Аннотация доклада чл.-к. РАН А. В. Двуреченского на Совете 11.12.08

Интеграционный проект СО РАН № 101

"Наноструктурированные полупроводниковые материалы с вертикально-сопряженными квантовыми точками: структура и электронные явления".

Проект выполнялся на базе:
1. Института физики полупроводников СО РАН (ИФП СО РАН)
2. Института неорганической химии СО РАН (ИНХ СО РАН)
3. Института ядерной физики (ИЯФ СО РАН)
4. Института электроники НАН Беларуси (ИЭ НАНБ)

Координаторы проекта:
Двуреченский Анатолий Васильевич, член-корреспондент РАН, профессор,  ИФП СО РАН;
Эренбуг Симон Борисович, к.ф.м.н., снс, ИНХ СО РАН.
РЕФЕРАТ
Разработаны методы создания наноструктур Ge/Si с вертикально-сопряженными квантовыми точками. Основой подходов является использование эффекта спонтанной морфологической трансформации упруго напряженного слоя Ge в условиях молекулярно-лучевой эпитаксии.  Установлены технологические условия (температура подложки, скорость осаждения Ge и Si, предэпитаксиальная подготовка подложки), позволяющие формировать захороненные в слоях кремния массивы вертикально упорядоченных островков германия с размерами островков в основании 10 нм, плотностью до 21012 см-2 и элементным составом Ge в нанокластерах, близким к единице.
Построена физико-математическая модель для определения распределения упругих деформаций кристалла Si, содержащего включения вертикально связанных нанокластеров Ge, энергетического спектра носителей заряда и экситонов, а также пространственной конфигурации электронных и дырочных состояний в многослойных гетероструктурах Ge/Si с квантовыми точками Ge.  Обнаружен ряд новых физических явлений, таких как (1) возникновение в напряженных слоях Si вблизи нанокластеров Ge трехмерной потенциальной ямы для электронов, сформированной двумя отщепленными деформацией Дельта-долинами, с энергией связи электрона до 100 мэВ; (2) асимметрия молекулярных орбиталей дырок в упруго напряженных спаренных квантовых точках Ge/Si; (3) существование антисвязывающего основного состояния дырок в двойных квантовых точках Ge/Si;  (4) двукратное увеличение силы осциллятора межзонных переходов в системе вертикально совмещенных квантовых точек Ge в Si по сравнению со случаем одиночной квантовой точки.
В экспериментах по прыжковой проводимости спин-поляризованных магнитным полем дырок в массивах квантовых точек обнаружен пик магнетосопротивления, связываемый с проявлением эффекта спиновой блокады при туннелировании дырок между квантовыми точками.
Проведено исследование эффектов воздействия наносекундного импульсного лазерного излучения, с прецизионным контролем происходящих при этом фазовых превращений на элементный состав, упругие деформации и энергетический спектр дырок в многослойных структурах Ge/Si с квантовыми точками. Найдены условия, обеспечивающие увеличение степени однородности параметров квантовых точек в ансамбле.
Методами EXAFS- и XANES-спектроскопии c использованием синхротронного излучения накопителя ВЭПП-3 ИЯФ СО РАН исследована микроструктура образцов, содержащих многослойные гетеросистемы Ge/Si (квантовые точки Ge в матрице Si) и GaN/AlN (квантовые точки  GaN в матрице AlN). Установлено влияние эффективной толщины барьерных слоев Si (или AlN), числа слоев Ge (или GaN) в сэндвиче и температуры отжига на размеры и форму кластеров Ge (или GaN) и межфазную диффузию в  таких системах.