Ярим ўтказгич ва диэлектрик пленкаларни кичик энергияли ионлар билан бомбардимон қилганда ҳосил бўлувчи нанопленкалар ва нанокристалларнинг электрон спектроскопияси

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ им. У.А. Арифова

На правах рукописи
УДК 537.533.8

ТАШМУХАМЕДОВА ДИЛНОЗА АРТИКБАЕВНА

ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ НАНОПЛЕНОК И

НАНОКРИСТАЛЛОВ СОЗДАННЫХ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

ИОННОЙ БОМБАРДИРОВКОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

01.04.04 – Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора

физико-математических наук

Ташкент – 2010

2

Работа выполнена в Ташкентском Государственном техническом

университете им. Абу Райхана Беруни

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор

Умирзаков Балтахаджа Ерматович

Официальные оппоненты

:

доктор физико-математических наук, академик

Мамадалимов Абдугафур Тешабаевич

доктор физико-математических наук, профессор

Митягин Александр Юрьевич

доктор физико-математических наук, профессор

Джуманов Сафарали

Ведущая организация

:

НИИ «Прикладная физика» при Национальном
Университете Узбекистана

Защита состоится «____» _________ 2010 г. в ___ часов на заседании

Объединенного специализированного совета Д 015.23.01 при Институте
электроники им. У.А. Арифова АН РУз и Институте ядерной физики АН РУз
по адресу 100125, Ташкент, ГСП, Академгородок, ул. Дурмон йули, 33. тел.:
(998-71) 262-79-40, факс: (998-71) 262-87-67. e-mail: aie@aie.uz

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института

электроники им. У.А. Арифова АН РУз.

Автореферат разослан «___»___________ 2010 года.

Ученый секретарь

Объединенного специализированного совета
доктор физико-математических наук, проф. И. Хидиров

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Наиболее перспективным направлением

современной науки является нанотехнология, в частности наноэлектроника,
которая появилась с 90-х годов. Различие в направлениях конструирования
подчеркивает удивительное влияние квантовых эффектов на структуры,
построенные в молекулярном масштабе. В природе область действия
квантовых сил ограничивается внутренним пространством атомов и связями
между атомами. В таких системах отчетливо проявляются волновые свойства
электронов, вследствие чего поведение последних начинает очень сильно
зависеть от конкретной геометрии исследуемых образцов. В этих условиях
состояние электронов определяется волновыми свойствами и скорее
напоминает поведение электромагнитного излучения в волноводах.

Для использования квантовых эффектов в целях создания приборов

необходимо получить структуры с размерами, меньшими или много
меньшими, чем некоторые характерные длины. В связи с этим необходимо
интенсивное

развитие технологии создания новых нанопленок и

нанокристаллов, свойства которых резко отличаются от свойств объемных
материалов. Установление оптимальных условий создания и изучения
свойств наноструктур дает возможность разработать на их основе новые
приборы и устройства с уникальными параметрами. Эти объекты могут
применяться

при

создании

нанотранзисторов,

составных

частей

интегральных схем, усилителей, генераторов работающих в области
терагерц, запоминающих устройств с терабитной памятью, нейроструктур
для нанокомпозитов и др. Предлагаемая научная работа посвящена

актуальной проблеме:

разработка эффективной методики создания

перспективных

наноструктур

на

основе

полупроводниковых

и

диэлектрических пленок, установление основных механизмов их образования
и комплексное изучение их свойств.

Степень изученности проблемы.

До начала настоящей работы

исследователями (в том числе автором этой работы) были получены
сплошные тонкие пленки с толщиной 10 – 100 нм и изучены их физико-
химические свойства. Эти пленки в основном получены методом
молекулярно – лучевой эпитаксии. Имеется ряд работ посвященных
кластерообразованию в процессе имплантации ионов в различные
материалы, в особенности, в кристаллы Si, GaAs и GaAlAs. В этих
исследованиях нанообъекты получены путем высокоэнергетической
бомбардировки ионами инертных газов и водорода двух и трех
компонентных материалов, в результате чего происходит скопление одного
из компонентов подложки в приповерхностной области. Например, при
ионной бомбардировке SiO

2

на отдельных участках приповерхностного слоя

наблюдается накопление некоторого количества атомов Si, вследствие чего
формируется сверхрешетка типа Si – SiO

2

. Изучены их состав и в некоторых

случаях кристаллическая структура.

Отметим, что в последние годы тонкие полупроводниковые пленки с

наноразмерными кристалликами, обладающими свойствами “металла”

4

представляют повышенный интерес. Это в первую очередь связано с
присущей таким кристаллам совершенно новым уникальным свойствам, что
дает возможность использовать их при конструировании современных
приборов, твердотельной электроники. В частности эпипленки Si с
силицидными нанокристаллами могут применяться в создании транзисторов
с металлической и проницаемой базой.

До настоящего времени в проведенных нами работах установлено, что

низкоэнергетическая (Е

0

≤ 5 кэВ) высокодозная (D ≥ 10

16

см

-2

) ионная

имплантация позволяет получить в приповерхностных слоях кремния тонкие
сплошные монокристаллические слои с толщиной d = 50 – 100 Å силицидов
металлов типа BaSi

2

, NaSi

2

, CоSi

2

. Показано, что удельное сопротивление

этих пленок составляет 30 – 50 мкОм



см. Также были определены

оптимальные режимы ионной имплантации и отжига для создания
гетероэпитаксиальных систем типа Ga

1-х

Me

х

As/GaAs.

Однако до настоящего времени возможность создания ионной

имплантацией отдельных кванто – размерных двух или трех компонентных
структур на основе полупроводников, диэлектрических пленок и
композиционных материалов и их свойства практически не исследованы.

Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.

Работа выполнена на кафедре «Нанотехнологии» ТашГТУ в рамках научных
проектов ГКНТ РУз: «Создание многокомпонентных наноструктур на основе
полупроводников, диэлектрических пленок, композиционных материалов и
изучение их электронных состояний и физических свойств» № гос.
регистрации Ф-2.1.50 (2003-2007 гг.); «Разработка технологий получения
многокомпонентных нанопленок для приборов твердотельной электроники
(приборы микроэлектроники, преобразователей энергии, приборов СВЧ и
оптоэлектроники: приборы измерения, контроля и прогноза)» № гос.
регистрации П - 10.31 (2003-2005 гг.); проектов МВССО РУз: «Изучение
механизмов формирования одно- и многокомпонентных нанокристаллов и
нанопленок при взаимодействии заряженных частиц и лазерного излучения с
поверхностью кремния, германия, полупроводниковых соединений А

3

В

5

и

диэлектрических пленок» № гос. регистрации ОТ-Ф2-083 (2007-2011 гг.);
«Рост, физические свойства и структура многослойных наноэпитаксиальных
гетероструктур» № гос. регистрации ОТ-ЁФ2-002 (2008-2010 гг.);
«Разработка технологии получения наноматериалов с регулируемой шириной
запрещенной зоны для приборов микро- и оптоэлектроники на основе
полупроводниковых пленок» № гос. регистрации 14

-

-

0

0

0

0

2

2

(

(

2

2

0

0

0

0

9

9

-

-

2

2

0

0

1

1

1

1

г

г

г

г

.

.

)

)

;

;

«

«Разработка и выбор дешевой технологии получения наноструктур на основе
элементарных и бинарных полупроводников

»

»

№ гос. регистрации 14

-

-

0

0

0

0

7

7

(

(

2

2

0

0

0

0

9

9

-

-

2

2

0

0

1

1

1

1

г

г

г

г

.

.

)

).

Цель исследования:

Изучение закономерностей и выяснение

физических механизмов формирования одно- и многокомпонентных
нанопленок, нанокристаллов и сверхрешеток на основе полупроводниковых
и диэлектрических пленок при низкоэнергетической ионной бомбардировке
в сочетании с отжигом.

5

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:



изучить возможности создания нанопленок и нанокристаллов на

основе полупроводников и диэлектрических пленок методом ионной
имплантации в сочетании с отжигом (температурный прогрев, лазерная
абляция). Определить оптимальные режимы их формирования. Разработать
способ получения наноструктур на основе Si и GaAs;



изучить

процессы

формирования

однокомпонентных

нанокристаталлов и нанопленок в приповерхностных слоях пленок GaAs и
CaF

2

при бомбардировке ионами инертных газов. Детально исследовать

электронную и кристаллическую структуру наноэпитаксиальных систем типа
Ga/GaAs и Ca/CaF

2

;



изучить процессы формирования двух- и трехкомпонентных

нанокристаллов и нанопленок типа MeSi

2

/Si, Ga

1-x

Me

x

As/GaAs и Ca

1-x

Me

x

F

2

/

CaF

2

. Изучить изменение состава, формы и структуры нанокластерных фаз

при постимплантационном отжиге. Выявить основные механизмы
формирования одно- и многокомпонентных наноструктур при ионной
имплантации и отжиге;



изучить электронную структуру полученных многокомпонентных

нанокристаллов и нанопленок. Исследовать зависимость ширины
запрещенной зоны нанопленок от их толщины и нанокристаллов от их
размеров;



изучить тип и параметры решетки нанопленок и нанокристаллов

силицидов, оценить зависимость параметров решетки наноструктур от их
размеров. Разработать модель поверхности Si с нанокристаллами силицида;



определить критические размеры нанокристаллов при которых

происходит туннелирование электронов. Дать теоретические объяснения
полученных результатов. Разработать методику оценки критических
размеров нанокристаллов при которых начинают проявляться кванто –
размерные эффекты;



построить энергетическую зонную диаграмму нанокристаллов и

многослойных наноэпитаксиальных систем (поверхность с нанокристаллами
и многослойные структуры) Si/MeSi

2

/Si, GaAs/Ga

1-x

Me

x

As/GaAs, Ca

1-x

Me

x

F

2

/

CaF

2

, Ca/CaF

2

/Si;



разработать научно-обоснованные рекомендации по созданию

многокомпонентных

наноструктур

типа

Si/CoSi

2

/CaF

2

,

Si/CoSi

2

/Si,

Si/CaF

2

/GaAs с использованием методов ионной имплантации и МЛЭ.

Объекты исследования:

Ионно-лучевая обработка и электронная

спектроскопия поверхности твердых тел.

Предмет исследования:

Закономерности и физические механизмы

формирования

нанокристаллов

и

нанопленок

на

поверхности

монокристаллических пленок Si, GaAs, GaP и CaF

2

.

Методы исследования:

Оже – электронная спектроскопия (ОЭС),

дифракция быстрых электронов (ДБЭ), растровая электронная микроскопия
(РЭМ), ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (УФЭС),
спектроскопия упруго отраженных электронов (СУОЭ), спектроскопия
характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ).

6

Основные положения, выносимые на защиту

1.

Механизмы формирования эпитаксиальных нанокристаллических

фаз и нанопленок силицидов металлов в процессе низкоэнергетической
имплантации (Е

0

= 0,5 – 5 кэВ) ионов активных металлов в Si в сочетании с

отжигом. Установлено, что при (D = 10

14

см

-2

) низких дозах ионов

образуются зародыши, затем с ростом дозы до D = 10

15

см

-2

на этих участках

формируются нанокристаллы с диаметром 20 – 25 нм, а при высоких дозах
(D



10

16

см

-2

) – нанопленки с толщиной 2 – 10 нм.

2.

Механизмы

формирования

одно-

и

многокомпонентных

нанокластерных фаз и нанопленок при бомбардировке GaAs, GaP и CaF

2

ионами Ar

+

, Na

+

, Ba

+

, Mg

+

. Установлено, что при бомбардировке бинарных

соединений происходит их разложение и частичная десорбция легко
испаряющихся компонентов (As, P и F

2

) с поверхности, и обогащение

поверхности атомами металла. После отжига в случае пленок облученных
ионами Ar

+

на поверхности образуются наноструктуры металла (Ga и Са), а в

случае имплантации ионов активных металлов – трехкомпонентные
соединения (Ga

1-x

Me

x

As, Ca

1-x

Me

x

F

2

). Определены оптимальные режимы

ионной имплантации и отжига (температурного и лазерного) для
формирования эпитаксиальных наноструктур одно- и трехкомпонентных
соединений.

3.

Экспериментальные данные зависимости параметров зон и

кристаллической решетки от размеров нанообъектов. В случае
нанокристаллов CoSi

2

с уменьшением поверхностных размеров от 50 – 60 нм

до 25 – 30 нм ширина запрещенной зоны увеличивается на



0,4 эВ. Это

объясняеться уменьшением концентрации электронов в нанокристалле,
которое приводит к перераспределению заполненных и свободных
электронных состояний. Оценочные значения магического числа
силицидных наноматериалов (

N

v

= 78000 – 80000,

N

s

= 8000).

4.

Природа

и

идентифицированные

основные

особенности,

наблюдаемые на кривых энергетического распределения валентных
электронов, для одно-, двух- и трехкомпонентных нанокристаллов и
нанопленок сформированных на поверхности Si, GaAs и CaF

2

. Образование

новых соединений приводит к перераспределению электронных состояний в
валентной зоне и зоне проводимости. В частности при образовании
силицидов типа BaSi

2

наличие основных особенностей обусловлено

гибридизацией 3s и 3p уровней Si с 6s уровнями Ba.

5.

