Магнитооптический эллипсометрический комплекс для получения и исследования наноструктур в установке молекулярно-лучевой эпитаксии
Диссертация
Разработано оригинальное программное обеспечение, позволяющее управлять процессом роста наноструктур в установке молекулярно-лучевой эпитаксии. Алгоритмы основаны на решении обратной задачи эллипсометрии в реальном времени. Программа анализирует эволюцию эллипсометрических углов j/ и А, вычисляет оптические параметры структуры, скорость роста и передает управляющие команды в блок управления… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ЭЛЛИПС ОМЕТРИЯ И МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ КЕРРА: ТЕОРИЯ, МЕТОДЫ, ПРИЛОЖЕНИЯ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
- 1. 1. Основное уравнение эллипсометрии. Прямая и обратная задачи
- 1. 2. Поверхностный магнитооптический эффект Керра
- §-1.3.Структурные схемы эллипсометров и магнитометров
- Постановка задачи
- ГЛАВА 2. ЭЛЛИПСОМЕТРИЧЕСКАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР
- 2. 1. Описание экспериментальной установки
- 2. 2. Контроль качества подготовки подложек с помощью ex situ спектральной эллипсометрии
- 2. 3. Исследование начальных стадий роста пленок Fe и Si на подложках монокристаллического кремния
- 2. 4. Определения показателя поглощения пленок кремния
- 2. 5. Решение обратной задачи эллипсометрии для систем (Fe/Si Выводы к главе 2
- ГЛАВА 3. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МАГНИТООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА КЕРРА
- §-ЗЛ. Структурная схема и описание работы
- 3. 2. Блок перемагничивания образца
- 3. 3. Интерпретация экспериментальных данных
- 3. 4. Исследование двухслойных систем Оу (1.х)№х/№
- Выводы к главе 3
- ГЛАВА 4. ПРОГРАМНО — АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РОСТА И ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР В СВЕРХВЫСОКОМ ВАКУУМЕ
- 4. 1. Интерпретация эволюции эллипсометрических параметров в реальном времени в процессе роста структур {^е/ 5/)п
- 4. 2. Автоматизированная система управления испарителями в установке молекулярно-лучевой эпитаксии
- 4. 2. 1. Аппаратная часть системы управления испарителями
- 4. 2. 2. Программная часть системы управления испарителями
- 4. 3. Программный эллипсометрический комплекс
- Выводы к главе 4
- РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И
- ВЫВОДЫ
Список литературы
- Ржанов А.В., Свиташев К. К. Основы эллипсометрии. Новосибирск: Наука, 1979. — 423 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматгиз, 1982. — 621 с.
- Fujiwara Н. Spectroscopic Ellipsometry. Principles and Application. -Wiley, 2007. 369 p.
- Аззам P., Башара H. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981.-583 с.
- Швец В.А., Рыхлицкий С. В. Метод эллипсометрии в науке и технике // Автометрия. 1997. -№ 1. — С. 5−21.
- Aspnes D.E., Studna А.А. Dielectric functions and optical parameters of Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, and InSb from 1.5 to 6.0 eV // Phys. Rev. B. 1983. — V. 27. — № 2. — P. 985−1010.
- Vina L., Cardona M. Optical properties of ultraheavily doped germanium: Theory and experiment // Phys. Rev. B. — 1986. — V. 34. № 4. -P.2586−2598.
- Vina L., Cardona M. Effect of heavy doping on the optical properties and the band structure of silicon // Phys. Rev. B. 1984. — V. 29. — № 12. — P. 6739−6751.
- De Sande J.C.G., Afonso C.N., Escudero J.L. et al. Optical properties of laser-deposited a-Ge films: a comparison with sputtered and e-beam-deposited films // Appl. Opt. 1992. — V. 31. — № 28. — P. 6133- 6138.
- Aspnes D.E., Studna A.A., Kinsborn E. Dielectric properties of heavily doped crystalline and amorphous silicon from 1.5 to 6.0 eV // Phys. Rev. B. 1984. — V. 29. — № 2. — P. 768−780.
- Suto K., Adachi S. Optical properties of ZnTe // J. Appl. Phys. 1993. — V. 73,-№ 2.-P. 926−931.
- Aspnes D.E., Kelso S.M., Logan R. A. Bhat R. Optical properties of
- AlxGaixAs // J. Appl. Phys. 1986. — V. 60. — № 2. — P. 754−767.
- Vina L., Umbach C., Cardona M., Vodopyanov L. Ellipsometric studies of electronic interband transition in CdxHgixTe // Phys. Rev. B. 1984. — V. 29. -№ 12. — P. 6752−6760.
- Arvin H., Aspnes D.E. Nondestructive analysis of CdxHgixTe (x=0.00, 0.20, 0.29, and 1.00) by spectroscopic ellipsometry // J. Vac. Sei. Technol. A. 1984. -V. 2. -№ 3. -P.1316.
