Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи
Антонова Ирина Вениаминовна
окализованные состояния в гетеросистемах на основе кремния, сформированные в деформационных полях
01.04.10 УФизика полупроводниковФ
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Новосибирск 2009
Работа выполнена в Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
Научный консультант:
член - корреспондент РАН, профессор А.В.Двуреченский
Официальные оппоненты:
доктор физико-математических наук В.А.Гриценко доктор физико-математических наук, профессор В.Н.Брудный доктор физико-математических наук, профессор Д.И.Тетельбаум
Ведущая организация: Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, г. Черноголовка
Защита состоится л27 октября 2009 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.003.037.01 при Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН по адресу:
630090, Новосибирск, пр. академика Лаврентьева,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики полупроводников СО РАН Автореферат разослан л__ ______ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, доцент А.Г. Погосов
Актуальность темы Кремний является базовым материалом современной микроэлектроники. Развитие нанотехнологий сместило интерес от объемного материала к многослойным гетероструктурам на основе кремния. Наибольшее развитие получили такие типы гетеросистем, как структуры кремний-на-изоляторе (КНИ), структуры с квантовыми ямами SiGe и диэлектрические слои с нанокристаллами кремния (nс-Si/SiO2). Исходно структуры КНИ возникли как материал для радиационно-стойких схем, а в дальнейшем они стали использоваться для увеличения рабочей частоты приборов, расширения интервала рабочих температур, уменьшения энергопотребления и др. [1]. Использование структур КНИ обеспечило настоящий прорыв в развитии наноэлектроники, создавая возможности реально производить транзисторы и схемы с длиной канала ~ 20 нм и менее [2]. Высокая подвижность носителей в напряженных слоях SiGe и возможность получать стимулированное излучение в терагерцовом диапазон частот электромагнитных волн обеспечила гетероструктурам SiGe/Si важное место в современной электронике [3] и кремниевой оптоэлектронике [4]. Слои nс-Si/SiO2 рассматриваются как перспективный материал для разработки элементов памяти [5], светоизлучающих систем на основе кремния [6] и одноэлектронных приборов, работающих при комнатной температуре [7].
Известно, что величина механических напряжений вблизи крупных структурных нарушений и гетерограниц может достигать величин порядка 1-2 ГПа [8]. Очевидно, что деформационные поля во многом определяют структурные, оптические и электрические свойства любых гетеросистем. Однако даже для объемных материалов (и, в частности, для кремния) существуют в основном только теоретические представления об изменении конфигураций дефектов, концентраций их комплексов, диффузионных параметров и других характеристик материала в деформационных полях. Экспериментальные данные, в основном, относятся к области механических напряжений более 10 ГПа, где в кремнии наблюдаются фазовые переходы. В гетероструктурах высокие механические напряжения, возникающие из-за разности в постоянных решетки разных слоев или температурных коэффициентов расширения, принимаются во внимание при объяснении тех или иных явлений. Однако реальное использование деформационных полей для управления свойствами гетероструктур гораздо более слабое по сравнению с теми возможностями, которые оно способно обеспечить. Примером немногочисленных использований деформаций, появившихся в последнее время, является применение напряженных слоев Si и SiGe для увеличения подвижности носителей или создания инверсной заселенности в лазерных структурах [2-4]. Использование напряженных слоев позволило также создать новый класс трехмерных наноструктур со строго контролируемыми размерами и формой - нанотрубки и гофрированные пленки [9]. Экспериментальное исследование эффектов, связанных с механическими напряжениями в объемном материале и гетеросистемах, поиск путей их использования для оптимизации параметров гетероструктур или их применения, являются актуальной задачей современного материаловедения.
При изучении влияния внешних и внутренних деформаций на свойства гетероструктур нужно учитывать их особенности, связанные с технологиями создания.
Использование ионной имплантации привело к развитию целого ряда технологических процессов, направленных на создание гетероструктур. Так, основные методы создания структур КНИ основаны на использовании радиационных технологий. КНИ создают имплантацией высоких доз кислорода и азота с последующим отжигом: SIMOX (Silicon IMplanted by OXygen) [10] и SIMON (Silicon IMplanted by Oxygen and Nitrogen), содержащие оксинитрид в качестве скрытого диэлектрического слоя [11]. Второй способ создания КНИ основан на технологиях сращивания материалов [12] и водородного расслоения (технология Smart Cut [13] и оригинальная технология, разработанная в ИФП СО РАН [14]), и использует имплантацию высокой дозы водорода. Имплантация высоких доз ионов сопровождается введением большого количества дефектов [15], которые во многом определяют процессы формирования и свойства полученных структур, а полное устранение дефектов до сих пор является актуальной задачей. При создании слоев SiO2 с нанокристаллами также применяют ионную имплантацию. В структурах Si/SiGe/Si, используемых для разработки различных электронных и оптоэлектронных приборов, исследование электрически активных центров и взаимодействия дефектов с напряженными слоями SiGe также представляет интерес. А модификация нанокристаллов в слоях nс-Si/SiO2 путем облучения ионами высоких энергий предлагается как перспективный путь получения слоев с необычными свойствами. Таким образом, применение радиационных технологий делает актуальной задачу изучения закономерностей процессов, протекающих с участием примесей и дефектов в гетероструктурах, с учетом сильных и пространственно неоднородных внешних и внутренних деформационных полей.
Субмикронные толщины слоев кремния резко ограничивают возможности применения стандартных методик для диагностики структур КНИ, Si/SiGe/Si и прочих гетеросистем. Поэтому важной и актуальной задачей работы являлась адаптация существующих методов для исследования субмикронных слоев гетероструктур и разработка подходов для диагностики таких структур.
Настоящая работа направлена на исследование электронных свойств и условий введения примесно - дефектных центров, определение электронных спектров состояний на гетерограницах, спектров уровней квантовых точек и квантовых ям в нанометровых слоях гетеросистем в присутствии пространственно неоднородных деформационных полей и в условиях гидростатического давления. Работа включала исследование структур кремний-на-изоляторе, созданных разными методами, и гетеросистем на основе кремния с квантовыми ямами и квантовыми точками (квантовые ямы SiGe в структурах Si/SiGe/Si и квантовые точки Si в матрице SiO2, nс-Si/SiO2). Особое внимание было уделено поиску новых подходов и технологических процессов, способных направленно модифицировать гетеросистемы на основе кремния. Впервые для модификации гетеросистем были использованы термообработки при гидростатическом давлении до 1.5 ГПа.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- определение закономерностей введения и природы примесно-дефектных центров в кремнии и гетеросистемах на основе кремния, созданных с использованием термообработок при высоком гидростатическом давлении;
- исследование процессов диффузии и геттерирования примесей и дефектов в деформационных полях многослойных гетеросистем;
- изучение электронных свойств гетеросистем, формирующихся в условиях анизотропных температурных и деформационных полей;
- поиск и изучение новых технологических процессов с использованием термообработок при высоком гидростатическом давлении, способных направленно модифицировать гетеросистемы на основе кремния;
- изучение локализованных состояний, возникающих при релаксации механических напряжений на границе Si/SiO2, созданной по технологии сращивания;
- поиск и разработка технологических приемов для пассивации поверхности и экспериментального исследования электронных свойств наноструктур и гетеросистем с нанометровыми слоями;
- разработка научно обоснованных технологических рекомендаций по изготовлению гетеросистем на основе кремния и управлению их свойствами.
Объекты и методы исследования В качестве основных объектов исследования использовались (а) структуры кремний-на-изоляторе, полученные методом сращивания и водородного расслоения, или имплантацией ионов O или N с последующим отжигом при атмосферном и повышенном давлении, (б) селективно легированные структуры Si/SiGe с псевдоморфными квантовыми ямами SiGe, выращенные методом молекулярноЦлучевой эпитаксии, (с) нанокомпозитные слои SiO2 с нанокристаллами кремния, nс-Si/SiO2. Для сравнения использовались монокристаллы кремния, и структуры МДП, подвергнутые облучению частицами высоких энергий и/или термообработкам в условиях атмосферного или высокого гидростатического давления.
Образцы кремния, и гетеросистемы для разных целей облучались электронами (2 - 2.5 МэВ), имплантировались ионами средних энергий (H, B, Р, He, N, О с энергиями 30 - 200 КэВ) и ионами высоких энергий (N, B, Ar, Kr, Xe, Bi, с энергиями 12 - 710 МэВ).
Термообработки исследуемых кристаллов проводились при атмосферном (105 Па) и высоком (до 1.5ГПа) гидростатическом давлении в атмосфере аргона. Структуры со слоями наноразмерной толщины для электрических измерений пассивировались путем нанесения на поверхность органического монослойного покрытия.
Для исследований использовались электрофизические методики (измерение вольтфарадных и вольтЦамперных характеристик, проводимости и эффекта Холла и их температурных зависимостей), емкостная и зарядовая спектроскопии глубоких уровней (DLTS). Как дополнительные методы применялись ИКЦспектроскопия, массспектроскопия вторичных ионов, оптическая и электронная микроскопия, высокоразрешающая дифракция рентгеновских лучей, спектральная эллипсометрия и атомно-силовая микроскопия.
Научная новизна работы Установлены основные закономерности введения, электронные свойства и атомные конфигурации активных центров и дефектов в кремнии и гетеросистемах на основе кремния, возникающие в результате использования высокого гидростатического давления (~1-1.5 ГПа) во время отжига.
- Экспериментально обнаружено существенное увеличение равновесной концентрации вакансий на 3-4 порядка при отжиге под давлением. Обнаружены новые мелкие донорные и акцепторные центры, определяющие проводимость отсеченного слоя кремния структур КНИ, созданных разными методами. Предложена модель этих центров и продемонстрирована их связь с деформациями, присутствующими в гетероструктурах.
Показана возможность управлять концентрацией этих центров путем использования давления при термообработках структур.
- Экспериментально установлено, что использование давления во время отжига гетероструктур позволяет управлять типом геттерируемых дефектов и эффективностью геттерирования. Показана возможность очищать от дефектов отсеченный слой кремния в структурах КНИ, созданных имплантацией кислорода или азота. Найдены режимы (величины давлений и температур), позволяющие удалять радиационные дефекты из отсеченного слоя кремния за счет их перемещения в скрытый диэлектрик. Установлено, что при отжиге структур КНИ под давлением величина заряда в скрытом диэлектрике практически не меняется при накоплении в нем междоузельных атомов, тогда как геттерирование вакансий увеличивает этот заряд на 1-2 порядка. Показано, что геттерирование вакансий, введенных имплантацией или отжигом под давлением в напряженные слои SiGe гетероструктур, определяет релаксацию деформаций в них и способствует формированию преципитатов в слое SiGe.
- Обнаружено уменьшение энергии активации диффузии кислорода и предэкспоненциального множителя под давлением, приводящие к уменьшению коэффициента диффузии кислорода при высоких температурах и его увеличению при низких температурах. Обнаружены аналогичные изменения коэффициентов диффузии ряда других примесей (H, N, Ge). Установлена связь изменения диффузионных параметров с изменением устойчивых конфигураций дефектов и их комплексов в решетке кремния под давлением. Выявлено уменьшение размеров и увеличение концентрации примесно-дефектных кластеров в случае формирования их при отжиге под давлением, а также увеличение температурной стабильности примесно-дефектных комплексов.
Определены характерные времена перехода от скоплений кислорода к кислородным преципитатам (включениям фазы SiOx) и зависимости этих времен от условий термообработок и примесно-дефектного состава кристалла. В результате использования давления время появления кислородных преципитатов уменьшается, их концентрация увеличивается, а размер уменьшается.
- Продемонстрирована возможность химической и электрической пассивации (снижение заряда на 1-2 порядка) поверхности кремния, германия и эпитаксиальных слоев SiGe с помощью нанесения органического монослоя. Увеличение заселенности квантовой ямы и проводимости приповерхностных слоев, возникающие в результате пассивации, позволили экспериментально проследить изменение спектра энергетических уровней в квантовых ямах структур в зависимости от величины деформаций в слое SiGe.
- Обнаружено, что при формировании границы Si/SiO2 методом сращивания имеет место значительная (в 30 раз) релаксация деформаций на границе при высокотемпературных отжигах. Установлено, что в результате наблюдается необычный спектр состояний на границе Si/SiO2, созданной сращиванием. Предложена модель релаксации напряжений, возникающих при отжиге структур в процессе их изготовления, предполагающая введение крупных структурных дефектов, локализованных в плоскости сращивания, с которыми и связаны наблюдаемые состояния на гетерогранице.
Обнаружено возникновение упорядоченного массива нанокристаллов кремния с одинаковой ориентацией атомных плоскостей в результате облучения слоев SiO2, содержащих случайно распределенные нанокристаллы или избыточный кремний, низкими дозами ионов высоких энергий. Трансформация нанокристаллов и их распределения является результатом сочетания таких факторов, как высокая температура и анизотропные напряжения, возникающие вдоль треков ионов при облучении. Обнаружено существенное изменение электрических и оптических свойств ансамбля нанокристаллов, модифицированных облучением.
