force microscopy. //Nanotechnology, 2003, v. 14, pp. 409-412.

17. Minne S.C., Manali S.R., Yaralioglu G., Atalar A., Quate C.F./ Automated parallel high-speed atomic force microscopy. //Appl. Phys. Lett., 1998, v. 72, № 18, pp. 2340-2342.

18. Longo D.M, Benson W.E., Chraska Т., Hull R. / Deep submicron microcontact printing on planar and curved substrates utilizing focused ion beam fabricated print heads.// Appl. Phys. Lett., 2001, v. 78, № 7, pp. 981 98.

19. Nanoimprint Lithography: http://en.wikipedia.org/wiki/ NanoimprintLithography

20. Muray L.P., Spallas J.P., Stebler C, Lee K., Manlcos M., Hsu Y., Gmur M., Chang T.H.P. /Advances in arranged microcohimn lithography.// J. Vac, Sci. TcehnoL B, 2000, v. 18,№6,pp. 3099-3104.

21. Musato M., Susumu G. / New concept for high-throughput multielectron beam direct write system. // L Vac- Sci. Technol. B, 2000, v. 18, № 6, pp. 3061 -3066.

22. Yin E., Brodie A.D., Tsai F.C., Guo G.X., Parker N-W. /Electron optical column for a multicolumn, multibeam direct write electron beam lithography system. // J. Vac. Sci.Technol., 2000, v. 18,№ 6 pp, 3126-3131.

23. Scott K.L. King T.J., Liebennan M.A. Leung K.N. /Pattern generators and microcolumns for ion beam lithography. // J. Vac. Sci. Technol. В 2000, v. 18, №6, pp.3172-3176.

24. Леденцов H. H, Устинов В. M. Щукин В. А., Копьев П. С., Алферов Ж. И., Бимберг Д. /Гетерострукгуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. //Обзор. ФТП, 1998, т. 32, №4, с. 385 -410.

25. Akimov A.N„ Fedosenko E.V., Neizvesinyi I.G., Shumsky V.N., Suprun S.P., Talochlcin A.B. /Formation of Self-Organized Quantum Dot Ensembles in Unstrained GaAs/ZnSe/QD Ge/ZnSe Heterosystem. //Phys. Low- Dim. Struct., 2002, №1/2, pp. 191-202.

26. Liua J.L., Khitun A, Wanga K.L, Borca-Tasciuc T-, Liub W.L., Chen G. Yuc DP./ Growth of Ge quantum dot superlattices for thermoelectric applications. // Journal of Crystal Growth, 2001, V. 227-22R, pp. 1111-1115.

27. Kamins T.L, Williams R.S-, Chen Y., Chang Y.L., Chang Y.AJ Chemical vapor deposition of Si nanowires nucleated by TiSi2 islands on Si.// Appl. Phys. Letters, 200, v. 76, №5, pp. 562-564.

28. Kamins T.I., Williams R.S., Basile D,P. /Ti-catalized Si nanowires by chemical vapor deposition: Microscopy and growth mechanisms. // J. Appl, Phys,, 2001, v.89, №2, pp. 1008-1016.

29. Chung S.W., Yu J.Y., Heath J,R./ Silicon nanowire devices.// Appl. Phys- Lett., 2000, v. 76, № 15, pp. 2068-2070.

30. Facsko S., Decorsy Т., Koerdt С., Trappe C., Kurz H., Vogt A., Hartnagel H.L./Formation of Ordered Nanoscale Semiconductor Dots by Ion Sputtering. // Science, 1999, v.285, pp, 1551-1553.

31. Gago R., Vazquez L., Cuerno R., Valera M., Ballestcros C., Albella J.M./Production of ordered silicon nanocrystals by low energy ion sputtering. // Appl. Phys.Lett.,2001,v.78,№21 ,pp, 3316-3318.

32. Borsoni G., Gros-Jean M.„ Korwin-Pawlowski M.L., Laffitte R., Le Roux V.,Vallier L. / Oxide nanodots and ultrathin layers fabricated on silicon using nonfocused multicharged ion beam. // J. Vac, Sci. Technol. B, 2000, v. 18r № 6, pp. 3535-3538.