Энергетические

диаграммы,

впервые

построенные

для

полупроводниковых и диэлектрических пленок с гетероэпитаксиальными
нанокристаллами (Si+ncMeSi

2

, GaAs + ncGa

x

Me

1-x

As, CaF

2

+ ncMe) и для

многослойных гетероэпитаксиальных наноструктур КНД (Ca – CaF

2

– Si),

полученных методами низкоэнергетической ионной имплантации в
сочетании с отжигом.

6.

Оценочные критические размеры нанокристаллов и нанопленок для

системы МеSi

2

– Si, при которых происходит туннелирование электронов

через барьер. В случае системы Si – ncBaSi

2

поверхностные критические

размеры нанокристаллов составляют 20 – 25 нм.

7

7.

Модель поверхности Si с нанокристаллами MeSi

2

. Эту модель можно

использовать для объяснения закономерностей наблюдающихся при
образовании нанокристаллов других типов силицидов металлов. Определена
роль эффекта рассоглосования параметров решетки системы Si – MeSi

2

на

структуру и размеры нанокристаллических фаз. Показано, что в случае Si +
ncBaSi

2

нанокристаллические фазы состоят из трех участков, а в случае Si +

ncCoSi

2

– из двух.

Предложенный маршрут получения нанокристаллов и нанопленок на

поверхности полупроводников и диэлектрических пленок методом ионной
имплантации и последующего отжига.

8.

Научно

–

обоснованные

рекомендации

по

получению

нанокристаллов и нанопленок на основе полупроводниковых и
диэлектрических пленок и по применению их при разработке приборов
микро- и оптоэлектроники.

В работе развито новое

научное направление

“Формирование

нанокристаллических и нанопленочных гетероструктур на основе
полупроводниковых и диэлектрических пленок при низкоэнергетической
ионной имплантации”.

Научная новизна работы

состоит в том, что в ней впервые:

1.

Определены размеры нанокристаллических фаз и толщина

нанопленок полученных методом ионной имплантации в сочетании с
отжигом в поверхностных слоях Si, GaAs и CaF

2

; показано, что в процессе

ионной имплантации на поверхности с ростом дозы образуются зародыши
(D= 10

14

см

-2

), нанокластерные фазы (D = 5·10

14

– 2·10

15

см

-2

), островки (D =

2·10

15

– 10

16

см

-2

) и равномерное легирование всей поверхности (D >10

16

см

-2

).

Поверхностные размеры нанокристаллов лежали в пределах 10 – 30 нм, а их
толщина – 1 - 10 нм.

2.

Изучены закономерности и установлены основные механизмы

формирования одно-, двух- и трехкомпонентных наноматериалов
(нанокристаллов

и

нанопленок)

в

приповерхностной

области

полупроводниковых и диэлектрических пленок при ионной бомбардировке и
последующем отжиге. Показано, что в случае кремния ионная имплантация
приводит к разрыву связей между атомами, обогащению поверхности
примесными атомами и образованию соединений типа MeSi

2

. В случае

двухкомпонентных образцов разложение соединений сопровождается
десорбцией летучих атомов (в виде As

2

, F

2

) с поверхности, обогащением

поверхности атомами примеси и образованием после отжига новых
трехкомпонентных соединений.

3.

Установлено, что параметры энергетических зон и кристаллической

решетки нанокристаллов и нанопленок силицидов зависят от их размеров. В
частности, в случае CoSi

2

при уменьшении диаметра нанокристаллов от 70 до

25 нм ширина запрещенной зоны увеличивается на 0,1 – 0,4 эВ, а постоянная
решетки на



0,05 Å.

4.

Построена

энергетическая

диаграмма

для

трехслойной

эпитаксиальной системы нанопленок Ca – CaF

2

– Si, а также для поверхности

исследуемых материалов с нанокристаллами: Si + ncMeSi

2

, GaAs +

8

ncGa

x

Me

1-x

As и CaF

2

+ ncMe. Эти диаграммы очень важны для использования

полученных результатов в создании нанопленочных структур типа металл –
полупроводник – диэлектрик и сверхрешеток на поверхности исследуемых
образцов.

5.

Разработан

метод

оценки

критических

размеров

нанокристаллических фаз и нанопленок при которых начинается
туннелирование электронов. Метод основан на измерении изменения тока
проходящего через систему Si + МеSi

2

(барьер + квантовая точка).

В случае

Si + ncВаSi

2

поверхностные размеры квантовых точек (ВаSi

2

) составляют 25

– 30 нм, а барьера (Si) - 20 – 30 нм.

6.

Предложена модель поверхности Si с нанокристаллами МеSi

2

. Эта

модель может быть использована для объяснения процессов происходящих
на границе раздела Si/ncМеSi

2

и закономерностей образования сверхрешеток

типа Si + ncМеSi

2

с близкими и различными параметрами решетки.

Разработан технологический маршрут получения нанокристаллов и
нанопленок на основе полупроводников и диэлектрических пленок
состоящий из сверхвысоковакуумной очистки подложки, ионной
имплантации, отжига.

7.

Предложен способ оценки состава и структуры наноразмерных фаз.

Способ основан на сравнительном анализе структуры спектров ОЭС, УФЭС
и ДБЭ картин нанофаз, сплошной пленки и чистой подложки.

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Установление

механизмов

и

закономерностей

формирования

гетероэпитаксиальных наноструктур и выявление механизмов изменения
электронной и кристаллической структуры нанообъектов при изменении их
размеров являются фундаментальной базой для развития теории образования
квантово-размерных объектов и для построения теоретической модели
процессов образования многокомпонентных структур при ионной
имплантации и последующем отжиге.

Разработанные технологии и установленные оптимальные режимы

получения

наноэпитаксиальных

многослойных

и

планарных

гетероэпитаксиальных периодических систем имеют перспективы при
создании новых приборов электронной техники (БИС, УБИС, микро- и СВЧ
– электроники, элементов памяти и связи, чувствительных элементов и
оптических датчиков, солнечных батарей и др.).

Реализация результатов.

Разработаны практические рекомендации

для будущего использования полученных результатов в электронной
промышленности Республики Узбекистан (ОАО «ФОТОН») и стран
ближнего и дальнего зарубежья. В рекомендациях имеются оптимальные
режимы ионной имплантации и отжига, данные по влиянию длительной
эксплуатации на рабочие характеристики (Получены 2 патента Республики
Узбекистан).

Результаты экспериментальных и теоретических исследований,

экспериментальные установки, статьи и монографии используются в учебном
процессе ТашГТУ и других специализированных вузов и научно -

9

исследовательских работах аспирантов и докторантов (Имеется акт
внедрения в учебный процесс ТашГТУ).

Апробация работы.

Основные

результаты диссертационной работы

докладывались и обсуждались на следующих Конференциях и Симпозиумах:
14

th

International Conference on Ion Beam Modification of Materials (Asilomar,

2004, Taormina, 2006); Korea-Uzbekistan joint symposium on quantum functional
semiconductor materials. Physics and Application (Seoul, 2005, 2007, 2009);
European Materials Research Society (Strasbourg, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009);
Radiation effect in insulator (Padova, 2009); 6

th

European workshop on Secondary

Ion Mass Spectrometry (Münster, 2008); XXXV, XXXVI, XXXVII, XXXVIII и
XXXIX на международных конференциях по физике взаимодействия
заряженных частиц с кристаллами (Москва, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009);
XVII, XVIII XIX международных конференциях по взаимодействию ионов с
поверхностью (Москва, 2003, 2005, 2007, 2009); Ядерная и радиационная
физика

(Алматы,

2005,

2009);

Фотоэлектрические

явления

в

полупроводниках (Ташкент, 2006); Хозирги замон физикасининг долзарб
муаммолари (Термиз 2006, 2008); Физическая электроника (Ташкент, 2005,
2009).

Опубликованность результатов.

По материалам диссертации

опубликована 92 публикации, из них 15 статей в международных и
республиканских научных журналах, 17 статей в сборниках трудов
конференций.

Личный вклад автора.

Все представленные результаты получены

непосредственно автором. В совместных публикациях вклад автора является
определяющим.

Научные

обобщения

и

объяснения

результатов,

представленные в диссертации, выполнены лично автором.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения,

шести глав и заключения. Она изложена на 242 страницах и включает: 89
рисунков, 23 таблиц, 199 наименований библиографии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении

обоснована актуальность проблемы, сформулированы

цели и задачи диссертационной работы, оценивается научная новизна и
практическая значимость полученных результатов, приводятся основные
положения, выносимые на защиту.

В первой главе

приводится краткий обзор литературных данных,

посвященных методам получения и изучения свойств нанообъектов. В
появлении нанотехнологии и ее развитии основополагающими являются
идеи, научные работы и разработки Г.А.Гамова, Э.Дрекслера, Р.Фейнмана,
Биннинга, Рорера и др. [1 – 4]. В нанотехнике принципиальным является
квантовый характер нанообъектов и нанопроцессов и уникальная
возможность целенаправленной сборки веществ на атомно – молекулярном
уровне. При этом особый интерес представляет получение нанопленок и
нанокристаллов в условиях СВВ на поверхности и в приповерхностной

10

области полупроводниковых и диэлектрических пленок. Для этих целей чаще
всего используются следующие традиционные и новые методы МЛЭ, ТФЭ,
РЭ, электронная и лазерная литография, ионная бомбардировка и др., а также
новые перспективные методы связанные с управляемой сборкой отдельных
атомов и молекул с помощью наноассемблера. Наиболее уникальным среди
существующих

методов

создания

гетероэпитаксиальных

структур

(сверхрешеток, квантовых ям) является метод МЛЭ. В настоящее время не
существует метода, который мог бы полностью заменить метод МЛЭ.
Основными недостатками метода являются: громоздкость и сложность
экспериментальной установки, необходимость использования подложек с
сверхчистыми и гладкими поверхностями, сверхжесткие требования к
чистоте и дозе напыляемых веществ, невозможность получения однородных
сплошных пленок с толщиной менее 25 – 30 Å, невозможность получения без
дополнительных обработок на поверхности подложки (пленки) регулярно
расположенных нанокристаллов (наноточек).

Анализ литературных данных показывает, что в получении сверх

тонких пленок так и нанокристаллов может быть перспективным метод
низкоэнергетической ионной имплантации. Этот метод до настоящего
времени использовался для модификации свойств поверхности материалов
различной природы, для получения защитных слоев, омических контактов и
для легирования полупроводников.

Однако результаты систематических исследований по созданию

нанообъектов ионной бомбардировкой и всестороннему изучению их свойств
пока еще отсутствуют. Следовательно, не имеются сведения о механизме
формирования наноструктурных фаз. Что касается получения новых
многокомпонентных нанопленок и нанокристаллов формируемых на основе
химической связи атомов подложки и имплантируемого атома до начало

настоящей работы практически не исследованы.

Отсутствуют также

результаты исследований по созданию новых многокомпонентных
гетероструктур с последовательным использованием методов ионной
имплантации и МЛЭ.

В конце главы приводятся выводы из обзора литературы,

сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Вторая глава

посвящена описанию экспериментальных установок,

методик обработки и исследований поверхности нанопленок и
нанокристаллов.

В

соответствии

с

задачами

исследований,

в

диссертационной работе были использованы две сверхвысоковакуумные
установки. На первой установке проведены все технологические операции
(ионная имплантация, температурный и лазерный отжиг) и исследования
состава, структуры и свойств наноматериалов с использованием методов
вторично- и фотоэлектронной спектроскопии. Исследуемые эпитаксиальные
пленки Si, GaAs, GaP и CaF

2

разной толщины были получены на второй

стандартной установке методом МЛЭ. В этой же установке были определены
толщина пленки, тип и параметры решетки исследуемых пленок с
использованием ДБЭ.

11

Элементный и химический состав нанопленок и нанокристаллов

определялся методом оже – электронной спектроскопии. Для получения
информации о размерах нанокристаллов и степени покрытия поверхности
использовался РЭМ. Известно, что степень покрытия можно оценивать и при
помощи оже – электронной спектроскопии в том же приборе, где
осуществлялась

ионная

имплантация

и

отжиг.

По

изменению

низкоэнергетических пиков (формы и интенсивности) кремния (91 эВ) и
кобальта (53 эВ) мы определили химический состав нанокристаллов и
нанопленок, а по изменению интенсивности высокоэнергетических оже –
пиков степень покрытия поверхности Si нанокристаллами CoSi

2

. При этом

принималось, что интенсивность оже – сигнала кобальта (765 эВ) прямо
противоположно степени покрытия поверхности силицида.

)

НП

(

I

)

НК

(

I

Co

Co





(1)

где

)

НП

(

I

Co

- интенсивность пика Co (765 эВ) для сплошной пленки,

)

НК

(

I

Co

-

интенсивность пика для нанокристалла.



= 1 соответствует образованию

сплошной пленки. Отметим, что в случае образования CoSi

2

положение пика

кремния при 91 эВ практически не меняется, а изменяется лишь его
интенсивность. Это объясняется тем, что соединение Si с Co в основном
имеет ковалентный характер. Поэтому значение



/

можно определить по

формуле, предложенной Алтуховым для МЛЭ пленок CoSi

2

[5]:

Co

Si

Si

Si

/

I

I

I

I

n

n























1

3

(2)

где

Co

I

- интенсивность оже – сигнала Co в CoSi

2

(765 эВ);

Si

I

- интенсивность оже – сигнала Si в CoSi

2

(91 эВ);

n

Si

I

- интенсивность оже – сигнала Si в подложке (91 эВ).