Научная и практическая значимость работы В результате исследований электронных свойств и условий введения активных центров, определения электронного спектра состояний на гетерограницах, спектра уровней квантовых точек и квантовых ям в нанометровых слоях гетеросистем в присутствии пространственно неоднородных деформационных полей и в условиях гидростатического давления установлены закономерности процессов, определяющих электронные свойства гетеросистем на основе кремния. Найден и разработан ряд новых подходов и технологических процессов для оптимизации и модификации гетеросистем на основе кремния. Найдены пути создания новых наноструктурированных гетеросистем, обладающих уникальными электронными свойствами, которые не могут быть получены с помощью других известных технологий. Выполненный комплекс исследований позволил установить общую картину протекающих процессов и дать рекомендации для решения ряда прикладных задач.
Показано существенное отличие процессов образования и эволюции и распределения дефектов и их комплексов при отжигах кремния и гетероструктур под давлением, проявляющееся в изменении их концентраций, размеров, конфигураций и диффузионных параметров. Предложена модификация технологических процессов изготовления структур КНИ с использованием имплантации ионов кислорода или азота, направленная на снижение дефектности отсеченного слоя кремния в пластинах КНИ и заключающаяся в использовании при отжиге давления порядка 1 ГПа. Показано, что использование гидростатического давления позволяет решить ряд проблем в создании структур КНИ со скрытым нитридом: уменьшить рельеф гетерограницы кремния с нитридом, снизить дефектность отсеченного слоя кремния и избежать разрушения отсеченного слой кремния из-за его отслаивания. Показана возможность регулировать с помощью давления проводимость отсеченного слоя кремния. Предложено использовать отжиг под давлением для усиления эффективности действия внутренних геттеров (кислородных преципитатов) в кремнии.
Установлено, что большой положительный заряда на поверхности кремния, германия и гетероструктур Si/SiGe с квантовыми ямами или квантовыми точками, может быть уменьшен на 1-2 порядка с помощью монослойного органического покрытия 1октадецена, существенно увеличивая проводимость приповерхностных слоев и заполнение квантовых ям или точек. Показано, что такое покрытие обеспечивает не только электрическую пассивацию, но и химическую стабильность поверхности гетеросистем. Оно обладает высокими изолирующими характеристиками (напряжение пробоя 7-10 В при толщине 2 нм) и позволяет при напылении металла создавать МДП структуры.
Предложен способ создания вертикально упорядоченного ансамбля нанокристаллов в слоях SiO2, основанный на облучении ионами высоких энергий. В результате такого воздействия изменяются морфология, концентрация и распределение нанокристаллов кремния и ориентация их атомных плоскостей и значительно меняются структурные, оптические и электрические свойства ансамбля нанокристаллов.
Определены режимы облучения, после которых возрастает фотолюминесценция слоев, возрастает заряд, захватываемый на нанокристаллы, и значительно увеличивается перколяционная проводимость вдоль вертикальных цепочек нанокристаллов.
Найденные способы решения ряда технологических проблем оформлены в виде четырех российских и двух польских патентов.
Положения, выносимые на защиту 1. Гидростатическое сжатие ~1 ГПа, используемое при отжиге кремния и гетероструктур на его основе, является методом контролируемого изменения конфигураций, диффузионных параметров и концентраций дефектов и их комплексов.
2. Давление во время отжига гетероструктур позволяет управлять типом аккумулируемых дефектов и эффективностью их геттерирования. В результате зону локализации дефектов можно переместить из одного слоя гетероструктуры в другой.
3. Проводимость слоев гетероструктур, созданных с использованием имплантации, определяется введением комплексов радиационных дефектов с мелкими уровнями донорного или акцепторного типа. Варьирование дозы имплантации и давления при их отжиге позволяет регулировать тип и концентрацию преобладающих центров.
4. На границе Si/SiO2, созданной сращиванием, за счет релаксации напряжений формируются структурные дефекты с относительно узким энергетическим спектром состояний, характерные только для данного способа создания границы.
5. Монослой 1-октадецена толщиной 2 нм, образующий химическую связь с поверхностью кремния, германия или гетероструктур Si/SiGe/Si, обеспечивает электрическую пассивацию, стабилизацию поверхности, является изолятором, может быть использован для создания МДП структур и исследования локализованных состояний в нанометровых слоях.
6. При формировании кремниевых нанокристаллов в слоях SiOх в условиях анизотропных температурных и деформационных полей, возникающих в треках ионов высоких энергий, можно создавать необычную по оптическим и электрическим свойствам систему пространственно упорядоченных нанокристаллов с одинаковой ориентацией атомных плоскостей.
Апробация работы Основные результаты работы изложены в 78 публикациях. Результаты работы докладывались и обсуждались на многочисленных российских и международных конференциях: Международная конференция по прикладной кристаллографии (Польша, 1994, 1997 гг); Международная конференция электрохимического общества (Париж, Франция 1997 и 2003 гг Канкун, Мексика 2006 г); -Международная конференция по распознаванию дефектов, DRIP (Темплин, Германия, 1997 г, Римини, Италия, 2001 г);
Международная конференции по физике тяжелых ионов (Дубна, 1997); Международная конференция по высокоэнергетичным и тяжелым ионам в материалах, SHIM (Берлин, Германия, 1998 г); Международная конференция по высокому давлению в физике полупроводников, HPSP (Салоники, Греция, 1998 г, Барселона, Испания, 2006 г);
Международная конференция материаловедческого общества, MRS (Бостон, США, 19г); Международная конференция по физике и химии наноструктур (Минск, 1999 г);
Международная конференция по диэлектрикам в полупроводниковой технологии (Германия, 1999 г); Российская конференция по фазовым превращениям при высоких давлениях (Черноголовка 2000 г); Международные конференции по технологии ионной имплантации, IIT (Катания, Италия, 1994 г, Остин, США, 1996 г, Австрия, 2000 г);
Международная конференция по выращиванию, характеризации и применению твердотельных кристаллов (Закопане, Польша, 2000 г); Международные конференции по КНИ структурам, NATO ARW, (Киев, 1998, 2000, 2004 гг); Российская конференция Нанофотоника (Нижний Новгород 2002 г); Международные конференции Европейского материаловедческого общества, E-MRS, (Страсбург, 1995, 1998, 1999, 2001, 2002 гг);
Международные конференции по геттерированию и дефектной инженерии в полупроводниках, GADEST, (Германия, 1999, 2003 гг, Италия 2001 г, Франция 2005 г);
Российская конференция по физике полупроводников (Новосибирск 2001 г); Российская конференция Кремний (Москва 1996, 1998, 2000, 2003, 2007, 2008 гг, Новосибирск 20г); Международная конференция по центрам с мелкими уровнями в полупроводниках (Варшава, Польша, 2002 г); Международная конференция по электронным материалам (Сиань, Китай, 2002, Чунцин, Китай, 2008); Международный симпозиум КНИ технологии и приборы (Париж, Франция 2003 г, Канада, Квебек, 2005).
ичный вклад автора Вклад автора заключается в определении цели, постановке задач, выборе способов решения и методов исследования, интерпретации полученных результатов и их анализе.
Все электрические измерения, их обработка и интерпретация были проведены либо лично автором, либо под его научным руководством. Результаты, полученные другими методами, и используемые для интерпретации результатов электрических измерений, были получены в сотрудничестве с сотрудниками разных институтов России, Польши, Германии, Испании, Израиля и Греции.
Основное содержание работы
Диссертация состоит из введения, семи глав и выводов.
Во введении сформулированы цели и основные задачи работы, обоснована актуальность тематики исследований, изложены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, и приведены защищаемые положения.
Глава 1. Примеси и дефекты в кремнии, отожженном при высоком гидростатическом давлении Механические напряжения всегда присутствуют в гетеросистемах и в значительной степени определяют процессы образования электрически активных центров и свойства гетероструктур в целом. В первой главе анализируется влияние внешнего гидростатического давления на диффузию кислорода и ряда других примесей, введение активных центров и примесно-дефектных кластеров в объемном кремнии и кремнии, облученном ионами средних и высоких энергий. Речь идет о давлениях до 1.5 ГПа, которые существенно ниже давлений фазовых переходов в кремнии. Интерес к влиянию такого давления на центры и дефекты в кремнии вызван тем, что именно такие величины механических напряжений возникают вблизи крупных структурных дефектов и гетерограниц. В Приложении к данной главе приводится метод определения параметров примесно-дефектных скоплений электрически активных центров [A1,A2], который был использован для исследования введения примесно дефектных кластеров при атмосферном и высоком давлении [A3 ЦA7].
Формирование кислородных преципитатов (КП), рассмотреное в главе, является начальной стадией создания слоя скрытого диэлектрика в структурах КНИ (SIMOX, SIMON). Кроме того, введение кислородных преципитатов в отсеченном слое кремния наблюдается при создании структур КНИ разными методами. Впервые проведено экспериментальное исследование начальных стадий формирования кислородных преципитатов, которое выявило отличие от существующих модельных представлений.
При температурах 600 - 800оС введение КП проходит стадию образования скоплений атомов междоузельного кислорода, имеющих структуру разветвленных цепочек, характеризующихся большим отношением поверхности к объему. С увеличением времени отжига идет накопление кислорода в этих локальных областях и при достижении некоторой критической концентрации кислорода происходит образование кислородных преципитатов (включений фазы SiOх). Обнаружено [A8-A10], что при отжиге под давлением ~ 1 ГПа при температурах 600оС формируются более мелкие кислородные преципитаты, но в большей концентрации. Предполагаемая причина - увеличение под давлением равновесной концентрации вакансий, которые являются центрами зарождения кислородных преципитатов. В интервале температур 600-900оС скопления атомов кислорода, предшествующие формированию фазы SiOх, становятся устойчивыми при длительных термообработках (чего не наблюдается без давления) и они сосуществуют с кислородными преципитатами.
Обнаружено, что кислородные преципитаты, сформированные при высоком давлении, характеризуются более высокими механическими напряжениями на границе преципитат/матрица [A22]. В то же время концентрация кислорода, ушедшего в кислородные преципитаты, не меняется с ростом давления. Причина роста механических напряжений на границе преципитатов - более эффективное геттерирование примесей из объема кремния в условиях высокого давления. Эффект определяется соотношением упругих констант кремния и окисла и увеличивается с ростом давления.
Использование гидростатического давления при отжигах имплантированного кремния приводило к высоким скоростям формирования термодоноров [A11-А13], когда за 2 часа в кремнии вводилась примерно такая же концентрация термодоноров, как в необлученном кристалле, отожженном при атмосферном давлении, за сотни часов.
Обнаружено введение при отжиге облученного кремния мелких акцепторных центров - термоакцепторов (450 -800оС) [A18-A23]. Предложена модель термоакцепторов, согласно которой они представляют собой относительно крупные вакансионные комплексы с варьируемым составом. Температурный интервал существования термоакцепторов возрастает при увеличении концентрации дефектов и давления, используемого при отжиге. В объемном кремнии термоакцепторы устойчивы до температур 600 - 800оС, а в отсеченном слое кремния структур КНИ, созданных имплантацией высоких доз кислорода или азота (глава 2), - до температур 1200оС. Показано, что предварительное облучение (в областях, где преобладают вакансионные дефекты) и отжиг под давлением приводят к эквивалентному результату: оба фактора увеличивают концентрацию введенных активных центров [A14-A17].
Исследование кинетики распада кислородных преципитатов при 1000 - 1300оС в зависимости от величины давления показало, что энергия активации диффузии кислорода Ea, так же как и предэкспоненциальный множитель Do, уменьшаются с ростом гидростатического давления (Ea уменьшалась от 2.53 до 0.62 эВ). В результате, коэффициент диффузии кислорода уменьшается при высоких температурах (Т > 600oC) и должен увеличиваться при низких (Т < 600oC) [A9, A10]. Этот экспериментальный факт нашел теоретическое объяснение в работах [16,17], где были проведены расчеты миграции кислорода в условиях гидростатического давления с использованием модели молекулярного кластера, состоящего из 17 атомов кремния с одним атомом кислорода в центре. Авторы получили, что энергия активации диффузии должна уменьшаться от 2.эВ для атмосферного давления до 1.92 эВ для давления 1 ГПа. Основная причина влияния давления - смещение стабильного положения атома кислорода в сторону от связи атомов кремния, что уменьшает взаимодействие кислорода с решеткой и сопровождается более эффективным использованием междоузельного объема решетки.
