Способ создания регулярных симметричных наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки Российский патент 2024 года по МПК H01L21/3065 H01L21/324 H01L31/18 B82Y40/00 

Предлагаемый способ относится к области электроники и оптоэлектроники и может быть использован при создании структур активных элементов нано- и оптоэлектроники и интегральных схем на их основе.

Известен аналог заявляемого объекта «MBE method for growing locating quantum dots on patterned substrate through AFM nanoimprinting» [Патент № CN103594334A от 19 февраля 2014 года], содержащий этапы формирования массива наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки: формирование на поверхности полупроводниковой подложки массива наноразмерных углублений методом наноимпринтинга (нановыдавливания); осаждение тонкого буферного слоя на поверхность с массивом полученных наноразмерных углублений.

Данный способ позволяет получать регулярный массив наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются: использование полупроводниковой подложки, возможность управления положением и размером наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: формирование наноразмерных углублений с помощью метода наноимпринтинга (нановыдавливания), что приводит к механическим нарушениям кристаллической структуры материала полупроводниковой подложки и образованию дефектов в прилегающих к наноразмерным углублениям областях, что негативно влияет на структурное совершенство материала и функциональные характеристики формируемых в наноразмерных углублениях в дальнейшем самоорганизующихся наноструктур; отсутствие огранки наноразмерных углублений приводит к неопределенности положения центра нуклеации в пределах наноразмерного углубления, что препятствует в дальнейшем получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них; осаждение тонкого буферного слоя приводит к изменению первоначально заданной формы наноразмерных углублений и снижению их однородности, что препятствует в дальнейшем получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них.

Известен аналог заявляемого объекта «Способ получения регулярных массивов квантовых точек» [RU Патент № 2748938 С1 от 1 июня 2021 года], содержащий этапы формирования регулярного массива наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки: формирование на полупроводниковой подложке методом фотолитографии маски с окнами в ней; жидкостное химическое травление полупроводниковой подложки через окна в маске и формирование наноразмерных углублений; удаление слоя фоторезиста и химическая очистка поверхности; осаждение тонкого буферного слоя на поверхность с массивом полученных наноразмерных углублений.

Данный способ позволяет получать регулярный массив наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются: использование полупроводниковой подложки, возможность управления положением и размерами наноразмерных углублений на поверхности.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: использование метода фотолитографии для формирования наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки через окна в маске приводит к необратимому химическому загрязнению поверхности на этапах формирования маски, травления и удаления маски, что отрицательно влияет на структурные и функциональные свойства формируемых в наноразмерных углублениях самоорганизующихся наноструктур в дальнейшем; осаждение буферного слоя на поверхность с массивом полученных наноразмерных углублений приводит к изменению первоначально заданной формы наноразмерных углублений и снижению их однородности, что препятствует в дальнейшем получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них; отсутствие огранки наноразмерных углублений приводит к неопределенности положения центра нуклеации в пределах углубления, что препятствует в дальнейшем получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является «Method for epitaxially growing GeSi quantum dots» [Патент № CN111834206A (B) от 27 октября 2020 года], содержащий этапы формирования регулярного массива наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки: формирование на полупроводниковой подложке методом фотолитографии маски с окнами; анизотропное жидкостное химическое травление полупроводниковой подложки через окна в маске и формирование симметричных наноразмерных углублений в форме усеченной пирамиды; удаление маски и химическая очистка поверхности полупроводниковой подложки.

Данный способ позволяет формировать регулярный массив симметричных наноразмерных углублений в форме усеченной пирамиды на поверхности полупроводниковой подложки.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются: использование полупроводниковой подложки, возможность управления положением и размерами наноразмерных углублений на поверхности, отсутствие необходимости формирования буферного слоя, возможность получения симметричных ограненных кристаллографическими плоскостями наноразмерных углублений.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: использование метода фотолитографии для формирования наноразмерных углублений приводит к необратимому химическому загрязнению поверхности на этапах формирования маски, травления и удаления маски, что негативным образом влияет на характеристики формируемых в наноразмерных углублениях самоорганизующихся наноструктур в дальнейшем; форма наноразмерных углублений в виде усеченной пирамиды предполагает наличие четырех вершин, образуемых гранями и выступающих в качестве центров нуклеации, что в дальнейшем приводит к неопределенности положения центра нуклеации и/или формирования сразу нескольких самоорганизующихся наноструктур в пределах одного углубления, что препятствует в дальнейшем получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них.

Технический результат предлагаемого способа - формирование без необходимости использования масочных слоев и иных литографических операций регулярных симметричных ограненных кристаллографическими плоскостями наноразмерных углублений в форме пирамиды, имеющих одну вершину, выступающую в качестве единственного центра нуклеации, что в дальнейшем однозначно задает положение точки формирования и способствует получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них.

Технический результат достигается за счет того, что для формирования регулярных симметричных наноразмерных углублений в заданных точках поверхности используется метод фокусированных ионных пучков, с помощью которого сначала в заданных точках поверхности полупроводниковой подложки формируются наноразмерные углубления заданных размеров, а затем производится высокотемпературный отжиг полупроводниковой подложки, в ходе которого сформированные углубления приобретают симметричную форму пирамиды, ограненную кристаллографическими плоскостями, с одной вершиной, выступающей в качестве единственного центра нуклеации, а также устраняются генерируемые фокусированным ионным пучком в полупроводниковой подложке радиационные дефекты и восстанавливается кристаллическая структура материала подложки в области наноразмерных углублений, что в дальнейшем однозначно задает положение точки формирования и способствует получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них.

