Главная – Журналы – Автометрия 2014 номер 3

Методами дифракции быстрых электронов и сканирующей электронной микроскопии построена кинетическая диаграмма роста Ge на Si. Определены энергии активации морфологических переходов от двумерного к трёхмерному росту и от hut-кластеров к островкам dome-типа. Кривая, соответствующая 2D–3D-переходу, имеет два участка, подчиняющиеся закону Аррениуса и относящиеся к различным механизмам двумерного роста: двумерно-островковому в области температур 300-525 ºС с энергией активации –0,11 эВ и движению ступеней в диапазоне 525–700 ºС с энергией активации 0,15 эВ. Наблюдались также переходы от hut-островков к dome-островкам. Кривая, построенная для перехода hut-dome, аппроксимируется двумя экспонентами, которые подчиняются закону Аррениуса. В области температур 350-550 ºС энергия активации перехода hut-dome равна 0,11 эВ, а в диапазоне 550-700 ºС энергия активации 0,24 эВ. Максимальная плотность островков при росте Ge на слое Ge_x Si_{1 - x} достигает 4 · 10¹¹ см^-2. Увеличение состава приводит к повышению плотности островков Ge вследствие уменьшения длины миграции адатомов Ge по поверхности Ge_xSi_{1 - x} в сравнении с ростом Ge на Si. Периодичность N, проявляющаяся в сверхструктуре (2 · N ), при реконструкции понижается с 14 до 8 с увеличением содержания Ge в слое Ge_x Si_{1 - x} . Рост толщины или температуры приводит к уменьшению периодичности и свидетельствует в пользу сегрегации Ge, при этом происходит релаксация напряжений, которая снижает коэффициент диффузии Ge.

Методом молекулярно-лучевой эпитаксии выращены плёнки GaAs на подложках Si, отклонённых от плоскости (001) на 6º в направлении [110]. Плёнки GaAs выращивались как на поверхности Si, терминированной атомами мышьяка, так и на тонких псевдоморфных слоях GaP/Si. Условиями формирования подслоя As и первого монослоя GaP на поверхности Si задавалась ориентация плёнок GaAs (001) или (00¯1). Процессы подготовки поверхности подложки Si, формирования подслоя As, эпитаксиальных слоёв GaP и GaAs контролировались методом дифракции быстрых электронов на отражение. Проведены исследования выращенных структур методами рентгеновской дифрактометрии, атомно-силовой микроскопии, высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии и низкотемпературной фотолюминесценции. Показано, что от ориентации эпитаксиальной плёнки зависит как характер рельефа её поверхности, так и её кристаллические свойства. Получена интенсивная фотолюминесценция от структуры с квантовыми ямами In_0,17Ga_0,83As, выращенной на буферном слое GaAs/Si.

Эллипсометрическим исследованием in situ установлены различные механизмы начальных стадий выращивания ZnTe на подложках GaAs(301) и Si(301) методом молекулярно-лучевой эпитаксии: на подложках GaAs(301) рост с самого начала происходит послойно, тогда как на подложках Si(301) начинается с формирования трёхмерных зародышей. Согласно расчётам дислокации несоответствия (ДН) вводятся в плёнку ZnTe на стадии формирования первых монослоёв. В результате введения ДН решётка плёнки разворачивается относительно решётки подложки, что подтверждается рентгеновскими измерениями. Прорастающие участки ДН в гетероструктурах CdTe/ZnTe/GaAs(301) и CdTe/ZnTe/Si(301) исследованы с помощью селективного травления. Установлено, что дислокационные ямки травления имеют различную форму, что указывает на существование различных типов прорастающих дислокаций. При послойном травлении наблюдалось увеличение плотности дислокаций вглубь плёнки CdTe, что свидетельствует об аннигиляции дислокаций в процессе роста плёнок CdTe. Скорость аннигиляции выше в плёнках, выращенных на GaAs(301), чем на Si(301). Возможно, это связано с более высокой подвижностью дислокаций в плёнках CdTe на подложках GaAs(301).