Из термодинамических расчетов [18] следует, что при термообработке под давлением концентрация вакансий в кремнии должна возрастать, из-за уменьшения ее энергии введения, а концентрация междоузельных атомов уменьшаться. Но равновесные концентрации вакансий при атмосферном давлении слишком низки, чтобы заметным образом влиять на формирование различных центров, и влияние давления не должно было быть сильным. Для выяснения причин сильных эффектов, вызываемых давлением, проведено исследование изменений дефектной структуры кремния, отожженного при высоком давлении [A23-A24]. Для выявления дефектов с мелкими уровнями использовалось декорирование дополнительно введенными радиационными дефектами (облучение нейтронами дозой 1х1017 см-3 и отжиг при 400оС). Установлено, что в кристаллах кремния, отожженных при температурах 900 - 1100оС при давлении 1.2 ГПа, наряду с кислородными преципитатами и дислокационными петлями формируются относительно мелкие дефекты вакансионного типа. Введение дополнительных относительно мелких дефектов в кремнии согласуется с другими эффектами, вызванными давлением, и позволяет утверждать, что концентрация равновесных вакансий возрастает при использовании давления ~1 ГПа не на несколько процентов, как предсказывается теорией [19, 20], а на несколько порядков.
Исследована дефектная структура кремния, имплантированного водородом (дозы 1016 - 6х1016 см-2)и кислородом (дозы 1015 - 1016 см-2) и отожженного при атмосферном и высоком гидростатическом давлении [A25-A28]. Обнаружено, что отжиг кремния, имплантированного водородом, при высоком давлении приводит к формированию более мелких структурных нарушений. Образование крупных микротрещин и блистеров подавляется. В кремнии, имплантированном кислородом, использование гидростатического давления при отжиге приводит к резкому снижению плотности дислокаций благодаря геттерированию дефектов на кислородные преципитаты, которые образуются в имплантированной области. Эффект наблюдается при температурах существенно более низких (1000-1200оС), чем те, что обычно используют для устранения дефектов при создании структур КНИ методом SIMOX (1350оС).
В Приложении 1 к главе 1 дано теоретическое обоснование метода исследования скоплений электрически активных примесей или дефектов и определению параметров этих скоплений, основанному на DLTS измерениях [A1, A2]. Показано, что если центры образуют скопления, то с изменением температуры Т меняется концентрация заряженных глубоких уровней N-ГУ. Измерение зависимости N-ГУ(T) дает возможность рассчитывать параметры, характеризующие скопления примесей (дефектов), такие как характерный размер скопления и число центров в одном скоплении.
Глава 2. Структуры КНИ, сформированные при гидростатическом давлением в имплантированном кремнии В главе анализируется влияние высокого гидростатического давления на формирование структур КНИ (Si/SiO2/Si и Si/SiNх/Si) в кремнии, имплантированном ионами кислорода или азота [A29-A35]. Данные исследования были стимулированы результатами, приведенными в главе 1, когда отжиг под давлением кремния, имплантированного высокими дозами О и N, приводил к резкому снижению количества дефектов в кремнии за счет их геттерирования на границу кислородных преципитатов.
Структуры КНИ были получены имплантацией кислорода (энергии 170 - 200 кэВ, дозы 1х1017 - 2х1018 см-2) или азота (энергии - 130 - 160 кэВ, дозы 1х1016 - 1х1018 см-2) после отжига при атмосферном и высоком (до 1.5 ГПа) давлениях. Выявление структурных дефектов и диагностика КНИ электрическими методами были проведены в зависимости от режимов имплантации и давления, использованного при отжиге.
Установлено, что в структурах Si/SiO2/Si отжиг под давлением ~ 1.0 - 1.5 ГПа позволяет очистить отсеченный слой кремния от радиационных дефектов (рис.1) даже при невысоких температурах (начиная с ~1000оС) за счет геттерирования дефектов междоузельного типа в диэлектрик. Следствием геттерирования является формирование относительно толстого (до нескольких десятков нанометров) переходного слоя на гетерогранице Si/SiO2, содержащего большое количество междоузельных дефектов, и возрастание тока через скрытый диэлектрик. Накопление дефектов в скрытом диэлектрике и расширение переходного слоя проявляется при емкостных измерениях в уменьшении эффективной толщины скрытого диэлектрика.
Рис.1. TEM изображения структур КНИ, созданных имплантацией ионов кислорода (F = 6x1017 см-2, 170 кэВ) и отожженного при 1300оС в течение 5 ч при атмосферном давлении (слева) и давлении 1.2 ГПа (справа).
В структурах КНИ, созданных имплантацией азота, также наблюдается свободный от дефектов отсеченный слой кремния, увеличение токов утечки через нитрид и уменьшение пробивного напряжения с ростом давления, использованного при отжиге. Но, как показывают данные микроскопии, в SiNх переходной слой с высокой концентрацией междоузельных дефектов не наблюдается. Соотношение упругих констант нитрида и кремния таково, что на гетерогранице Si/SiNх во время отжига под давлением, наблюдается рост механических напряжений. В результате в нитрид должны геттерироваться вакансии, а междоузельные атомы оттесняются на поверхность.
Использование давления при отжиге структур со скрытым нитридом приводит еще к двум эффектам - к увеличению толщины нитрида и формированию более ровной гетерограницы Si/SiNх. Причина заключается в том, что давление является необходимым условием для эффективного протекания химической реакции между кремнием и азотом - давление снижает барьер реакции кремния с азотом, понижая тем самым температуру протекания реакции, и повышает степень реагирования кремния [21]. Рельеф гетерограницы при достаточно высоких температурах отжига связывают с формированием отдельных зерен нитрида. Использование давления приводит к уменьшению размера зерен и рельефа гетерограницы. Давление позволяет решить еще одну проблему структур КНИ со скрытым нитридом - оно полностью подавляет формирование дефектов, связанных с разрушением отсеченного слоя кремния. Такие дефекты, как известно, являются одной из проблем для КНИ со скрытым нитридом [22].
Обнаружено, что геттерирование междоузельных дефектов в SiO2 не сопровождается существенным ростом заряда в скрытом диэлектрике и плотности состояний на гетерогранице структур КНИ, отожженных при высоком давлении (рис.2) [A32, A34]. Так, фиксированный заряд в окисле на границе отсеченный слой кремния / окисел составляет ~ 1x1012 см-2 независимо от использованного давления. А толщина переходного слоя, содержащего большое количество структурных дефектов, в случае отжига структур под давлением доходит до 70 нм, тогда как в случае отжига при атмосферном давлении она не превышает 3 нм. Получено также, что независимо от величины давления плотность состояний на гетерогранице Si/SiO2 составляет Dit ~ (68)x1011 cm-2.
1,8x1012 0,1,6x101,4x10-5,0x101,2x1012 Qf 10-4 ГПа Qs 1,0x10-1,0x1013 Qf Qs 8,0x101.2 ГПа 6,0x10-1,5x1013 Qf Qs 4,0x1010-4 10-3 10-2 10-1 100 800 900 1000 1100 12P, ГПа T, oC Рис.2. Заряды в диэлектрике на границе отсеченный слой кремния / окисел, Qf, и на границе скрытый окисел / подложка, Qs, в зависимости от давления и температуры отжига структур, имплантированных кислородом (слева) и азотом (справа). АР - атмосферное давление, НР Цдавление ~1.2 ГПа.
Из вольт-фарадных характеристик структур Si/SiNх/Si следует, что использование давления увеличивает заряд в скрытом диэлектрике на один - два порядка (рис.2), в зависимости от температуры отжига. Плотность состояний на гетерогранице также сильно варьируется в зависимости от величины давления и температуры - Dit ~ (4-20)x1011 cм-2.
Так как кремний находится в растянутом состоянии, а нитрид в сжатом, то в нитриде происходит накопление вакансий, способствующее частичному снятию напряжения.
Давление увеличивает и величину напряжений, и эффективность геттерирования. Таким -Q, см -Q, см образом, накопление вакансионных дефектов приводит к сильному росту величины заряда в диэлектрике. Нужно отметить, что накопление вакансий имеет место и в переходном слое обычного термического окисла, также приводя к росту заряда. Таким образом, геттерирование междоузельных атомов слабо влияет на заряд в диэлектрике, а геттерирование вакансий приводит к сильному росту заряда.
Глава 3. Дефекты и деформации в структурах кремнийЦнаЦизоляторе, созданных сращиванием Исследования, представленные в данной главе, проведены на структурах КНИ, полученных методом сращивания и водородного расслоения по технологии, разработанной в Институте физики полупроводников СО РАН [A35-А37].
Рассмотрены механические напряжения и дефекты в отсеченном слое кремния, такие как кислородные преципитаты и связанные с ними дислокационные петли [A38-A41]. В главе также анализируются общие закономерности изменения примесного и дефектного состава отсеченного слоя кремния, происходящие в процессе создания структур КНИ и при утончении отсеченного слоя [A43-A45].
Данная технология создания структур КНИ включает в себя следующие основные операции: (1) имплантация водорода в одну из пластин, (2) термическое окисление второй пластины - подложки (создание будущего скрытого диэлектрика), (3) соединение пластин и расслоение имплантированной пластины при средних температурах, (4) высокотемпературный отжиг (1100оС) для укрепления связей на границе сращивания, удаления водорода и дефектов. Особенностью структур являются (1) расположение границы сращивания между отсеченным слоем кремния и скрытым диэлектриком, т.е. в непосредственной близости от рабочего слоя структуры, и (2) отсутствие радиационных воздействий на будущий скрытый диэлектрик в процессе изготовления КНИ.
Анализ структурных дефектов на границе сращивания и в отсеченном слое кремния с момента сращивания и до финального высокотемпературного отжига КНИ был проведен методом высокоразрешающей дифракции рентгеновских лучей [A39-A40]. Деформация, определенная как относительное изменение постоянной решетки, в отсеченном слое кремния структуры КНИ, не прошедшей высокотемпературный отжиг, оказалась достаточно высокой ~ 0.5 0.02. Показано, что высокотемпературный отжиг значительно снижает механические напряжения в слое кремния (до ~ 0.02 0.02) и улучшает свойства границы сращивания. Данные электронной микроскопии говорят об отсутствии видимых дефектов и дислокаций в отсеченном слое кремния. При утончении слоя кремния методом окисления деформации в отсеченном слое кремния меняются немонотонным образом, проходя через максимум при толщине ~150 нм. Обнаружено, что следствием выбранных режимов изготовления структур КНИ является формирование высокой плотности HF дефектов (в нашем случае, кислородных преципитатов) до 103 - 104 см-2. В процессе создания структур КНИ с тонкими отсеченными слоями кремния путем окисления происходит резкое увеличение концентрации преципитатов до 106 см-2 по мере уменьшения толщины отсеченного слоя, что и приводит к увеличению деформации слоя.
Показано, что температурная стабильность кислородных преципитатов в отсеченном слое кремния снижается по сравнению с их стабильностью в объемном кремнии и зависит от атмосферы, в которой проводят термообработки. Исходя из полученных результатов, были предложены способы устранения преципитатов из отсеченного слоя кремния путем изменения режимов термообработок или проведения дополнительных термообработок [A36].
Общие закономерности изменения примесного и дефектного состава отсеченного слоя кремния и диэлектрика при проведении серии дополнительных окислений структур КНИ для утончения слоя кремния заключаются в следующем. (1) В процессе роста окисла происходит инжекция собственных междоузельных атомов, и их накопление в слое кремния по мере увеличения общего времени окисления. (2) Дополнительные термообработки скрытого диэлектрика сопровождаются образованием в окисле вакансий кислорода и уходом атомов кислорода в кремний [23]. Экспериментально это проявляется в росте заряда в скрытом диэлектрике и плотности кислородных преципитатов в отсеченном слое кремния. (3) Следствием образования кислородных преципитатов являются дополнительный рост концентрации собственных междоузельных атомов, формирование дислокационных петель и рост механических напряжений. Данные эффекты проявляются при толщинах отсеченного слоя кремния менее 150 нм. (4) В отсеченных слоях кремния происходит при окислении изменение концентрации легирующей примеси.
Как известно, фосфор оттесняется из растущего окисла в пленку кремния, тогда как бор наоборот уходит в окисел. В случае легирования отсеченного слоя методом имплантации, нужно учитывать дополнительное введение доноров (см. главу 4), которые сохраняются при окислении. Таким образом, тонкие слои кремния в структурах КНИ, полученные путем проведения серии последовательных окислений, будут содержать высокую концентрацию собственных междоузельных атомов, атомов кислорода и кислородных преципитатов, и отличные от исходных концентрации легирующей примесей и носителей заряда.
Глава 4. Электрически активные центры в отсеченном слое кремния структур КНИ: влияние деформаций и метода создания В главе анализируются условия введения и концентрации мелких донорных и акцепторных центров в отсеченном слое структур КНИ, созданных разными методами. Рассматриваются такие факторы изменения их концентрации как давление, использованное при отжиге, деформации, присутствующие в структуре, и доза ионов, имплантированных при создании структур [A43-A47]. Предлагается модель центров и проводится сравнение с электрически активными центрами, наблюдаемыми в объемном имплантированном кремнии.
