mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-2-81-86mateltech-125Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ НАНОСЛОЕВ «КРЕМНИЙ–НА–ИЗОЛЯТОРЕ» И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ИЗЛУЧЕНИЕМ НАНОМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНАPeculiarities of Electronic Structure of Silicon–on–Insulator Structures and Their Interaction with Synchrotron RadiationТереховВ. А.TerekhovV. A.

доктор физ.−мат. наук, профессор

Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor

ftt@phys.vsu.ruНестеровД. Н.NesterovD. N.

аспирант

Post- graduate Student 

ДомашевскаяЭ. П.DomashevskayaE. P.

доктор физ.−мат. наук, профессор

Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor; 

ТурищевС. Ю.TurishchevS. Y.

кандидат физ.−мат. наук, старший научный сотрудник

Cand. Sci. (Phys.–Math.), Senior Researcher;  

КамаевГ. Н.KamaevG. N.

кандидат физ.−мат. наук, старший научный сотрудник

Cand.Sci.(Phys.–Math.),SeniorResearcher 

kamaev@isp.nsc.ruАнтоненкоА. Х.AntonenkoA. Kh.

ведущий инженер

Leading Engineer 

antuan@isp.nsc.ruВоронежский государственный университет, Университетская пл., д. 1, Воронеж, 394006, РоссияРоссияVoronezh State University, Universitetskaya Sq., Voronezh 394006, RussiaRussian FederationИнститут физики полупроводников СО РАН, просп. акад. Лаврентьева, д. 13, Новосибирск, 630090, РоссияРоссияInstitute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 13 Lavrentieva Ave., Novosibirsk 630090, RussiaRussian Federation201425062015028186Copyright © Терехов В.А., Нестеров Д.Н., Домашевская Э.П., Турищев С.Ю., Камаев Г.Н., Антоненко А.Х., 20152015Терехов В.А., Нестеров Д.Н., Домашевская Э.П., Турищев С.Ю., Камаев Г.Н., Антоненко А.Х.Terekhov V.A., Nesterov D.N., Domashevskaya E.P., Turishchev S.Y., Kamaev G.N., Antonenko A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/125

Методами ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии и спектроскопии ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения с использованием синхротронного излучения исследованы структуры КНИ (кремний−на−изоляторе) с растянутым и нерастянутым слоями кремния. Выявлена заметная перестройку электронно−энергетического спектра и локальной парциальной плотности состояний как в валентной зоне, так и в зоне проводимости растянутого слоя кремния структуры КНИ. На основе анализа Si L2,3 спектров USXES показано уменьшение энергетического расстояния между точками L′2v и L1v  в валентной зоне растянутого слоя кремния, в котором наблюдался и сдвиг первых двух максимумов первой производной спектра XANES в сторону больших энергий относительно дна зоны проводимости Ес. Обнаружено, что при этом стоячие рентгеновские волны синхротронного излучения нанометрового диапазона длин волн  (λ ~ 12—20 нм) формируются в структурах кремний−на−изоляторе как с растянутым, так и с нерастянутым нанослоем кремния. Более того, установлено, что изменение угла скольжения синхротронного излучения θ на 2° приводит к смене фазы электромагнитного поля на противоположную. 

Structures with strained and unstrained silicon layers were studied by ultrasoft X−ray emission spectroscopy and X−ray absorption near edge structure spectroscopy with the use of synchrotron radiation techniques the SOI (silicon−on−insulator). Analysis of X−ray data has shown a noticeable transformation of the electron energy spectrum and local partial density of states distribution in valence and conduc- tion bands in the strained silicon layer of the SOI structure. USXES Si L2,3 spectra analysis revealed a decrease of the distance between the L′2v и L1v points in the valence band of the strained silicon layer as well as a shift of the first two maxima of the XANES first derivation spectra to the higher energies with respect to conduction band bottom Ec. At the same time the X−ray standing waves of synchrotron radiation (λ ~ 12−20 nm) are formed in the silicon−on−insulator structure with and without strains of the silicon layer. Moreover the synchrotron radiation grazing angle θ changing by 2° leads to a change of the electromagnetic field phase to the opposite. 

