Способ получения кластеров металла III группы на подложке полупроводникового соединения А 3 В 5

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к технологии полупроводников, преимущественно к методам создания каталитических областей на поверхности подложек соединений А3В5 для последующего выращивания игольчатых кристаллов или наноостровков, а также для создания гетероструктур с захороненными слоями, и может быть использовано для изготовления оптоэлектронных полупроводниковых приборов, в частности фоточувствительных и светоизлучающих матриц.
Достигаемый технический результат - формирование массивов металлических кластеров металла III группы на подложке полупроводникового соединения А3В5.
Предлагается способ получения кластеров металла III группы на подложке полупроводникового соединения А3В5, отличающийся тем, что кластеры металла получают разложением поверхности подложки при температуре выше температуры конгруэнтного испарения полупроводникового соединения и ниже его температуры плавления за время от 0,001 до 1000с.

Текст

Смотреть все

(51) 01 21/208 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ подложек соединений А 3 В 5 для последующего выращивания игольчатых кристаллов или наноостровков, а также для создания гетероструктур с захороненными слоями, и может быть использовано для изготовления оптоэлектронных полупроводниковых приборов,в частности фоточувствительных и светоизлучающих матриц. Достигаемый технический результат формирование массивов металлических кластеров металла группы на подложке полупроводникового соединения А 3 В 5. Предлагается способ получения кластеров металла группы на подложке полупроводникового соединения А 3 В 5,отличающийся тем, что кластеры металла получают разложением поверхности подложки при температуре выше температуры конгруэнтного испарения полупроводникового соединения и ниже его температуры плавления за время от 0,001 до 1000 с.(72) Антощенко Владимир Степанович Францев Юрий Валерьевич Антощенко Евгений Владимирович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛАГРУППЫ НА ПОДЛОЖКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ А 3 В 5(57) Изобретение относится к технологии полупроводников, преимущественно к методам создания каталитических областей на поверхности Изобретение относится к технологии полупроводников, преимущественно к методам создания каталитических областей на поверхности подложек соединений А 3 В 5 для последующего выращивания игольчатых кристаллов или наноостровков, а также для создания гетероструктур с захороненными слоями, и может быть использовано для изготовления оптоэлектронных полупроводниковых приборов,в частности фоточувствительных и светоизлучающих матриц. Кристаллизация на подложках, активированных металлическими частицами, в настоящее время является основным методом формирования массивов нитевидных структур, таких как углеродные нанотрубки ( ,,.- .593-598) и вискеры (Ю.Б. Самсоненко, Г.Э. Цырлин, В.А.Егоров,Н.К. и др. Особенности формирования нитевидных нанокристалловна различных поверхностях кремния при молекулярнопучковой эпитаксии // ФТП, т.42, вып. 12 2008 - С. 1478-1482). Рост игольчатых кристаллов (вискеров) известен уже много лет. В 60-ых годах прошлого столетия Вагнер и Эллис (, . . , . С.. . . 4 (5) (1964) -.89-90) предложили объяснение такому росту, отнеся его к кристаллизации из пара через жидкую фазу. Данный метод, названный ПЖК (пар-жидкость-кристалл) является обычной жидкофазной эпитаксией (ЖФЭ),в котором для создания перенасыщения используется подпитка из паровой фазы. Все известные в настоящее время способы формирования металлических частиц (в том числе манометрового диапазона) на твердой поверхности(подложке) основаны на использовании внешнего источника металла, когда источник и подложка пространственно разнесены. Эти способы используют технику физического, химического,плазмо-химического,электрохимического осаждения металлов и их различные сочетания. Примерами реализации способов формирования металлических частиц извне являются-электроннолучевое испарение с последующим термическим отжигом для получения частиц золота на кремнии, на которых затем выращиваются нанопроволоки арсенида галлия ( М.-молекулярно-пучковая эпитаксия для формирования наночастиц золота, примененная для формирования кремниевых нанопроволок на кремниевой подложке (., ,, ., // , ,.7 2006 . 1008-1015) и для формирования на подложке арсенида галлия сначала металлических частиц , а затем , которые были использованы для роста квантовых точекпо методу ПЖК (. Мао, К. , . ,2- - гидридная эпитаксия для формирования капель индия на арсениде галлия разложением триметилиндия. Данный метод был использован для синтеза массивов квантовых точекна подложках(100) (Р.Х. Акчурин, И.А. Богинская, Н.