Обнаружено, что в отсеченном слое кремния структур КНИ в процессе их создания методом сращивания и водородного расслоения формируются мелкие донорные центры с концентрацией 3х1015 - 1016 см-3. Показано, что концентрация доноров зависит от концентрации остаточного водорода, присутствующего в КНИ структуре после перенесения тонкого слоя на подложку. Концентрация водорода варьировалась путем проведения дополнительного отжига при 450оС. Предполагается, что влияние водорода обусловлено его стимулирующим действием на процессы диффузии дефектов и примесей и их комплексообразование. Доказано, что в формировании доноров принимают участие радиационные дефекты. Это следует из высокой концентрации доноров в случае использования высоких доз имплантации, из влияния режимов имплантации на концентрацию доноров, из отсутствия доноров в КНИ, изготовленных без использования имплантации, в которых утончение отсеченного слоя кремния осуществлялось шлифовкой и полировкой, и др. результатов. Показано, что донорные центры вводятся в отсеченном слое кремния и при последующем легировании методом ионной имплантации.
В отсеченном слое кремния структур КНИ, созданных имплантацией кислорода или азота, также формируются аналогичные донорные центры с мелкими уровнями. Они определяют проводимость слоя при низких и средних дозах имплантации (до доз DO+ ~ 1х1018 см-2 и DN+ ~ 6х1017 см-2). Их концентрация в таких структурах существенно выше и составляет 1017-1018 см-3. Таким образом, оказалось, что в случае, когда концентрация дефектов в отсеченном слое структур КНИ достаточно высока (при имплантации кислорода или азота концентрация первичных дефектов на 2-3 порядка выше за счет большей дозы и массы ионов), присутствие водорода для введения доноров уже не являлось обязательным. В случае имплантации еще более высоких доз ионов в отсеченном слое кремния появляются другие комплексы радиационных дефектов - мелкие акцепторы. Использование гидростатического давления при термообработках структур КНИ увеличивает концентрации электрически активных комплексов как донорного, так и акцепторного типов.
Были предприняты усилия по созданию условий введения электрически активных центров, наблюдаемых в структурах КНИ, при отжиге объемного имплантированного кремния, но они не принесли успеха, несмотря на варьирование в широких пределах типа ионов, их дозы и энергии. Единственным близким по свойствам комплексами являются термоакцепторы, которые представляют собой мультивакансионные комплексы, активируемые примесным или дефектным атомом. Нужно отметить, что существенные отличия результатов легирования гетероструктур по сравнению с объемным Si связаны с деформационными полями, влияющими на разделение пар Френкеля и увеличивающими концентрацию дефектов в слое.
Полученные данные позволяют предложить следующую модель активных центров, наблюдаемых в отсеченном слое кремния структур КНИ. Эти центры представляют собой вакансионный комплекс Vn-Х (n 4), причем именно компонент Х придает электрическую активность всему комплексу, и этот компонент может варьироваться.
Особенности изменения примесного и дефектного состава слоя кремния вблизи границы раздела Si/SiO2 и поверхности обеспечивают необходимый компонент Х для введения донорного центра. Предполагается, что компонент Х для доноров - это собственные междоузельные атомы кремния, концентрация которых существенно выше в отсеченном слое кремнии из-за присутствующих там деформаций. С изменением активирующего элемента донорный характер центра может меняться на акцепторный (термоакцепторы в КНИ и объемном имплантированном кремнии).
Глава 5. Локализованные состояния на границе Si/SiO2, созданной сращиванием кремния с окислом В главе предложена модель дефектов, формирующихся при релаксации механических напряжений (см. главу 3) на границе Si/SiO2, созданной сращиванием, и определяющих ее энергетический спектр состояний [A48-A58]. Состояния на границе сращивания (граница между отсеченным слоем кремния и диэлектриком) анализировались в сравнении с состояниями на другой границе в структуре КНИ между скрытым диэлектриком и подложкой, полученной обычным термическим окислением. В технологии структур КНИ, разработанной в ИФП, именно граница сращивания находится вблизи рабочего слоя структуры и значительно влияет на характеристики приборных структур, создаваемых в слое кремния.
Разработаны подходы для применения метода спектроскопии глубоких уровней (DLTS) при исследовании многослойных гетероструктур, анализа экспериментальных данных, позволяющие определять спектры состояний на разных границах Si/SiO2, и предложены способы расчета энергетического спектра состояний на гетерогранице. Их пременение для границы Si/SiO2, сформированной термическим окислением, дало обычное UЦобразное распределение состояний по энергиям.
Распределение состояний в верхней половине запрещенной зоны для границы Si/SiO2, полученной сращиванием, характеризуется относительно узкой полосой энергий в пределах от Ec - 0.17 до Ec-0.36 эВ с сечением захвата на уровни = 1x10-18 cм2 (рис. 3 и 4). Исследование спектра состояний вблизи середины запрещенной зоны кремния путем DLTS измерений со сканированием по временному окну при относительно высокой температуре подтвердило резкое уменьшение плотности состояний с энергиями более 0.эВ [A51]. Аналогичные спектры состояний, обнаруженные для структур КНИ созданных из кремния, выращенного методами Чохральского и зонной плавки (КНИ-АCz и КНИАFZ на рис.3), позволяют утверждать, что узкий спектр состояний не связан с присутствием в отсеченном слое кремния кислородных преципитатов [A52].
Необычный (узкий) энергетический спектр состояний на границе Si/SiO2 может быть связан с пассивацией водородом, который присутствует в высокой концентрации в структурах КНИ при их изготовлении благодаря имплантации водорода и гидрофилизации поверхности. Чтобы изучить влияние водорода на спектр состояний на гетерограницах, были созданы структуры КНИ с помощью той же технологии сращивания, но без использования водородного расслоения. Утончение отсеченного слоя кремния проводилось путем шлифовки и полировки одной из пластин кремния (структуры КНИ-В на рис.3) [A52]. Отсутствие эффектов пассивации подтверждается появлением в отсеченном слое кремния структур КНИ-В мелких акцепторов и ряда центров с глубокими уровнями (Ес-0.09, Ес-0.12, Ес-0.40, Ес-0.63). Их концентрация была максимальна у границы сращивания и уменьшалась по мере удаления от нее, что позволяет связать появление данных центров с неконтролируемыми примесями на границе сращивания. Плотность состояний на границе сращивания в структурах КНИ-В оказалась примерно на порядок выше, чем в КНИ-А, созданных с использованием технологии водородного расслоения, но спектры распределении состояний по энергиям оказались аналогичными (рис.3). Таким образом, показано, что относительно узкий спектр состояний не связан с их пассивацией водородом.
Рис.3. Распределения состояний КНИ-АFz на границе Si/SiO2, полученной КНИ-АCz 10 КНИ-B сращиванием, структур КНИ-А (Cz-Si и FZ-Si) и КНИ-В (Cz-Si).
КНИ-А созданы по технологии 10сращивания с использованием водородного расщепления, а КНИ-В - без водородного расщепления 10,1 0,2 0,3 0,Ec- E, эВ В целом, сравнение электрически активных центров, обнаруженных в структурах КНИ-А и КНИ-В, позволяет сделать вывод, что водород, присутствующий в высокой концентрации в структурах КНИ в процессе их изготовления, определяет свойства --it D, см эВ получаемых структур, несмотря на высокую температуру заключительного отжига (~ 1100оС). Получено, что водород пассивирует (1) мелкие акцепторные примеси, попадающие в отсеченный слой кремния со сращиваемой поверхности, (2) пассивирует другие электрически активные центры, также связанные с загрязнениями поверхностей перед сращиванием, и (3) уменьшает на порядок плотность поверхностных состояний на границе Si/SiO2, полученной сращиванием. Эффекты пассивации наблюдаются после высокотемпературного отжига благодаря его геттерированию на гетерограницы, и в напряженных слоях структур, удерживающих водород при отжиге.
В качестве еще одного теста для сравнения свойств границы сращивания с обычной термически созданной границей Si/SiO2 в структурах КНИ был использован отжиг в атмосфере водорода [A54-A56]. Обработка структур, содержащих термическую границу Si/SiO2, в атмосфере водорода при температурах Т < 600oC приводит, как известно, к пассивации поверхностных состояний и глубоких уровней в объемном кремнии. При температурах 700оС и выше можно наблюдать введение в окисел подвижного, связанного с водородом, положительного зарядаи генерацию состояний на границе раздела Si/SiO[24]. Как и ожидалось для границы Si/SiO2, в структуре КНИ, созданной термическим окислением, отжиг при 430-550оС в атмосфере водорода приводит к пассивации существенной части ловушек, в результате чего плотность ловушек уменьшалась с увеличением времени отжига (рис.5). На границе Si/SiO2, полученной сращиванием, обнаружена трансформация наблюдаемых состояний: полоса энергий состояний смещается от (0.17-0.36) эВ до (0.08Ц0.22) эВ ниже дна зоны проводимости (рис.4), сечение захвата на ловушки уменьшается примерно на порядок, а плотность ловушек несколько увеличивается с увеличением времени отжига (рис.5). Отжиг при Т 550оС приводит к генерации на границе сращивания дополнительных состояний, имеющих широкий спектр энергетических уровней в запрещенной зоне кремния. Таким образом, изменение спектра состояний на границе сращивания отличается от изменения спектра состояний на границе, созданной термическим окислением.
Исходя из данных DLTS измерений, проведена оценка флуктуаций заряда на границе сращивания между отсеченным слоем кремния и скрытым диэлектриком [A57].
Получено, что величина флуктуаций заряда превышает 1.5х1011 см-2 на фоне заряда ~5х1011 см-2. Показано, что флуктуации связаны с отрицательным зарядом на граничных состояниях, а не с флуктуациями положительного фиксированного заряда в окисле. Такая величина флуктуаций заряда на границе сращивания Si/SiO2, соответствует флуктуациям поверхностного потенциала на границе скрытого диэлектрика с отсеченным слоем кремния ~ 0.30 эВ.
10 исходный 430oC, 15 мин 430oC, 30 мин 430oC, 45 мин 101010,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,10 10 20 30 40 Ec- E, эВ t, мин Рис. 4. Распределения состояний на Рис. 5. Изменение плотности состояний на границе отсеченный слой кремния/ границе сращивания (1) и на термически скрытый диэлектрик структур КНИ до и созданной границе Si/SiO2 (2) в после отжига в атмосфере водорода при зависимости от времени отжига при температуре 430оС в течении 15 - 45 мин. температуре 430оС в атмосфере водорода.
Проведено исследование модификации состояний на границах Si/SiO2 при облучении электронами. Обнаружено, что в результате облучения энергия ловушек на границе Si/SiO2, полученной сращиванием, сдвигается в сторону меньших значений, при этом сечение захвата носителей уменьшается на порядок. Такая модификация состояний происходит уже при относительно низкой дозе ~105 рад (3х1013 см-2), и спектр состояний не меняется с ростом дозы облучения. Нужно отметить, что такая модификация состояний на границе сращивания полностью аналогична случаю отжига КНИ в атмосфере водорода (рис.4), что связано, скорее всего, с релаксацией границы сращивания под действием разных внешних факторов.
С помощью DLTS измерений обнаружено [A59, A60], что облучение структур КНИ ионами высоких энергий (245 МэВ Kr, F = 2.2x108 -1.4x109 см-2, D = 105 - 106 рад) приводит к введению в отсеченном слое кремния и в подложке стандартного набора радиационных дефектов. Но концентрации радиационных дефектов в отсеченном слое структур КНИ оказались существенно выше, чем в подложке, и с максимумом вблизи поверхности. Изменение скоростей формирования электрически активных центров вакансионного типа вызвано разделением компонентов пар Френкеля внутренними упругими полями, присутствующими в отсеченном слое кремния структур КНИ, и накоплением вакансионных дефектов вблизи поверхности и междоузельных дефектов вблизи границы с окислом.
На границе сращивания обнаружено отсутствие переходного слоя SiOx.
Утверждение основано на данных, полученных методами спектральной эллипсометрии и ---it D, см эВ N, см высокоразрешающей электронной микроскопии. Для термической границы Si/SiO2 в структурах КНИ те же методики демонстрировали переходной слой толщиной 2-3 нм.
На основании совокупности полученных экспериментальных данных предложена модель дефектов, формирующихся на границе сращивания кремния и окисла без переходного SiOx слоя. Предполагается, что при сопряжении решеток кремния и окисла формируются протяженные дефекты, лежащих в плоскости границы Si/SiO2, элементами которых являются Pb центры. Pb центры (Pb1, Pb0, трехкоординированный атом кремния с несвязанной электронной орбиталью) являются одним из наиболее известных дефектов для границы Si/SiO2. Этот дефект всегда, в большей или меньшей концентрации, присутствует на границе Si/SiO2. Согласно данным работ [25] уровень Pb центра расположен в верхней половине запрещенной зоны кремния около Ес - (0.27 - 0.32 эВ).
Именно протяженные дефекты, лежащие в плоскости Si/SiO2 границы, скорее всего, ответственны за относительно узкий спектр состояний, наблюдаемый на границе сращивания, их неоднородное распределение, необычное поведение при отжиге в водороде и другие особенности. Недавно получено экспериментальное подтверждение образования таких структурных дефектов на границе сращивания [26].