Разработана методика оценки состава, структуры и свойств отдельных

нанокристаллов основанная на сравнительном анализе спектров оже-, фото- и
ХПЭ электронов, полученных для подложки, нанопленки и нанокристалла.

В третьей главе

приводятся результаты по применению ионной

имплантации и последующего отжига (температурный, лазерный) для
создания нанокристаллов и нанопленок силицидов металлов Ba

+

, Na

+

, Mg

+

,

Co

+

на поверхности и в приповерхностной области кремния. Изучена

динамика образования эпитаксиальных нанокристаллов и нанопленок типа
МеSi

2

; оценены их параметры энергетических зон и плотности электронных

состояний и изучены эмиссионные свойства и глубина зоны выхода истинно-
вторичных электронов нанопленок силицидов.

В таблице 1 приведены оптимальные режимы создания нанокристаллов

типа MeSi

2

методом ионной имплантации и последующего отжига.

12

Таблица 1

Оптимальные режимы ионной имплантации и отжига для получения

нанокристаллов MeSi

2

Ионы

Е

0

,

кэВ

D,

см

-2

С

ил

иц

ид

Оптимальный темпе-

ратурный и лазерный

отжиг

Поверх-

ностный

диаметр

НК d, нм

Толщи

на НК

h, нм

Т, К

W (Дж·см

-2

) +Т

/

(К)

Ba

0,5
1,0
5,0

8·10

14

10

15

10

15

BaSi

2

1100
1200
1200

1,8 + 1000
1,8 + 1000

2 + 1000

25 – 30
20 – 30
15 – 20

30 – 35
40 – 45
50 – 60

Na

0,5
5,0

2·10

14

2·10

15

NaSi

2

1000
1000

1,6 + 900
1,8 + 900

15 – 20
10 – 15

35 – 40
60 – 70

Co

0,5
5,0

10

15

2·10

15

CoSi

2

1000
1100

1,8 + 900
1,8 + 900

15 – 20
10 – 15

30 – 40
60 – 70

Т – температура длительного отжига (t



30 мин.)

Т

/

–

температура кратковременного отжига

Из таблицы видно, что во всех случаях с ростом дозы ионов увеличивается
поверхностный диаметр нанокристаллов, а с ростом энергии ионов – их
толщина. Однако, отметим, что при энергии ионов Е

0

> 5 кэВ концентрация

Me в приповерхностной области Si даже при дозе насыщения существенно
уменьшается и возможность образования однородной сплошной пленки типа
MeSi

2

резко снижается, а при низких энергиях ионов (Е

0

< 0,5 кэВ)

результаты имплантации мало отличаются от результатов, полученных для
ионного напыления. Поэтому область энергии Е

0

= 0,5 – 5 кэВ является

наиболее оптимальным для получения наноразмерных кристаллов и пленок.
При этом наиболее совершенные структуры формируются в случае
образования силицидов СоSi

2

. Это доказано результатами ДБЭ. На рис. 1

приведены электронограммы от поверхности кремния с нанокристаллами
BaSi

2

и CoSi

2

(размеры НК составляли 150 – 200Å).

а

б

13

Рис. 1. Электронограммы поверхности Si с нанокристаллами BaSi

2

(а) и

CoSi

2

(б)

Видно, что в случае Si с НК BaSi

2

на картине ДБЭ имеются некоторые

двойниковые рефлексы и слабый диффузный фон, а в случае CoSi

2

практически не наблюдаются двойниковые рефлексы и отсутствует фон,
характерный

для

аморфных

пленок.

Раздвоение

рефлексов

на

электронограммах системы BaSi

2

– Si объясняется несоответствием их

постоянных решеток: для Si a=5,43Å, для BaSi

2

a=6,54 Å. Отличие

постоянных решеток приводит также к возникновению напряжения
сопрягающихся поверхностей Si и BaSi

2

, вследствие чего происходит

некоторое разупорядочение приграничных слоев, а на электронограммах
появляется диффузный фон. Что касается системы CoSi

2

и Si, то параметры

их решеток почти совпадают друг с другом (

40

,

5

2



CoSi

a

Å) и, следовательно,

не происходит заметного изменения кристалличности поверхности.

Аналогичным

образом

определены

оптимальные

режимы

формирования сплошных, однородных по глубине, с минимальными
дефектами пленки силицидов металлов (табл. 2).

Таблица 2

Режимы ионной имплантации и отжига для получения сплошных

пленок MeSi

2

/Si

И

он

ы

Е

0

,

кэВ

D,

см

-2

Оптимальный темпе-

ратурный и лазерный

отжиг

Силицид

Топогра-

фия по-

верхнос-

ти

*

Ширина

переход

ного

слоя

Т, К W(Дж·см

-2

)+Т

/

(К) тип

d, Å

Ba

0,5

3
5

2·10

16

4·10

16

6·10

16

1100
1200
1200

2+1100
2+1100
2+1200

BaSi

2

20-30
40-50
50-60

спл., р.р.
спл., р.р.
спл., р.р.

30 – 40
50 – 60
70 – 80

Na

0,5

1
3

4·10

16

4·10

16

6·10

16

1000
1000
1100

1,7+900
1,7+900

1,9+1000

NaSi

2

25-30
30-35
50-60

спл., н.ф.

–
–

–

50 – 60
60 – 80

Co

1

2·10

16

1000

1,8+1000

CoSi

2

35-40 спл., н.р.р. 50 – 60

*

спл. – сплошная пленка, р.р. – раздвоение рефлексов, н.р.р. – нет раздвоения

рефлексов.

На рис. 2 приведены фотоэлектронные спектры “чистого” Si (111), Si с

нанокристаллами CoSi

2

и нанопленкой CoSi

2

/Si (



= 40 – 50 Å), полученные

при hv = 10,8 эВ. Пo оси абсцисс отложена энергия связи Е

св

электронов,

отсчитанная относительно уровня Ферми E

F

. Видно, что все кривые

обладают явно выраженной тонкой структурой. Форма и положения
основных пиков пленки CoSi

2

существенно отличаются от полученных для

Si. В УФЭС чистого кремния обнаружено 3 явно выраженных максимума. В
случае пленки CoSi

2

, также обнаруживаются три пика с энергиями Е

св

= – 0,6;

–0,7; –3,5 эВ, соответственно. Анализ этого спектра и сравнение его со
спектрами Si и Со даѐт возможность предполагать, что пик А формируется
вследствие гибридизации М

3

состояния кремния и М

5

состояния кобальта, а

14

пик В – вследствие гибридизации М

2

состояния кремния и М

3

состояния

кобальта, в то время как пик С образуется вследствие гибридизации М

1

–

состояния кремния и М

4

– состояния кобальта. Наиболее сложная тонкая

структура наблюдается в спектре нанокристаллов CoSi

2

+ Si, где

обнаруживаются особенности, характерные как для Si, так и для CoSi

2

.

Рис. 2. КЭР фотоэлектронов: 1 – Si (111), n – тип; 2 – Si (111) с

нанокристаллами CoSi

2

(диаметр НК 200 – 250 Å); 3 – Si (111) с

нанопленкой CoSi

2

(θ



40 – 50 Å)

По спектрам УФЭС нами определены параметры энергетических зон

силицидов и энергетическое распределение электронов в валентной зоне
исследуемых материалов. Подобные данные невозможно получить другими
методами электронной спектроскопии.

В процессе получения пленок почти все энергетические параметры зон

изменяются, что требует использования чистого эталонного материала
(металла). При этом уровни Ферми этого металла и пленки находятся на
одном уровне. В данной работе в качестве эталонного образца использован
чистый поликристаллический палладий.

Значение фотоэлектронной работы выхода Ф определялось по

формуле:

E

Ф

h









, (3)

где



h

– энергия фотонов,

E



– ширина кривой энергетического

распределения. Определенные таким образом, значения Ф

Pd

= 5,1 эВ и Ф

Si

=

4,8 эВ удовлетворительно совпали с величиной порога фотоэмиссии.
Известно [7], что при одинаковых условиях все металлические мишени,
независимо от их природы, имеют одинаковую энергию задержки Е

3

.

Согласно [8] значение Е

3

для металла и полупроводника определяется по

формуле:

C

B

A

15

10

5

0 = E

V

- 2

- 4

- 6

E

св

, эВ

3

2

1

3s + 3p

3p

3p+ПС

h



= 10,8 эВ

dN/dE,
отн.ед.

15

кол

зм

h

Е









,

(4)

S

кол

ЗПП

Е















, (5)

где



кол

- работа выхода коллектора. В нашем случае



кол

= 4,5 эВ,



S

- Е

F

– Е

V

для полупроводников р - типа, и



кол

= 4,5 эВ,



S

- Е

F

– Е

Д

для

полупроводников n - типа, Е

F

-значение уровня Ферми на поверхности, Е

V

-

уровень, соответствующий верхнему краю (потолку) валентной зоны, Е

Д

-

уровень донорных электронной состояний. Сравнивая уравнения (4) и (5)
получим, что

ЗПП

ЗМ

S

Е

E







. (6)

По известной величине работы выхода коллектора



кол

, можно

определить термоэлектронную работу выхода образцов



М

:

КРП

К

М

еV









, (7)

где V

КРП

- контактная разность потенциалов между мишенью и коллектором.

Определение величин ширины запрещенной зоны

g

Е

и сродства к

электрону требует знания значения положения уровня дна зоны
проводимости Е

C

:

C

B

v

C

g

E

E

E

E

E











;

. (8)

здесь Е

B

- положение уровня вакуума.

В таблице 3 приведены параметры энергетических зон силицидных

нанопленок, полученных ионной имплантацией в сочетании с отжигом. Ф –
фотоэлектронная работа выхода, энергетический интервал между потолком
валентной зоны E

v

и уровнем вакуума Е

В

. е



– термоэлектронная работа

выхода,



– сродство к электрону, δ

s

– величина изгиба зоны на поверхности.

Из таблицы 3 видно, что значение Ф, е



и



силицидных нанопленок

значительно меньше чем для Si.

Таблица 3

Значение параметров энергетических зон силицидных нанопленок

Объекты

исследования

Ф, эВ

e



, эВ



, эВ

Е

g

, эВ



s

, эВ

Si

BaSi

2

NaSi

2

CoSi

2

NiSi

2

5,1
3,9
4,2
4,9
4,0

4,7
3,9
4,2
4,8

–

4

3,4
3,5
4,4
3,5

1,1
0,6
0,7
0,5
0,5

0,4

0
0
0
0

Постоянная решетки NiSi

2

, CoSi

2

и Si очень близки друг другу. Поэтому эти

силициды имеют особый интерес при создании структур типа ПДП и МДП.

16

Поверхностный изгиб зон в случае наносилицидов в пределах ошибки УФЭС
(~ 0,1 эВ) не обнаруживались.

В четвертой главе

приводятся результаты по получению

трехкомпонентных нанокристаллов и нанопленок в приповерхностной
области GaAs и GaP методом низкоэнергетической ионной имплантации в
сочетании с отжигом и изучению их элементного и химического состава,
зонной структуры, энергетического распределения электронов в зонах,
топографии и кристаллической структуры с использованием комплекса
методов ВЭ- и ФЭ- спектроскопии.

Оптимальные режимы получения трехкомпонентных пленок при

помощи отжига и параметры их электронной и кристаллической структуры
приведены в таблице 4.

Таблица 4

Параметры энергетических зон и кристаллической решетки

эпитаксиальных пленок Ga

1-x

Me

x

As, полученных после отжига GaAs,

имплантированного ионами Ме

+

с Е

0

= 1 кэВ и D = 6



10

16

см

-2

Оптимальные

режимы отжига

Пленка

Постоянная

решетки, Å

Параметры

энергетических зон, эВ

E

g



E

F

W=1,1 Дж



см

-2

+ Т

/

=1000 К

Ga

0,6

Ba

0,4

As

5,8

0,9

3,8

–

W=1,2 Дж



см

-2

+ Т

/

=1200 К

Ga

0,4

Na

0,6

As

5,6

1,9

3,6

4,0

W=1,2 Дж



см

-2

+ Т

/

=1000 К

Ga

0,5

Sr

0,5

As

5,75

1,1

3,7

–

W=1 Дж



см

-2

+ Т

/

=850 К

Ga

0,5

Mg

0,5

As

5,45

0,8

4,0

–

GaAs (p–тип)

5,65

1,4

3,7

5,0

Все трехкомпонентные соединения кристаллизуются на поверхности GaAs
гетероэпитаксиально. В случае пленок, содержащих Ba и Sr, постоянная
решетки несколько увеличивается, а в случае Na и Mg – уменьшается.
Параметры энергетических зон трехкомпонентных соединений существенно
отличаются от параметров зон нелегированного GaAs. Также можно
отметить, что трехкомпонентная монокристаллическая пленка Ga

0,6

Ba

0,4

As

имеет E

g

=0,9 эВ. В случае имплантации ионов Na

+

и образования пленки

Ga

0,4

Na

0,6

As ширина запрещенной зоны увеличивается до 1,9 эВ.

Мы методом ионной имплантации в сочетании с отжигом изготовили

систему Ga

1-x

Me

x

As/GaAs с разными

х

и исследовали их электронную

структуру, эмиссионные, оптические и вольтамперные

характеристики.

