Эллипсометрия процессов молекулярно-лучевой эпитаксии Cd1-xHgxTe

Основные выводы работы

1. Рассчитаны систематические погрешности измерения эллипсометрических параметров, обусловленные несовершенствами оптических элементов, а также ошибками их юстировки и предложены способы частичного или полного устранения погрешностей путем проведения измерений при нескольких конфигурациях элементов.

2. Показана принципиальная возможность измерения элементов матрицы Джонса _ij анизотропных сред с помощью статической схемы эллипсометра: установлены наборы конфигураций схемы, достаточные для измерения _ij, и получены аналитические решения для _ij.

3. Рассмотрено влияние двулучепреломления оптических окон вакуумной камеры на результаты эллипсометрических измерений и рассчитаны соответствующие поправки к эллипсометрическим углам.

4. Установлены основные причины, влияющие на точность эллипсометрических измерений при исследованиях КРТ: наличие поверхностных слоев Те, образующихся в результате химической обработки, объемные включения теллура, оксидные слои и микрорельеф поверхности.

5. Измерены температурные зависимости оптических постоянных GaAs, ZnTe и

Hg_1-xCd_xTe на длине волны 632.8 нм, а также зависимости оптических постоянных Hg_1-xCd_xTe от состава соединения. Для всех измеренных зависимостей представлены параметрические формулы.

6. Предложен количественный критерий для характеризации качества поверхности полупрозрачных слоев, основанный на сравнении амплитуды интерференционных осцилляций псевдодиэлектрической функции и ее среднего по периоду значения.

7. Разработан комплекс эллипсометрических методик для измерения в процессе эпитаксиального роста различных параметров гетероструктур КРТ: составов слоев Hg_1-xCd_xTe (с точностью х=0.001) и Cd_1-zZn_zTe (с точностью z=0.006), толщин слоев и скорости роста, микроморфологии поверхности, температуры роста (с точностью 0.1).

8. Разработан оригинальный эллипсометрический метод измерения температуры, основанный на температурной зависимости фазовой толщины тонкой пленки и обладающий рекордно высокой дифференциальной чувствительностью, достигающей сотых долей градуса.

9. Рассмотрено взаимодействие поляризованного света с оптически неоднородными слоями и для слоев с малым градиентом состава предложен способ определения профилей оптических постоянных из кинетических зависимостей эллипсометрических параметров, измеренных в процессе роста слоя.

10. Предложен количественный критерий замены многослойной или неоднородной структуры однородной средой при решении эллипсометрических задач. Показано, что для структур КРТ этот критерий выполняется с точностью до погрешностей измерений.

11. Рассмотрена задача отражения поляризованного света от периодических слоистых структур и получены в аналитическом виде решения для комплексных коэффициентов отражения и эллипсометрических параметров таких структур.

12. Предложен экспериментальный способ измерения комплексных коэффициентов отражения R_p и R_s (их амплитуд и фаз) по результатам непрерывных эллипсометрических измерений в процессе роста структуры.

13. Экспериментально продемонстрировано выращивание методом МЛЭ различных структур КРТ нанометрового диапазона толщин при полном эллипсометрическом контроле, при этом точность измерения состава слоев достигает 0.002, а точность измерения толщины 0.5 нм.

14. Теоретически обосновано и экспериментально показано, что точность определения состава градиентных структур КРТ можно повысить, если в дополнение к измеренным кинетическим зависимостям эллипсометрических параметров (t) и (t) использовать при анализе их производную d/d.

15. Проведены исследования пленок анодных окислов КРТ, найдена зависимость их показателя преломления от температуры электролита и установлена оптическая модель структуры КРТ - анодный окисел, которая включает переходный слой.

эллипсометрический эпитаксия теллуроид оптический

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Дагман Э.Е., Любинская Р.И., Мардежов А.С., Свиташев К.К., Семененко А.И., Швец В.А. О решении обратной задачи эллипсометрии для неоднородных систем // Укр.физ.журн. - 1984. - Т. 29. - №2. - С.187 - 193.

2. Ржанов А.В., Свиташев К.К., Мардежов А.С., Швец В.А. Контроль параметров сверхрешеток в процессе их получения методом эллипсометрии // ДАН. - 1987. - Т. 297. - N3. - С. 604 - 607.

3. Ржанов А.В., Свиташев К.К., Мардежов А.С., Швец В.А. Основное уравнение эллипсометрии для сверхрешеток // ДАН. - 1988. - Т. 298. - №4. - С. 862 -868.

4. Гутаковский А.К., Елисеев В.М., Любинская Р.И., Лях Н.В., Мардежов А.С., Петренко И.П., Покровский Л.Д., Сабинина И.В., Сидоров Ю.Г., Швец В.А. Исследование состояния поверхности CdTe // Поверхность. - 1988. - №9. - С. 80 - 87.

5. Мардежов А.С., Швец В.А., Свешникова Л.Л., Данилова М.Г. Исследование системы HgCdTe - анодный окисел методом эллипсометрии // Поверхность. - 1989. - №7. - С. 125 - 130.