Как уже отмечалось выше, скрытый диэлектрик не подвергался имплантации ионами водорода в процессе изготовления структур КНИ по нашей технологии и это отличает его от других технологий, использующих водородное расслоение. В то же время, при термообработках структур КНИ в процессе их изготовления водород проникал в диэлектрик в высокой концентрации. При выдержке под напряжением пластин кремния с окислами, используемыми для изготовления КНИ, происходило накопление положительного заряда до величин ~ (1-2)х1012 см-2, что соответствует плотности присутствующих там ловушек. Аналогичные воздействия на скрытый окисел уже готовых структур КНИ (величина электрического поля варьировалась до 5.5х106 В/см), показал [А61], что в диэлектрике КНИ не наблюдается введение дополнительного положительного заряда. Отсутствие накопления положительного заряда в скрытом диэлектрике КНИ в электрическом поле является результатом пассивация ловушек благодаря их взаимодействию с водородом при изготовлении структур. В тоже время в окисле наблюдалось присутствие подвижного заряда и ловушек электронов, связанных с остаточным водородом в окисле. Закрепить подвижный водород в диэлектрике оказалось возможно путем дополнительной имплантации ионов водорода в область границы отсеченный слой кремния / скрытый диэлектрик готовой структуры КНИ с последующим высокотемпературным отжигом [A62,A63]. Такой прием позволял в случае использования достаточно большой дозы водорода (~1016 см-2) ввести в скрытом диэлектрике ловушки для электронов и этим стабилизировать величину заряда в диэлектрике при облучении.
Глава 6. Система электронных уровней квантовых ям SiGe и активные центры, в напряженных в структурах Si/SiGe/Si Целью исследований, представленных в шестой главе был анализ спектра уровней SiGe квантовой ямы в зависимости от величины упругих напряжений в слое SiGe. Для достижения этой цели были установлены основные факторы, определяющие заполнение квантовых ям SiGe, определены причины обеднения приповерхностных слоев, найден способ электрической пассивации поверхности органическим монослоем для обеспечения высокой концентрации дырок в яме и проведены измерения спектра уровней методом зарядовой спектроскопии Q-DLTS [A64-A66]. Рассмотрена также релаксация напряжений в слое SiGe при облучении или отжиге под давлением.
Для исследований были использованы тонкие (40нм/10-14нм для слоев Si/SiGe) селективно легированные гетероструктуры Si/SiGe/Si с низким уровнем легирования (фоновая концентрация дырок составляла ~2х1014 см-3, суммарная слоевая концентрация -слоев бора 2х1012 см-2). Гетероструктуры Si/SiGe/Si были получены молекулярнолучевой эпитаксией (400оС), толщина слоя SiGe составляла 10-14 нм, содержание германия варьировалось от 7 до 48%, количество квантовых ям - от одной до трех.
Структуры не содержали дислокаций и других протяженных дефектов. Показано, что величина положительного заряда на поверхности, оцененная из емкостных измерений, возрастает в пределах 1012 - 1013 см-2 с ростом содержания германия в SiGe слое от 7 до 25%. Поверхностный обедняющий изгиб зон при этом достигает ~0.3 - 0.35 эВ.
Предполагается, что заряд связан с ловушками на поверхности из-за сегрегации германия при росте структур. В результате яма SiGe оказывается практически пустой.
Гистерезисы на C-V и I-V характеристиках и наличие эффекта поля доказывают, что в области гетерограницы существуют центры с глубокими уровнями, заряд на которых наряду с зарядом на поверхности определяет заполнение квантовой ямы. Сечение захвата носителей на центры с глубокими уровнями, оцененное из зависимости слоевой концентрации носителей в яме от заряда протекающего через структуру, составило 3х10-см2 для 0.25% Ge и возрастало с ростом содержания германия в слое. Q-DLTS измерения показали, что энергия основного центра с глубоким уровнем, связанного предположительно с дефектами на гетерогранице, возрастает от Еv+0.17 до Еv+0.25 эВ с увеличением содержания германия в слое SiGe от 0.07 до 0.15. Плотность состояний составила 1011 - 1012 см-2.
Температурные зависимости тока (77 - 300 К) через вертикальные гетероструктуры Si/SiGe/Si с квантовыми ямами демонстрируют активационный характер I ~ exp(Ea/kT) с двумя различными энергиями активации при Т < 130 K и T > 160 K. При относительно высоких температурах основным механизмом переноса тока является термическая активация носителей из ямы, а наблюдаемое уменьшение энергии активации с ростом приложенного напряжения связано с уменьшение величины барьера благодаря изгибу зон.
Для более низких температур (Т < 130 K) протекание тока определяется сочетанием активации и туннелирования с уровней квантовой ямы. Факт, что наличие глубоких уровней не проявляется в температурных зависимостях тока, подтверждает, что глубокие центры локализованы в области гетерограницы, так как их сечение захвата носителей меньше сечения захвата носителей в квантовую яму.
Таким образом, благодаря положительному заряду на поверхности и захвату дырок на глубокие центры на гетерогранице Si/SiGe ямы оказывались практически пустыми. Для пассивации поверхности [A67] использовалось нанесение монослоя 1-октадецена толщиной 2 нм. Монослой обеспечивал химическую и временную стабильность состояния поверхности кремния, обладал высокими изоляционными свойствами с напряжением пробоя до 7-10 В и позволял при нанесении метала создавать структуры металл-диэлектрик-полупроводник. Нанесение пассивирующего покрытия (монослоя 1октадецена толщиной 2 нм) на поверхность структур Si/SiGe/Si уменьшает величину заряда (< 2х1011 см-2) и более чем на порядок увеличивает проводимость SiGe слоя, расположенного на глубине ~40 нм от поверхности [A68,A69]. Увеличение проводимости квантовой ямы после пассивации поверхности демонстрируется на рис.6.
Рис.6. Вольт-амперные характеристики структуры с 14 нм квантовой ямой с содержанием германия 15%, до (1) и после (2) пассивации поверхности монослоем 1октадецена. Измерения проводились между двумя золотыми контактами на поверхности структуры.
Q-DLTS исследования структур [A70], пассивированных монослоем 1-октадецена, показали, что кроме центра с энергиями Еv+ (0.17-0.25) эВ на спектрах появился еще один пик, который демонстрирует несколько активационных наклонов в разных интервалах температур. Значения энергий активации Еа, определялись в приближении, используемом для исследования уровней в квантовых ямах: eT~ T1/2 exp( - Ea/kT), где eT - вероятность выброса носителей с уровня. Зависимости кривых Аррениуса для структур с содержанием Ge 7 и 10% (величина деформаций составляла 0.3 и 0.4%, соответственно) в квантовой яме толщиной 14 нм представлены на рис.7. Количество активационных наклонов, определенных из кривых Аррениуса для данного пика, возрастало с увеличением содержания германия и, соответственно, с увеличением механических напряжений в слое.
Результаты сопоставлены с расчетом энергетического спектра квантовых ям SiGe с учетом деформации слоя. Установлено, что основную роль в эмиссии носителей из квантовых ям играет термостимулированное туннелирование. Определены характерные времена термостимулированной эмиссии в зависимости от температуры, состава ямы.
Анализ релаксации структур Si/SiGe/Si, облученных ионами высоких энергий, при последующем отжиге (с использованием просвечивающей и сканирующей микроскопии и высокоразрешающей дифракции рентгеновских лучей) показал, что наличие напряжений в слоях SiGe, приводит [A71, A72] к аккумуляции вакансий, введенных имплантацией, в слое SiGe. В зависимости от количества накопленных вакансий, они могут приводить к заметному перераспределению германия и других примесей в слое SiGe вплоть до образования преципитатов. Отжиг под давлением также приводит к формированию преципитатов в напряженных слоях SiGe. Аналогичность воздействий имплантации (в области, где преобладают вакансионные дефекты) и использования давления при отжиге, обнаруженная в напряженных гетероструктурах Si/SiGe/Si, наблюдалась и для объемного кремния, и уже обсуждалось в главе 1. Отличительной особенностью эффектов, наблюдаемых в гетероструктурах, является перераспределение вакансионных дефектов в соответствии с величинами деформаций в слоях гетероструктуры, и приводя к накоплению вакансий в напряженных слоях SiGe.
9,5 SiGe-SiGe-8,0 = 103 мс = 1 c 9,0 = 102 мс 7,8,7,8,6,7,6,3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1000/T, K-1000/T, K-Рис.7. Зависимости Аррениуса для структур с содержанием германия 7 (SiGe-1) и 10 % (SiGe-2) в квантовой яме толщиной 14 нм. Толщина покрывающего слоя составляла нм. Поверхность структур была пассивированна монослоем 1-октадецена. - длительность заполняющего импульса во время Q-DLTS измерений.
m --1/ln( T ) m --1/ln( T ) Глава 7. Вертикально упорядоченные массивы квантовых точек кремния в матрице SiO2: метод создания и структурные, электрические, оптические свойства Среди различных направлений создания наноразмерных структур (развитие нанолитографии, молекулярной наноэлектроники, самоорганизующихся наноструктур и др.) идея использования латентных треков тяжелых ионов высоких энергий (Е МэВ/аем) в последнее время становится все более и более привлекательной. Пучки быстрых тяжелых ионов могут также использоваться не только для создания, но и для модификации наноразмерных гетероструктур. Предлагается новый подход, использующий облучение ионами высокой энергии и позволяющий создавать вертикально упорядоченные массивы нанокристаллов, имеющих, кроме того, одинаковую ориентацию атомных плоскостей, [A73-A76]. Рассматриваются причины возникновения упорядоченных массивов нанокристаллов и, в частности, анизотропный нагрев и анизотропные деформации вдоль треков ионов. Проведено сравнение оптических, электрических и структурных свойств массивов нанокристаллов кремния в SiO2 в зависимости от состава слоя [A73,A74].
В работе были исследованы слои SiO2 с латеральным градиентом избыточного кремния в интервале от 4 до 94 объемных %, созданные со-распылением кремния и SiO2.
Высокотемпературный отжиг приводил к формированию nc-Si с приблизительно одинаковым размером нанокластеров (3-5 нм в зависимости от режимов напыления и отжига), концентрация которых изменялась вдоль образца в широких пределах (4-порядков). Толщины исследуемых слоев составляли 400 - 1000 нм. Дополнительное облучение слоев nc-Si/SiO2 ионами высокой энергии (Kr, Xe, Bi с энергиями 90 - 670 МэВ и дозами 1012- 1013 см-2) кардинально изменяло их оптические, электрические и структурные свойства. Для диагностики свойств исходных и модифицированных массивов nc-Si использовались фотолюминесценция (ФЛ), электронная микроскопия, зарядовая спектроскопия, измерение вольт-фарадных характеристик, проводимости, температурных зависимостей тока. Для проведения измерений на облученных слоях, образцы отжигались при температуре 800оС с целью устранения электрически активных дефектов в подложке [A77].
Проведено сравнение оптических, электрических и структурных свойств массивов нанокристаллов кремния в матрице SiO2 в зависимости от концентрации избыточного кремния. Обнаружено, что величина заряда в диэлектрике, определенная из вольтфарадных характеристик, имеет резко выраженный максимум при содержании избыточного кремния ~ 25 - 35% (рис.8). Состав, при котором наблюдается захват максимального заряда, варьируется в зависимости от доли избыточного кремния, входящего в нанокристаллы (часть кремния находится в дисперсном состоянии или аморфных включениях). Установлено, что максимальный захват заряда строго коррелирует с максимальной интенсивностью ФЛ образца (рис.8). Дальнейшее повышение концентрации nc-Si в окисле приводит к уменьшению заряда в окисле, ослаблению фотолюминесценции и затем возникновению перколяционной проводимости, благодаря формированию кластеров (цепочек) из nc-Si и делокализации электронов внутри кластера.
Применение зарядовой спектроскопии позволило наблюдать пик Q-DLTS, который на разных участках температурного интервала 80 - 300 К давал два - три значения энергии активации. Значения энергии активации варьировались вдоль образца в зависимости от величины заряда в диэлектрике и от плотности собственных ловушек в слое SiOx.
Обосновано, что данный пик связан с перезарядкой уровней размерного квантования в ncSi, а абсолютные значения энергий представляют собой сумму энергии уровня нанокристалла и некоторой добавки, зависящей от изгиба зон на границе Si/SiO2 с подложкой. Расстояние между экспериментально найденными энергиями активации должно определяться разницей энергией между уровнями размерного квантования в nc-Si.
0,-5,0x-1,0x NFB 20 IPL -1,5x-2,0x10-2,5x10-3,0x0 10 20 30 40 50 60 Содержание Si, объемные % Рис.8. Зависимость интенсивности ФЛ (IPL) и Рис.9. Изображение нанокристаллов в плотности заряда (NFB), захваченного на nc-Si. образце, облученном ионами Xe Сплошная линия - расчет длины кластеров из (энергия 130 кэВ, доза 1012 см-2), nc-Si по выражению [27] = d[x-xc)/xc]-, где при полученные с помощью микроскопии высокого разрешения x 0, d = 3 нм - размер нанокристалла, = 0.88, xc = 36 % - порог перколяционной проводимости, определенный из эксперимента.