33. Г.А. Качурин, С.Г. Яновская, B.A. Володин, В.Г. Кеслер, А.Ф. Лейер, М.О. Руаулт / О формировании нанокристалов кремния при отжиге слоев Si02,имплантированных ионами Si// физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып.6

34. Han-Woo Choi,* Hyung-Joo Woo, Joon-Kon Kim, Gi-Dong Kim, Wan Hong, and Young-Yong Ji / Encapsulated Silicon Nanocrystals Formed in Silica by Ion Beam Synthesis // Bull. Korean Chem. Soc. 2004, Vol. 25, No. 4 525

35. Y Liul, T P Chen, Y Q Fu, M S Tse, J H Hsieh, P F Ho/A study on Si nanocrystal formation in Si-implanted Si02 films by x-ray photoelectron spectroscopy//!. Phys. D: Appl. Phys. 36 (2003) L97-L100

36. G. S. Chang 1, C. N. Whang, E. Z. Kurmaev, S. N. Shamin, V. R. Galakhov, A. oewes, D.L. Ederer/The formation of Si nanocrystal in Si02 matrix after ion beam mixing and heat treatment//

37. Lewis G.W„ Nobes M.J., Carter G., Whitton J.L. The mechanisms of etch pit and ripple structure formation on ion bombarded Si and other amorphous solids. — Nucl. Instr, and Meth., 1980, № 1705 pp. 363-369

38. Д.С. Кибалов, И.В. Журавлев, П.А. Лепшин, В.К. Смирнов/ Перенос волнообразного нанорельефа на поверхность различных материалов// Письма в ЖТФ, 2003, том 29, вып. 22, р. 63-68

39. Jiun-Lin Yeh, Hsuen-Li Chen, An Shih and Si-chen Lee/ Formation of Si nanoclusters in amorphous silicon thin films by excimer laser annealing// ELECTRONICS LETTERS 11th November 1999 Vol. 35 No. 23, p. 2508-2509

40. C. F. Tan, X. Y. Chen, Y. F. Lu, Y. H. Wu, B. J. Cho, J. N. Zeng/ Laser annealing of silicon nanocrystal films formed by pulsed-laser deposition// Journal of Laser Applications — February 2004 — Volume 16, Issue 1, pp. 4045

41. Jiun-Lin Yeh Hsuen-Li Chen An Shih Si-Chen Lee/ Formation of Si nanoclusters in amorphous silicon thin films by excimer laser annealing // Electronics Letters,!999,V35, Issue:23,p.2058-2059.

42. Akira Watanabe, Fusao Hojo, Takao Miwa, Masatoshi Wakagi / Nanocrystalline Silicon Film Prepared by Laser Annealing of Organosilicon Nanocluster//Applied Surface Science 2002, v. 253, iss. 5, p. 2718-2726.

43. M.D. Efremov, V.V. Bolotov, V.A. Volodin, L.I. Fedina,A.A. Gutakovskii, S.A. Kochubei.// Sol. St. Phenomena, 57-58,507 (1997).

44. M.D. Efremov, V.A. Volodin, V.V. Bolotov, A.V. Vishnyakov, O.K. Shabanova, D.I. Bragin, L.I. Fedina, S.A. Kochubei. Sol.St. Phenomena, 6970, 557 (1999)

45. T. Sameshima, S. Usui.//J. Appl. Phys., 70, 1281 (1991).

46. Cheng-Yen Chen, Steffen Gurtler, С. C. Yang/ Formation Mechanism Dependence on Laser Power of UV-laser Ablated Silicon Surface Gratings// CLEO,Paafic Rim '99, ThF2,p. 624-625

47. A. Medvid, P. Onufrijevs, D. Kropman, E. Mellikov, F. Mukepavela, G.Bakradze / Change of Si02 on Si layer by YAG:Nd laser radiation // V.353, Issues 5-7, 2007, P. 703-707

48. H.-P. Wu, A. Okano, K. Takayanagi / Photoluminescence properties of size-selected Si nanocluster films prepared by laser ablation // Appl. Phys. (2000), A 71, 643-646

49. Arturs Medvids / Laser Operating Self-assembling Formation of Semiconductor Nanostructures (Si, Ge,SiC, GaAs and SiGe) for Nanoelectronics Application//Journal of Non-Crystalline Solids 2007

50. Ching-Ting Lee /Photonic performance of Si nanocluster grown by laser assistance // 0-7803-9329-5/05/S20.00 ©2005 IEEE.