- Burkhard H., Dinges H. W., Kuphal E. Optical properties of In (.xGaxPi. yAsy, InP, GaAs, and GaP determined by ellipsometry // J. Appl. Phys. -1982.-V. 53.-P. 655−662.
- Biswas D., Lee H., Salvador A. et. al. Characterization of InxGaixP/GaAs grown by gas source molecular-beam epitaxy (0.35 < x < 0.60) by spectroscopic ellipsometry // J. Vac.Sei. Technol B. 1992. — V. 10. — № 2. -P. 962.
- Meyer F., Bootsma G. A. Ellipsometric investigation of chemisorption of clean silicon (111) and (100) surfaces // Surf. Sei. 1969. — V.16. — P. 221−233.
- Aliev. V.S., Kruchinin V. N., Baklanov M. R. Adsorption of molecular fluorine on the Si (100) surface: an ellipsometric study // Surf. Sei. 1996. — V. 347.-P. 97−104.
- Kruchinin V. N., Repinsky S.M., Shklyaev A.A. Monosilane adsorption and initial growth stages of silicon layers on the (100) and oxidized silicon surfaces // Surf. Sei. 1992. — V.275. — P. 433−442.
- Almeida L.A., Johnson J.N., Benson J.D. et al. Automated compositional control of HgixCdxTe during MBE using in situ spectroscopic ellipsometry // J. of Electronic Materials. V.27. — № 6. — P. 500−503.
- Butler S.W., Stefani J., Sullivan m. et al. Intelligent model-based control system employing in situ ellipsometry // J. Vac. Sei. Technol. A. 1994. V. 12.- № 4.-P. 1984.
- Duncan W.M., Henck S.A., Kuehne J. W. et al. High-speed spectral ellipsometry for in situ diagnostics and process control // J. Vac. Sei. Technol B. 1994. — V. 12. — № 4. — P. 2779
- Aspnes D.E. New developments in spectroellipsometry: the challenge of surface // Thin. Sol. Films. 1993. — V. 233. — P. 1−8.
- Kircher J., Gopalan S., Cardona M. Optical properties of the Y-Ba cuprates: mainly a band structure point of view // Spectroscopic Ellipsometry: Proc. Of the 1st Int. Conf. Paris, France, Jan. 11−14, 1993. — P. 522.
- Kircher J., Cardona M., Zibold A. et al. Optical investigation of room-temperature chain ordering in YBa2Cu307// Phys. Rev. B. 1993. — V. 48. -№ 13.- P. 9684−9688.
- Brink D.J., Lee M. E. Ellipsometry of diffractive insect reflectors // Appl. Opt. 1996. — V. 35. — № 12. — P. 1950−1955.
- Moog E.R., Bader S.D., Montano P.A. et al. Search for ferromagnetism in ultrathin epitaxial films: Cr/Au (100), Cr/Cu (100), and Fe/Cu (100) // Superlattices and Microstructures. 1987. — V. 3. — № 4. — P. 435−443.
- Bader S.D. Surface magneto-optic Kerr effect // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1991. — V.100. — P. 440−454.
- Zak J., Moog E.R., Liu C., Bader S.D. Kerr effects // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 1990. — V.89. — P. 107−128.
- Zak J., Moog E.R., Liu C., Bader S.D. Kerr rotation and ellipticity for Sand P-polarized light. // Phys. Rev. Lett. 1990. — V.43. — P. 6423−6450.
- Zak J., Moog E.R., Liu C., Bader S.D. Kerr effects // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 1990. — V.88. — P. 261−290.
- Соколов А. В. Оптические свойства металлов. M: Физматгиз, 1961. — 464 с.
- Bader S.D. Qiu Z.Q. Surface magneto-optic Kerr effect (SMOKE) // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1999. — V.200. — P. 664−678.
- Falicov L.M., Pierce D.T., Bader S.D., Gronsky R. SMOKE system. //
- Mater. Res. 1990. — V5. — P. 1299−1306.
- Bader S.D. SMOKE experiment. Experimental approaches // Proc. IEEE. -1990.-V.78.- P. 909−912.
- Ballentine C.A., Fink R.L., Araya-Pochet J. Erskine J.L. Vacuum magnet // Apple. Phys. 1989. — V.49. -P.677−685.
- Qian J.P., Wang G.C. Magnetic materials // Journal of Vacuum Sci. Technology. 1990. — V.8. — P.27−40.
- Edelman I.S., Kim P.D., Turpanov I.A., Morozova T.P., Betenkova A.Ja., Zabluda V.N., Bondarenko G.M. Kerr rotation and magnetic circular dichroism in Co/Si02 multilayers. 11 J. Magn. Mater. 1996. — V 109. — P. 1.