Из стандартного выражения для расчета уровней (, где W - (eV) nn 2m W размер нанокристалла) был оценен размер nc-Si и для двух исследованных структур -FB N, см PL I, отн.ед.
Размер кластера из nc-Si, нм получены значения 2.7 и 3.3 нм. Используя данные расчета основных и возбужденных состояний в сферическом нанокристалле из работы [28], мы получили несколько большие значения размера nc-Si - 4.0 и 5.1 нм. Оценки W по положению пика ФЛ исходя из экспериментальной зависимости [29] дали для этих же образцов значения 3.5 и 3.7 нм соответственно, а микроскопия - 3-4 нм. Видно, что данные микроскопии и ФЛ хорошо коррелируют с результатами зарядовой спектроскопии.
Установлено, что облучение слоев SiO2, содержащих nc-Si, ионами высоких энергий с электронными потерями более 6 кэВ/нм приводит к следующим структурным изменениям: (1) формируются вертикально упорядоченные массивы нанокристаллов вдоль треков ионов, (2) меняется морфология nc-Si от сферической до эллипсов вытянутых вдоль направления движения ионов, (3) разброс в ориентации атомных плоскостей nc-Si меняется от случайного в исходных образцах до одинаковой ориентации атомных плоскостей вдоль треков ионов с разбросом 20о для nc-Si в облученных слоях (рис.9). Нужно подчеркнуть, что облучение - это единственный способ, позволяющий получать массивы nc-Si с одинаковой ориентацией атомных плоскостей.
Основная особенность облучений, использованных в работе, заключается в том, что пробег ионов более чем на порядок превышал толщину слоя SiO2 с нанокристаллами. Это означает, что все ионы и основная часть дефектов после облучения находились в подложке. А основное воздействие ионов на интересующий нас слой сводилось к выделению ионами энергии на ионизацию материала (электронные потери). Величина энергетических потерь ионов, использованных в работе, на ионизацию варьировалась от до 23 кэВ/нм. Высокая степень ионизации материала, сама способная приводить к атермическим процессам, затем переходит в локальный нагрев области трека на времена порядка 10-11 с [30]. Анизотропный нагрев сопровождается возникновением анизотропных деформаций [31]. Считается, что последний эффект имеет порог 2 кэВ/нм по энергетическим потерям на ионизацию. Сочетание перечисленных особенностей взаимодействия ионов и материала, как оказалось, способно привести к сильным структурным изменениям в слое с нанокристаллами.
Исследования фотолюминесценции показали, что после облучения ионами с максимальными ионизационными потерями энергии наблюдается (рис.10): (1) расширение диапазона составов слоя (значений избыточных концентраций кремния), при которых наблюдается ФЛ, (2) усиление интенсивности ФЛ при относительно низких дозах ионов, или ее ослабление при высоких. Показано, что расширение диапазона составов слоя связано с формированием дополнительных нанокристаллов при облучении. С этим же связан и рост интенсивности ФЛ после относительно низкой дозы облучения. Как следует из измерений заряда, захваченного на nc-Si, увеличение дозы имплантации приводит не только к росту концентрации nc-Si, но уже к формированию их кластеров, в первую очередь снижающих интенсивность ФЛ. В случае более низких электронных потерь ионов, вместо перечисленных выше, обнаружено изменения положения максимума пика на спектрах ФЛ, свидетельствующие об изменении размера nc-Si, зависящем от концентрации избыточного кремния в слое.
После воздействия ионов высоких энергий на вольт-фарадных характеристиках, измеренных при разных частотах появляется система пиков, амплитуда которых растет с уменьшением частоты измерения (рис.11.). Появление пиков означает, что при определенных напряжениях имеет место перезарядка уровней большого количества nc-Si.
Такие характеристики по литературным данным наблюдают для систем, состоящих из слоя одинаковых по размеру nc-Si, расположенных между двумя туннельно-прозрачными слоями окисла. В нашем случае аналогичные зависимости обнаружены для толстых слоев nc-Si/SiO2, после возникновения упорядоченного распределения nc-Si, при концентрации избыточного кремния 60% и выше, и наблюдаются несмотря на наличие заметного разброса в размерах nc-Si. Предлагается модель [A78], позволяющая объяснить коллективные перезарядки nc-Si, выполнены оценки емкости nc-Si (8.2 аФ) и показано соответствие напряжений, при которых наблюдаются пики, системе уровней nc-Si размером 3.3 нм. Такой размер хорошо согласуется с данными микроскопии и ФЛ.
310f, кГц:
30. 82 0. 20.611.412210 20 30 40 50 Содержание Si, объемные % -6 -3 0 3 U, В Рис.10. Зависимость интенсивности ФЛ от Рис.11. Вольт-фарадные характеристики, концентрации избыточного кремния для измеренные при разных частотах для слоя исходного слоя (1) и образцов, облученных nc-Si:SiO2, облученного ионами Kr с ионами Bi с энергией 670 МэВ и дозой энергией 90 МэВ и дозой 1012 см-2.
1х1012 (2) и 8х1012 см-2 (3).
Установлено, что изменения, происходящие под действием ионов, зависят от состава слоя. В случае невысокого содержания избыточного Si (менее 40%) преобладает введение новых nc-Si. При содержания Si более 40% наряду с модификацией нанокристаллов PL I, отн.ед.
C, пФ проявляются эффекты, связанные с их аморфизацией. В целом, полученные результаты демонстрирует новый подход к созданию массивов нанокристаллов с необычными свойствами.
Формирование упорядоченных массивов нанокристаллов при облучении были объяснены в рамках качественной модели, основанной на перераспределении кислорода в анизотропных температурных и деформационных полях, формировании новых нанокристаллов под облучением в треках и аморфизация нанокристаллов вне треков.
Основные результаты и выводы В результате комплексных исследований установлены закономерности введения локализованных состояний, определяющих электронные свойства гетеросистем на основе кремния, в пространственно неоднородных деформационных полях и в условиях гидростатического сжатия. Изучены электронные свойства и условия введения активных центров, определены электронные спектры состояний на гетерограницах, спектры уровней квантовых точек и квантовых ям в нанометровых слоях гетероструктур. Найден и разработан ряд новых подходов и технологических процессов, способных направленно модифицировать свойства гетеросистем на основе кремния. Найдены пути создания новых наноструктурированных гетеросистем, обладающих уникальными электронными и квантовыми свойствами, которые не могут быть получены с помощью других известных технологий. Выполненный комплекс исследований позволил установить общую картину протекающих процессов и дать рекомендации для решения ряда прикладных задач.
1. Установлено, что гидростатическое сжатие (~ 1 - 1.5 ГПа) объемного кремния или гетероструктур на его основе значительно меняет результат их термообработок из-за изменения энергий активации различных процессов. Энергия активации диффузии кислорода уменьшается почти в 3 раза при использовании давления, уменьшаются диффузионные параметры ряда других примесей. На несколько порядков изменяются равновесные концентрации дефектов, активных центров, размер и концентрации примесных включений. Концентрация активных комплексов, содержащих вакансии, на 1-2 порядка возрастает. В результате, использование давления позволяет направленно менять набор и концентрацию активных центров и тем самым определять электронные свойства кремния и гетеросистем на его основе.
2. Обнаружено, что внутренние деформации в отсеченном слое кремния структур КНИ стимулируют введение центров с мелким донорным или акцепторным уровнем и концентрацией 1016 - 1017 см-2. В результате, проводимость слоя кремния определяется не исходным легированием материала, а данными центрами. В случае использования термообработок под давлением концентрация центров возрастает еще на 12 порядка. Установлено, что центры включают в себя радиационные дефекты, введенные во время имплантации ионов, используемых для создания структур. Предложена модель донорного центра, согласно которой он представляет собой мультивакансионный комплекс с участием междоузельного атома в качестве активирующего элемента.
3. Показано, что при введении пар Френкеля в слои с анизотропными деформационными полями возрастает эффективность разделения их компонентов.
Следствием является (1) рост скоростей введения центров с глубокими уровнями радиационного происхождения и их неоднородное распределение в слоях кремния и (2) изменения в концентрации носителей в слое при легировании гетеросистем методом ионной имплантации по сравнению с ожидаемой величиной из-за введения донорных центров, описанных выше.
4. Экспериментально показано, что использование давления во время отжига гетероструктур позволяет управлять типом аккумулируемых дефектов и эффективностью геттерирования. Эффект зависит от соотношения модулей упругости различных слоев. В структурах кремний-на-изоляторе высокое давление эффективно удаляет дефекты из отсеченного слоя кремния при относительно низких температурах отжига ( 1000оС), благодаря геттерированию междоузельных атомов в скрытый окисел. В случае отжига при атмосферном давлении эти междоузельные атомы образуют крупные структурные дефекты в отсеченном слое кремния. Эффект давления становится значительным начиная с величин ~ 0.6 ГПа.
5. Благодаря возможности внешним давлением менять тип дефектов, геттерируемых в диэлектрик многослойных структур, установлена зависимость между видом дефектов, и величиной заряда в диэлектрике и на границе с полупроводником.
Геттерирование междоузельных атомов оставляет оба заряда практически постоянными даже в случае формирования на гетерогранице толстого (до 70 нм) обогащенного дефектами переходного слоя. Геттерирование вакансий сопровождается сильным (на 1-порядка) ростом заряда в диэлектрике и на интерфейсных состояниях.
6. Водород, введенный в напряженные структуры с гетерограницами, частично удерживается в них даже после высокотемпературных (до 1200оС) термообработок благодаря геттерированию водорода на границах раздела и в напряженных слоях. В результате, в многослойных структурах эффекты пассивации проявляются и после высокотемпературных отжигов. В структурах КНИ присутствие водорода примерно в раза уменьшает плотность состояний на границе Si/SiO2 и на 2-3 порядка снижает концентрации активных центров в запрещенной зоне всех слоев структур.
7. Установлено, что при формировании границы Si/SiO2 методом сращивания деформации на границе уменьшаются при высокотемпературных термообработках примерно в 30 раз. Энергетический спектр состояний на такой границе Si/SiO2 радикально отличается от известного энергетического спектра состояний на границе, созданной термическим окислением. Состояния локализованы в узкой полосе энергий (в интервале от 0.15 до 0.33 эВ от зоны проводимости), характеризуются сильными (~0.3 эВ) флуктуациями потенциала на гетерогранице и сдвигом энергетического спектра состояний к меньшим значениям энергий (на 0.1 эВ) при отжигах в атмосфере водорода или облучении. Предложено объяснение возникновения этих состояний за счет формирования протяженных дефектов в плоскости границы Si/SiO2 при сопряжении кремния и окисла и релаксации механических напряжений.
8. Предложен и реализован подход, создающий условия для проведения исследований электронных свойств тонких нанометровых слоев гетеросистем на основе кремния. Найдено пассивирующее покрытие (монослой 1-остадецена толщиной 2 нм), совокупность свойств которого обеспечивает не только электрическую пассивацию, но и длительную химическую стабилизацию поверхности кремния, германия или SiGe гетероструктур, и может быть использовано в качестве изолирующего слоя при создании барьеров или МДП структур.
9. Проведено экспериментальное исследование системы уровней размерного квантования в пассивированных структурах Si/SiGe/Si c квантовыми ямами SiGe различного состава и, соответственно, с различной величиной деформации. Результаты сопоставлены с расчетом энергетического спектра квантовых ям SiGe и установлено, что основную роль в эмиссии носителей из квантовых ям играет термостимулированное туннелирование. Определены характерные времена термостимулированной эмиссии в зависимости от температуры, состава ямы.