51. H.H. Кононов, Г.П. Кузьмин, A.H. Орлов, A.A. Сурков, O.B. Тихоневич/ Оптические и электрические свойства тонких пластин, изготовленных из нанокристаллических порошков кремния // Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 7,р.868-874.

52. К. Накамото /Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений // (М., Мир, 1966) с. 147.

53. A.M. Скворцов, В.В. Плотников, В.И. Соколов. Формирование нанокластеров кремния в структуре кремний/диоксид кремния // Известия высших учебных заведений. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2006. Т.48, № 3, с. 6267.

54. Kawazoe Y., Kondow Т., Ohno К. Clusters and nanomaterials. Theory and experiment. Berlin: Springer, 2002. 334 p.

55. Kaxiras E., Jackson K. Shape of small silicon clusters// Phys. Rev. Lett. 1993. V. 71. N. 5. P. 727-730.

56. Structures of medium-sized silicon clusters/ Ho Kai-Ming, Shvartsburg A.A., PhanBicai and al. //Nature (Gr. Brit.), 1998, N6676. P. 582-585.

57. Guha, S. Characterization of Si+ ion-implanted Si02 films and silica glasses / Soumyendu Guha //J. Appl. Phys. 1998. - Vol.84, №9. - P.5210-5217.

58. Cullis, A.G. The structural and luminescence properties of porous silicon / A.G. Cullis, L.T.Canham, P.D.J. Calcott // Appl. Phys. Lett. 1997. - Vol.82, №3. -P.909-965.

59. Kanemitsu, Y. Resonantly excited photoluminescence from porous silicon: Effects of surface oxidation on resonant luminescence spectra / Y. Kanemitsu, S. Okamoto // Phys. Rev. B. 1997. -Vol.56, №4. - P.R1696-R1699.

60. Electronic states and luminescence in porous silicon quantum dots: The role of oxygen / M.V.Wolkin, J. Jorne, P.M. Fauchet, G. Allan, C. Delerue // Phys. Rev. Lett. 1999. - Vol.82, №1. -P. 197-200.

61. В. H. Богомолов, С. А. Гуревич, M. В. Заморянская, А. А. Ситникова, И. П. Смирнова, В. И. Соколов./ Образование нанокластеров кремния при модификации силикатной матрицы электронным пучком. //ФТТ, т. 43, в. 2, 2001, с. 357-359.

62. М. V. Zamoryanskaya and V. I. Sokolov./ Structural study of thermal-oxyde films on silicon by cathodoluminescence.// Phys. Solid State, v. 47, n. 11, 1998, p. 1797-1801.

63. M. V. Zamoryanskaya , V. I. Sokolov , A. A. Sitnikova and C. G. Konnikov. /Cathodoluminescence study of defect distribution at different depths in films Si02/Si.// Sol. State Phen., v. 63-64, 1998, p. 237-242.

64. C. Diaz-Guerra, J. Piqueras, D. A. Kurdyukov, V. I. Sokolov and M. V. Zamoryanskaya./ Defect and nanocrystal cathodoluminescence of synthetic opals infilled with Si and Pt.// J. Appl. Phys., v. 89, 2001, p. 2720-2726.

65. M.V. Zamoryanskaya, V.I. Sokolov / Cathodoluminescence study of silicon oxide -silicon interface// Phys. Tech. Semiconductor, 2007, v. 41, issue 4, p. 475-463.