Наибольшее значение

х

в зависимости от типа имплантируемой примеси

лежала в пределах 0,4 – 0,6. Таким образом, постимплантационный отжиг
ионно-имплантирован-ного

GaAs

способствует

образованию

трехкомпонентных

эпитаксиальных

нанокристаллов

(низкие

дозы

17

имплантации) и нанопленок (высокие дозы имплантации). При этом
лазерный отжиг в сочетании с импульсным температурным прогревом
позволил получить наноструктуры с резкой границей. В случае
температурного отжига можно получать пленки с монотонно изменяющимся
составом. Установлено, что после прогрева при Т = 900 К на поверхности
ионно-имплантированного GaAs образуется соединения с примерным
составом Ga

0,5

Na

0,5

As. С глубиной концентрация Na монотонно уменьшается

и при d = 100 Å – C

Na

= 0. Следовательно, в интервале d = 0 – 100 Å

наблюдается монотонное уменьшение значения E

g

пленки от 1,9 до 1,41

(рис.3).

Рис. 3. Зависимость E

g

от глубины d для пленки Ga

1-х

Na

х

As с

переменным значением

х

Полученные результаты очень важны при создании нанопленочных

структур для приборов микро- и оптоэлектроники, особенно при получении
согласующихся слоев для нанопленочных МДП, ПДП – структур, оптических
СВЧ резонаторов и лазеров.

Отметим, что в случае системы Ga

1-х

Ме

х

As/GaAs полученных после

лазерного отжига ионно-имплантированного GaAs тонкий согласующийся
переходной слой формируется самопроизвольно. При этом толщина
переходного слоя составляет всего лишь 30 – 40 Å.

Пятая глава

посвящена

формированию наноструктурных фаз на

поверхности флюоритов при бомбардировке ионами Ar

+

и активных

металлов в сочетании с отжигом, а также изучению их состава, структуры и
свойств.

На рис. 4 представлена динамика изменения КЭР фотоэлектронов (h



=

21,2 эВ), в зависимости от дозы ионов для CaF

2

, облученного ионами Ar

+

с

Е

0

= 0,5 кэВ. За начало отсчета принять верхний край валентной зоны чистой

пленки CaF

2

. В ФЭС валентных электронов необлученной пленки CaF

2

обнаруживаются пики при энергиях связи Е

св

= -3,5 и -6,5 эВ, обусловленные

переходом электронов в вакуум из 2р состояний фтора. В начальной части
спектра

(высокоэнергетической

части),

соответствующей

области

E

g

1,8

1,6

1,4

1,2

20

40

60

80

d, Å

18

запрещенной зоны, обнаруживаются слабые пики с энергиями



2,5 и



6,5 эВ,

по-видимому, обусловленных переходами электронов из примесных уровней.
Ионная бомбардировка приводит к заметному изменению спектра
фотоэлектронов. С ростом дозы ионов происходят постепенное уширение (до
4 эВ) и повышение площади под кривой энергетического распределения
(увеличение квантового выхода фотоэлектронов), смещение начала спектра
(высокоэнергетический край) в сторону больших энергий, уменьшение
интенсивности основного пика валентной зоны матрицы и появление новых
пиков.

Рис. 4. УФЭС CaF

2

, облученного ионами Ar

+

с Е

0

=0,5 кэВ при дозах D, см

-

2

: 1 – 0; 2 – 8∙10

14

; 3 – 6∙10

15

; 4 – 8∙10

16

Как уже показано выше, все эти изменения связаны с изменением

стехиометрического состава и разупорядочением ионно-легированных слоев
пленки CaF

2

. Уменьшение интенсивности основных пиков на КЭР валентных

электронов и появление новых пиков обусловлено частичным разложением
CaF

2

и обогащением поверхности атомами Ca. Отметим, что в процессе

ионной бомбардировки наблюдается заметное увеличение интенсивности
пика с Е

св

энергией –2,5 эВ (относительно уровня Е

V

), связанного с

возбуждением электронов из глубины уровней дырочного типа. При больших
дозах ионов начало спектра фотоэлектронов смещается примерно до этого
уровня (следовательно, спектр уширяется



на 2,5 эВ). Поэтому можно

полагать, появление данного пика обусловлено как наличием несвязанных
атомов Са, так и разупорядочением приповерхностного слоя. Обогащение
поверхности атомами Ca приводит к уменьшению работы выхода
поверхности до 1,5 – 2 эВ. Это приводит к уширению низкоэнергетического
края (конечная часть спектра валентных электронов) КЭР фотоэлектронов. В
начальной части спектра ионно-имплантированного CaF

2

появляются новые

пики, характерные для примесных уровней.

Таким образом, при бомбардировке ионами Ar

+

происходит

разложение CaF

2

и фтор (в виде F

2

) покидает поверхность и

приповерхностную область кристалла, оставляя анионные вакансии. Эти

E

v

= 0

E

св

, эВ

-8

-4

4

1

2

3

2p

3/2

F

2p

1/2

F

Ar

+



CaF

2

(111)

E

0

=0,5 кэВ

4

dN/dE

Ca

Ca

19

вакансии объединяются в кластеры, образуя области, обогащенные Ca.
Варьируя энергию и дозу ионов, можно контролируемо изменять толщину и
поверхностные размеры этих фаз вплоть до образования сплошной тонкой
нанопленки с толщиной



= 20 – 50 Å, обогащенной атомами Са. Такие

нанофазы и нанопленки очень перспективны в создании приборов нано- и
оптоэлектроники. Однако возможность практического использования тесно
связана со строгой кристаллизацией этих структур с сохранением
избыточных атомов Ca. При прогреве пленок CaF

2

, облученных ионами

низких доз до Т = 700 – 800 К, нанокластерные участки упорядочиваются,
образуя сверхрешетку (СР или Sl) кластеров анионных вакансий в
приповерхностной области кристалла CaF

2



CaF

2

:СР. В случае CaF

2

,

облученного с D = 10

15

см

-2

, формировались нанокристаллические фазы с

линейными размерами

нм

50

40







и толщиной



50 Å. Расстояние между

центрами фаз составляло



100 нм. Кристаллизация пленок, облученных с

высокой дозой (D



10

16

см

-2

), происходило при Т = 800 – 900 К. Толщина НП

составляла 40 – 50 Å. При этом между CaF

2

и Ca формируется переходной

слой (слой CaF

2

обогащенный Ca) с толщиной 60 – 80 Å. Отметим, что после

прогрева как на поверхности НК, так и НП образовался тонкий слой
«чистого» Ca с толщиной 5 – 6 Å (2 – 3 монослоя). Возможность образования
упорядоченной системы нанокристаллов при невысоких температурах
отжига обусловлена среди прочего тем, что Ca имеет структуру ГЦК –
решетки, близкую решетке CaF

2

и рассогласование постоянных решеток Ca и

CaF

2

порядка 2%. Пленка CaF

2

с металлическими нанокристаллами и

нанопленками обладает уникальными свойствами. При этом очень важную
роль играет регулярность расположения атомов Ca.

Следующим этапом наших исследований было изучение состава и

структуры трехкомпонентных нанокристаллов и нанопленок, созданных
низкоэнергетической имплантацией ионов активных элементов (Ba

+

, Na

+

, Sr

+

)

в сочетании с отжигом. На основе полученных нами данных в частности
установлено: в случае имплантации ионов Ва

+

с Е

0

= 0,5 кэВ при D = 10

14

см

-2

на поверхности CaF

2

формируются нанокластеры с линейными размерами



5

– 10 нм, при D = 10

15

см

-2

образуются островки с размерами 100 – 200 нм, а

при D



10

16

см

-2

происходит перекрывание границ отдельных кластеров. При

больших дозах поверхность обогащается атомами Ва (до 55–60 ат.%) и Са (25
–30 ат.%), а концентрация фтора резко уменьшается (до 15–20 ат.%);
постимплантационный отжиг при Т = 1000 К приводит к формированию
трехкомпонентной пленки типа Ca

0,4

Ba

0,6

F

2

. Ширина запрещенной зоны

трехкомпонентной пленки составляет



10,8 эВ.

На рис. 5. приведены спектры УОЭ (–dR/dE

p

(E

p

)), для CaF

2

и

Ca

0,4

Ba

0,6

F

2

снятых в области Е

р

= 1 – 10 эВ, который в основном охватывает

запрещенную зону исследуемых пленок. Как видно из этого рисунка, на
обеих спектрах имеется ряд особенностей. Эти особенности в основном
обусловлены поглощением энергии фотонов на дефектах кристалла. В случае
чистой пленки CaF

2

содержится максимум при энергиях 3,5 эВ и 7,5 эВ

относительно уровня вакуума. Как уже показано выше, максимум при 7,5 эВ

20

может быть обусловлен наличием в узлах решетки некоторого количества
Са, не связанного с фтором.

Рис. 5. Низкоэнергетическая часть спектра УОЭ для 1–CaF

2

,

2–Ca

0,4

Ba

0,6

F

2

Природа второго пика нами не установлена, по-видимому, его возникновение
связано с наличием поверхностных состояний. В спектре Ca

0,4

Ba

0,6

F

2

содержатся 4 полосы поглощения (т.е. максимумы) при 3,7 эВ, 5 эВ, 6,5 эВ и
7,8 эВ. Максимумы при 7,8 и 3,7 эВ относятся к CaF

2

и их интенсивность

резко уменьшается. Другие максимумы, вероятно, обусловлены дефектами
замещения, т.е. замещение части атомов Са барием. Отметим, что на спектре
УОЭ BaF

2

содержится пик при Е = 6,5 эВ.

На основе анализа спектров фото- и упругоотраженных медленных

электронов нами определены параметры энергетических зон двух и
трехкомпонентных структур (табл. 5).

Таблица 5

Параметры энергетических зон и кристаллической решетки

трехкомпонентных диэлектрических пленок, созданных на основе

флюоритов

Пленка



, эВ



, эВ

E

g

, эВ



, эВ

а, Å



, Ом



см

CaF

2

13,0

4,2

12,1

0,5

5,46

2



10

14

Ca

0,4

Ba

0,6

F

2

11,8

4

10,8

1

5,70

4



10

13

Ca

0,5

Na

0,5

F

2

12,6

–

11,6

1

6,10

6



10

13

Ca

0,5

Sr

0,5

F

2

12,1

–

11,1

1

5,65

–

BaF

2

11,2

4,5

10,2

1

6,20

5



10

13

Ba

0,6

Sr

0,4

F

2

11,3

–

10,3

1

6,00

6



10

13

SrF

2

11,8

4,3

10,8

1

5,75

8



10

13

Sr

0,5

Na

0,5

F

2

11

–

10

1

–

–

Из таблицы видно, что все трехкомпонентные соединения обладают широкой
запрещенной зоной. Регулируя значение

х

в соединении Ca

1-х

Ме

х

F

2

и

подбирая соответственно Ме, можно в определенных пределах регулировать
значениями E

g

и



.

Шестая глава

посвящена

разработке модели формирования

нанокристаллов и нанопленок на поверхности Si при низкоэнергетической
ионной имплантации и последующем отжиге; оценке критических размеров

-dR/

dE

p

2

Е

p

, эВ

4

0

6

2

1

21

нанопленок и нанокристаллов, при которых начинают проявляться квантово-
размерные эффекты по изменению параметров кристаллической решетки и
энергетических зон.

Модель поверхности Si с нанокристаллами BaSi

2

сформированную

постимплантационным

отжигом

(лазерный

+

температурный)

Si,

имплантированного ионами Ba

+

с Е

0

= 1 кэВ при дозе 2



10

15

см

-2

можно

построить на основе анализа картин РЭМ. Как видно из рис. 6, а,
нанокристаллические фазы состоят из трех частей.

а) б)

Рис. 6. Модель поверхности Si с нанокристаллом BaSi

2

(а) и CoSi

2

(б)

В центре с d = 20 – 30 нм формируются монокристаллы BaSi

2

имеющие

кубическую решетку, кристаллическая ориентация которой совпадает с
ориентацией подложки. Так как постоянная решетки BaSi

2

(a = 6,54 Å) резко

отличается от постоянной решетки Si (a = 5,43 Å) на границе раздела BaSi

2

/Si

возникает деформация несоответствия. Вследствие чего вокруг этой фазы
формируются две кольцевидные области. Ширина первого кольца
(примыкающего к BaSi

2

) составляет



5 – 10 нм. В этой области

концентрация Ba резко уменьшается от



30 ат.% до 1 – 2 ат.%. Следующие

кольцо с шириной 5 – 10 нм состоит из монокристаллов Si с нерегулярным
параметром решетки. В случае CoSi

2

и NiSi

2

ширина первого кольца

сужается до 3 – 5 нм, а последняя область (второе кольцо) практически
отсутствует (рис. 6, б).

Анализ РЭМ и ДБЭ картин позволяют полагать, что нанокристаллы

силицидов металлов (BaSi

2

, CoSi

2

, NiSi

2

, NaSi

2

) и их пленки кристаллизуются

в кубическую решетку. При этом нанокристаллы имеют форму цилиндра
(поверхность окружность). Хорошо сформированные нанокристаллы
появляются начиная с дозы ионов D = (3 – 5)·10

14

cм

-2

. Размеры кластерных

фаз CoSi

2

и их температура полной кристаллизации T

к

зависит от энергии и

дозы ионов Co

+

. Результаты экспериментов показали, что независимо от

энергии ионов в области D = 10

14

– 5



10

15

см

-2

зависимость T

к

(D) имеет

линейный характер. Затем с ростом дозы, значение Т

к

экспоненциально

растет и начиная с D = (2 – 5)



10

16

см

-2

практически не меняется (рис. 7). При

высоких энергиях ионов кристаллизация происходит при высоких
температурах. Во всех случаях при полной кристаллизации поверхностные
размеры ионно-легированных участков заметно (до 1,2 – 1,5 раза)
уменьшаются.