6. Мардежов А.С., Михайлов Н.Н., Швец В.А. Эллипсометрический контроль предэпитаксиальной подготовки подложек GaAs и роста эпитаксиальных пленок CdTe // Поверхность. - 1990. - №12. - С. 92 - 96.

7. Корнюшкин Н.А., Курдина Т.И., Мардежов А.С., Нис И.Е., Остаповский Л.М., Придачин Н.Б., Ремесник В.Г., Чикичев С.И., Швец В.А. Оптические и электрические свойства тонких пленок HgTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Поверхность. - 1991. - №8. - С. 94 - 100.

8. Баютова О.Р., Мардежов А.С., Покровский Л.Д., Чикичев С.И., Швец В.А. Исследование микрорельефа поверхности пленок HgTe методом эллипсометрии // Автометрия. - 1993. - №1. - С. 98 - 105.

9. Швец В.А. Определение профилей оптических постоянных неоднородных слоев из эллипсометрических измерений in situ // Автометрия. - 1993. - №6. - С. 25 - 33.

10. Svitashev K.K., Dvoretsky S.A., Sidorov Yu.G., Shvets V.A., Mardezhov A.S., Nis I.E., Varavin V.S., Liberman V., Remesnik V.G. The growth of high-quality MCT films by MBE using in situ ellipsometry // Cryst.Res.Technol. - 1994. - V. 29. - N7. - P.931 - 937.

11. Свиташев К.К., Швец В.А., Мардежов А.С., Дворецкий С.А., Сидоров Ю.Г., Варавин В.С. Эллипсометрия in situ при выращивании твердых растворов кадмий-ртуть-теллур методом МЛЭ // ЖТФ. - 1995. - Т. - 65. - вып. 9. С.110 - 120.

12. Свиташев К.К., Швец В.А., Мардежов А.С., Дворецкий С.А., Сидоров Ю.Г., Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В., Чикичев С.И., Придачин Д.Н. Метод эллипсометрии в технологии синтеза соединений кадмий-ртуть-теллур // Автометрия. - 1996. - №4. - С. 100 - 109.

13. Svitashev K.K., Shvets V.A., Mardezhov A.S., Dvoretsky S.A., Sidorov Yu.G., Mikhailov N.N., Spesivtsev E.V., Rykhlitsky S.V. Ellipsometry as a powerful tool for the control of epitaxial semiconductor structures in-situ and ex-situ // Mat.Sci.Engin.B. - 1997. - V. B44. - Nos. 1-3. - P. 164 - 167.

14. Shvets V.A., Chikichev S.I., Pridachin D.N., Yakushev M.V., Sidorov Yu.G., Mardezhov A.S. Ellipsometric study of tellurium molecular beam interaction with dehydrogenated vicinal silicon surfaces // Thin Sol Films. - 1998. - V. 313-314. - P. 561 - 564.

15. Придачин Д.Н., Якушев М.В., Сидоров Ю.Г., Швец В.А. Изучение процессов адсорбции теллура на кремнии методами эллипсометрии, дифракции быстрых электронов и Оже-спектроскопии // Автометрия. - 1998. - №4. - С.96 - 104.

16. Якушев М.В., Швец В.А. Использование эллипсометрических измерений для высокочувствительного контроля температуры поверхности. // Письма в ЖТФ. - 1999. - Вып. 14. - С.65 - 71.

17. Швец В.А., Якушев М.В., Сидоров Ю.Г. Применение метода эллипсометрии in situ для контроля гетероэпитаксии широкозонных полупроводников и характеризации их оптических свойств // Автометрия. - 2001. - №3. - С. 20 - 29.

18. Якушев М.В., Швец В.А., Кеслер В.Г., Сидоров Ю.Г. Изучение эпитаксиальных слоев ZnTe на подложке GaAs(310) методом эллипсометрии и методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. // Автометрия. - 2001. - №3. - С. 30 - 38.

19. Якушев М.В., Швец В.А. Высокочувствительный эллипсометрический метод контроля температуры. // Автометрия. - 2002. - №1. - С. 95 - 106.

20. Швец В.А., Якушев М.В. Влияние поверхностного слоя на определение диэлектрической функции пленок ZnTe методом эллипсометрии // Опт. и спектр. - 2002. - Т.92. - №5. - С. 847 - 850.

21. Михайлов Н.Н., Швец В.А., Дворецкий С.А., Спесивцев Е.В., Сидоров Ю.Г., Рыхлицкий С.В., Смирнов Р.Н. Эллипсометрический контроль роста наноструктур на основе Cd_xHg_1-xTe // Автометрия. - 2003, Т.39. - №2 - С.71 - 80.

22. Shvets V.A., Rykhlitski S.V., Spesivtsev E.V., Aulchenko N.A., Mikhailov N.N., Dvoretsky S.A., Sidorov Yu.G., Smirnov R.N. In situ ellipsometry for control of Hg_1-xCd_xTe nanolayer structures and inhomogeneous layers during MBE growth // Thin Sol.Films. - 2004. - Vs. 455-456. - P. 688 - 694.

