Введение
Глава 1 Методы получения и диагностики тонких пленок и тонкопленочных структур для квантовой электроники (литературный обзор) 30
1.1 Механизмы эпитаксиального роста и методы выращивания тонких пленок и многослойных гетероструктур 30
1.1.1 .Механизмы эпитаксиального роста тонких пленок 30
1.1.2. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии 33
1.1.3. Твердофазная эпитаксия 35
1.1.4. Метод газофазной эпитаксии и газофазной эпитаксии металлоорганических соединений 37
1.1.5. Химическая лучевая и жидкофазная эпитаксия 39
1.1.6 Магнетронное распыление 41
1.1.7 Метод импульсного лазерного напыления 42
1.2 Методы исследования эпитаксиальных пленок 46
1.2.1 Исследование морфологии пленок методом атомно - силовой микроскопии 47
1.2.2 Исследование морфологии пленок методом электронной микроскопии 49
1.2.3 Рентгенодифракционный анализ тонких пленок 49
1.2.4 Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии определения химического состава пленок 55
1.2.5 Оптическая спектроскопия 58
1.2.6 Исследование электрических свойств тонких пленок 63
1.3. Выводы по Главе 1 67
Глава 2. Измерение функций распределения компонент лазерного факела 68
2.1 Введение. Времяпролетные методы исследования скоростей разлета компонент факела 68
2.1.1 Основные характеристики лазерной абляционной плазмы 68
2.1.2 Времяпролетная масс-спектрометрия лазерной плазмы 71
2.1.3. Метод лазерно - индуципрованной флюоресценции (ЛИФ) 72
2.1.4. Времяпролетная эмиссионная спектроскопия 74
2.1.5. Времяпролетные измерения методом зонда Ленгмюра 75
2.1.6. Времяпролетные измерения скоростей разлета капель 81
2.2 Экспериментальный комплекс для напыления тонких пленок и исследования лазерного факела при абляции мишеней 82
2.2.1 Схемы реализации метода импульсного лазерного напыления 77
2.2.2. Стенд зондовой диагностики факела 85
2.2.3. Стенд оптической диагностики факела 87
2.2.4. Стенд для определения скоростного распределения капель 89
2.3 Измерения скоростей разлета ионов лазерного факела методом зонда Ленгмюра при абляции металлов 90
2.3.1. Многомодальное распределение ионов факела тантала 91
2.3.2. Зондовые исследования факела ниобия 94
2.3.3. Скорости разлета ионов в факеле меди 96
2.3.4. Зондовые исследования факела алюминия 98
2.3.5.Зондовые исследования факела хрома, марганца, железа и
олова 100
2.3.6. Аппроксимация зондовых времяпролетных кривых 101
2.4 Времяпролетная эмиссионная спектроскопия ионов и атомов лазерного факела 112
2.4.1.Эмиссионне спектры ниобия и тантала при лазерной абляции
мишеней в вакууме 112
2.5 Определение скоростей капель в лазерном факеле 117
2.5.1. Исследование скоростного распределения капель кремния 118
2.5.2. Распределение капель по скоростям при абляции металлов 121
2.5.3. Угловое распределение капель 122
2.5.4. Разработка методов устранения капель при напылении пленок... 125
2.6 Выводы по главе 2 129
Глава 3. Методы управления энергетическим спектром эрозионного факела 131
3.1. Введение 131
3.2 Нагрев эрозионного лазерного факела излучением С02 лазера. Методика исследования и экспериментальные результаты 132
3.2.1. Методика исследования нагрева эрозионной лазерной плазмы излучением С02 лазера 135
3.2.2. Экспериментальные исследования по нагреву эрозионного лазерного факела излучением С02 лазера 137
3.2.2.1. Эффективность нагрева эрозионной лазерной плазмы 137
3.2.3. СОглазердля нагрева эрозионного лазерного факела 140
3.2.3.1. Безбалластная система накачки лазера 141
3.2.3.2. Источник питания для безбалластной системы накачки 143
3.2.3.3. Высокочастотный предыонизатор 150
3.2.3.4. Влияние типа резонатора на генерационные характеристики С02 лазера на перекрещенных электродах 153
3.3 Управление энергетическим спектром ионов в методе пересекающихся факелов (на примере кремния и олова) 157
3.3.1. Времяпролетные кривые одиночного эрозионного факела при абляции кремния 158
3.3.2. Времяпролетные кривые отклоненного пучка ионов при пересечении двух факелов кремния 162
3.3.3 Управление энергетическим спектром ионов отклоненного пучка при изменении угла пересечения факелов от двух мишеней. На примере кремния и олова 164 3.4 Зависимость энергетического спектра ионов эрозионного факела от длины волны аблирующего лазерного излучения 170
3.4.1 Скорости разлета ионов при изменении длины волны аблирующего лазерного излучения 172
3.4.2. Функции распределения ионов эрозионного факела железа 172
3.5 Изменение энергетического спектра компонент эрозионного факела при изменении плотности энергии на мишени 174