- Montano P.A., Fernando G.W., Cooper B.R. et al. Ferromagnetic and nonmagnetic phase of Fe on Cu. // Phys. Rev. Lett. 1988. — V.59. -P.l 041−1050.
- Liu C., Moog E.R., Bader S.D. Magneto-optical properties of Fe films // Phys. Rev. Lett. 1988. — V.60. — P. 2422−2436.
- Liu C., Bader S.D. The growth of Fe on Pd (100) // J. Appl. Phys. 1990. -V.67.-P. 57−58.
- Liu C., Bader S.D. The growth of Fe on Ru (0001) // Phys. Rev. Lett. 1990. -V.41.-P. 553.
- United States Patent № 5 311 285, Measuring method for ellipsometric parameter and ellipsometer / Oshige Т., Yamada Т., Kazama A.- published 10.05.1994.
- Пат. 2 302 623 Российская Федерация, Эллипсометр / Спесивцев Е. В., Рыхлицкий С. В., Швец В.А.- опубл. 10.07.2007, Бюл. № 19.
- Krafft C.S., R.M. Josephs and D.S. Crompton. Magneto-optical Kerr effect hysteresis loop measurements on particulate recording media // IEEE Transaction on Magnetics. 1986. — V. MAG-22. — N. 5. — p. 662−664.
- United States Patent № 4 922 200, Apparatus for measuring hysteresis loop of magnetic film / Jackson L.D., Hills В., Moms D., Nagi T.J.- published0105.1990
- United States Patent № № 4 816 761, Apparatus for measuring the hysteresis loop of hard magnetic films on large magnetic recording disk / Josephs R.M.- published 28.03.1989
- Wrona J., Stobiecki Т., Rak R., et al. Kerr magnetometer based on a differential amplifier // Phys. stat. sol. (a). 2003. — V. 196. — № 1. — P. 161−164.
- Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры.: Пер. с англ./ Под ред. JL Ченга, К Плога, — М: Мир, 1989 584 с.
- Драгунов В.П., Неизвестный И. Г., Гридчин В. А. Основы наноэлектроники. Новосибирск, 2000. — 331с.
- Патрин Г. С., Волков Н. В., Кононов В. П. Влияние оптического излучения на магнитный резонанс в трехслойных пленках Fe/Si/Fe // Письма в ЖЭТФ.- 1998.-Т. 68.-№ 4, — С. 287−291.
- Техническое описание и инструкция по экслплуатации быстродействующего лазерного эллипсометра ЛЭФ-751М. -Новосибирск, 2002. 50 с.
- Техническое описание и инструкция по эксплуатации установки «Ангара». Новосибирск, 1986. — 72 с.
- Shvets V. A, Chikichev S.I., Pridachin D.N. et al. Ellipsometric study of tellurium molecular beam interaction with dehydrogenated vicinal silicon surfaces // Thin solid Films. 1998.-V. 313−314.-P.561−564.
- Волков H.B., Патрин Г. С., Петраковский Г. А. и др. Магнитосопротивление туннельного типа в структуре
- E11O0.7PbO0.3MnO, (монокристалл)/Те (пленка) // Письма в ЖТФ. 2003. — Т.29. — № 5. С.54−60.
- Елисеева Е. Г., Кононов В. П., Попел В. М., Тепляков У. И., Худяков А. Е. Модернизация установки молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара» для получения пленок и структур магнитных материалов // ПТЭ. — 1997.-№ 2.- С. 141.
- Ishizaka A., Shiraki Y. Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon MBE // J. Electrochem. Soc.: Electrochemical science and technology. 1986. — V. 133. — № 4. — P. 666−671.
- Фельдман JI., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. -М: Мир, 1989.-344 с. 60.http://isp.nsc.ru
- Aspnes D.E., J.B. Theeten, F. Hottier. Investigation of effective-medium models of microscopic surface roughness by spectroscopic ellipsometry // Phys. Rev. B. 1979. — V. 20. — № 8. — P. 3292−3304.
- D.E. Aspnes. Microstructural information from optical properties in semiconductor technology // SPIE. 1981. — Optical Characterization Techniques for Semiconductor Technology. — Vol. 276.
- Бондаренко Г. В. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ пленок, слоев и покрытий. Препринт ИФСО-16Ф. — Красноярск, 1974. -40 с.
- Установка молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара». Новосибирск, ИФП С ОРАН, 1986.
- Варнаков С.Н., Лепешев А. А., Овчинников С. Г. и др. Автоматизация технологического оборудования для получения многослойных структур в сверхвысоком вакууме // ПТЭ. — 2004. — № 6. С. 125.
- Клюев А.С. Автоматическое регулирование. М.: Высшая школа, 1986. -351 с.