10. Установлено, что при формировании кремниевых нанокристаллов в слоях SiOx (0 Список работ, включенных в диссертацию A1. Антонова И.В., Шаймеев С.С., Температурная зависимость амплитуды пика DLTS в кремнии с глубокими центрами, ФТП, 1991, т.25, в.5, с.847-851. A2. Антонова И.В., Васильев А.В., Панов В.И., Шаймеев С.С., Применение емкостной методики DLTS к исследованию п/п с неоднородным распределением примеси (дефектов), ФТП, 1988, т.22, в.6, с.998-1003. A3. Antonova I.V., Popov V.P. Plotnikov A.E. Misiuk A., Thermal donor and oxygen precipitate formation in silicon during 450C treatments under atmospheric and enhanced pressure, J. Electrochim. Soc., 1999, v.146 p.1575-1578. A4. Antonova I.V., Popov V.P., Shaimeev S.S., DLTS study of oxygen precipitate formation in silicon, Physica B, 1998, v.253, n1-2, p.123-130. A5. Антонова, И.В., Мисюк А., Попов В.П., Шаймеев С.С., Исследование формирования кислородных преципитатов в кремнии, ФТП, 1997, т.31 в.8, с.852-856. A6. Antonova, I.V., Misiuk A., Popov V., Plotnikov A.E., Surma B., Oxygen precipitate nucleation process in silicon with different oxygen concentration and structural perfection, Solid State Phenom. 1997, v.57-58, p.161-166. A7. Antonova I.V., Misiuk A., Popov V.P., Plotnikov A.E., Surma B., Nucleation and formation of oxygen precipitates in Gz grown silicon annealed under uniform stress conditions Physica. B, 1998, v.253, p.131-137. A8. Antonova, I.V., Misiuk A., Popov V.P., Fedina L.I., Shaimeev S.S., DLTS study of oxygen precipitates in silicon annealed at high pressure, PhysicaB, 1996, v.225, n3-4, p.251-257. A9. Антонова И.В., Федина Л.И., Мисюк А., Попов В.П., Шаймеев С.С., Исследование методом DLTS эволюции кислородных преципитатов в Cz-Si при высоких температурах и высоком давлении, ФТП, 1996, т.30, в.8, с.1446-1454. A10. Antonova I.V., Misiuk A., Bak-Misiuk J., Popov V.P., Plotnikov A.E., Surma B., Dependence of oxygen precipitate size and strain on external stress at annealing of Cz-Si, Journal of Alloys and Compounds, 1999, v.286, p. 241-245. A11. Antonova I.V., Neustroev E.P., Misiuk A., Skuratov V.A., Formation of shallow donors in stress-annealed silicon implanted with high-energy ions, Solid State Phenomena 2002, v.8284, p.243-248. A12. Антонова И.В., Неустроев Е.П., Попов В.П., Киланов, Д.В., Мисюк А., Формирование донорных центров при различных давлениях в кремнии, облученном ионами кислорода, ФТП, 1999, v.33, n10, p.1153-1157. A13. Londos C.A., Antonova I.V., Potsidou M., Misiuk A., Bak-Misiuk J., Gutacovskii A.K., A study of the conversion of the VO to the VO2 defect in heat-treated silicon under uniform stress conditions, J. Appl. Phys., 2002, v.91, n3, p.1198 - 1203. A14. Antonova I.V., Neustroev E.P., Popov V.P., Stas V.F., Obodnikov V.I., Donor center formation in hydrogen implanted silicon., Physica B, 1999, v,270, n1&2, p.1-5. A15. Антонова И.В., Неустроев Е.П., Попов В.П., Стась В.Ф., Влияние облучения различными ионами на формирование донорных центров в кремнии., Перспективные материалы, 2001, т.1, с.43-48. A16. Neustroev E.P., Antonova I.V., Popov V.P., Stas V.F., Skuratov V.A., Dyduk A.Yu., Thermal donor formation in crystalline silicon irradiated by high energy ions, Nucl. Inst. Meth. B. 2000, v. 171, n4, p.443-447. A17. Смагулова С.А., Антонова И.В., Неустроев Е.П., Скуратов В.А., Релаксация дефектной подсистемы кремния, модифицированной облучением тяжелых ионов высоких энергий, ФТП, 2003, т.37, в.5, 565-569. A18. Antonova I.V., Gulyev M.B., Safronov L.N., Smagulova S.A., Competition between Thermal Donors and thermal acceptors in electron irradiated Silicon annealed at temperatures 400-700oC, Microelectronic Engineering, 2003, v. 66, n.1-,4 p 385 - 3A19. Антонова И.В., Стась В.Ф., Неустроев Е.П., Попов В.П., Смирнов Л.С., Термоакцепторы в облученном кремнии, ФТП, 2000, т.34, в.2, с.162 - 167.. A20. Antonova I.V., Smagulova S.A., Formation of the Shallow donors and acceptors in Silicon irradiated with either electron or high energy ions and annealed at temperatures 400700oC, SLCS, Phys. Stat. Sol. (с), 2003, v.0, n.2, p.639 - 644. A21. Неустроев Е.П., Смагулова С.А., Антонова И.В., Сафронов Л.Н., Формирование электрически активных центров в кремнии, облученном электронами, в интервале температур 400-700o C ФТП, 2004, т.38, п.7, с.791-795. A22. Antonova I.V., Londos C.A., Bak-Misiuk J., Gutakovskii A.K., Potsidou M., Misiuk A., Defects in silicon heat-treated under uniform stress and irradiated with high dose of fast neutrons, Phys. Stat. Sol.(а), 2003, v.199, g. 2, p.207-213. A23. Londos C. A., Antonaras G. J., Potsidi M. S., Misiuk A., Antonova I. V., Emtsev V. V., Production and evolution of defects in neutron-irradiated Si subjected to thermal pretreatments under hydrostatic pressure, J. Phys. Condensed matter, 2005, v.17, p.1-9. A24. Misiuk A., Barcz A., Ratajczak J., Lopez M., Romano-Rodriguez A., Bak-Misiuk J., Surma H.B., Jung J., Antonova I.V., Popov V.P., Effect of external stress on creation of buried SiO2 layer in silicon implanted with oxygen, Mater. Sci. Eng. 2000, v.73, p.134-138. A25. Bak-Misiuk J., Domagala J., Misiuk A., Sadowski J., Zytkiewicz Z.R., Trela J., Antonova I.V., Effect of stress on interface transformation in thin semiconductor layers", Thin Solid Films, 2000, v.380, p.117-119. A26. Misiuk A., Surma H.B., Antonova I.V., Popov V.P., Bak-Misiuk J., Lopez M., RomanoRodriguez A., Barcz A., Jun J., Effect of External Stress Applied during Annealing on Hydrogen- and Oxygen-Implanted Silicon, Solid State Phenom., 1999, v.69-79, p.345-350. A27. Misiuk, A. Barcz, J. Ratajczak, Bak-Misiuk J., Antonova I.V., and Popov V.P., Microstructure of Czochralski silicon implanted with deuterium and annealed under high pressure, Physica B: Condensed Matter, 2003, v 340-342, p.687-691. A28. Misiuk A., Ratajczak J., Katcki J., Antonova I.V., Impact of Enhanced Hydrostatic Pressure Applied during Annealing of Si:O on Creation of SIMOX-like structures, Science and Technology of Semiconductor-on-Insulator Structures and Devices Operating in a harsh environment, D. Flandre, A. Nazarov (eds), Kluwer Academic Publisher, Netherlands, 2005, p.91-96. A29. Antonova I.V., Misiuk A., Londos C.A., Electrical Characteristics of SOI-Like Structures Formed in Nitrogen or Oxygen Implanted Silicon Treated under High Pressure, Silicon-onInsulator Technology and Devices XII, PV-2005-03, Editors: G.K. Celler, S. Cristoloveanu, J.G. Fossum, F. Ganiz, K. Izumi, Y.W. Kim, 2005, p.325-330. A30. Misiuk A., Surma B., Barcz A., Orlinska K., Bak-Misiuk J., Antonova I.V., Dub S., Strain and defect engineering in Si/Si3N4/Si by high temperature-pressure treatment, Materials Science & Engineering B, 2005, v.124&125, p.174-178. A31. Antonova I. V., Misiuk A., Londos C. A., Electrical properties of multiple-layer structures formed by implantation of nitrogen or oxygen and annealed under high pressure, J. Appl. Phys., 2006, v.99, 033506. A32. А.с. N 2166814 (РФ), 7H01L21/324, Антонова И.В., Попов В.П, Мисюк А., Ратайчак Я., Способ уменьшения структурных нарушений, формирующихся при отжиге кремния, имплантированного кислородом (структуры типа SIMOX)., Опубл. в БИ, 2001, № 13. A33. Surma B., Misiuk A., Hrtwig J., Wnuk A., Bukowski A., Antonova I.V., Modification of the SOI-like structures by annealing under high hydrostatic pressure, J. Alloys and Compounds, 2004, v.362, n.1-2, p.269-274,. A34. Antonova I.V, Pressure related defect engineering in silicon-on-insulator-like structures produced by either oxygen or nitrogen ion implantation, Phys. St. Sol. B, 2007, v.244, N1, p.443-447.. A35. A.c.N2164719 (РФ), 7РH01L21/324, Попов В.П., Антонова И.В., Стась В.Ф., Миронова Л.В., Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе, Опубл. в БИ. 2001, №9. A36. А.с. N№2003136457/28 (РФ), 7H01L21/324, Антонова И.В., Дудченко Н.В., Николаев Д.В., Попов В.П, Способ получения структур кремний- на Цизоляторе, Опубл. в БИ. 2005, № 33, с.260.. A37. Наумова О.В., Антонова И.В., Попов В.П., Настаушев Ю.В., Гаврилова Т.А., Литвин Л.В., Асеев А.Л., КНИ нанотранзисторы: перспективы и проблемы реализации, ФТП, 2003, т.37, в.10, c.1253-1259. A38. Bak-Misiuk J., Antonova I.V., Misiuk A., Domagala J., Popov V.P., Obodnikov V.I., Hartwig J., Romano-Rodriguez A., Bachrouri A., Strain in hydrogen and oxygen implanted silicon and SOI structures annealed at high pressure, J.Alloys and Compounds, 2001, v.3p.181-186. A39. Antonova I.V., Popov V.P. Bak-Misiuk J., Domagala J.Z., Characterization of the silicon - on - insulator structures by high-resolution x-ray diffraction, J. Electrochem. Soc., 2002, v.149, n.8, p.490-493. A40. Bak-Misiuk J., Misiuk A., Ratajczak J., Shalimov A., Antonova I.V., Trela J., Effect of high pressure-temperature on silicon layered structures as determined by X-ray diffraction and electron microscopy, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2004, v.27, p.415-418. A41. Антонова И.В., Стась В.Ф., Бак-Мисюк Я., Ободников В.И.,Спесивцев Е.В., Попов В.П., Электрофизические и структурные свойства тонких отсеченных слоев кремния в структурах кремний Цна Цизоляторе, Известия РАН, 2003, т.67, в.2, с.175-178. A42. Popov V.P., Antonova I.V., Stas V.F., Mironova L.V., Gutakovskii A.K., Spesivtsev E.V., Franzusov A.A., Mardegov A.S., Feofanov G.N., Properties of extremely thin silicon layer in silicon-on-insulator structure formed by smart-cut technology, J. Mater. Sci. Eng. B, 2000, v.73, p.82Ц86. A43. Antonova I.V. Popov V.P., Stas V.F., Mironova L.V., Neustroev E.P., Gutakovskii A.K., Franzusov A.A., Feofanov G.N., Structural and electrical properties of silicon on isolator structures manufactured on Fz- and Cz-silicon by Smart-Cut technology, УPerspectives, Science and Technologies for Novel Silicon on Insulator Devices, P.L.F. Hemment at al. 2000, p.47-54, Kluwer Academic Publisher, Netherlands. A44. Антонова И.В., Стась В.Ф., Попов В.П., Ободников В.И., Гутаковский А.К., Проводимость КНИ структур, полученных сращиванием пластин кремния с использованием имплантации водорода, ФТП, 2000, т.34, в.9, с.1054-1057. A45. Antonova I.V., Popov V.P., Stas V.F., Gutakovskii A.K., Plotnikov A.E., Obodnikov V.I., Splitting and electrical properties of the SOI structure formed from the heavily boron doped Silicon with Using of the smart-Cut technology, Microelectronic Engineering 1999, v.48, p.383-386. A46. Попов В.П, Антонова И.В., Французов А.А., Сафронов Л.Н., Наумова О.В., Киланов Д.В., Свойства структур и приборов на кремний-на-изоляторе, ФТП, 2001, т.35, с.10751083. A47. Antonova I.V., Nikolaev D.V, Naumova O.V., Popov V.P., Hydrogen-related phenomena in SOI fabricated by using H+ ion implantation, Solid State Phenom. 2002, v.82-84, p.491496. A48. Antonova I.V., Stao J., Naumova O.V., Nikolaev D.V., Popov V.P., Skuratov V.A., Deep levels in SOI - structures investigated by charge and capacitance DLTS, Intern. Confer. of Ion Implantation Techno-logy Proceedings, Austria Eds: H. Ryssel, L. Frey, J. Gyulai, H. Glawischnic., 2000, p.273-276. A49. Антонова И.В., Стано Й.., Николаев Д.B, Наумова О.В., Попов В.П., Скуратов В.