Исследование многослойных гетероструктур методами рентгеновской дифрактометрии, малоугловой рефлектометрии и вторично-ионной масс-спектрометрии Аспирант первого года обучения: Юнин П.А. Научный руководитель: Дроздов Ю.Н.

Цели работы Развитие методов рентгенодифракционного и послойного ВИМС анализа многослойных гетероструктур Совершенствование методик обработки и интерпретации экспериментальных данных Исследование систематических погрешностей ВИМС и РД методов анализа

Количественная калибровка ВИМС x Ge Калибровка x/(1-x) от I(Ge/Si) Si 224+ RS-map XRD SIMS depth profiling I ( 74 Ge - / 30 Si - ) Si-substrate (001) SiGe x = 20% SiGe x = 40% SiGe x = 60 %

Калибровка интенсивности и скорости травления Калибровочная зависимость I( 74 Ge - / 30 Si - ) от х/(1-х) распыление Cs + 2 keV 200x200 μm анализ Bi 25 keV Зависимость скорости травления от состава распыляемого слоя, режим распыления Cs + 1keV 180x180 μm

Обработка профиля ВИМС Корректное определение параметров структуры непосредственно из данных ВИМС невозможно. Сначала проводится учет нелинейности шкалы интенсивности с использованием x/(1-x)-калибровки. Затем время распыления пересчитывается в глубину по формуле H n = H n-1 + v(x n Ge)(t n – t n-1 )

Учет функции разрешения по глубине, сравнение с МУР и РД данными HRXRD XRR Совместное использование данных РД и МУР позволяет найти однозначное решение для многопараметрической модели структуры Для найденной по данным РД и МУР модели структуры решается прямая задача послойного анализа с учетом функции разрешения по глубине. Результаты моделирования сравниваются с обработанным профилем

Анализ многослойных гетероэпитаксиальных структур с использованием информации о временах роста слоев h Si k = t Si k ( h Si ref /t Si ref ) h SiGe k = t SiGe k ( h SiGe ref /t SiGe ref ) x SiGe k = ( h SiGe ref /t SiGe ref – h Si ref /t Si ref )/( h SiGe ref /t SiGe ref ) Наложение связей при моделировании спектра реализовано в программном комплексе обработки данных РД экспериментов DIFFRAC.Leptos фирмы Bruker AXS f Si f Ge

Cross-section TEM структуры резонансно-туннельного диода R222 Структура резонансно- туннельного диода с чередующимися Si/SiGe слоями, выращена методом МПЭ в ИФМ РАН

R222: РД эксперимент 1 – расчет по ростовой спецификации 2 – РД эксперимент 3 – подгонка с учетом связей 4 – подгонка без учета связей

Скорость сходимости поиска решения 1 – генетический алгоритм без связей 2 – генетический алгоритм с учетом связей 3 – алгоритм Левенберга-Марквардта с учетом связей

R222: послойный ВИМС анализ Расчет экспериментального профиля для модели однородных слоев. Минимизация невязки между рассчитанным и измеренным профилем путем варьирования параметров модели. Измеренный профиль ВИМС обрабатывается в соответствии с проведенными ранее калибровками интенсивности и скорости травления

R222: cравнение данных РД, ВИМС и ПЭМ слоя от поверхност и Модель I РД со связями Модель II РД без связей ВИМСПЭМ h, нм x Ge, %h, нмx Ge, %h, нмx Ge, %

Основные результаты Измерение параметров функции разрешения по глубине TOF.SIMS-5 Количественная калибровка масс-спектрометра для систем SiGe и AlGaAs Калибровка скорости распыления для системы SiGe Методика восстановления профилей ВИМС с учетом функции разрешения по глубине, матричных и нестационарных эффектов Совместный анализ многослойных полупроводниковых структур методами рентгеновской дифрактометрии и малоугловой рефлектометрии Использование априорной информации о временах роста слоев. Уточнение потоков в установках эпитаксиального роста

Публикации по теме работы 1.Дроздов Ю.Н., Дроздов М.Н., Новиков А.В., Юрасов Д.В., Юнин П.А. «Прямое сравнение периодов сверхрешеток, измеренных методом рентгеновской дифрактометрии и оптической интерферометрии», Известия РАН. Серия физическая, 2011, том 75, 1, с Дроздов Ю.Н., Новиков А.В., Юрасов Д.В., Юнин П.А. «Новый подход к рентгенодифракционному анализу тестовых структур при калибровке потоков в реакторах эпитаксиального роста», Поверхность. РСНИ, 2012, 6, с Дроздов Ю.Н., Дроздов М.Н., Новиков А.В., Юрасов Д.В., Юнин П.А. «Послойный анализ структур с дельта-слоями методом ВИМС с учетом функции разрешения по глубине TOF.SIMS-5», Поверхность. РСНИ, 2012, 7, с Дроздов Ю.Н., Дроздов М.Н., Данильцев В.М., Хрыкин О.И., Юнин П.А. «Анализ состава твердых растворов (Al,Ga)As методами вторично-ионной масс-спектрометрии и рентгеновской дифрактометрии», ФТП, 2012, том 46, вып. 11, с Юнин П.А., Дроздов Ю.Н., Дроздов М.Н., Новиков А.В., Юрасов Д.В. «Способ учета параметра сдвига при восстановлении распределения состава полупроводниковых структур по глубине в методе масс-спектрометрии вторичных ионов», ФТП, 2012, том 46, вып. 12, с Дроздов М.Н., Дроздов Ю.Н., Полковников В.Н., Стариков С.Д., Юнин П.А. «Новая альтернатива вторичным ионам CsM + для послойного анализа многослойных металличеcких структур методом вторично-ионной масс-спектрометрии», Письма в ЖТФ, 2012, том 38, вып. 24, с Yunin P.A., Drozdov Yu.N, Drozdov M.N. «Experimental shift allowance in the deconvolution of SIMS depth profiles», Surf. Interface Anal. doi: /sia.5259