С помощью высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии и компьютерного моделирования детально исследована структура протяжённых дефектов в Si, возникающих после имплантации бора и отжига при T = 900 ºС в зависимости от дозы имплантации (D) и концентрации узлового бора B₀(C_B0), введённого в Si до имплантации. Показано, что при D = 10¹⁶ см^-2 вплоть до C_B0 = 0,8 · 10²⁰ см^-3 наблюдаются дислокационные петли Франка междоузельного (I) и вакансионного (V) типов в соотношении 4 : 1. Атомная структура петель Франка I-типа сильно деформирована, что указывает на накопление бора в плоскости дефекта в мелкодисперсной форме. В плос-кости петель Франка V -типа отмечается появление реконструкции связей, обусловленной встраиванием собственных междоузельных атомов. При C_B0 = 2,5 · 10²⁰ см^-3 петли Франка I-типа трансформируются в полные дислокации и возникают преципитаты бора с большой плотностью. На основе представленного анализа обсуждаются причины возникновения дефицита вакансий в имплантированных слоях.

Методом молекулярной динамики исследовано формирование наноостровков Ge на структурированных подложках Si(100). Для подложек с перекрывающимися ямками и ямками в форме усечённых перевёрнутых пирамид рассчитана энергетическая поверхность. На основе её анализа описан механизм атомной поверхностной диффузии на структурированной поверхности. Вычислена удельная энергия гетероструктур Ge/Si с различной морфологией наноостровков в ямках. Показано, что конфигурация с несколькими наноостровками в ямке может быть термодинамически выгодной.

Представлены результаты математического моделирования спектра дырок и оптического поглощения в квантовых ямах Si/Ge_xSi_{1 - x}/Si, сформированных на виртуальных подложках Ge_ySi_{1 - y}. Показано, что наличие упругих деформаций в такой системе может существенно изменять положение линии поглощения в гетероструктурах GeSi. Подбором составов квантовой ямы и виртуальной подложки можно добиться изменения длины волны межподуровневого поглощения в диапазоне 6-12 мкм для света, поляризованного в плоскости квантовой ямы. При приложении деформации растяжения изменение интенсивности переходов дырок под влиянием света, поляризованного в плоскости квантовой ямы, достигает 1,8 раза. Деформация сжатия приводит к изменению интенсивности межподзонных переходов в 1,45 раза.

Рассмотрен разработанный авторами инструментарий оптимизации выполнения параллельных программ на мультиархитектурных распределённых вычислительных системах. Описан метод оптимизации вложения параллельных MPI-программ в вычислительные кластеры с иерархической структурой коммуникационных сетей. Для организации эффективного отказоустойчивого моделирования на распределённых вычислительных системах предложен адаптивный подход к дельта-оптимизации контрольных точек восстановления.

Представлены результаты исследования фотостимулированных переключений тока при облучении мезоскопических структур на основе квантовых точек Ge в Si слабыми потоками инфракрасного света. Малые размеры канала (порядка 70-200 нм) дают возможность наблюдать гигантские флуктуации фотопроводимости, которые обусловлены сильной зависимостью прыжкового тока от заполнения квантовых точек носителями заряда. Замена кремниевой подложки кремнием-на-изоляторе позволила исключить преобладание зонной проводимости над прыжковой при высоких температурах и повысить температуру фотодетектирования от 4,2 приблизительно до 100 K. Полученные результаты являются основанием для создания детектора одиночных фотонов в широком диапазоне длин волн.

С применением метода спектроскопии комбинационного рассеяния света исследовано взаимодействие фононов и свободных носителей заряда в легированных полупроводниковых наноструктурах (сверхрешётках). В легированных сверхрешётках на основе полярных полупроводников коллективные колебательные моды свободных носителей заряда (плазмоны) экранируют дальнодействующее кулоновское взаимодействие катионов и анионов, что приводит к образованию смешанных фонон-плазмонных мод. Исследована угловая дисперсия (анизотропия) фонон-плазмонных мод в легированных сверхрешётках GaAs/AlAs. Наблюдаемая анизотропия обусловлена анизотропией диэлектрической проницаемости в сверхрешётках.

С помощью численного моделирования исследована зависимость величины вносимых СВЧ–потерь от параметров структуры гетеростуктурного pin–диода. Определены механизмы возникновения этих потерь и выявлен механизм, оказывающий на потери наибольшее влияние.

Рассчитаны спектральные характеристики метаматериалов, сформированных из массивов оригинальных цилиндрических резонаторов, взаимодействующих с подложкой. Показано, что в данных резонаторах наряду с обычными модами возбуждаются дополнительные моды, связанные с особенностью формы резонаторов и наличием диэлектрической подложки. Обнаружено, что помимо основного резонанса спектральная характеристика содержит дополнительный резонансный пик, зависящий от ширины поперечной щели цилиндра и диэлектрической постоянной материала подложки. Полученные зависимости указывают на возможность создания динамически управляемых метаматериалов.