А., Состояния на границах и центры с глубокими уровнями в структурах rремний на изоляторе., ФТП. 2001, т.35, с.948-957. A50. Antonova I.V., Naumova O.V., Stano J., Nikolaev D.V., Popov V.P., Skuratov V.A., Traps at bonded interface in SOI structures, Appl. Phys. Lett., 2001, v.79, n27, p.4539 Ц4540. A51. Антонова И.В., Попов В.П., Поляков В.И., Рукавишников А.И., Ловушки с энергиями вблизи середины запрещенной зоны на границе Si/SiO2, созданной сращиванием, в структурах кремний - на - изоляторе, ФТП, 2004, т.38, п.12, с.14391444. A52. Antonova I.V., Nikolaev D.V., Naumova O.V., Popov V.P., Comparison of electrical properties of silicon-on-insulator structures fabricated with use of hydrogen slicing and BESOI, Electrochem&Solid State Letters, 2004, v.7, n.3, F21-F23. A53. Antonova I.V., Stano J., Nikolaev D.V., Naumova O.V., Popov V.P., Skuratov V.A., Traps at the bonded Si/SiO2 interface in silicon-on-insulator structures, Electrochemical Society Proceedings, PV-2003-19, Semiconductor wafer bonding VII: Science, technology and applications,. 2003, p.64-69. A54. Антонова И.В., Стано Й.,.Николаев Д.B, Наумова О.В., Попов В.П., Скуратов В.А., Трансформация при отжиге в водороде состояний на границах раздела КНИ структур ФТП, 2002, т.36 в.1, с.65Ц69. A55. Antonova I.V., Naumova O.V., Popov V.P., Stano J., Skuratov V.A., Modification of the bonded interface in silicon-on-insulator structures under thermal treatment in hydrogen ambient, J. Appl. Phys, 2003, v.93, n.1, p.426-431. A56. Antonova I.V., Stano J., Naumova O.V., Popov V.P., Skuratov V.A., DLTS study of bonded interface in silicon-on-insulator structures annealed in hydrogen atmosphere, Microelectronic Engineering, 2003, v.66, n.1-4, p. 547-552. A57. Антонова И.В., Стучинский В.А., Наумова О.В., Николаев Д.В., Попов В.П., Флуктуации заряда на границе сращивания в структурах кремний на изоляторе, ФТП, 2003, т.37б в.11, c.1341-1345. A58. Попов В.П., Антонова И.В., Французов А.А., Наумова О.В., Сапожникова Н.В., Кремний-на-изоляторе: материал и приборные структуры, Микросистемная техника, 2001, т.10, с.35-40. A59. Antonova I.V., Stano J., Naumova O.V., Skuratov V.A., Popov V.P., Radiation Effects in SOI: Irradiation by High Energy Ions and Electrons, in Science and Technology of Semiconductor-on-insulator Structures and Devices Operating in a harsh environment, D.Flandre, A.Nazarov (eds), Kluwer Academic Publisher, Netherlands, 2005, p.215-220. A60. Antonova I.V., Stano J., Naumova O.V., Skuratov V.A., and Popov V.P., DLTS study of silicon-on-insulator structures irradiated with electrons or high energy ions, IEEE Trans. Nucl. Science, 2004, v.51, n.3, p.1257-12A61. Николаев Д.В., Антонова И.В., Наумова О.В., Попов В.П., Смагулова С.А., Поведение заряда в скрытом диэлектрике структур кремнийЦна-изоляторе в электрических полях, ФТП, 2002, т.36, в7, с.853-857. A62. Антонова И.В., Стабилизация заряда на границе со скрытым диэлектриком структур КНИ, ФТП, 2005, т.39, п.10, з.1195-1199. A63. Antonova I.V., Modification of Si/SiO2 interface in SOI structures by hydrogen implantation: radiation tolerance, in Silicon-on-Insulator Technology and Devices XII, PV2005-03, Editors: G.K.Celler, S.Cristoloveanu, J.G.Fossum, F.Ganiz, K.Izumi, Y.W.Kim, 2005, p.137-142. A64. Antonova I.V., Kagan M.S., Obodnikov V.I., Troeger R.T., Ray S.K., Kolodzey J., Capacitance study of SiGe/Si heterostructures, Semicond. Science and Technology, 2005, 20, p.335-339. A65. Antonova I.V., Kagan M.S., Polyakov V.I., Golik L.L. and Kolodzey J., Effect of interface states on population of the quantum wells in SiGe/Si structures, Phys. St. Sol. C, 2005, 2, p.1924-1928. A66. Antonova I.V., Golik L.L., Kagan M.S., Polyakov V.I., Rukavischnikov A.I., Rossukanyi N.M. and Kolodzey J., Quantum well related conductivity and deep traps in SiGe/Si structures, Sol. State Phenom. 2005, v.108&109 p.489-496. A67. Антонова И.В., Соотс Р.А., Селезнев В.А., Принц В.Я. Электрическая пассивация поверхности кремния органическими монослоями 1-октадецена, ФТП, 41 (8), 1010 - 1016, 2007. A68. Antonova I.V., Soots R.A., Guliaev M.B., Prinz V.Ya., Kagan M.S., Kolodzey J., Electrical passivation of Si/SiGe/Si structures by 1-octadecene monolayers, Appl. Phys. Let., 91, 102116, 2007. A69. Antonova I.V., Gulyaev M.B., Skuratov V.A., Soots R.A., Obodnikov V.I., Misiuk A., Zaumseil P., Pressure-assisted lateral nanostructuring of the epitaxial silicon layers with SiGe quantum wells, Sol. State Phenomena, 2006 v.114, p.291-296. A70. Antonova I.V., Neustroev E.P., Smagulova S.A., Kagan M.S., Alekseev P.S., Ray S.K., Sustersic N., Kolodzey J., Deep Level Spectroscopy studies of confinement levels in SiGe quantum wells, J. Appl. Phys., v.105, 2009. A71. Antonova I.V., Bak-Misiuk J., Romanowski P., Skuratov V.A., Zaumseil P., Sustersic N., Kolodzey J., Vacancy - Assisted Redistribution of Ge in SiGe/Si Multilayer Structures Irradiated with High Energy Ions, IEEE Transactions, 2006, v.3, N7, SiGe and Ge: Materials, Processing, and Devices, p.145-153. A72. Патент №RU2341848C1 И.В.Антонова, Р.А.Соотс, М.Б.Гуляев, В.Я.Принц, Способ электрической пассивации поверхности полупроводника. Опубл. в БИ. 2008, № 35. A73. Антонова И.В., Гуляев М.Б., Яновицкая З.Ш., Володин В.А., Марин Д.В., Ефремов М.Д., Goldstein Y., Jedrzejewski J., Сопоставление электрических свойств и фотолюминесценции в зависимости от состава слоев SiOх, содержащих нанокристаллы кремния, ФТП, 2006, т.40, в.10, с.1229-1235. A74. Antonova I.V., Gulyaev M.B., E. Savir, J. Jedrzejewski I. Balberg, Charge storage, photoluminescence and cluster statistics in ensembles of Si quantum dots, 2008, Phys. Rev.B, v.77, 125318. A75. Antonova I.V., Gulyaev M.B., Skuratov V.A., Marin D.V., Zaikina E.V., Yanovitskaya Z.S., Jedrzejewski J., Balberg I., Modification of silicon nanocrystals embedded in an oxide by high energy ion implantation, Solid State Phenomena, 2008, v.131-133, p.541-546. A76. Антонова И.В., Шаймеев С.С., Смагулова С.А., Трансформация при отжиге электрически активных дефектов в кремнии, имплантированном ионами высоких энергий, ФТП, 2006, т.40, в.5, с.557-562. A77. Antonova I.V., Gulyaev M.B., Cherkov A.G., Marin D.V., Skuratov V.A., Jedrzejewski J., Balberg I., Modification of Si nanocrystallites embedded in a dielectric matrix by high energy ion irradiation, Nanotechnology, 2009, v.20, 095205. A78. Antonova I.V., Kagan M.S., Cherkov A.G., Skuratov V.A., Jedrzejewski J., Balberg I., Nanotechnology, 2009, v. 20, 185401. Цитируемая литература 1. Collinge J.-P., Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI, 2nd ed., Kluwer Academic Publishers, Boston, Dordrecht, London, 1997, - 272 p. 2. Orouji A.A., Kumar M.J., Nanoscale SOI MOSFETs with Electrically Induced Source/Drain Extension: Novel Attributes and Design Considerations for Suppressed Short-Channel Effects, Superlattice and Microstructures, 2006, v.39, N5, p. 395-405. 3. Paul D., Si/SiGe Heterostructures : from Material and Physics to Device and Circuits, Semicond. Sci. Technol., 2004, v.19, p. R75-R108. 4. Kagan M.S., Altukhov I.V., Chirkova E.G.., Sinis V.P., Troeger R.T., Ray S.K., Kolodzey J., THz lasing of SiGe/Si quantum-well structures due to shallow acceptors, Phys.Stat.Sol. (b) 2003, v. 235 p.135-140. 5. Dovrat M., Goshen Y., Jedrzejewski J., Balberg I., SaТar A., Radiative versus nonradiative decay processes in silicon nanocrystals probed by time-resolved photoluminescence spectroscopy, Phys. Rew. B 2004, v.69, p.155311. 6. Yano K., Ishi T., Hashimoto T., Kobayashi T., Murai F., Seki K., Room temperature single electron memory, IEEE Trnas. Electron Dev., 1994, v.41, N 9, p, 75-79. 7. Oda S., NeoSilicon materials and silicon nanodevices, Materials Science and Engineering B, 2003, v.0 p.1-5. 8. Wijaranakula W., Oxygen distribution in a thin epitaxial silicon layer, J. Appl. Phys., 1993, v.73, p.1004 -1006. 9. Prinz V.Ya., Precise semiconductor nanotubes and nanocorrugated quantum systems, Physica E, 2004, v.24, p.54-62. 10. Izumi K., History of SIMOX material, MRS Bullitin, 1998, v.12, pp.20-24. 11. Li W.B., Zhang E.X., Chen M., Li N.,.Zhang G.Q, Liu Z.L., Semicond. Sci. Technol, Formation of total-dose-radiation hardened materials by sequential oxygen and nitrogen implantation and multi-step annealing, 2004, v,19, pp.571 - 576. 12. Abstracts of 203 ESC Meeting, M1 - The Seventh International Symposium on Semiconductor Wafer Bonding Science, Technology, and Applications, eds S. Bengtsson, C.E. Hunt, 2003. 13. Bruel M. The History, Physics, and Applications of the Smart-Cut Process, MRS Bulletin, 1998, n.12, p.35-39. 14. Попов В.П., Антонова И.В., Стась В.Ф., Миронова Л.В., Патент Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе, N2164719, Приоритет от 28.09. 1999. 15. Вопросы радиационной технологии полупроводников, под ред. Смирнова Л.С, Наука, Новосибирск, 1980, 194 с. 16. Dzelme J., Ertsinsh I., Zapol B.P., Misiuk A., Structure of oxygen and silicon interstitials in silicon Phys.Stat.Sol. A, 1999, v.171, 197-201. 17. Dzelme J., Ertsinsh I., Zapol B.P., Misiuk A., Structure and diffusion of oxygen and silicon interstitials in silicon, J. Allows and Compaunds, 1999, v.286, p.254-257. 18. Park H., Jones K. S, Slinkman J. A.,. Law M. E. Effects of Hydrostatic pressure on dopant diffusion in silicon, J. Appl. Phys., 1995, v.78, n.6, p.3664-3670. 19. Antonelli A. and Bernholc J., Pressure effect on self-diffusion in silicon, Phys. Rev. B 1989, v.40, n.15, 10643 10646. 20. Antonelli A., Kaxiras E., J. Chadi D., Vacancy in silicon revisited: Structure and pressure effects, Phys. Rev. Lett. 1998, v.81, n.10, 2088-2091. 21. Андреевский Р.А., Нитрид кремния - синтез и свойства, Успехи химии, 1995, т.64, в.4, 311-329. 22. Данилин А.Б., Ионный синтез скрытых слоев в кремнии и его перспективы в современной микроэлектронике, Электронная промышленность, 1990, в.4, с.55-61. 23. Devine R.A.B., Warren W.L., Xu J.B., Wilson I.H., Paillet P., Leray J.-L., Oxygen gettering and oxide degradation during annealing of Si/SiO2/Si structures, J.Appl. Phys., 1995, v.77, 175-186. 24. Stesmans A., Nouwen B., Afanas'ev V.V.. Structural degradation of thermal SiO2 on Si by high-temperature annealing: Defect generation. Phys. Rev. B, 2002, v. 66, n. 04, p.53075316. 25. Stesmans A., Afanasiev V.V., Electrical activity of interfacial paramagnetic defects in thermal (100) Si/SiO2, Phys.Rev. 1998, v.57, 10030. 26. Vdovin V., Zakharov N., Pippel E., Werner P., Milvidskii M., Ries M., Seacrist M., Falster R., Dislocation structure in interfaces between Si wafers with hybrid crystal orientation, 2009, Phys. Stat., Sol.C, in press. 27. Stauffer D., Aharony A., Introduction to Percolation Theory, Taylor and Francis, London, 1992, 293 p. 28. Moskalenko A.S., Beracdar J., Prokofiev A.A., Yassievich I.N., Single particle states in spherical Si/SiO2 quantum dot, Phys.Rev.B, v.76, 085427, 2007. 29. Bitten J.S., Lawis N.S., Atwater H.A., Polman A., Size dependence of oxygen-related electronic states in Si nanocrystals, Appl. Phys. Lett., v.84, pp.5389-5391, 2004. 30. Toulemonde M., Dufour Ch., Methah A., Paumier E., Transient thermal processes in heavy ion irradiation of crystalline, inorganic insulators, Nucl. Inst. Meth. B, 2000, v.166-167, p.903-912. 31. Van Dillen T., Polman A., Onck P.R., Van der Giessen E., Anisotropic plastic deformation by viscous flow in ion tracks, Phys. Rev. B, 2005, v.71, 024103.