- Варнаков С.Н., Паршин А.С, Овчинников С. Г. и др. Структурные и магнитные характеристики однослойных и многослойных пленок Fe/Si, 98полученных термическим испарением в сверхвысоком вакууме // Письма в ЖТФ. 2005. — Т. 31. — № 22. — С. 1−8.
- Мэтьюз Дж. Г., Финк К. Д. Численные методы. Использование Matlab. -М.: Вильяме, 2001.-713 с.
- Литюга А. М., Клиначёв Н. В., Мазуров. В. М. Теоретические основы построения эффективных АСУ ТП // http://model.exponenta.ru/autoreg.ziphttp://model.exponenta.ru/auto reg. html
- Корниенко Д.Г. Измерители-регуляторы температуры.http ://icm-tec .сот/
- Ким Д. П. Теория автоматического управления. М: Физматлит, 2003.- 288 с.
- Филлипс Ч. Харбор Р. Системы управления с обратной связью. -М.: Лаборатория базовых знаний, 2001. 616 с.
- Бесекерский В. А. Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. — СПб: Профессия, 2003. — 752 с.
- Варнаков С.Н., Bartolome J., Sese J. и др. Размерные эффекты и намагниченность многослойных пленочных наноструктур (Fe/Si)n // ФТТ. 2007. — Т. 49. -№.8, — С. 1401.
- Швец В.А., Спесивцев Е. В., Рыхлицкий С. В. Анализ статической схемы эллипсометрических измерений // Оптика и спектр. 2004. -Т.97. — № 3.-С. 514−525.
- Ридико Л. И. Контроллер шагового двигателя. http://radiotech.by.ru/Shematic PCB/Avtomatika/step motor. htm
- Choi B.-Ch., Folsch S., Farle M. et al. Correlation of the magnetic properties with structure and morphology in ultrathin Fe films grown on Cu (311)// Phys. Rev. B. 1997. — V. 56. -№ 6. -P. 3271.
- Варнаков C.H., Паршин A.C., Овчинников С. Г. и др. Структурные и магнитные характеристики однослойных и многослойных пленок
- Варнаков С.Н., Косырев H.H. Система управления испарителями в установке молекулярно-лучевой эпитаксии «Ангара» // Сборник тезисов десятой всероссийской научной конфер. студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-10». Москва, 2004. — С. 1036.
- Варнаков С.Н., Косырев H.H. Получение однослойных и многослойных пленочных структур Fe и Si в сверхвысоком вакууме // Тез. докл. VII Всерос. науч. конф. «Решетневские чтения». Красноярск, 2003. — С 114−115.
- Косырев H.H., Варнаков С. Н. Метод эллипсометрии в технологии получения тонких пленок Fe и Si // Сборник тезисов девятой всероссийской научной конфер. студентов-физиков и молодых ученых. «ВНКСФ-9». Красноярск, 2003. — С. 590−591.
- Варнаков С.Н., Косырев Н. Н. Исследование процесса роста тонких слоев кремния in situ методом эллипсометрии // Труды межвузовской научной конференция «Молодежь и наука — третье тысячелетие». — Красноярск, 2003. С. 317.
- Косырев Н.Н., Варнаков С. Н. Исследование тонких пленок Fe методом эллипсометрии // Сборник тезисов десятой всероссийской научной конфер. Студентов-Физиков и молодых ученых «ВНКСФ-10». -Москва, 2004. С. 191−192
- Косырев H.H., Варнаков C.H., Овчинников С. Г., Худяков А. Е. Автоматизированная система управления испарителями в установке молекулярно-лучевой эпитаксии // Материалы всероссийского совещания «Кремний 2006». — Красноярск, 2006. — С. 112
- Kosyrev N.N., Kolechin V.A., Zabluda V.N., Hudyakov A.E., Edelman I.S. and Ovchinnikov S.G. In situ SMOKE Measurements in ultrahigh vacuum by ellipsometry // Euro-Asian symposium «Magnetism on a nanoscale». -Kazan, 2007.-P. 264
- Косырев Н.Н., Овчинников С. Г. Ферромагнетизм при комнатной температуре в двухслойной структуре Dy(i.X)Nix/Ni: магнитооптические измерения in situ // Письма в ЖЭТФ. 2008. — Т. 88. — № 2. — С. 152−154.
- Варнаков С.Н., Комогорцев С. В., Bartolome J., Sese S., Овчинников С. Г., Паршин А. С., Косырев Н. Н. Изменение намагниченности мультислойных наноструктур Fe/Si в процессе синтеза и постростового нагрева // ФММ. 2008. — Т. 106. — № 1. — С. 54−58
- Edelman I., Ovchinnikov S., Markov V., Kosyrev N., Seredkin V.,. Khudjakov A, Bondarenko G., Kesler V. Room-temperature ferromagnetism in Dy films doped with Ni // Physica B. 2008. — V. 403. — № 18. — P. 3295−3301.