Спосіб одержання квантових точок телуриду свинцю

Спосіб одержання квантових точок телуриду свинцю, який включає випаровування матеріалу, що містить телурид свинцю, і його осадження в вакуумі на сколоту в кристалографічній площині (111) підкладку з фториду барію, який відрізняється тим, що матеріал осаджують при температурі підкладки не менше 350 °С на нижню поверхню (111) підкладки, яку деформують зовнішніми силами і створюють в перпендикулярному до площини (111) напрямі направлену від верхньої поверхні (111) підкладки до нижньої поверхні (111) підкладки механічну напругу, величина якої перевищує границю пружності фториду барію при температурі осадження. (19) (21) a200511245 (22) 28.11.2005 (24) 10.10.2007 (72) БАХТІНОВ АНАТОЛІЙ ПЕТРОВИЧ, UA, ВОДОП'ЯНОВ ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, UA, СЛИНЬКО ЄВГЕН ІЛАРІОНОВИЧ, UA, КОВАЛЮК ЗАХАР ДМИТРОВИЧ, UA (73) ЧЕРНІВЕЦЬКЕ ВІДДІЛЕННЯ ІНСТИТУТУ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, UA (56) UA 56447, A, 15.05.2003 Кульбачинский В.А. Полупроподниковые квантовые точки // Соросовский образовательный журнал.- 2001.- Т.7, №4. - с.98 - 104 Ferreira S.O., Neves B.R.A., Magalhaes-Paniago R., Malachias A., Rappl P.H.O., Ueta A.Y., Abramof E., Andrade M.S. AFM characterization of PbTe quantum 3 порівнянні з прототипом, однорідністю за формою і за геометричними розмірами. Поставлена мета досягається тим, що телурид свинцю осаджують з парової фази в вакуумі при температурі підкладки не менше 350°С на нижню поверхню (111) підкладки, яку деформують зовнішніми силами і створюють в перпендикулярному до площини (111) напрямі направлену від верхньої поверхні (111) підкладки до нижньої поверхні (111) підкладки механічну напругу, величина якої перевищує границю пружності фториду барію при температурі осадження. Для BaF2 система ковзання дислокацій {100} . Площини ковзання {100} нахилені під кутом 54,7° до поверхні (111) (1, Фіг.1). Якщо до верхньої поверхні (111) (1, Фіг.1) підкладки прикласти зовнішнє навантаження, нормальна складова якого до цієї поверхні Р (2, Фіг.1) перевищує границю пружності BaF2, то починається ковзання площин {100}. При підвищенні температур цей процес проходить більш інтенсивно і на нижній поверхні (111) (4, Фіг.1) підкладки BaF2 утворюються прямі поверхневі сходинки (5, Фіг.1) висотою порядку 80614 4 піраміди (Фіг.2), тобто масив цих точок більш однорідний за формою, ніж масив, вирощений за способом [3]. Масив квантових точок РbТе, вирощений за запропонованим способом, характеризується більшою густиною N і більш однорідний за геометричними розмірами (характеризується меншими значеннями s h s d ), ніж масив, вирощений при ідентичних технологічних умовах на недеформованій поверхні (111) BaF2, і масив, вирощений за способом [3]. Перелік фігур креслення Фіг.1. Схематичне зображення деформованої підкладки фториду барію: 1 - верхня поверхня (111) BaF2; 2 - зовнішнє навантаження Р; 3 - площина ковзання (100); 4 - нижня поверхня (111) BaF2; 5 - поверхнева сходинка. Фіг.2. Тривимірне АСМ зображення масиву квантових точок РbТе на підкладці (111) BaF2, вирощених за запропонованим способом при температурі випаровування РbТе Твип=400°С, температурі підкладки Тп=390°С, величині нормального до поверхні (111) навантаження o Р=2.107 Па. декількох A . Фіг.3. Тривимірне АСМ зображення масиву Експериментально встановлено, що такі квантових точок РbТе, вирощених на сходинки з'являються на нижній поверхні (111) недеформованій підкладці (111) BaF2 при BaF2 при температурі підкладки вище 350°Сі при відсутності навантаження (Р=0), Твип=400°С, прикладеному нормально до верхньої поверхні Tп=390°С. (111) навантаженні, яке перевищує границю Фіг.4. Гістограма розподілу квантових точок пружності BaF2при температурі осадження. Ці РbТе за висотою h, вирощених за запропонованим сходинки є місцями переважного зародження способом при Твип=400°С, Тп=390°С, Р=2.107 Па. квантових точок РbТе. Зародження поблизу Фіг.5. Гістограма розподілу квантових точок сходинок проходить швидше, ніж на бездефектній РbТе за висотою h, вирощених на підкладці BaF2. Це призводить до збільшення недеформованій підкладці (111) BaF2 при густини квантових точок і покращення їх відсутності навантаження (Р=0), Твип=400°С, однорідності за формою і геометричними Тп=390°С. розмірами. Приклад конкретного виконання В таблиці 1 приведені значення густини і Вирощування квантових точок РbТе на середніх квадратичних відхилень геометричних сколотих у площині (111) підкладках BaF2 