20–25 нм

3 – 5 нм

Si (111)

CoSi

2

Сo

x

Si

y

20–30 нм

5 – 10 нм

5 – 10 нм

Si (111)

BaSi

2

Ba

x

Si

y

Si c нерегуляр-

ным

параметром

решетки

22

Отметим, что при этой дозе (Е

0

= const) все нанокристаллы равномерно

располагаются по поверхности и имеют почти одинаковые размеры. Можно
полагать, что CoSi

2

и Si имели одинаковую кристаллическую решетку, а их

постоянные решетки мало отличаются друг от друга.

Рис. 7. Зависимость Т

к

от D для Si, имплантированного ионами Co

+

с

Е

0

= 1 кэВ

Используя формулу Г.Пула, нами сделана оценка количества атомов

(структурные магические числа) в нанокристалле

N

v

и на его поверхности

N

s

[9, 10]:





3

11

15

10

3

1

2

3









n

n

n

N

v

, (9)

12

20

10

2







n

n

N

s

, (10)

Здесь

n

– количество слоев наращенных на элементарной ячейке. Расчеты

показали, что

N

v

= 78000 – 80000 и

N

s

= 8000. Из этого очень грубого расчета

видно, что количество атомов на поверхности составляет ~ 10 % от общего
количества атомов в нанокристалле. Это в свою очередь должно привести к
существенному изменению электронной структуры CoSi

2

.

Следует отметить, что эти изменения не очень ярко выражаются на

спектрах УФЭС так как особенности характерные для нанокристаллов CoSi

2

остаются на фоне особенностей, обусловленных эмиссией электронов из Si (с
не облученных участков Si). Пока еще не существует методов которые
позволили бы явно получить информацию об электронной структуре
отдельных нанокристаллических фаз созданных на поверхности твердых тел.
Однако проводя комплексные исследования в одинаковых условиях с
использованием методов УФЭС, СУРЭ, ОЭС и СХПЭЭ высокого разрешения
можно получить ценную информацию не только о элементном и химическом
составе, но и об электронно-зонной структуре, а также об энергии
плазменных колебаний нанокластерных и нанокристаллических фаз
состоящих всего лишь из несколько тысячи атомов.

В частности, используя зависимости



, R и



от Е

р

в области малых

энергий (Е

р

= 1 – 15 эВ) можно оценить значения параметров энергетических

зон наноматериалов. Найдена связь структуры, хода зависимостей



(Е

р

),

T

к

, K

1000

800

600

10

14

10

15

10

16

D, см

-2

23

R(Е

р

),



(Е

р

) и соотношением величин коэффициентов с зонным строением

диэлектриков и полупроводников. На рис. 8 приведена начальная часть
зависимости



(Е

р

) для толстой (θ = 500 Å), тонкой (θ = 50 Å) пленки CoSi

2

, а

также для нанокристалла CoSi

2

с поверхностными размерами d = 25 нм. Из

рис. 8 видно, что для толстой пленки CoSi

2

значения Е

v

= 4,7 эВ, для тонкой

пленки



5 эВ, что хорошо согласуется с данными УФЭС. В случае Si + НК

CoSi

2

эВ

E

v

1

,

5

1



и

эВ

E

v

4

,

5

2



.

Рис. 8. Начальная часть зависимости



(Е

р

) для Si с нанокристаллами и

нанопленками CoSi

2

По-видимому, при

эВ

E

v

1

,

5

1



истинно-вторичные электроны начинают

эмитироваться с участков кремния и с

эВ

E

v

4

,

5

2



к ним прибавляются

электроны эмитируемые с нанокристаллов CoSi

2

. Этим и объясняется

заметный рост



начиная с

эВ

E

v

4

,

5

2



.

Как с научной, так и с практической точки зрения очень важно

определить (оценить) размеры квантовых точек и барьеров, при которых
наблюдается туннелирование электронов. В случае системы типа Si + НК
MeSi

2

туннелирование электронов приводит к резкому снижению удельного

сопротивления поверхности этой системы.

Для измерения изменения удельного сопротивления



кремния, при

ионной имплантации и отжиге использована схема, представленная на рис. 9.



0,3

0,1

5

6

E

p

, эВ

0,2

0

4

R

R







1





Толстый CoSi

2

Тонкий CoSi

2

Si (подложка)

НК CoSi

2

A

1



1,2m

mm

Ni

Ni

24

Рис. 9. Блок схема измерений удельного сопротивления ионно –

имплантированного кремния

Измерения



проводились в вакуумной установке, где производилась ионная

имплантация. Диаметр ионного пучка составлял до 1,5 – 2 мм. На
исследуемом образце Si предварительно создавались контактные полосы,
путем напыления атомов Ni. Расстояние между полосами составляло



1 – 1,2

мм. Ионы металлов (Co, Ba, Na) имплантировались на участки
расположенные между полосами никеля. Эта схема использована и при
измерении



ионно-имплантированных пленок GaAs, CaF

2

, SiO

2

и MgO.

Отметим, что при этом значение



даѐт очень грубые приближенные

значения, особенно при не высоких дозах облучения. Однако оно очень
ценно для оценки влияния ионной имплантации на удельное сопротивление
материалов

и

получения

предварительных

данных

о

размерах

нанокластерных фаз, когда начинается туннелирование электронов.

Имплантация проводилась ионами Ba

+

с Е

0

= 1 кэВ разными дозами.

После имплантации ионов при фиксированных дозах проводился
импульсный лазерный отжиг с W = 1,6 – 2,0 Дж



см

-2

, что обеспечивало

формирование нанокристаллов BaSi

2

. Значение



для нелегированного Si

составляло



10 Ом



см. Формирование отдельных кластерных фаз

начиналось с D = (2 – 4)



10

14

см

-2

. До дозы D = (6 – 8)



10

14

см

-2

не

наблюдалось заметного изменения значения



(показания амперметра)

Начиная с D = 2



10

15

см

-2

наблюдалось заметное увеличение тока. Это

увеличение грубо можно оценить как начало туннельного перехода
электронов. При этом средний диаметр кластерных фаз BaSi

2

(квантовых ям)

лежал в пределах 200 – 250 Å, а расстояние между краями кластеров, т.е.
размеры кремниевых фаз составляли 250 – 300 Å (квантовые барьеры). С
дальнейшим ростом дозы хотя размеры кластерных фаз заметно не
увеличиваются, однако между ними появляются новые кластерные фазы, что
приводит к резкому уменьшению



. При D



2



10

16

см

-2

происходит

перекрывание границ кластерных фаз и поверхность полностью покрывается
силицидом Ва и



достигает своего наименьшего значения (табл. 6).

Таблица 6

Значение



для поверхности Si с нанокластерными фазами силицидов

бария

№

Е

0

= 1 кэВ

Лазерный

отжиг

W, Дж



см

-2

средний диа-

метр нано-

кристаллов

BaSi

2

, нм

расстояние

между краями

нанокристал-

лов, нм

S



,

Ом



см

1.

D = 0 см

-2

–

–

–

S

0

10

2. D = 8



10

14

см

-2

1,6

10 – 15

30 – 35

S

0

/10 5 – 6

3. D = 2



10

15

см

-2

1,8

20 – 25

25 – 30

S

0

/3

10

-1

4. D = 8



10

15

см

-2

2,0

30 – 40

10 – 15

2S

0

/3 8



10

-4

5. D = 6



10

16

см

-2

2,0

сплошной ион-

0

S

0

2



10

-5

25

но-импланти-

рованный слой

S

0

= 1 мм

2

, общая площадь ионно-имплантированного слоя. S – общая

площадь кластерных фаз.

Таким образом можно полагать, что квантовый характер системы

кремний+НК силицида начинает проявляется когда размеры нанокристаллов
и расстояние между их краями составляют 20 – 30 нм. Это в определенной
степени согласуется с теоретическими расчетами.

Известно, что критерием перехода к размерному квантованию служить

уменьшение толщины слоя до величины порядка длины волны де-Бройля



электрона. Длину волны можно определить из формулы для квазиимпульса:











2







h

m

p

откуда





]

[

4

,

15

0

*

нм

E

m

m

m

h

кин









(11)

где m

*

- эффективная масса электрона в твердом теле, m

0

– масса электрона в

вакууме, Е

кин

– кинетическая энергия электрона, в эВ.

Если учесть в [11], что для полупроводников

1

,

0

0

*



m

m

и Е

кин

при

комнатной температуре 0,025 эВ, то получим

250

25

300





нм



Å.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.

Впервые

показана

возможность

получения

методом

низкоэнергетической ионной имплантации (Е

0

= 0,5 – 5 кэВ) регулярных

нанокластерных фаз и сплошных пленок типа МеSi

2

– Si, Ga – GaAs,

Ga

1-x

Me

x

As – GaAs, Ga

1-x

Me

x

P – GaP, Ca – CaF

2

– Si, Ca

1-x

Me

x

F

2

– CaF

2

– Si в

приповерхностной области Si, GaAs, GaP и CaF

2

. Установлено, что в отличие

от других методов создания ультратонких пленок, низкоэнергетическая
ионная имплантация позволяет получить однородные нанокристаллы и
нанопленки с толщиной



5 нм.

Выявлены основные механизмы формирования нанокристаллических

фаз и нанопленок в процессе ионной бомбардировки и последующего
отжига.

2.

Исследованы элементный и химический состав, кристаллическая и

электронная структура, геометрические размеры отдельной кластерной фазы
и нанопленок и динамика изменения их при отжиге. Кластерные фазы и
пленки были аморфными, имели нестехиометрический состав по
поверхности и по глубине. Установлено, что характер формирования
нанокристаллических фаз и эпитаксиальных нанопленок зависит от вида
отжига: при лазерном отжиге образуются эпитаксиальные однородные по
глубине нанокристаллы и нанопленки, а при температурном отжиге –
содержание легирующего элемента в многокомпонентной пленке с глубиной
монотонно уменьшается. Выяснены основные причины наблюдаемых
изменений при отжиге.

26

3.

Установлены режимы ионной имплантации и отжига формирования

гетероструктурных нанокристаллов и нанопленок MeSi

2

/Si (Me – Ba, Na, Co).

В частности, нанокристаллы CoSi

2

/Si (100) с диаметром 15 – 20 нм и

толщиной 4 – 5 нм образовались после прогрева Si, имплантированного
ионами Co с Е

0

= 1 кэВ и дозе D = 10

15

см

-2

при Т = 1000 К в течении 25 – 30

мин.

4.

Установлено,

что

при

бомбардировке

ионами

Ar

+

в

приповерхностной области GaAs при низких дозах (D



10

15

см

-2

) образуются

нанокластерные фазы обогащенные атомами As, а при высоких дозах (D



5·10

15

см

-2

) – нанопленки обогащенные атомами Ga. В последнем случае

формируется система Ga/GaAs.

5.

Впервые показано, что низкоэнергетическая имплантация ионов

активных металлов (Ba

+

, Na

+

, Sr

+

, Mg

+

) в монокристаллические пленки GaAs

и GaP в сочетании с отжигом позволяет получать нанокристаллы и
нанопленки типа Ga – Me – As и Ga – Me – P. Изучены механизмы
образования этих наноструктур.

Разработана методика позволяющая получить на основе GaAs

нанопленки с монотонно изменяющейся (уменьшение или увеличение)
шириной запрещенной зоны. Определена зависимость ширины запрещенной
зоны от концентрации внедренной примеси и от толщины пленки.

6.

Впервые детально изучены процессы формирования наноразмерных

структур в поверхностных слоях CaF

2

и BaF

2

эпитаксиально выращенных на

Si (100) при бомбардировке низкоэнергетическими ионами Ar

+

, Ba

+

, Na

+

и Sr

+

в сочетании с отжигом. Облучение ионами Ar

+

приводило к ионно-

стимулированной десорбции фтора с поверхности CaF

2

и обогащению ее

кальцием. После прогрева при Т = 800 К в зависимости от дозы облучения
формировалась либо нанокристаллическая фаза Са с диаметром 40 – 50 нм и
толщиной 5 – 6 нм образуя сверхрешетку с шагом 90 – 100 нм, либо –
эпитаксиальная нанопленка Са с толщиной 5 – 10 нм.

Бомбардировка ионами активных металлов приводило к резкому

сужению запрещенной зоны флюоритов и появлению в зоне различных
примесных уровней, часть которых сохранялась и после упорядочения
структуры. Определены оптимальные режимы ионной имплантации и отжига
для получения регулярно расположенных нанокристаллических фаз и
однородных нанопленок типа Ca – Me – F

2

. Выявлены основные причины

изменения электронных свойств флюоритов при имплантации активных
металлов и последующем отжиге. Выяснены основные механизмы
формирования трехкомпонентных диэлектрических нанокристаллов и
нанопленок.

7.

Впервые оценены параметры энергетических зон и кристаллической

решетки силицидных нанопленок разной толщины. Установлено, что
нанокристаллы и нанопленки силицидов Ba, Co и Na кристаллизуются в
кубическую решетку. Обнаружено, что при





5 – 6 нм с уменьшением

толщины пленки увеличивается ширина запрещенной зоны и значение
постоянной решетки “a”.

