Анотація до роботи:

Джаган В.М. Комбінаційне розсіювання світла у структурах з тонкими SіGе шарами та самоіндукованими SіGе наноострівцями. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України. – Київ, 2004.

В дисертації викладено результати комплексного дослідження оптичних та структурних властивостей структур з тонкими кремній-германієвими шарами та самоіндукованими наноострівцями.

За допомогою спектроскопії КРС встановлено розподіл механічних напружень в шарах GeSi, отриманих різними методами. Досліджено вплив додаткових обробок та легування вуглецем на релаксацію напружень в Si/SiGe-гетероструктурах.

Використовуючи атомну силову мікроскопію, встановлено залежність об’єму, форми та поверхневої щільності самоіндукованих SiGe наноострівців від товщини епітаксійного германієвого шару та температури кремнієвої підкладки під час епітаксії. Підтверджено зв’язок бімодального розподілу острівців за розмірами з двома їх можливими рівноважними формами. Показано, що за рахунок дифузії атомів Si з кремнієвої підкладки під час росту острівці набувають змішаного GeSi складу і цей процес значно посилюється зі збільшенням температури росту. Теоретичний аналіз росту напружених SiGe наноострівців на кремнії показав, що при фіксованих температурі, концентрації Si в острівцях і часі росту має існувати граничне відношення висоти до латеральних розмірів, що визначає форму острівців. Збільшення вмісту кремнію в наноострівцях після зарощення їх Si не призводить до більшої їх релаксації, через відсутність вільної поверхні. Вирощування германієвих острівців на буферному шарі SiGe призводить до формування острівців виключно пірамідальної форми з максимально можливою щільністю.

Встановлено, що серія низькочастотних смуг в спектрі КРС надграток з наноострівцями зумовлена саме наноострівцями, а не змочувальними шарами між ними.

В дисертаційній роботі викладені результати комплексного дослідження оптичних та структурних властивостей тонких кремній-германієвих шарів та зразків з самоіндукованими наноострівцями. Основні результати дисертації, висновки та практична цінність роботи полягають в наступному:

1. Методом спектроскопії КРС показано, що для прихованих у кремнії Si_1-xGe_x-шарів товщиною ~50 нм, сформованих імплантацією іонів Ge⁺ в кремнієву пластину з наступним високотемпературним відпалом, реалізуються значні механічні напруження стиску, які за рахунок пружної взаємодії зумовлюють ефект розтягу прилеглих тонких шарів кремнію. Встановлено, що легування атомами вуглецю Si_1-xGe_x-шарів в процесі їх вирощування методом епітаксії на Si-підкладці значно зменшує напруження стиску в цих шарах, хоча повної релаксації не відбувається.

2. Встановлено, що обробка у низькотемпературній водневій ВЧ-плазмі призводить до часткової релаксації механічних напружень в Si/SiGe/SiGe:С гетероструктурах і, на відміну від термічних обробок, не погіршує якість інтерфейсів між шарами.

3. Використовуючи АСМ, встановлено, що об’єм, форма та поверхнева щільність самоіндукованих SiGe наноострівців суттєво залежить від товщини епітаксійного германієвого шару та температури кремнієвої підкладки під час епітаксії. Підтверджено зв’язок бімодального розподілу острівців за розмірами з двома їх можливими рівноважними формами: пірамідами та куполами. Показано, що при досить високій температурі росту (700^оС) на Si (100) можна отримати високу щільність острівців змішаного SiGe складу з вузьким розподілом за розмірами.

4. За допомогою спектроскопії КРС показано, що за рахунок дифузії атомів Si з кремнієвої підкладки Ge острівці набувають змішаного кремній-германієвого складу і цей процес значно посилюється зі збільшенням температури росту. Як наслідок, значно розширюється температурна область стабільності пірамід, і при температурі осадження 750^оС перехід острівців пірамідальної форми у куполоподібну не відбувається.

5. Теоретичний аналіз росту напружених SiGe наноострівців на кремнієвому буфері показав, що підвищення температури росту складним чином впливає на співвідношення між поверхневими й об'ємними фізичними характеристиками острівців, так що при фіксованих температурі, концентрації Si в острівцях і часі росту має існувати граничне відношення висоти до латеральних розмірів, що визначає форму острівців.

6. Встановлено, що серія низькочастотних смуг в спектрі КРС надграток з наноострівцями пов’язана саме з фононними модами в наноострівцях, а не в змочувальних шарах між ними. Поява таких смуг для структур з лише кількома шарами свідчить про резонансне підсилення сигналу КРС завдяки наявності в острівцях прямих міжзонних переходів з енергіями близькими до енергії збуджуючого випромінювання.