3.5.1 Управление энергетическим спектром ионов эрозионного факела при изменении плотности энергии на мишени 174
3.5.2 Зависимость функции распределения капель эрозионного факела кремния от плотности энергии на мишени 182
3.6 Влияние параметров факела на характеристики наноразмерных пленок 183
3.6.1. Влияние плотности энергии на мишени на параметры решетки пленки ZnO:Ga 183
3.6.2. Влияние параметров факела на характеристики многослойных структур 185
3.7 Выводы по главе 3 189
Глава 4. Получение и исследование пленок полупроводников, перспективных для создания светоизлучающих устройств в уф области спектра 191
4.1 Введение 191
4.2 Разработка лабораторной методики лазерного напыления тонких пленок широкозонных полупроводников и тройных сплавов 194
4.2.1. Лабораторные напылительные стенды для импульсного лазерного напыления широкозонных полупроводников 194
4.2.2 Методика изготовления керамических мишеней 196
4.2.3 Подготовка и исследование подложек 198
4.3. Эпитаксиальный рост и свойства пленок ZnO 204 4.3.1. Влияние температуры подложки на свойства пленок ZnO 205
4.3.2. Оптические свойства пленок ZnO 211
4.3.3. Электрофизические свойства пленок ZnO 215
4.4. Эпитаксиальный рост и свойства пленок М, Пх хО 217
4.4.1. Скорость роста пленок Мхгп1 хО 219
4.4.2. Структурные характеристики пленок М,Хп хО 222
4.4.3. Оптические характеристики пленок Мх2п1.хО 224
4.4.4. Электрофизические свойства пленок М Пі хО 226
4.5. Разработка методов легирования полупроводниковых пленок оксида цинка для получения проводимости п- и р-типа 228
4.5.1. Получение и исследование легированных галлием пленок ZnO п типа 229
4.5.1.1 Влияние параметров процесса напыления на кристалличность пленок ZnO:Ga 231
4.5.1.2. Оптические характеристики пленок ZnO:Ga 235
4.5.1.3. Управление шириной запрещенной зоны пленок ZnO при
легировании галлием 241
4.5.1.4. Электрические свойства пленок ZnO:Ga 243
4.5.2. Получение и исследование пленок ZnO р-типа 245
4.5.2.1 Легирование пленок ZnO азотом из твердой и газовой фазы.,247
4.5.2.2 Активация акцепторных центров пленок ZnO:N термическим
отжигом 252
4.5.2.3 Солегирование пленок оксида цинка галлием и азотом 259
4.5.2.4 Свойства пленок оксида цинка, легированных фосфором 260
4.5.3. Гомопереход п пО/р пО 262
4.6 Выводы по главе 4 264
Глава 5. Квантовые эффекты в тонких пленках и низкоразмерных структурах 265
5.1. Введение 265
5.2. Размерные эффекты удельной проводимости в тонких пленках металлов 268
5.2.1. Классический размерный эффект удельной проводимости в наноразмерных пленках Бе, Сг, Б1 269
5.2.2. Квантово размерный эффект удельной проводимости в пленках тантала и железа 271
5.2.3. Разбавленные магнитные полупроводники на основе кремния...277
5.2.3.1. Методика напыления разбавленных магнитных полупроводников 81хМп,.х 279
5.2.3.2. Температурная зависимость сопротивления разбавленных магнитных полупроводников 281
5.2.3.3. Аномальный эффект Холла в разбавленных магнитных полупроводниках 282
5.3 Оптические квантовые эффекты в низкоразмерных структурах...284
5.3.1 Квантовые ямы М%хЪл\.хО!ХпО 285
5.3.1.1. Квантовая яма конечной глубины с проницаемыми барьерами.
5.3.1.2. Методика формирования квантовых ям 287
5.3.1.3. Рентгеноструктурный анализ квантовых ям Мхгп1 х0/ п0.288
5.3.2. Расчет энергии электрон-дырочного перехода в квантовых ямах М&хгпЬхО/гпО 291
5.4 Квантово размерный эффект в множественных квантовых ямах ШgxЪnl.xOIЪnO при комнатной температуре 293
5.4.1. Экситоны в полупроводниках 293
5.4.1.1. Экситоны в оксиде цинка 296
5.4.1.2. Температурное поведение экситонов 300
5.4.1.3. Управление шириной запрещенной зоны в ZnO 302
5.4.2. Низкотемпературные спектры фотолюминесценции и спектры поглощения множественных квантовых ям MgxZn1 xO/ZnO 303
5.4.2.1. Температурная зависимость спектров фотолюминесценции.306
5.4.3. Энергия связи экситона в квантовых ямах 308
5.4.3.1. Влияние ширины квантовой ямы на энергию связи экситона
5.5. Лазерный эффект в квантовых ямах и электролюминесценция диодов на гетеропереходах на базе ZnO 310
5.5.1 Вынужденное излучение в МКЯ М& П\.хО№пО при оптической накачке 311
5.5.2. Столбчатые наноструктуры и нанокластеры ZnO 313
5.5.2.1. Столбчатые наноструктуры ZnO 314
5.5.2.2. Нанокластеры ZnO 317
5.5.3. Светоизлучающие гетероструктуры на основе оксида цинка 320
5.5.3.1. Создание и исследование металлических омических контактов к пленкам/ -ОаЫ и п пО 321
5.5.3.2. Создание светоизлучающих гетероструктуры на основе оксида цинка 325
5.6 Выводы по главе 5 332
Заключение 335
Список литературы 339
Приложение. Публикации автора, в которых опубликованы основные результаты диссертации 381