27

8.

Определены параметры кристаллических решеток и энергетических

зон наноструктур и построена качественная энергетическая диаграмма
нанокристаллов с поверхностной структурой MeSi

2

– Si, Ga

x

Me

y

As – GaAs,

Ca

0,6

Ba

0,4

F

2

– CaF

2

и многослойных наносистем MeSi

2

/Si GaMeAs/GaAs, Ca –

CaF

2

– Si. В частности показано, что в случае CoSi

2

/Si ширина запрещенной

зоны Е

g

нанокристаллов на 1,2 – 1,5 раза больше, чем Е

g

нанопленки. Даны

научно – обоснованные рекомендации по применению полученных
наноструктур.

9.

Разработана методика оценки состава, структуры и свойств

отдельных нанокристаллов основанная на сравнительном анализе спектров
оже-, фото- и характеристических потерь энергии электронов, полученных
для подложки, нанопленки и нанокристалла.

10.

Разработана

методика

оценки

критических

размеров

нанокристаллов при которых происходит туннелирование электронов,
основанная на измерении изменения удельного сопротивления. Обнаружено
явление перкаляции состоящая в том, что при увеличении размера кластеров
возникает сквозная электронная проводимость, при чем элементарный
перескок электронов из одного кластера в другой соседний осуществляется
туннельным путем. Впервые оценены размеры нанокристаллов силицидов
при которых начинает происходит туннелирование электронов. В случае Si с
нанокристаллами BaSi

2

средний размер нанокристаллических фаз BaSi

2

(квантовые ямы) составляет 20 – 25 нм, а расстояние между ними 20 – 25 нм
(квантовые барьеры).

Оценены критические размеры нанопленок и нанокристаллов, при

которых начинает формироваться электронно-зонная структура, характерная
для массивных материалов.

11.

Разработана модель поверхности Si с нанокристаллами силицида и

модель расположения атомов на поверхности силицидной нанопленки.
Показано, что силицидные нанокристаллы имеют форму окружности, между
фазами силицида и кремния формируются три кольцевидные области: в
центре силицид типа MeSi

2

(d = 20 – 30 нм), нестехиометрический силицид

(ширина 5 – 10 нм) и Si с нерегулярным параметром решетки (ширина от 2 до
10 нм).

Изучена температурная зависимость полной кристаллизации Т

к

нанокластерных фаз от дозы облучения (от размеров нанокластерных фаз). В
области доз от 10

14

до 5·10

15

см

-2

эта зависимость имеет линейный характер, в

интервале доз D = 5·10

15

– 10

16

см

-2

– экспоненциальный характер, а при D >

10

16

см

-2

значение Т

к

не зависит от дозы ионов.

12.

Все обнаруженные наноразмерные эффекты в нанообъектах

подаются следующей классификации: электронные и молекулярно –
кинетические.

При этих эффектах возникают изменения, связанные с тремя базовыми

свойствами нанообъектов отличающих их от объемных материалов:

а) квантовый конфайнменд;
б) макроскопическое количество поверхностных (Таммовских)

состояний;

28

в) существенная неравновесность (сжатость или растянутость) кластера

находящегося внутри матрицы.

В рамках квантового конфайнмендда (пункт

а

) обнаружены следующие

эффекты:



увеличение щели между низшей свободной орбиталью и высшей

занятой орбиталью, при этом зависимость характера увеличения щели при
уменьшении размера кластера соответствует закону 1/R

2

рассчитанному

Эфросами [12];



при уменьшении толщины пленки явно было обнаружено

уменьшение кванта плазмона от величины характерного для объемного
материала до величины соответствующей чисто поверхностному плазмону;



расщепление зон до уровней в электронной структуре нанообъектов.

В рамках макроскопического количества поверхностных состояний

(пункт

б

) некоторые из обнаруженных в кластеризованном материале

состояний обладают характерными свойствами, заключающимися в том, что
отношение интенсивность сигнала от поверхностных состояний к
интенсивности сигнала от объемных состояний кластера нарастает при
уменьшении размера кластера. Это отражает увеличивающуюся роль
поверхностных состояний с уменьшением размера кластера.

В результате существенной неравновесности кластера находящегося

внутри матрицы (пункт

в

) проявился эффект влияния размера нанокластера

на температуру кристаллизации в нанокристаллах типа МеSi

2

: с

уменьшением размера кластера уменьшается температура кристаллизации.

13.

Даны научно-обоснованные рекомендации по применению

полученных в работе экспериментальных результатов. В частности
полученные результаты перспективны как при создании многослойных
полупроводник – диэлектрик – полупроводник и металл – диэлектрик –
полупроводник наноструктур, так и при разработке оптоэлектронных систем
с переменной шириной запрещенной зоны.

Список использованной литературы

1.

Гамов Г.А. Строение атомного ядра и радиоактивность. – Москва-

Ленинград: Гостехтеорфизиздат, 1932. - 80 с.

2.

Pat. US 43433993. Scanning tunneling microscope / Binning G., Rorer H.

// – 1982. – Aug. 4.

3.

Binning G., Quate G.F., Gerber Ch. Atomic force microscopy // J. Phys.

Rev. Lett. – New York,

1986. – V. 56. – P. 930.

4.

Drexler E.K. Engines of creation. – New York: Anchor Books

Doubleday, 1986. - p. 299.

5.

Алтухов А.А., Жирнов В.В. Анализ морфологии и стехиометрии

пленок CoSi

2

/Si (100), полученных методами ТФЭ и РЭ // Тонкие пленки в

электронике: Материалы II-го Всесоюзного межотраслевого совещания. –
Москва-Ижевск, 1991. – С. 15-22.

6.

Умирзаков Б.Е. Исследование профилей распределения атомов

29

контактирующего материала по глубине чистого и ионно-легированного
кремния // Поверхность. – Москва, 1992. – № 9. – С. 119-123.

7.

Арсеньева-Гейль А.Н. Внешний фотоэффект с полупроводников и

диэлектриков. – М.: Техн. -теор. лит., 1957. – 224 с.

8.

Davis L.E., MacDonald N.C., Palmberg P.W., et al. Handbook of

Auger

electron

spectroscopy.

– Eden Prairie: Physical Electronic

Industries, 1976. – 252 p.

9.

Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии / Пер. с анг. под. ред.

Ю.И.Головина. – М.: Техносфера, 2004. – 376 с.

10.

Poole C.P.Jr., Farach H.A. Chemical bonding. //Semiconductor physics.

Vol. 1, ed. by K.Boer, Wiley, New York, 2001, Chapter 2.

11.

Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы

наноэлектроники. Учебное пособие. – М.: Университетская книга; Логос;
Физматкнига, 2006. – 496 с.

12.

Эфрос Ал.Л., Эфрос А.Л. Межзонное поглощение света в

полупроводниковом шаре // Физика и техника полупроводников. – Санкт-
Петербург,

1982. – № 7. – V. 16. – C. 1209-1214.

30

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Электронная спектроскопия

нанопленок и наноструктур, созданных ионной имплантацией. – Ташкент:
ТашГТУ, 2004. - 147 с.

2.

Умирзаков Б.Е., Нормурадов М.Т., Ташмухамедова Д.А., Ташатов

А.К. Наноматериалы и перспективы их применения. – Ташкент: MERIYUS,
2008. - 256 с.

Статьи в периодических научных журналах

3.

Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A. The influence of annealing on

composition and structure of GaAs implanted by low-energy Ba ions // Surface
Investigation. – London, 2001. – V. 16. – P. 731-736.

4.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К. Создание

многокомпонентных эпитаксиальных пленок на поверхности GaAs методом
ионной

имплантации

и

отжига

//

Поверхность. Рентгеновские,

синхротронные и нейтронные исследования. – Москва, 2002. –№4. – С. 80-84.

5.

Normuradov M.T., Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Tashatov

A.K. Influence of ion implantation and annealing on composition and structure of
GaAs surface // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics.
– Kiev, 2002. – V. 5. – № 2. – P. 138-141.

6.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Modification of the physical

and chemical properties of GaAs/Ge surface epitaxy films by ion implantation //
Surface and Coatings Technology. – Holland, 2002. – № 158–159. – P. 704-707.

7.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Рисбаев А.С.,

Нормурадов М.Т. Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия
поверхности GaAs, легированного ионами бария // Поверхность.
Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – Москва, 2002.
– № 12. – С. 90-93.

8.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Балтаев Э.У. Формирование

наноразмерных фаз в эпитаксиальных пленках кремния и изучение их
физико-химических свойств // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и
нейтронные исследования. – Москва, 2003. – № 8. – C. 101-104.

9.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К. Электронные

свойства поверхности гетероструктурных пленок Me

x

Si

y

/Si и Ga

1-x

Me

x

As/

GaAs, созданных методом ионной имплантации // Известия Российской
Академии Наук. Серия Физическая. – Москва, 2003. – Т. 67. – № 9. –С. 1362-
1365.

10.

Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Boltaev E.U., Dzhurakhalov

A.A. Obtaining of epitaxial films of metal silicides by ion implantation and
molecular beam epitaxy // Materials Science and Engineering B. – Holland, 2003.

31

– V. 101. – P. 124-127.

11.

Ташмухамедова Д.А. Применение низкоэнергетической ионной

имплантации для создания нанопленок на поверхности диэлектрических
пленок CaF

2

// Узбекский физический журнал. – Ташкент, 2004. – V. 6. – № 1.

– C. 46-50.

12.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Миржалилова М.А.

Изучение

структуры

и

свойств

нанокристаллов,

созданных

в

приповерхностной области Si, GaAs методом низкоэнергетической ионной
имплантации // Известия Российской Академии Наук. Серия Физическая. –
Москва, 2004. – Т. 68. – № 3. – С. 424-426 (Tashmukhamedova D.A.,
Umirzakov B.E., Mirzhalilova M.A. Study of structure and properties of
nanocrystals formed in Si and GaAs low-energy ion implantation // Bulletin of the
Russian Academy of Sciences. Physics. – Moscow, 2004. – V. 68. – № 3. – Р.
483-486).

13.

Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Ташмухамедова Д.А., Нормурадов

М.Т. Процесс формирования нанопленок на поверхности CaF

2

при ионной

имплантации и последующем отжиге // Поверхность. Рентгеновские,
синхротронные и нейтронные исследования. – Москва, 2004. –№12. –C.90-94.

14.

Ташмухамедова Д.А. Исследование состава и электронной

структуры границы раздела CoSi

2

/Si // Известия Российской Академии Наук.

Серия Физическая. – Москва, 2006. – Т. 70. – № 8. – С. 1230-1232
(Tashmukhamedova D.A. Study of composition and electronic structure of
CoSi

2

/Si interface // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics. –

Moscow, 2006. – V. 70. – № 8. – Р. 1409-1411).

15.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Влияние прогрева и

электронной бомбардировки на состав и структуру силицидных нанопленок
// Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.
– Москва, 2007. – № 11. – C. 1-3.

16.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Кадыров Б.А. Применение

ионной имплантации для получения нанопленок силицидов металлов //
Узбекский физический журнал. – Ташкент, 2008. – V. 10. – № 2. – С. 132-136.

17.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Мавлонов Б.Б.

Формирование нанокристаллов и нанопленок трехкомпонентных соединений
на поверхности тонких пленок CaF

2

при имплантации ионов активных

металлов и последующем отжиге // Узбекский физический журнал. –
Ташкент, 2009. – V. 9. – № 5-6. – С. 371-375.

Патенты

18.

Патент РУз № IAP 04080. Способ получения нанокристаллов

силицида металла / Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П.,
Юлдашев Ю.Ю. // Расмий ахборотнома. – 2010. – № 1.

19.

Патент РУз № IAP 04081. Способ получения трехкомпонентных

наноструктур на основе арсенида галлия / Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова
Д.А., Парманкулов И.П., Ташатов А.К., Мавланов Б.Б. // Расмий
ахборотнома. – 2010. – № 1.

32

Статьи в сборниках

20.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е. Электронные свойства

поверхности гетероструктурных пленок Me

x

Si

y

/Si и Ga

1-x

Me

x

As/GaAs,

созданных методом ионной имплантации (обзор) // Сборник материалов XV
международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. –
Москва, 2001. – Т. 2. – С. 208-211.

21.

Tashmukhamedova D.A., Normuradov M.T., Beknazarov F.N.,

Umirzakov B.E., Tashatov A.K. The effect of annealing on silicon surface
crystalline structure by the low energy Ba ions // Сборник материалов XV
международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. –
Москва, 2001. – Т. 2. – C. 212-214.

22.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Миржалилова

М.А., Парманкулов И.П., Файзуллаев Р.Ф. Создание переходных
согласующихся слоев на границах раздела системы GaAs – CaF

2

// Сборник

материалов XV международной конференции по взаимодействию ионов с
поверхностью. – Москва, 2001. – Т. 2. – C. 215-218.

23.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Миржалилова М.А.

Изучение

структуры

и

свойств

нанокристаллов,

созданных

в

приповерхностной области Si, Ge, GaAs методом низкоэнергетической
ионной имплантации // Сборник материалов XVI международной
конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2003. –
Т.2. – C. 67-70.