розмірів для масивів квантових точок РbТе, проводилось у кварцовому реакторі, який вирощених за запропонованим способом (рядок розміщався в вакуумній камері в вакуумі 1,3.101), а також вирощених на недеформованій 5 Па. Використовувався реактор циліндричної поверхні (111) BaF2 (рядок 2) і за способом [3] форми з внутрішнім діаметром 32мм і довжиною (рядок 3). Ці значення визначались з результатів 120мм. Випаровуваний матеріал (синтезована досліджень морфології поверхні близьких за шихта РbТе) знаходився на дні вертикально геометричними розмірами (h, d) квантових точок розташованого реактора на відстані 130 мм від РbТе на поверхні (111) BaF2 методом атомної підкладки, яка розміщувалась в спеціальному силової мікроскопії (АСМ) (Фіг.2, Фіг.3, результати нагрівачі над верхньою частиною реактора. [3] Фіг.4, Фіг.5 ). Температура випаровування шихти складала 400°С, температура підкладки 390°С, температура Таблиця 1 вертикальної стінки реактора 490°С. Реактор з синтезованим матеріалом нагрівався системою нагрівачів,Горизонтальний Середнє квадратичне яка забезпечувала незалежний розігрів Середнє квадратичне Густина Висота відхилення за в зонах випаровування, відхилення за висотою розмір квантових стінки і підкладки з Рядок квантових квантових горизонтальним -2 точністю не точок, d0,5°С. менше (нм) h, s h (%) точок, N (см ) точок, h (нм) розміром d, s d (%) Синтез Pb1Те1,0005 проводився при температурі 1 1,1.1011 3,5±0,3 8,6 1000°С у графітизованій кварцовій ампулі із 18,2±1,6 8,8 "Екстра" на 2 2,5.1010 4±0,9 22,5 свинцю марки С0000 та телуру марки23 22±5,1 3 6,5.1010 2,5±0,5 20 протязі 24 годин, а потім відпалювався при 28±6 21 поступовому охолодженні до 600°С на протязі 240 годин. Вирощені за запропонованим способом Сколоті в площині (111) монокристалічні квантові точки РbТе мають форму тригранної підкладки BaF2 мали блочну структуру з 5 наступними параметрами: розміри моноблоків 5мм, кутова розорієнтація блоків від 0,5' до 1'. Квантові точки РbТе вирощувались в середині блоків, які характеризувались густиною дислокацій від 2.104см'2 до 105см-2. Сколота перед вирощуванням квантових точок в площині (111) підкладка BaF2 мала площу 3 мм х 3 мм, товщину 1мм. Вона розміщувалась на масці з нержавіючої сталі. Деформування підкладки проводилось під дією механічного навантаження Р=2.107 Па. Навантаження створювалось дією зовнішньої сили на кварцовий циліндр з діаметром основи 100мкм перпендикулярно центру верхньої поверхні (111) BaF2. Величина цього навантаження перевищувала значення границі пружності фториду барію 1,7.107Па при Т=390°С. Осадження РbТе проводилось на нижню поверхню (111) BaF2, з швидкістю осадження молекул РbТе o v=0,2 A /с на протязі 180с. Масиви квантових точок РbТе на недеформованих підкладках (111) BaF2 вирощувались за приведеною вище технологією при відсутності механічного навантаження. Дослідження морфології поверхні вирощених масивів КТ проводилось аналогічно до [3] за допомогою скануючого атомного силового мікроскопу (АСМ) NanoScope Ilia Dimension 3000 SPM фірми Digital Instrument в режимі періодичного контакту (Tapping Mode ®). Використовувались зонди фірми NT-MDT із радіусом вістря не більше 10нм. Дослідження проводились ех situ на повітрі при кімнатній температурі. З АСМ зображень площею розміром 1мкм х 1мкм визначалась густина квантових точок. Відомо, що спосіб АСМ має мінімальну похибку при вимірюванні вертикальних розмірів об'єктів в нанометровому діапазоні. Тому на Фіг.4 і Фіг.5 приведені гістограми розподілу квантових точок за висотою, для яких систематична (інструментальна) похибка мінімальна. Ці гістограми отримані в результаті статистичної обробки за спеціальною програмою АСМ зображень для 1100 квантових точок і 250 квантових точок на площі 1мкм х 1мкм на деформованій і недеформованій поверхнях (111) BaF2 відповідно. Література: 1. Леденцов Н.Н., Устинов В.М., Щукин В.А., Копьев П.С., Алферов Ж.И.. Бимберг Д. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. Обзор// ФТП. - 1998. - Т.31, №4. - С.385-410. 2. Ledentsov N.N., Bimberg D. Qrowth of selforganized quantum dots for optoelectronics applications: nanostructures, nanoepitaxy, defect engineering// J. Crystal Growth. - 2003. - V.255. P.68-80. 3. Ferreira S.O., Neves B.R.A., Magalhaes Paniago R., Malachias A., Rappi P.H.O., Ueta A.Y., Abramof E., Andrade M.S. AFM characterization of PbTe quantum dots grown by molecular beam epitaxy under Volmer-Weber mode// J. Crystal Growth. 2001. - V.231. - P.121-128. 80614 6 7 80614 8