Т. Вагапова и др. Исследование возможности формирования массивов квантовых точек в системе / капельным методом в условиях МОС-гидридной эпитаксии// Письма в ЖТФ, том 36, вып. 1,2010-С.10-16). Авторам известны работы, в которых описано появление металлических включений на 3 В 5 во поверхности полупроводниковых подложек А время предэпитаксиальной термообработки, однако во всех этих работах металлические капли рассматриваются как дефекты полупроводниковых структур, и все меры направлены на их подавление. Исследование термической деградации в потоке водорода поверхности полированных подложек ,ориентированных в плоскости (100) и (111)В показало, что при введении в поток водорода Р 3,процесс деградации резко замедляется. Был найден температурно зависящий порог концентрации фосфина выше которого термическая деградация исчезает ( ,.//30,.2 1983-.23982405) проведено микроскопическое изучение декомпозиции (100), (111) и (ПО)в потоке водорода при температурах, типичных для эпитаксиального роста. Электронная микроскопия показала, что развитие ямок на поверхностиначинается с образования зародышей индиевых капель диаметром несколько тысяч ангстрем. Было найдено, что критическая температура для зарождениякапель сильно зависит от скорости потока водорода и уменьшается с его ростом. Был сделан вывод, что для получения минимальной деградации поверхности, непосредственно перед эпитаксиальным ростом необходимо свести к минимуму поток водорода через реактор. При ЖФЭ двойных гетероструктур на подложках фосфида индия для минимизации влияния декомпозиции подложки на электрические характеристики слоев была применена простая техника - удаление нарушенного слоя перед эпитаксией путем растворения его в жидком индии//. 58,1,1982- . 279-284). В другом исследовании ( , (100)//, 29, . 1975 - . 97-106) для замедления декомпозиции подложки перед эпитаксиальным ростом был использован атомарный фосфор, и результат был сравним с полученным при использовании защитного покрытия подложки. Приведенные примеры показывают, что все усилия исследователей направлены на подавление появления металлических кластеров на поверхности подложек полупроводниковых соединений А 3 В 5. Концентрация внимания на фосфиде индия, связана с гораздо более сильной декомпозицией этого материала по сравнению с подложками других соединений этого класса. Задача изобретения - разработка способа формирования кластеров металловгруппы на подложках соединений А 3 В 5 без использования внешнего источника. Технический результат - формирование массивов металлических кластеров достигается предлагаемым способом получения кластеров металлагруппы на подложке полупроводникового соединения А 3 В 5,но в отличие от известных, кластеры металла получают при температуре подложки выше температуры конгруэнтного испарения полупроводникового соединения и ниже его температуры плавления за время от 0,001 до 1000 с. Проведенные патентно-информационные исследования показали, что не существует аналогов,где бы осуществлялось намеренное формирование массивов металлических кластеров на поверхности подложек полупроводниковых соединений. Таким образом, можно сделать вывод, что никто до сих пор не рассматривал образование термически индуцированных металлических включений на поверхности подложек полупроводниковых соединений как еще один способ формирования массивов металлических кластеров с высокой поверхностной плотностью. Преимуществом данного способа, по сравнению с известными, является его простота, малое время процесса формирования металлических кластеров и низкая себестоимость,обусловленная использованием дешевого оборудования. На фигуре 1 дано увеличенное изображение участка поверхности подложкипосле отжига при 700 С в течение 3 с а) растровая электронная микрофотография 1 - кластеры галлия, 2- подложка из арсенида галлия, б) 3 изображение, полученное на атомно-силовом микроскопе. Примеры реализации способа. Способ осуществляют следующим образом. Подложку полупроводникового соединения А 3 В 5 размещают в реакторе на кварцевой пластине,расположенной над малоинерционным пластинчатым резистивным нагревателем. Подложка представляет собой монокристаллическую полированную пластинку толщиной 0,4 мм и площадью 11 см 2. Измерение температуры проводят хромельалюмелевой термопарой, спай которой находится в контакте с подложкой. В реакторе создают защитную атмосферу или откачивают. Через нагреватель в течение заданного времени пропускают электрический ток, после чего проводят охлаждение до комнатной температуры. В результате выделившегося тепла подложка нагревается до определенной температуры. Меняя температуру подложки в пределах,выше температуры конгруэнтного испарения полупроводникового соединения и ниже его температуры плавления и время термообработки в пределах от 0,001 до 1000 с получают массив металлические кластеров с определенной плотностью и поперечным размером, которые определяют методами оптической, электронной и атомно-силовой микроскопии. Элементный состав кластеров определяют методом микрорентгеноспектрального анализа. Нижний предел времени термообработки ограничен инерционностью нагревателя и источника тока, а также мощностью