Группа моделирования электронных и технологических процессов микроэлектроники

Отчет по гранту РФФИ № 11-02-00045
Кинетика и механизмы роста полупроводниковых нитевидных нанокристаллов (моделирование, эксперимент).

Цель проекта:

Целью настоящего проекта является исследование атомной диффузии, химических превращений и морфологических преобразований поверхности в процессах самокаталитического роста нитевидных нанокристаллов.

В ходе выполнения проекта были получены следующие результаты:

  1. Разработана кинетическая решеточная Монте-Карло модель роста нитевидных нанокристаллов арсенида галлия на поверхности GaAs(111)B, активированной золотом. Рассматривался вариант роста нитевидных нанокристаллов по механизму пар-жидкость-кристалл, когда на поверхность арсенида галлия с каплями золота осаждался галлий в атомарном виде и мышьяк в виде молекул As2. В модели учтены разная растворимость элементов третьей и пятой группы в капле катализатора и летучесть As2. В модельной системе найден ряд эффектов, наблюдаемых экспериментально: изменение формы капли катализатора и уменьшение диаметра ННК по мере роста, небольшой уход золота на поверхность GaAs, ветвление растущего кристалла из-за разделения капли катализатора.

  2. Исследован рост радиальных гетеропереходов Si-Ge в нитевидных нанокристаллах. Показано, что радиальный рост при последовательном осаждении Ge и Si может инициироваться дополнительными примесями, которые уменьшают энергию активации диссоциации прекурсора, либо уменьшают растворимость полупроводникового материала в капле, или уменьшают длину диффузии адатомов кремния. Любой из этих факторов приводит к росту кремниевой оболочки вокруг германиевого ядра нанокристалла.

  3. Предложена кинетическая Монте-Карло модель формирования кремниевых нанокластеров при высокотемпературном отжиге слоёв SiOx нестехиометрического состава, учитывающая наряду с диффузионными перемещениями процессы образования и распада моноокиси кремния. Результаты, полученные при моделировании процесса разделения фаз при отжиге SiOx слоя, предполагается в дальнейшем использовать при создании модели некаталитического роста ННК кремния стимулированного окислом.

    Образование кластеров в слое SiOx:

  4. Показано, что возникновение SiO при высоких температурах приводит к ускорению собирания избыточного кремния в нанокластеры при отжиге SiOx слоев. В зависимости от температуры отжига в плёнках SiOx, содержащих слои нестехиометрического состава, может происходить либо собирание избыточного кремния в кластеры при более низких температурах, либо образование полостей за счёт образования подвижной и летучей моноокиси кремния при высоких температурах.
Полная версия отчёта

Публикации по результатам гранта:

  1. А. Г. Настовьяк, И. Г. Неизвестный, Н. Л. Шварц. Моделирование роста нитевидных нанокристаллов кремния с гетеропереходами Ge–Si. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2011, № 9, с. 62–70. (cкачать PDF)
  2. Е. А. Михантьев, И. Г. Неизвестный, С. В. Усенков, Н. Л. Шварц. Изучение процесса формирования нанокластеров кремния при отжиге SiOx слоёв с помощью моделирования. Автометрия, 2011, Т. 47, № 5, с. 88–97. (cкачать PDF)
  3. А. Н. Карпов, Е. А. Михантьев, С. В. Усенков, Н. Л. Шварц. Монте-Карло моделирование процесса формирования нанокластеров кремния в диоксиде кремния. Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. 2011, № 4 (принята к печати)
  4. A. G. Nastovjak, I. G. Neizvestny, N. L. Shwartz. Monte Carlo simulation of Ge–Si nanowire radial heterostructure formation. Proceedings of the 19th Int. Symp. “Nanostructures: Physics and Technology” Ekaterinburg, Russia, June 20–25, 2011, p. 105–106
  5. M. V. Knyazeva, A. G. Nastovjak, N. L. Shwartz. Monte Carlo Model of GaAs Nanowhisker Growth. Proceedings of 12th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. EDM–2011, Erlagol, Altai, June 30 – July 4, 2011, p. 111–113
  6. E. A. Mikhantiev, A. N. Karpov, S. V. Usenkov, N. L. Shwartz. Investigation of  SiOx Layer Annealing Process Using Monte Carlo Simulation. Proceedings of 12th  International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. EDM–2011, Erlagol, Altai, June 30 – July 4, 2011, p. 68–72
  7. С. В. Усенков, А. Н. Карпов, Е. А. Михантьев, Н. Л. Шварц. Моделирование процессов формирования кремниевых нанокластеров в системе SiO/SiO2. VIII Международная конференции и VIII школа учебных и молодых специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, наноразмерных структур и приборов на его основе «Кремний – 2011», Москва, 05–08 июля 2011, с. 191
  8. А. Г. Настовьяк, И. Г. Неизвестный, Н. Л. Шварц. Радиальные и аксиальные Si-Ge гетеропереходы в нановискерах. 10-я Российская конференция по физике полупроводников Нижний Новгород, 19–23 сентября 2011 г., Cборник тезисов, с. 71
  9. A. G. Nastovjak, I. G. Neizvestny, N. L. Shwartz. Peculiarities of axial and radial Si–Ge heterojunctions formation in nanowires – Monte Carlo simulation. Abstract of IUPAC 7th International Symposium on Novel Materials and their Synthesis (NMS-VII) & 21th International Symposium on Fine Chemistry and Functional Polymers, Shanghai, China, 16–21 October, 2011, p. D43
  10. N. L. Shwartz, E. A. Mikhantiev, I. G. Neizvestny, S. V. Usenkov. Simulation of Si-nc formation during SiOx layers annealing. Abstract of IUPAC 7th International Symposium on Novel Materials and their Synthesis (NMS-VII) & 21th International Symposium on Fine Chemistry and Functional Polymers, Shanghai, China, 16–21 October, 2011, p. P61

Руководитель проекта:

Неизвестный Игорь Георгиевич

Исполнители проекта:

  1. Шварц Наталия Львовна
  2. Настовьяк Алла Георгиевна
  3. Карпов Александр Николаевич
  4. Усенков Станислав Валерьевич
  5. Михантьев Евгений Анатольевич
  6. Князева Мария Викторовна
  7. Наумова Ольга Викторовна
  8. Зверев Алексей Викторович
  9. Матюшина Ольга Евгеньевна