23. Швец В.А., Чикичев С.И., Прокопьев В.Ю., Рыхлицкий С.В., Спесивцев Е.В. Эллипсометрический комплекс для исследования быстропротекающих температурных процессов // Автометрия. - 2004. - Т.40. - №6. - С.61 - 69.

24. Швец В.А., Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В. Анализ статической схемы эллипсометрических измерений // Опт. и спектр. - 2004. - Т. 97. - №3. - С. 514 - 525.

25. Mikhailov N.N., Smirnov R.N., Dvoretsky S.A., Sidorov Yu.G., Shvets V.A.,. Spesivtsev E.V, Rykhlitski S.V. Growth of Hg_1-xCd_xTe nanostructures by molecular beam epitaxy with ellipsometric control // Int. Journ. of Nanotechnology. - 2006. - V. 3. - No. 1. - P.120 - 130.

26. Придачин Д.Н., Сидоров Ю.Г., Якушев М.В., Швец В.А. Кинетика начальных стадий роста пленок ZnTe на Si(013) // Автометрия. - 2005. - Т. 41. - № 1. - С. 104 - 114.

27. Швец В.А., Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В. Измерение нормированной матрицы Джонса анизотропных образцов методом статической эллипсометрии // Опт. и спектр. - 2008. - Т. 105. - №4. - С. 689 - 695.

28. Дворецкий С.А., Икусов Д.Г., Квон Д.Х., Михайлов Н.Н., Дай Н., Смирнов Р.Н., Сидоров Ю.Г., Швец В.А. Выращивание квантовых ям HgTe/Cd_0.735Hg_0.265Te методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Автометрия. - 2007. - Т.43. - №4. - С.104 - 111.

29. Dvoretsky S.A., Ikusov D.G., Kvon Z.D., Mikhailov N.N., Remesnik V.G., Smirnov R.N., Sidorov Yu.G., Shvets V.A. HgCdTe quantum wells grown by molecular beam epitaxy // Semicond. Phys., Quant. Electr. And Optoelectronics. - 2007. - V. 10. - N4. - P.47 - 53.

30. Швец В.А. Влияние остаточного напряжения в оптических окнах на точность эллипсометрических измерений. // Автометрия. - 2008. - Т. 44. - №2. - С.119 - 126.

31. Швец В.А., Рыхлицкий С.В., Спесивцев Е.В., Михайлов Н.Н. Эллипсометрический контроль параметров выращиваемых наноразмерных гетероструктур. // Известия вузов. Серия Приборостроение. - 2009. - Т. 52. - №6. - С. 78 - 88.

32. Дворецкий С.А., Квон З.Д., Михайлов Н.Н., Швец В.А, Виттман Б., Данилов С.Н., Ганичев С.Д., Асеев А.Л. Наноструктуры на основе CdHgTe для фотоприемников // Оптический журнал. - 2009. - Т. 76. - №12. - С. 69 - 73.

33. Швец В.А., Дворецкий С.А., Михайлов Н.Н.. Эллипсометрический in situ контроль квантовых наноструктур с градиентными слоями. // ЖТФ. - 2009. - Т. 79. - Вып. 11. - С.41 - 44.

34. Швец В.А. О точности эллипсометрического контроля при выращивании полупроводниковых наноструктур // Опт. и спектр. - 2009. - Т.107. - №5. - С.822 - 825.

35. Якушев М.В., Швец В.А., Азаров И.А., Рыхлицкий С.В., Сидоров Ю.Г., Спесивцев Е.В., Шамирзаев Т.С. Контроль состава гетероэпитаксиальных слоев Cd_1-zZn_zTe методом спектральной эллипсометрии // ФТП. - 2010. Т. 44. - Вып. 1. - С. 62 - 68.

36. Швец В.А. Анализ оптически неоднородных слоев методом in situ эллипсометрии // Опт. и спектр. - 2010. - Т. 108. - №6. - С. 1042 - 1048.

37. Михайлов Н.Н., Смирнов Р.Н., Дворецкий С.А., Сидоров Ю.Г., Швец В.А., Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В., Бахтин П.А., Варавин В.С., Кравченко А.Ф., Латышев А.В., Сабинина И.В., Якушев М.В. Выращивание структур Hg_1-xCd_xTe с горизонтальным и вертикальным расположением нанослоев методом МЛЭ // Нанотехнологии в полупроводниковой электронике / Отв. ред. А.Л. Асеев. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007.- С. 13 - 33.

Кроме этого имеются публикации в тезисах и сборниках российских и международных конференций, в различных нерецензируемых изданиях (всего 29 наименований).

Цитируемая литература

1. Пат. №2111291 РФ. Устройство для молекулярно-лучевой эпитаксии / Блинов В.В., Горяев Е.П., Дворецкий С.А., Михайлов Н.Н., Мясников В.Н., Сидоров Ю.Г., Стенин С.И. Приоритет от 1.03.95. Опубл. 20.05.1998 // Бюллетень изобретений №14.

2. Свидетельство на полезную модель №16314 РФ. Эллипсометр / Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В. Приоритет от 13.11.98. Опубл. 20.12.2000 // Бюллетень изобретений № 35.

3. Азам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981. - 583 с.

Размещено на Allbest.ru