А.В.Двуреченский, П.Л.Новиков, Ю.Ханг^*, Ж.В.Смагина, В.А.Армбристер, В.Г.Кеслер, А.К.Гутаковский

В последнее время наблюдается повышенный интерес к методам формирования слоев полупроводниковых нанокластеров, встроенных в подзатворный диэлектрик МДП-структур, с точки зрения создания быстродействующих и энергонезависимых элементов памяти. В данной работе развит метод низкоэнергетического ионного воздействия для получения плотных однородных массивов нанокластеров Ge на SiO₂. Энергия ионов выбиралась достаточно низкой, чтобы не вводились дефекты в подложку, но высокой по сравнению с тепловой энергией источника молекулярного пучка. Ионное воздействие способствует образованию зародышей новой фазы, которое невозможно по механизму термической активации при температурах 300-400°C. Благодаря импульсному режиму ионного воздействия зарождение происходит одновременно, что приводит к повышению однородности распределения нанокластеров по размерам. Кроме того, вследствие процесса ионного перемешивания, облегчается трансформация двумерного слоя Ge в массив нанокластеров при относительно низких температурах.

Осаждение Ge на пленки SiO₂ толщиной 4-80 нм производилось в камере сверхвысокого вакуума при различных энергиях ионов, температурах и параметрах импульсного режима. Большинство структур было получено осаждением 15-20 монослоев (МС) Ge, при температурах 300-375°C и энергии Ge+ 100-200 эВ. Импульсы ионного пучка подавались по мере осаждения 3 МС, 4 МС и 5 МС Ge. Для части образцов поверх сформированных наноструктур был нанесен капсулирующий слой кремния. Анализ полученных структур проводился методами электронной микроскопии высокого разрешения (ВРЭМ), электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА) и атомно-силовой микроскопии (АСМ).

Спектры ЭСХА содержат пики, соответствующие как GeO2, так и чистому Ge. Из анализа спектров сделан вывод о частичной десорбции германия в процессе осаждения. По-видимому, механизм

Рис. 1. а: ВРЭМ-изображение образца, приготовленного осаждением 20 МС Ge при 375°C на слое SiO₂ толщиной 4 нм. Импульсы облучения Ge+ энергией 200 эВ подавались по мере осаждения 3МС, 4МС and 5МС; б: Распределение нанокластеров по размерам (размер нанокластеров 5+1 нм, их плотность 5.5×10¹¹ см^-2)

десорбции включает образование монооксида германия, слабо связанного с матрицей SiO₂. На АСМ- и ВРЭМ-изображениях структур видны массивы нанокластеров (Рис. 1а). Для капсулированных образцов оценка размеров наночастиц по результатам ВРЭМ дает 5+1 нм, что примерно на 10 нм меньше, чем по АСМ (для некапсулированных сруктур). Различие в размерах связывается с окислением образцов атмосферным воздухом при транспортировке их из ростовой камеры в атомно-силовой микроскоп. Плотность нанокластеров достигает более 5×10¹¹ см^-2 (Рис.1б).