24.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Болтаев Э.У., Джураев Ш.Х.,

Ташатов А.К. Процесс формирования нанопленок на поверхности CaF

2

при

ионной имплантации и последующем отжиге // Сборник материалов XVI
международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. –
Москва, 2003. – Т.2. – C. 232-234.

25.

Эшкулов А.А., Гаибов А.Г., Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е.

Влияние ионной имплантации на электронные свойства тонких пленок
Ga

1-x

In

x

As/GaAs // Сборник материалов XVI международной конференции по

взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2003. – Т. 2. – C. 241-243.

26.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Tashatov A.K., Boltaev E.U.

Electron structure of CoSi

2

/Si (100) epitaxial films // Nuclear science and its

application. – Almaty, 2003. – P. 66-69.

27.

Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Tashatov A.K., Boltaev E.U.

Investigating of composition, structure and properties of Si modification under
variable dose ions implantation influence // Nuclear science and its application. –
Almaty, 2003. – P. 113-119.

28.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П.

Исследование состава и электронной структуры границы раздела CoSi

2

/Si //

Сборник материалов XVII международной конференции по взаимодействию
ионов с поверхностью. – Москва, 2005. – Т. 2. – С. 232-235.

29.

Ташмухамедова Д.А. Исследование формирования нанопленок на

поверхности Si при ионной имплантации методами электронной
спектроскопии // Сборник материалов XVII международной конференции по
взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2005. – Т. 2. – С. 214-216.

33

30.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П.,

Мурадкабилов Д.М. Изучение динамики образования силицидных
нанокристаллов и нанопленок в приповерхностной области Si в процессе
ионной

имплантации

и

последующего

отжига

//

Харьковская

нанотехнологическая ассамблея. – Харьков, 2006. – С. 25-28.

31.

Нормурадов М.Т., Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов

А.К., Мавлянов Б.

Энергетическая диаграмма трехкомпонентной структуры

типа CoSi

2

/Si/CaF

2

//

Сборник материалов XVIII международной

конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2007. – Т.
2. – C. 224-226.

32.

Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Ташмухамедова Д.А., Мавлонов Б.

Оптимальные

режимы

получения

тонких

структур

методами

сверхвысоковакуумного осаждения и ионной имплантации // Сборник
научных статей научно-технического конгресса термистов и металловедов. –
Харьков, 2008. – C. 41-46.

33.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Муродкобилов Д.М.,

Абдуллаев Т. Применение ионной имплантации для создания зародышей
упорядоченных наноразмерных фаз // Сборник научных статей Харьковской
нанотехнологической ассамблеи. – Харьков, 2008. – C. 73-75.

34.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Оценка критических

размеров нанопленок и нанокристаллов по формированию электронно-
зонной структуры характерной для твердых тел // Сборник материалов XIХ
международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. –
Москва, 2009. – Т. 2. – C. 264-267.

35.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Миржалилова М.А.,

Мурадкабилов Д.М. Электронная структура многокомпонентных наносистем
и структур с монотонно изменяющейся шириной запрещенной зоны //
Сборник материалов XIХ международной конференции по взаимодействию
ионов с поверхностью. – Москва, 2009. – Т. 1. – C. 356-358.

36.

Нормурадов М.Т., Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов

А.К., Парманкулов И.П. Влияние ионной имплантации на электрофизические
свойства тонких пленок CaF

2

// Сборник материалов XIХ международной

конференции по взаимодействию ионов с поверхностью. – Москва, 2009. – Т.
2. – C. 119-121.

Тезисы Международных и Республиканских конференций

37.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Kamanov B. Study of

features of nano-silicides structures created by ion- implantation // The 7

th

Joint

International Symposium NANOSCIENCE: Problems and Prospects Quantum
Functional Materials and Devices. – Tashkent, 2008. – P. 25-28.

38.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Tashatov A.K., Beknazarov

F.N., Normuradov M.T. Electronic properties of metal silicides thin films //
European materials research society. – Strasbourg, 2001. – D – IX.4, D-18.

39.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Tashatov A.K., Beknazarov

F.N., Normuradov M.T. The research influence of ion implantation with different
irradiation doses on the temperature of monocrystal structure formation // Ion

34

Beam Analysis – 15. – Cairns, 2001. – P2 – 62.

40.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Ganiev K.K., Normuradov

M.T. The research of thin film condition and property acquired on the basis of Si
and GaAs by ion implantation method // 19

th

International Conference on Atomic

Collisions in Solids. – Paris, 2001. – Р. 146. A 127.

41.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. The research of CaF

2

electronic characteristics at the infliction on its surface of GaAs variable thickness
thin films // Radiation effects in insulators – 11. – Lisbon, 2001. – P – I.6.

42.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Нормурадов М.Т., Ташатов

А.К., Парманкулов И.П. Электронная спектроскопия поверхности
эпитаксиальных пленок CoSi

2

/Si(100) // ХХХII Меж. конф. по физике

взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2002. – С. 106.

43.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Electronic structure and

properties of GaAs films under low energy Ba

+

ion implantation // European

materials research society, Symposium S. – Strasbourg, 2002. – P. S-25. S/PII.01.

44.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Tashatov A.K. Modification

of surfaces properties Si, GaP and CaF

2

under ion implantation combined with

annealing // 13

th

international conference on ion beam modification of materials. –

Kobe, 2002. – P1-072.

45.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Балтаев Э.У., Рахманкулов

А. Исследование структуры и свойств наноразмерных силицидных фаз,
созданных ионной имплантацией // III республиканская конференция по
физической электронике. – Тошкент, 2002. – С. 70.

46.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Electronic properties of CaF

2

nanofilms under low energy Ba

+

ion-implantation combined with annealing //

Proceedings of the 1

st

seminar “The Opportunities for Application of Information

Technologies for Development of Education and Economic Growth”. – Tashkent,
2003. – P. 92-93.

47.

Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A. The prospects of creation the

multi-layer thin-film structure on the basis of silicon by ion-implantation //
Thirteenth International Conference on Microscopy of Semiconducting Materials.
– Cambridge, 2003. – P. P3-3.

48.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Baltaev E.U. Composition

and electronic properties of low-sized phases, formed on epitaxy films of silicon
under ion-implantation // Thirteenth International Conference on Microscopy of
Semiconducting Materials. – Cambridge, 2003. – P. P3-15.

49.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Балтаев Э.У. Создание

многокомпонентных нанопленок методом ионной имплантации на основе
CaF

2

// XXXIII международной конференции по физике взаимодействия

заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2003. – С. 76.

50.

Ташмухамедова Д.А., Шахобиддинов З.Н. Ахмеджанов М.Р.

Получение эпитаксиальных пленок силицидов металлов методами ионной
имплантации и молекулярно-лучевой эпитаксии // Научно-практической и
методической

республиканской

конференции

профессорско-

преподавательского состава «Технические науки в условиях рыночной
экономики». – Ташкент, 2003. – C. 56.

35

51.

Миржалилова М.А., Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А.,

Саидбеков

Д.Т.

Электронная

спектроскопия

поверхности

GaAs,

легированного ионами активных металлов // Научно-практической и
методической

республиканской

конференции

профессорско-

преподавательского состава «Технические науки в условиях рыночной
экономики». – Ташкент, 2003. – C. 54.

52.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Baltaev E.U. Composition

and electronic properties of low sized phases, formed on epitaxy films of silicon
under ion implantation // European Materials Research Society, Symposium E. –
Strasbourg, 2003. – P. E/PII.28.

53.

Tashmukhamedova D.A. Modification of CaF

2

films by implantation of

active metals ions // European materials research society, Symposium G. –
Strasbourg, 2004. – P – G/PII.12.

54.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Миржалилова М.А.

Структура и свойства нанокристаллов BaSi

2

созданных ионной имплантацией

// Труды второй межд. научно-технической конф. «Высокие технологии и
развитие высшего технического образования в XXI веке». – Ташкент, 2004. –
С. 211-212.

55.

Ташмухамедова Д.А., Балтаев Э.У., Мавлянов Б. Методы

получения наноструктур // Материалы II республиканской научно-
практической конференции «Актуальные проблемы современной физики». –
Термиз, 2004. – С. 103-105.

56.

Ташмухамедова Д.А. Перспективы применения ионных пучков в

создании наноструктур и нанопленок (обзор) // Материалы конференции
«Фотоэлектрические явление в полупроводниках». – Ташкент, 2004. – С. 54.

57.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Парманкулов И.П., Ташатов

А.К. Влияние ионной имплантации на состав, структуру и свойства тонких
пленок Ga

1-x

Al

x

As/GaAs // Материалы конференции «Фотоэлектрические

явление в полупроводниках». – Ташкент, 2004. – С. 125.

58.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Балтаев Э.У. Электронные

свойства многокомпонентных нанокристаллов и нанопленок полученных
имплантацией ионов в Si и GaAs // XXXIV международной конференции по
физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2004. –
C. 113.

59.

Ташмухамедова Д.А. Влияние бомбардировки ионами Ar

+

и Ba

+

на

состав и структуру GaP // XXXIV международной конференции по физике
взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2004. – С. 114.

60.

Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Baltaev E.U., Mavlanov B.

The prospects creation of semi-conductor nanocrystalline and nanofilms by ion-
implantation // 8

th

International Conference “Solid State Physics”. – Almaty, 2004.

– P. 335-336.

61.

Tashmukhamedova D.A. Influence of ion and laser treatment on

composition, structure and properties of epitaxy CaF

2

films // 8

th

International

Conference “Solid State Physics”. – Almaty, 2004. – P. 159-161.

62.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Ion-implantation and

nanotechnology // European materials research society, Symposium A. –

36

Strasbourg, 2005. – P – A/PI.27.

63.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Парманкулов И.П.,

Миржалилова М.А., Ахмеджанов М.Р. Электрофизические свойства ионно –
имплантированного кремния // Материалы IV республиканской конференции
«Рост, свойства и применение кристаллов». – Нукус, 2005. – С. 31-32.

64.

Ташмухамедова Д.А., Ахмеджанов М.Р., Балтаев Э.У. Физические

свойства тонких трехкомпонентных эпитаксиальных пленок на основе А

3

В

5

//

Тезисы докладов IV республиканской конференции «Физическая
электроника». – Ташкент, 2005. – С. 55.

65.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Зависимость температуры

кристаллизации постимплантационного отжига приповерхностных слоев Si
от энергии и дозы ионов бария // Тезисы докладов IV республиканской
конференции «Физическая электроника». – Ташкент, 2005. – С. 136.

66.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А. Исследование электронной

структуры поверхности ионно-имплантированного CaF

2

//

XXXV

международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц
с кристаллами. – Москва, 2005. – C. 190.

67.

Нормурадов М.Т., Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А.

Нанотехнология: развитие и будущее // Материалы III республиканской
научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной
физики». – Термиз, 2006. – С. 15-17.

68.

Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Мавлянов Б., Умирзаков Б.Е.

Электронные свойства пленок GaAs/CaF

2

переменной толщины // Материалы

III республиканской научно-практической конференции «Актуальные
проблемы современной физики». – Термиз, 2006. – С. 106-107.

69.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Парманкулов И.П., Гулямов

А.М. Изучение динамики образования наносилицидов металлов в процессе
ионной имплантации и отжига // XXXVI международная конференция по
физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2006. –
C. 138.

70.

Нормурадов М.Т., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Ташмухамедова

Д.А., Миржалилова М.А. Изучение электронной структуры трехслойных
ультратонких

пленок

CoSi

2

/CaF

2

/GaAs

//

XXXVI

международная

конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. –
Москва, 2006. – C. 139.

71.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Кадиров Б.А., Мурадкабилов

Д.М. Влияние прогрева и электронной бомбардировки на состав и структуру
силицидных нанопленок // XXXVI международная конференция по физике
взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва, 2006. – C. 140.

72.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Obtained of nanofilms and

nanostructure on the basis of GaAs by low-energy ion-implantation // European
materials research society, Symposium A. – Strasbourg, 2006. – Р. A A1 10.

73.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Influence of long external

actions on composition and properties silicides nanofilms // International
Conference on Ion Beam Modification of Materials. – Taormina, 2006. – P. M160.

74.

Umirzakov

B.E.,

Tashmukhamedova

D.A.,

Kadirov

B.A.,

37

Murodkobilov D.M. Optical properties GaAs/CaF

2

nanofilms variable thickness //

International Conference on Ion Beam Modification of Materials. – Taormina,
2006. – P. M183.

75.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Нормурадов М.Т.,

Мурадкабилов Д.М. Изучение процесса образования четырех компонентных
соединений на поверхности пленки GaInAs/GaAs (111) при ионной
имплантации методами электронной спектроскопии // Материалы
международной конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы
физики» посвященной 15-летию независимости Узбекистана. – Ташкент,
2006. – С. 295.

76.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ташатов А.К., Мавлянов Б.

Электронно-спектроскопические исследования силицидных нанопленок и
нанокристаллов, полученных методом низкоэнергетической ионной
имплантации // Материалы международной конференции «Фундаментальные
и прикладные вопросы физики» посвященной 15-летию независимости
Узбекистана. – Ташкент, 2006. – С. 384.

77.

Normuradov M.T., Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A.

Electronic properties of GaAs/CaF

2

nanofilms with variable thickness // The 5

th

Joint International Symposium “NANOSCIENCE: Problems and Prospects
(Quantum Functional Materials and Devices)”. – Tashkent, 2006. – P. 39.