66. T. Shimizu-Iwayama, K. Fujita, S. Nakao, K. Saitoh, R. Fujita, N. Itoh. J. Appl. Phys., 75, 7779 (1994).

67. Г.А. Качурин,И.Е. Тысченко, В. Скорупа, Р.А. Янков, К.С. Рулавлев, Н.А. Пазников, В.А. Володин, А.К. Гутаковский, А.Ф. Лейер. /ФТП, 31 (6), 730 (1997)

68. С. Delerue, М. Lannoo, G. Allan. Phys. Rev. Lett., 84, 2457 (2000).

69. A. Zunger, L.-W. Wang. Appl. Surf. Sci., 102, 350 (1996).

70. V Ioannou-Sougleridis and A G Nassiopoulou/ Charging characteristics of Si nanocrystals embedded within Si02 in the presence of near-interface oxide traps // Journal of Physics: Conference Series 10 (2005) 39^2

71. Michele L. Ostraat and Jan W. De Blauwe / Future Silicon Nanocrystal Nonvolatile Memory Technology//Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 686, p. A.5.21-31

72. P Dimitrakis, P Normand, E Vontitseva, К II Stegemann, К H Heinig, B. Schmidt /Memory devices obtained by Si+ irradiation through poly Si/Si02 gate stack//Journal of Physics: Conference Series 10 (2005) 7-10

73. V Ioannou-Sougleridis and A G Nassiopoulou/ Charging characteristics of Si nanocrystals embedded within Si02 in the presence of near-interface oxide traps // Journal of Physics: Conference Series 10 (2005) 39-42.

74. M. Fanciulli, M. Perego, C. Bonafos, A. Mouti, S. Schamm, G. Benassayag / Nanocrystals in high-k dielectric stacks for non-volatile memory application// Advances in Science and Tech. Vol 51 (2006) pp. 156-166.

75. Jan De Blauwe / Nanocrystal Nonvolatile Memory Devices //IEEE TRANSACTIONS ON NANOTECHNOLOGY, VOL. 1, NO. 1, MARCH 2002

76. Leonid Tsybeskov / Nanocrystalline Silicon Superlattices for Nanoelectronic Devices //

77. P. Dimitrakis, P. Normand / Semiconductor Nanocrystal Floating-gate Memory Devices // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 830 2005 , D5.1.1 -1.15

78. Sandip Tiwari, Farhan Rana, Kevin Chan, Hussein Hanafi, Wei Chan, Doug Buchanan / Volatile and Non-Volat ile Memories in Silicon with Nano-Crystal Storage //0-7803-2700-4 $4.00 01995 IEEE, IEDM 95-521, 20.4.1-5

79. Q. Ye, R. Tsu, E.H. Nicollian./ Resonant tunneling via microcrystalline-silicon quantum confinement // Phys. Rev. B, 44 (4), 1806 (1991).

80. Tsu. Appl. Phys. A, 71, 391 (2000).

81. Y. Inoue, A. Tanaka, M. Fujii, S. Hayashi, K. Yamamoto.J. Appl. Phys., 86 (6), 3199 (1999).

82. D.V. Averin, A.N. Korotkov, K.K. Likharev. Phys. Rev. B, 44 (12), 6199 (1991).

83. К. Рейви. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии.- М.: Мир, 1984,475 с

84. В. И. Соколов, В. В. Плотников, А. М. Скворцов, Е. Г. Фролкова, Р. А. Халецкий. Особенности термического окисления кремния, обусловленные несоответствием на межфазной границе.// Известия ВУЗов. Электроника, 2002, №5, с. 17-21

85. Ф. Л. Эдельман. Структура компонентов БИС. Новосибирск: Наука, 1980, 356 е.;

86. Н. Kageshima and К. Shiraishi. Relation between oxide growth direction and stress on silicon surfaces and at silicon-oxide/silicon interfaces.// Surf. Sci., v. 438, 1999, p. 102-106,

87. В.П. Вейко, С.С. Дышловенко, A.M. Скворцов. Лазерное микроструктурирование поверхности кремния. // Научно-технический сборник «Диагностика и функциональный контроль качества оптических материалов» часть 2. СПбГУИТМО, 2004. С. 138 153.

88. S.M.Metev, V.P.Veiko. Laser assisted microtechnology // Springer-Verlag, Heidelberg, 1994 (first edition), 1998 (second edition).