Рассматриваются проблемы эволюции энергетического положения максимума линии фотолюминесценции свободных экситонов в высококачественных гетероструктурах GaAs/AlGaAs после оптического возбуждения короткими лазерными импульсами при высоких уровнях оптического возбуждения 5 · 10¹⁴–2 · 10¹⁸ см^-3. Обсуждается влияние экранирования кулоновского и межэкситонного обменного взаимодействий. Данные эффекты давали поправки к энергии уровня свободных экситонов разного знака, при этом второй эффект был чувствителен к степени ориентации спинов экситонов и проявлялся в расщеплении положений максимума энергии экситонов с проекциями углового момента +1 и –1. Величина расщепления пропорциональна плотности экситонов и степени их циркулярной поляризации и достигает 1,5 мэВ.

Исследовано действие быстрых тяжёлых ионов Хе с энергией 130-167 МэВ дозами 10¹²–10¹⁴ см^-2 и Bi с энергией 700 МэВ дозами 3 · 10¹²–3 · 10¹³ см^-2 на плёнки стехиометрического термического диоксида кремния, плёнки диоксида кремния с ионно-имплантированным избыточным кремнием и на плёнки SiO_x с вариацией стехиометрического параметра x от 0 до 2. По данным электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света облучение быстрыми тяжёлыми ионами приводило к формированию нанокластеров кремния. Спектр люминесценции зависел от размеров, числа и структуры образующихся нанокластеров Si. Их размерами можно управлять, варьируя как параметры воздействий (прежде всего, потери энергии ионов в треке на единицу длины), так и стехиометрический состав плёнок.

Получены проводящие островки (квантовые точки) графена и мультиграфена в матрице фторированного графена методом химической функционализации графена в водном растворе плавиковой кислоты. Образованные структуры исследованы путём измерения вольт-амперных характеристик и с помощью атомно-силового микроскопа в режимах измерения рельефа поверхности и латеральных сил. Показано наличие проводящих островков во фторированной матрице и определены их размеры.

С помощью высокоразрешающей электронной микроскопии исследованы морфология и структура кристаллов CuS, образующихся при сульфидировании плёнок бегената меди, полученных по методу Ленгмюра — Блоджетт (ЛБ). Средний размер таких кристаллов составляет около 3 нм и увеличивается примерно в 2,2 раза после отжига при температуре 150 ºС и выше. Из анализа межплоскостных расстояний установлено, что в диапазоне температур отжига 150–200 ºС нанокристаллы CuS имеют гексагональную кристаллическую решётку типа P6 _3/mmc с параметрами a = 0,38 нм и c = 1,64 нм. При температурах отжига 250 ºС и выше помимо нанокристаллов CuS начинается формирование кристаллической фазы Cu₂S. При этом доля фазы растёт с повышением температуры отжига. Нанокристаллы Cu₂S имеют гексагональный тип кристаллической решётки с пространственной группой P6 _3/mmc и параметрами ячейки a = 0,39 нм и c = 0,68 нм. С помощью локального анализа спектров характеристического рентгеновского излучения выполнена количественная оценка содержания меди и серы в отдельных нанокристаллах CuS и Cu₂S.

Проанализированы вольт–амперные характеристики тонких диэлектрических плёнок HfO_x в структурах p-Si/HfO_x /Ni. Экспериментальные результаты сравнивались с различными теоретическими моделями: моделью ионизации ловушек Пула — Френкеля, многофононной моделью ионизации ловушек и эффектом Шоттки на границе раздела Ni/HfO_x . Показано, что несмотря на хорошее качественное описание экспериментальных результатов всеми моделями, количественно данные описываются только многофононной моделью ионизации ловушек.

Работа посвящена созданию и характеризации электроосмотического насоса на основе асимметричных кремниевых микроканальных мембран. В экспериментах с использованием деионизованной воды впервые обнаружена ярко выраженная зависимость скорости потока (расхода жидкости насосом) от структурной асимметрии микроканалов. Определён расход жидкости насосом в зависимости от прикладываемого напряжения и ориентации матрицы по отношению к прокачиваемому объёму воды. Предложено аналитическое описание пространственной структуры микроканальных матриц, что дало возможность более точно связать между собой структурные и транспортные характеристики устройства. Полученные данные позволили вычислить дзета-потенциал системы деионизованная вода-двуокись кремния-кремний. Предполагается, что на основе обнаруженного эффекта могут быть созданы электроосмотические микронасосы для современных биоаналитических микро- и нанофлюидных систем.