78.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E., Bunazarov D. Formation

silisides nanocrystals at ion-implantation and annealing // Second International
Conference on Frontiers of Advanced Engineering Materials. – Lahore, 2006. – P.
06/39.

79.

Umirzakov

B.E.,

Tashmukhamedova

D.A.,

Mirjalilova

M.A.

Murodkobilov D.M. Electronic properties nanofilms CoSi

2

/Si (111) // Second

International Conference on Frontiers of Advanced Engineering Materials. –
Lahore, 2006. – P. 06/40.

80.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Кудашев А. Получение и

изучение

свойств

наноразмерной

гетероструктуры

Si/CoSi

2

/Si

//

Международная конференция «Неравновесные процессы в полупроводниках
и в полупроводниковых структурах». – Ташкент, 2007. – С. 87-88.

81.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Шевляков В. Новые

сведения о возможностях получения (образования) наноматериалов //
Международная конференция «Неравновесные процессы в полупроводниках
и в полупроводниковых структурах». – Ташкент, 2007. – С. 88-89.

82.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Optical properties of

GaAs/CaF

2

nanofilms with variable thickness // 12

th

International Conference on

Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors. – Berlin. 2007. – P.
150.

83.

Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A. Composition and structure

nanosize phases of barium silicides created by ion-implantation // 12

th

International

Conference on Defects-Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors. –
Berlin. 2007. – P. 134.

84.

Normuradov M.T., Umirzakov B.E., Tashatov A.K., Tashmukhamedova

D.A. Composition and structure nanosize phases of barium silicides created by

38

implantation of Ba

+

ions in Si // The 6

th

Joint International Symposium on

Quantum Functional Semiconductors. – Seoul, 2007. – P. 30-31.

85.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Муродкобилов Д.М.,

Шералиев М.У. Общие сведения о возможностях получения искусственных
наноматерилов // Труды международной научно-практической конференции
«Казахстан в новом мире и проблемы Национального образования». –
Шымкент, 2008. – Т. 3. – С. 323-325.

86.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Миржалилова М.А., Умаров

Н.Н. Кристаллическая структура нанокристаллов и нанопленок силицидов
металлов // Труды международной научно-практической конференции
«Казахстан в новом мире и проблемы Национального образования». –
Шымкент, 2008. – Т. 3. – С. 326-330.

87.

Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Ташмухамедова Д.А. Оптимальные

режимы получения нанопленочных структур в условиях сверхвысокого
вакуума // Материалы IV республиканской научной конференции «Рост,
свойства и применение кристаллов». – Андижан, 2008. – С. 13-15.

88.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Ахмеджанов М.Р.,

Муродкобилов Д.М. Применение ионной имплантации для создания
зародышей упорядоченных наноразмерных фаз // Материалы XXXVIII
международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц
с кристаллами. – Москва, 2008. – С. 147.

89.

Umirzakov B.E., Tashmukhamedova D.A., Tashatov A.K., Mavlyanov

B. The investigation of structure and properties of geterostructure nanofilms
produced by the methods of epitaxy and ionic implantation // 6

th

European

workshop on Secondary Ion Mass Spectrometry. – Munster, 2008. – P. 43.

90.

Tashmukhamedova D.A., Umirzakov B.E. Display of quantum

properties nanocrystals depending on their sizes // 6

th

European workshop on

Secondary Ion Mass Spectrometry. – Munster, 2008. – P. 111.

91.

Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е., Ташатов А.К., Кучкаров У.Т.

Применение оже – электронной спектроскопии для определения степени
покрытия поверхности Si силицидом металлов при ионной имплантации //
Тезисы докладов VI международной конференции «Кремний» и V школы
молодых ученых и специалистов. – Новосибирск, 2009. – С. 212-213.

92.

Умирзаков Б.Е., Ташмухамедова Д.А., Холмухамедова В.,

Раббимов Э., Ахмеджанов М.Р. О применении низкоэнергетической ионной
имплантации для создания нанопленок и нанокристаллов на поверхности
полупроводников и диэлектрических пленок (обзор) // Материалы XXXIX
международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц
с кристаллами. – Москва, 2009. – С. 114.

39

РЕЗЮМЕ

диссертации Ташмухамедовой Дилнозы Артикбаевны на тему: «Электронная
спектроскопия нанопленок и нанокристаллов созданных низкоэнергетической
ионной бомбардировкой полупроводниковых и диэлектрических пленок» на
соискание ученой степени доктора физико – математических наук по
специальности 01.04.04 – «Физическая электроника»

Ключевые слова:

ионная имплантация, нанокристаллы, нанопленки,

гетероструктура, дифракция электронов, электронная спектроскопия, туннельный
эффект, дискретные зоны, многослойная система.

Объекты исследования:

Ионно-лучевая обработка и электронная

спектроскопия поверхности твердых тел.

Цель работы:

Изучение закономерностей и выяснение физических

механизмов

формирования

одно-

и

многокомпонентных

нанопленок,

нанокристаллов и сверхрешеток на основе полупроводниковых и диэлектрических
пленок при низкоэнергетической ионной бомбардировке в сочетании с отжигом.

Методы исследования:

Оже – электронная спектроскопия (для

исследования состава), дифракция быстрых электронов, растровая электронная
микроскопия (для исследования кристаллической структуры и топографии),
ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия, спектроскопия упруго
отраженных электронов, спектроскопия характеристических потерь энергии
электронов (для исследования электронной структуры).

Полученные результаты и их новизна:

Впервые разработана методика

получения нанокристаллов и нанопленок на основе полупроводников и
диэлектрических пленок с использованием метода низкоэнергетической ионной
имплантации (Е

0

= 0,5 – 5 кэВ)

в сочетании с отжигом (температурный +

лазерный). Выявлены основные механизмы их формирования. Впервые оценены
параметры энергетических зон и кристаллической решетки силицидных
нанопленок разной толщины. Обнаружено, что при





5 – 6 нм с уменьшением

толщины пленки увеличивается ширина запрещенной зоны и значение постоянной
решетки

a

. Разработана методика оценки критических размеров нанокристаллов

при которых происходит туннелирование электронов. Разработана модель
поверхности Si с нанокристаллами силицида.

Практическая значимость:

Результаты могут быть использованы для

создания новых наноматериалов и многослойных наноразмерных гетероструктур,
необходимых для приборов микро-, опто- и наноэлектроники.

Степень внедрения и экономическая эффективность:

Разработаны

практические рекомендации для будущего использования полученных результатов
в электронной промышленности. Результаты были использованы при выполнении
грантов (Патент РУз № IAP 04080. Способ получения нанокристаллов силицида
металла; патент РУз № IAP 04081. Способ получения трехкомпонентных
наноструктур на основе арсенида галлия). Часть результатов используется в
учебном процессе (Имеется акт внедрения в учебный процесс ТашГТУ).

40

Область применения:

Физическая электроника и физика поверхности,

микро-, опто- и наноэлектроника, ионно-лучевая и лазерная технология,
производство полупроводниковых приборов.

Физика-математика фанлари доктори илмий даражасига талабгор
Ташмухамедова Дилноза Артикбаевнанинг 01.04.04 – «Физикавий
электроника» ихтисослиги бўйича «Ярим ўтказгич ва диэлектрик
пленкаларни кичик энергияли ионлар билан бомбардимон қилганда ҳосил
бўлувчи

нанопленкалар

ва

нанокристалларнинг

электрон

спектроскопияси» мавзусидаги диссертациясининг

РЕЗЮМЕСИ

Таянч сўзлар:

ионлар имплантацияси, нанокристаллар, нанопленкалар,

гетеротизим, электронлар дифракцияси, электрон спектроскопия, туннель эффекти,
дискрет зоналар, кўп қатламли тизим.

Тадқиқот объекти:

Қаттиқ жисм юзасига ион – нурли ишлов бериш ва

электрон спектроскопия қилиш.

Ишнинг мақсади:

Кичик энергияли ионли бомбардировка қилиш ва ундан

кейинги қиздириш усули билан ярим ўтказгичли ва диэлектрик пленкалар асосида
бир ва кўп компонентли нанокристаллар, нанопленкалар ва ўтапанжараларнинг
шаклланиш қонуниятларини ва физик механизмларини аниқлаш.

Тадқиқот усули:

оже – электрон спектроскопия (таркибни ўрганиш учун),

тез электронлар дифракцияси, растрли электрон микроскопия (кристалл тузилиш
ва

топографияни

ўрганиш

учун),

ультрабинафша

фотоэлектронлар

спектроскопияси, эластик қайтган электронлар спектроскопияси, характерли
энергиясини йўқотган электронлар спектроскопияси (электрон тузилишни ўрганиш
учун).

Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги:

Биринчи марта кичик

энергияли ионлар имплантацияси (Е

0

= 0,5 – 5 кэВ) ва кейинги қиздириш

(

хароратли + лазерли

) усулидан фойдаланиб ярим ўтказгич ва диэлектрик

пленкалар асосида нанокристаллар ва нанопленкалар олиш усули ишлаб чиқилди.
Уларни

ќ

осил қилиш механизмлари аниқланди. Ҳар хил қалинликдаги силицид

нанопленкаларнинг энергетик зоналари ва кристалл панжара параметрлари
биринчи мартта аниқланган. Қалинлиги





5 – 6 нм бўлган пленкаларда қалинлик

камайиши билан таъқиқланган зона кенглиги ва панжара доимийси

a

нинг қиймати

ошиши

кузатилган.

Электронларнинг

туннель

ўтиши

рўй

берадиган

нанокристалларнинг критик ўлчамларини баҳолаш усули ишлаб чиқилган.
Силицид нанокристалларига эга бўлган Si сиртининг модели ишлаб чиқилди.

Амалий ахамияти:

Олинган натижалар микро-, опто- ва наноэлектроника

асбоблари учун керак бўлган янги материалларни олиш ва кўп қатламли
наноўлчамли гетеротизимлар яратишда қўлланилиши мумкин.

Татбиқ этиш даражаси ва иқтисодий самарадорлиги:

Электрон саноатида

олинган натижаларни келажакда татбиқ этиш учун амалий тавсиялар ишлаб
чиқилди. Натижалар грантларни бажаришда фойдаланилди (IAP 04080 рақамли
ЎзР патенти. Способ получения нанокристаллов силицида металла; IAP 04081
рақамли ЎзР патенти. Способ получения трехкомпонентных наноструктур на

41

основе арсенида галлия), ҳамда ўқув жараѐнида қўлланилмоқда (ТошДТУ ўқув
жараѐнига қўлланилганлиги тўғрисида акт мавжуд).

Қўлланиш соҳаси:

Физикавий электроника ва сирт физикаси, микро-, опто-

ва наноэлектроника, ион – нурли ва лазерли технология, ярим ўтказгичли асбоблар
ишлаб чиқариш.

RESUME

Thesis of Dilnoza Tashmukhamedova on the scientific degree competition of
the doctor of sciences in physics-mathematics on speciality 01.04.04 – Physical
electronics, subject: “Electronic spectroscopy nanofilms

and nanocrystals

created by low-energy ion-bombardment of semiconductor and dielectric
films”

Key words:

ion-implantation, nanocrystals, nanofilms

, geterostructure, diffraction

of electron, electronic spectroscopy,

tunnel effect, discrete zones, multilayered system.

Subjects of research:

Ion-beam treatment and electronic spectroscopy of a

surface of solid.

Purpose of work:

Research of legitimacy and finding-out of physical mechanisms

of formation one- and multicomponent nanofilms, nanocrystals

and superlattices on the

basis of semiconductor and dielectric films

at low-energy ion-bombardment in a

combination with annealing.

Methods of research:

Auger-electron spectroscopy (for research

of

composition),

high energy electron

diffraction, raster electron microscopy (for research

of

crystal

structure and topography), ultraviolet photoelectron spectroscopy, spectroscopy elastic
reflected electrons, spectroscopy characteristics loss energy electrons (for research

of

electron structure)

.

The results achieved and their novelty:

For the first time the technique of

obtained nanocrystals and nanofilms

is developed on the basis of semiconductors and

dielectric films

with use of low-energy ion-implantation (Е

0

= 0.5 – 5 keV) in a

combination with annealing

(temperature + laser). The basic mechanisms of their

formation are revealed.

For the first time parameters of energetic zones and a crystal

lattice of silicide nanofilms

different thickness are appreciated. It is revealed, that at





5

– 6 nm

with decreases of thickness of a film the width of the forbidden zone and value of

a constant lattice "a" increases. The technique of an estimation of the critical sizes
nanocrystals

is developed at which there is a tunneling electron. The model of surface Si

with nanocrystals

silicide is developed.

Practical value:

Results can be used for creation new nanomaterials

and

multilayered nanosizes

geterostructure, necessary for devices micro

-

, opto

-

and

nanoelectronics.

Degree of embed and economic effectivity:

Practical recommendations for future

use of the obtained results in electronic industry are developed. Results have been used at
performance of grants (Patent RUz № IAP 04080. Method of obtained nanocrystals

of

silicide metal; Patent RUz № IAP 04081. Method of obtained three-componential
nanostructure

on the basis of arsenide gallium). The part of results is used in educational

process (There is an act of introduction in educational process TSTU

)

.

Field of application:

physical electronics and physics of surface, micro

-

, opto

-

and nanoelectronics, ionic-beam and laser technology, production of semiconductor
devices.

42

Соискатель Д.А. Ташмухамедова