89. Veiko V.P. Laser microshaping: Fundamentals, practical application, and future prospects. // RIKEN Review №32 (January, 2001). -P. 11-18

90. Justin R. Serrano, David G. Cahill. Micron-scale buckling of Si02 on Si.//J. Appl. Phis. 92, (2002). 7606-7610

91. Effect of energy above laser-induced damage thresholds in the micromachining of silicon by femtosecond pulse laser B.K.A. Ngoi*, K. Venkatakrishnan, E.N.L. Lim, B. Tan, L.H.K. Koh Optics and Lasers in Engineering 35 (2001) 361-369

92. Ефимов И.Е., Козырь И .Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. М.: Высшая школа, 1986,- 243 с.

93. C.-F. Lin, С. W. Liu, M.-J. Chen, М. Н. Lee and I. С. Lin. Infrared electroluminescence from metal-oxide-semiconductor structures on silicon. J. Phys.: Condens. Matter, v. 12, 2000, p. 205-210.

94. Барабан А. П., Булавинов В. В., Коноров П. П. Электроника слоев Si02 на кремнии.- Л.: Издательство Ленинградского университета, 1988.- 304 с.

95. Гриценко В.А. Строение и электронная структура аморфных диэлектриков в кремниевых МДП структурах- Новосибирск: ВО "Наука". Сибирская издательская фирма, 1993- 280 с.

96. Z. GabuiTo, G. Pucker, P. Bellutti and L. Pavesi. Electroluminescence in MOS structures with Si/Si02 nanometric multilayers// Solid State Communications.-v. 114,-2000,-P. 33-37.

97. G. F. Bai, Y Q. Wang, Z. C. Ma, W. H. Zong and G. G. Qin. Electroluminescence from Au/native silicon oxide layer/pC-Si and Au/native silicon oxide layer/nC-Si structures under reverse biases// J. Phys.: Condens. Matter.- v. 10.- 1998.- P. 717-721.

98. N. Porjo, T. Kuusela and L. Heikkila. Characterization of photonic dots in Si/Si02 thin-film structures// J. Appl. Phys.- v. 89.- 2001.- P. 4902-4906.

99. S.Chelan, R.G.Elliman, K.Gaff and A.Durandet. Luminescence from Si nanocrystals in silica deposited by heliconactivated reactive evaporation// Appl. Phys. Lett.- v. 78.- 2001.- P. 1670-1672.

100. Силинь A. P., Трухин A. H. Точечные дефекты и элементарные возбуждения в кристаллическом и стеклообразном Si02.- Рига: Зинатне, 1985.- 244 с.

101. L. N. Skuja, A. R. Silin. A model for the non-bridging oxygen center in fused silica. The dynamic Jahn-Teller effect// Phys. Status Solidi. A.- v. 70.- 1982.- P. 43-49.

102. L. N. Skuja, A. N. Streletsky, A. B. Pakovich. A new intrinsic defect in amorphous Si02: Twofold-coordinated silicon// Sol. State. Comm.- v. 50.-1984.-P. 1069-1072.

103. M. V. Zamoryanskaya and V. I. Sokolov. Structural study of thermal-oxyde films on silicon by cathodoluminescence// Phys. Solid State.- v. 47.- № 11.-1998.-P. 1797-1801.

104. М. V. Zamoryanskaya, V. I. Sokolov, A. A. Sitnikova and C. G. Konnikov. Cathodoluminescence study of defect distribution at different depths in films Si02/Si// Sol. State Phen.- v. 63-64.- 1998.- P. 237-242.

105. Богомолов В. H., Гуревич С. А., Заморянская М. В., Ситникова А. А., Смирнова И. П., Соколов В. И. Образование нанокластеров кремния при модификации силикатной матрицы электронным пучком// ФТТ.- Т. 43.- в. 2.- 2001.- С. 357-359.

106. С. Diaz-Guerra, J. Piqueras, D. A. Kurdyukov, V. I. Sokolov and M. V. Zamoryanskaya. Defect and nanocrystal cathodoluminescence of synthetic opals infilled with Si and Pt// J. Appl. Phys.- v. 89.- 2001,- P. 2720-2726.