Для достижения необходимого технического результата предложен способ создания регулярных симметричных наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки, состоящий из этапа формирования методом фокусированных ионных пучков в заданных точках поверхности полупроводниковой подложки наноразмерных углублений и последующего этапа высокотемпературного отжига полупроводниковой подложки со сформированными наноразмерными углублениями.

На Фиг. 1 изображена схема этапов способа создания регулярных симметричных наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки.

Изготовление регулярных симметричных наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки происходит следующим образом.

На полупроводниковой подложке 1 (Фиг. 1, шаг 1) методом фокусированных ионных пучков в заданных точках формируются первичные наноразмерные углубления заданных размеров 2 (Фиг. 1, шаг 2), размер которых определяется интенсивностью воздействия фокусированного ионного пучка. При этом прилегающие к первичным наноразмерным углублениям области материала подложки в процессе воздействия фокусированного ионного пучка насыщаются радиационными дефектами 3, вследствие чего их кристаллическая структура нарушается вплоть до полной аморфизации (Фиг. 1, шаг 2). Затем проводится высокотемпературный отжиг полупроводниковой подложки с первичными наноразмерными углублениями на поверхности, в ходе которого сформированные на ней первичные наноразмерные углубления приобретают симметричную форму пирамиды, ограненную кристаллографическими плоскостями с одной вершиной 4 (Фиг. 1, шаг 3), выступающей в качестве единственного центра нуклеации, а также устраняются генерируемые фокусированным ионным пучком в полупроводниковой подложке радиационные дефекты и восстанавливается кристаллическая структура материала подложки в области наноразмерных углублений, что в дальнейшем однозначно задает положение точки формирования и способствует получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них.

Предлагаемый способ прошел экспериментальную апробацию авторами, поскольку в его основе лежат оригинальные результаты экспериментальных исследований. Нами было показано, что после формирования наноразмерных углублений на полупроводниковой подложке GaAs(001) методом фокусированного ионного пучка и последующего ее высокотемпературного отжига, наноразмерные углубления изменяют свою форму и размер (диаметр и глубина) пропорционально интенсивности воздействия фокусированного ионного пучка. При этом наноразмерные углубления изменяют свою форму с чашеобразной на симметричную пирамидальную, ограненную кристаллографическими плоскостями с единственной вершиной. Результаты исследования кристаллической структуры полупроводниковой подложки с наноразмерными углублениями до и после отжига методом спектроскопии комбинационного рассеяния света с микроразрешением показали, что нарушенная кристаллическая структура подложки в области воздействия фокусированного ионного пучка восстанавливается после этапа отжига.

Таким образом, предлагаемый способ представляет собой способ, позволяющий формировать без необходимости использования масочных слоев и иных литографических операций регулярные симметричные ограненные кристаллографическими плоскостями наноразмерные углубления в форме пирамиды, имеющие одну вершину, выступающую в качестве единственного центра нуклеации, что в дальнейшем однозначно задает положение точки формирования и способствует получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них.

Таким образом, по сравнению с аналогичными способами, предлагаемый способ создания регулярных симметричных наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки позволяет формировать регулярные симметричные ограненные кристаллографическими плоскостями наноразмерные углубления в форме пирамиды, имеющие одну вершину, выступающую в качестве единственного центра нуклеации, за счет использования метода фокусированных ионных пучков и следующего за ним высокотемпературного отжига полупроводниковой подложки.

Изобретение относится к области электроники и оптоэлектроники и может быть использовано при создании структур активных элементов нано- и оптоэлектроники и интегральных схем на их основе. Способ создания регулярных симметричных наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки заключается в том, что на полупроводниковой подложке методом фокусированных ионных пучков формируют первичные наноразмерные углубления, затем проводят высокотемпературный отжиг полупроводниковой подложки с первичными наноразмерными углублениями, в ходе которого сформированные первичные наноразмерные углубления приобретают симметричную форму пирамиды, ограненную кристаллографическими плоскостями с одной вершиной, а также устраняются генерируемые фокусированным ионным пучком в полупроводниковой подложке радиационные дефекты и восстанавливается кристаллическая структура материала подложки в области наноразмерных углублений. Изобретение обеспечивает возможность формирования регулярных симметричных ограненных кристаллографическими плоскостями наноразмерных углублений в форме пирамиды, имеющих одну вершину, выступающую в качестве единственного центра нуклеации, что в дальнейшем однозначно задает положение точки формирования и способствует получению воспроизводимых и однородных самоорганизующихся наноструктур в них без необходимости использования масочных слоев и иных литографических операций. 1 ил.

Способ создания регулярных симметричных наноразмерных углублений на поверхности полупроводниковой подложки, заключающийся в том, что на полупроводниковой подложке методом фокусированных ионных пучков формируют первичные наноразмерные углубления, затем проводят высокотемпературный отжиг полупроводниковой подложки с первичными наноразмерными углублениями, в ходе которого сформированные первичные наноразмерные углубления приобретают симметричную форму пирамиды, ограненную кристаллографическими плоскостями с одной вершиной, а также устраняются генерируемые фокусированным ионным пучком в полупроводниковой подложке радиационные дефекты и восстанавливается кристаллическая структура материала подложки в области наноразмерных углублений.