электронное строениекремний−на−изоляторе«растянутый» кремнийультрамягкая рентгеновская спектроскопиясинхро- тронное излучение.electronic structuresilicon−on−insulatorstrained siliconultrasoft X−ray spectroscopysynchrotron radiationReferencesСуворов, А. Л. Технологии структур кремний−на− изоляторе / А. Л. Суворов, Б. Ю. Богданович, А. Г. Залужный, В. И. Графутин, В. В. Калугин, А. В. Нестерович, Е. П. Прокопьев, С. П. Тимошенков, Ю. А. Чаплыгин. − М. : МИЭТ, 2004. − 408 с.Суворов, А. Л. Технологии структур кремний−на− изоляторе / А. Л. Суворов, Б. Ю. Богданович, А. Г. Залужный, В. И. Графутин, В. В. Калугин, А. В. Нестерович, Е. П. Прокопьев, С. П. Тимошенков, Ю. А. Чаплыгин. − М. : МИЭТ, 2004. − 408 с.Lee,J.W.Effectsofburiedoxidestressonthin−filmsilicon− on−insulator metal−oxide−semiconductor field−effect transistor /J. W.Lee,M.H.Nam,J.H.Oh,J.W.Yang,W.C.Lee,H. K. Kim, M. R. Oh,Y.H.Koh//Appl.Phys.Lett.−1998.−V.72,N6.−P. 677— 679.Lee,J.W.Effectsofburiedoxidestressonthin−filmsilicon− on−insulator metal−oxide−semiconductor field−effect transistor /J. W.Lee,M.H.Nam,J.H.Oh,J.W.Yang,W.C.Lee,H. K. Kim, M. R. Oh,Y.H.Koh//Appl.Phys.Lett.−1998.−V.72,N6.−P. 677— 679.Бир, Г. Л. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках / Г. Л. Бир, Г. Е. Пикус. − М. : Наука, 1972. − 584 с.Бир, Г. Л. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках / Г. Л. Бир, Г. Е. Пикус. − М. : Наука, 1972. − 584 с.Домашевская, Э. П. Интерференция синхротронного излучения перед краем поглощения кремния в структурах кремний−на−изоляторе / Э. П. Домашевская, В. А. Терехов, С. Ю. Турищев // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. − 2011. − No 2. − С. 42—50.Домашевская, Э. П. Интерференция синхротронного излучения перед краем поглощения кремния в структурах кремний−на−изоляторе / Э. П. Домашевская, В. А. Терехов, С. Ю. Турищев // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. − 2011. − No 2. − С. 42—50.Kasrai, M. Sampling depth of total electron and fluorescence measurements in Si L− and K−edge absorption spectroscopy / M. Kasrai, W. N. Lennard, R. W. Brunner, G. M. Bancroft, J. A. Bardwell, K. H. Tan // Appl. Surf. Sci. − 1996. − V. 99, N 4. − P. 303—312.Kasrai, M. Sampling depth of total electron and fluorescence measurements in Si L− and K−edge absorption spectroscopy / M. Kasrai, W. N. Lennard, R. W. Brunner, G. M. Bancroft, J. A. Bardwell, K. H. Tan // Appl. Surf. Sci. − 1996. − V. 99, N 4. − P. 303—312.Зимкина, Т. М. Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия / Т. М. Зимкина, В. А. Фомичев. − Л. : Изд−во ЛГУ, 1971. − 132 c.Зимкина, Т. М. Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия / Т. М. Зимкина, В. А. Фомичев. − Л. : Изд−во ЛГУ, 1971. − 132 c.Румш, М. А. К вопросу о применении вторичноэлектронных умножителей для изучения мягких рентгеновских спектров / М. А. Румш, А. П. Лукирский, В. Н. Щемелев // Изв. АН СССР. Сер. Физ. − 1961. − Т. 25, No 8. − C. 1060—1065.