107. H. -J. Fitting, T. Ziems, A. von Czarnowski, B. Schidt. Luminescence center transformation in wet and dry Si02// Radiation Measurement.- v. 38.- 2004.- P. 649-653.

108. M. Schmidt, J. Heitmann, R. Scholz and M. Zacharias. Bright luminescence from erbium doped nc-Si/Si02 superlattices// J. Non-Crystalline Solids.- v. 299-302,- 2002.- P. 678-682.

109. M. Zacharias, S. Richter, P. Fischer, M. Schmidt and E. Wendler. Room temperature luminescence of Er doped nc-Si/Si02 superlattices// J. Non-Crystalline Solids.- v. 266-269.- 2000.- P. 608-613.

110. Качурин Г.А., Реболе JI., Скорупа В., Янков Р.А., Тысченко И.Е., Фреб X., Беме Т., Лео К. Коротковолновая фотолюминесценция слоев Si02, имплантированных большими дозами ионов Si+, Ge+ и Аг+// ФТП.- Т. 32.в. 4.- 1998.- С. 439-444.

111. Барабан А.П., Малявка Л.В. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных структурах кремний-двуокись кремния// ПЖТФ.-1997.- Т. 23.-в. 20.-С. 26-31.

112. Барабан А.П., Коноров П.П., Малявка JI.B., Трошихин А.Г. Электролюминесценция ионно-имплантированных структур кремний-двуокись кремния// ЖТФ.- 2000.- Т. 70.- в. 8.- С. 87-90.

113. Качурин Г.А., Реболе JL, Тысченко И.Е., Володин В.А., Фельсков М., Скорупа В., Фреб X. Формирование центров фотолюминесценции при отжиге слоев Si02, имплантированных ионами Gе// ФТП.- 2000.- Т. 34.-в.1.- С. 23-27

114. С. Wu. С. Н. Crouch, L. Zhao and Е. Mazur. Visible luminescence from silicon surfaces microstructured in air// Appl. Phys. Lett.- v. 81.- № 11.- 2002.- P. 1999-2001.

115. Образцов A.H., Тимошенко В.Ю., Окуши X., Ватанабе X. Сравнительное исследование оптических свойств пористого кремния и оксидов SiO и Si02// ФТП.- Т. 33.- в. 3.- 1999.- С. 322-326.

116. Т. Torchinska, J. Aguilar-Hernandez, М. Morales-Rodriguez, et all. Comparative investigation of photiluminiscence of silicon wire structures and silicon oxide films// Journal of Physics and Chemistry of Solids.- v. 63.- 2002,-P. 561-568.

117. Т. V. Torchynska, В. M. Bulakh, G. P. Polupan et all. Comparativeinvestigation of surface structure, photoluminescence and its excitation in130silicon wires// Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena.- v. 114-116.-2001.- P. 235-241.

118. E. Degoli and S. Ossicini. The electronic and optical properties of Si/Si02 superlattices: role of confined and defect states// Surface Science.- v. 470.2000.- P.32-42.

119. McLean T.P., Loudon R., J. Phys. Chem. Solids. 13, №1, p. 1-9 (1960)

120. Акимченко И.П., Бармин Ю.В., Вавилов B.C. и др. ФТП, 18, № 12 с.2138-2141 (1984)

121. G.D.Sanders, Y.C. Chang/ Phys.Rev. В, 45, 9202 (1992)

122. L.N.Skula , A.R.Silin "Non-Brigen Oxigen Center in Fused Silika" phis.stat.sol. (a) 70, 43 (1982)13 9. H.-J. Fitting, T. Barfels, A.N. Trukhin, B. Schmidt, A. Gulans, A. Von Czarnovski, Journal of Non-Crystalline Solids 303, p.218-231, (2002)

123. Павлова. Виолетта Тимофеевна. Оптика тонких пленок и технология их нанесении // Минск. БПИ. 1990.

124. JI. Майсера, Р. Глэнта, М. И. Елинсона, Г. Г. Смольно. Технология тонких пленок // справочник, Советское радио, Москва 1977.