последнего. Длительность отжига более 1000 с приводит к ухудшению морфологии поверхности подложки. Использование вакуумной среды позволяет осуществить формирование кластеров металла при более низких температурах,предотвращает окисление поверхности подложки в процессе отжига и повышает воспроизводимость результатов, поэтому все эксперименты проводили в вакууме при остаточном давлении 10-3 Па. Пример 1. Подложку из арсенида индия отжигают при температуре 700 С в течение 0,1 с. В результате на подложке обнаружены кластеры индия с плотностью 106 см-2 и размером 120 нм. Пример 2. Подложку из арсенида индия отжигают при температуре 700 С в течение 1 с. В результате на подложке обнаружены кластеры индия с плотностью 108 см-2 и размером 200 нм. Пример 3. Подложку из арсенида индия отжигают при температуре 700 С в течение 5 с. В результате на подложке обнаружены кластеры индия с плотностью 107 см-2 и размером 500 нм. Пример 4. Подложку из арсенида индия отжигают при температуре 750 С в течение 0,1 с. В результате на подложке обнаружены кластеры индия с плотностью 107 см-2 и размером 150 нм. Пример 5. Подложку из арсенида индия отжигают при температуре 500 С в течение 1000 с. В результате на подложке кластеры индия не обнаружены. Пример 6. Подложку из арсенида индия отжигают при температуре 500 С в течение 3000 с. В результате на подложке кластеры индия не обнаружены,подложка покрылась ямками травления. Пример 7. Подложку из арсенида индия отжигают при температуре 800 С в течение 0,1 с. В результате поверхность подложки полностью покрылась индием. Пример 8. Подложку из арсенида индия отжигают при температуре 900 С в течение 0,001 с. В результате на подложке обнаружены кластеры индия с плотностью 107 см-2 и размером 90 нм. Пример 9. Подложку из фосфида индия отжигают при температуре 500 С в течение 0,1 с. В результате на подложке обнаружены кластеры индия с плотностью 108 см-2 и размером 100 нм. Пример 10. Подложку из фосфида индия отжигают при температуре 450 С в течение 1000 с. В 3 результате на подложке обнаружены кластеры индия с плотностью 106 см-2 и размером 1000 нм. Пример 11. Подложку из фосфида индия отжигают при температуре 600 С в течение 1000 с. В результате на подложке обнаружен сплошной слой индия. Пример 12. Подложку из арсенида галлия отжигают при температуре 640 С в течение 1000 с. В результате на подложке обнаружен рельеф без кластеров галлия. Пример 13. Подложку из арсенида галлия отжигают при температуре 770 С в течение 1 с. В результате на подложке обнаружены кластеры галлия с плотностью 107 см-2 и размером 200 нм. Пример 14. Подложу из арсенида галлия отжигают при температуре 1000 С в течение 0,3 с. В результате на подложке обнаружены кластеры галлия с плотностью 2108 см-2 и размером 120 нм. Пример 15. Подложку из арсенида галлия отжигают при температуре 1100 С в течение 1 с. В результате на подложке обнаружен сплошной слой галлия. В приведенных примерах из всего класса полупроводниковых соединений А 3 В 5 в качестве подложек были выбраны арсенид индия, фосфид индия и арсенид галлия. Таким же образом ведут себя при отжиге и другие соединения этого класса,отличаясь друг от друга температурой плавления и температурой конгруэнтного испарения, которая возрастает с ростом температуры плавления соединения. Так для фосфида галлия конгруэнтная температура равна 680 С, для арсенида галлия 660 С, арсенида индия -520 С, для фосфида индия 365 С (, // ,1997 с.125). Примеры 1-8 относятся к арсениду индия, 9-11 к фосфиду индия и 12-15 - к арсениду галлия. Приведенные примеры показывают 1.возможность формирования кластеров металлагруппы в широком интервале поверхностной плотности и размера 2.возможность формирования кластеров металлагруппы в только при температурах выше температуры конгруэнтного испарения (в примерах 5 и 12 кластеры металла не были сформированы, т.к. температура отжига была ниже конгруэнтной температуры испарения Из примеров также видно, что формирование массивов кластеров металлагруппы при высоких температурах требует снижения времени отжига. Так в примерах 7, 11 и 15 это время были слишком большим. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения кластеров металлагруппы на подложке полупроводникового соединения 35, отличающийся тем, что кластеры металла получают разложением поверхности подложки при температуре выше температуры конгруэнтного испарения полупроводникового соединения и ниже его температуры плавления за время от 0,001 до 1000 с. Верстка Косалиева Б. Корректор Мадеева П.А.

МПК / Метки

МПК: H01L 21/208

Метки: кластеров, группы, полупроводникового, способ, металла, подложке, получения, соединения

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/4-ip25347-sposob-polucheniya-klasterov-metalla-iii-gruppy-na-podlozhke-poluprovodnikovogo-soedineniya-a-3-v-5.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ получения кластеров металла III группы на подложке полупроводникового соединения А 3 В 5</a>

Похожие патенты