Румш, М. А. К вопросу о применении вторичноэлектронных умножителей для изучения мягких рентгеновских спектров / М. А. Румш, А. П. Лукирский, В. Н. Щемелев // Изв. АН СССР. Сер. Физ. − 1961. − Т. 25, No 8. − C. 1060—1065.Филатова, Е. О. Спектроскопия зеркального отражения и рассеяния мягкого рентгеновского излучения поверхностями твердых тел: дисс. ... д−ра физ.− мат. н. − С.−Пб., 2000. − 374 с.Филатова, Е. О. Спектроскопия зеркального отражения и рассеяния мягкого рентгеновского излучения поверхностями твердых тел: дисс. ... д−ра физ.− мат. н. − С.−Пб., 2000. − 374 с.Chelikowsky,J.Calculatedvalence−banddensitiesofstates and photoemission spectra of diamond and zinc−blende semiconductors / J. Chelikowsky, D. J. Chadi, M. L. Cohen // Phys. Rev. B. − 1973. − V. 8, N 6. − P. 2786—2794.Chelikowsky,J.Calculatedvalence−banddensitiesofstates and photoemission spectra of diamond and zinc−blende semiconductors / J. Chelikowsky, D. J. Chadi, M. L. Cohen // Phys. Rev. B. − 1973. − V. 8, N 6. − P. 2786—2794.Chelikowsky, J. R. Electronic structure of silicon / J. R. Chelikowsky, M. L. Cohen // Phys. Rev. B. − 1974. − V 10, N 12. − P. 5095—5107.Chelikowsky, J. R. Electronic structure of silicon / J. R. Chelikowsky, M. L. Cohen // Phys. Rev. B. − 1974. − V 10, N 12. − P. 5095—5107.Euaruksakul, C. Relationships between strain and band structure in Si(001) and Si(110) nanomembranes / C. Euaruksakul, F. Chen, B. Tanto, C. S. Ritz, D. M. Paskiewicz, F. J. Himpsel, D. E. Savage,ZhengLiu,YuguiYao,FengLiu,M.G.Lagally//Ibid. − 2009. − V. 80. − P. 115323.Euaruksakul, C. Relationships between strain and band structure in Si(001) and Si(110) nanomembranes / C. Euaruksakul, F. Chen, B. Tanto, C. S. Ritz, D. M. Paskiewicz, F. J. Himpsel, D. E. Savage,ZhengLiu,YuguiYao,FengLiu,M.G.Lagally//Ibid. − 2009. − V. 80. − P. 115323.Andreeva,M.A.InterferencephenomenaofsynchrotronradiationinTEYspectraforsilicon−on−insulatorstructure/M. A. Andreeva, E. P. Domashevskaya, E. E. Odintsova, V. A. Terekhov, S. Yu. Turishchev // J. Synchrotron Radiation. − 2012. − V. 19, iss. 4. − P. 609—618.Andreeva,M.A.InterferencephenomenaofsynchrotronradiationinTEYspectraforsilicon−on−insulatorstructure/M. A. Andreeva, E. P. Domashevskaya, E. E. Odintsova, V. A. Terekhov, S. Yu. Turishchev // J. Synchrotron Radiation. − 2012. − V. 19, iss. 4. − P. 609—618.Zheludeva, S. I. The role of film thickness in the realization of X−ray waveguide effects at total reflection / S. I. Zheludeva, M. V. Kovalchuk, N. N. Novikova, A. N. Sosphenov // Adv. X−ray Chem. Anal. Jpn. − 1995. − V. 26s. − P. 181—186.Zheludeva, S. I. The role of film thickness in the realization of X−ray waveguide effects at total reflection / S. I. Zheludeva, M. V. Kovalchuk, N. N. Novikova, A. N. Sosphenov // Adv. X−ray Chem. Anal. Jpn. − 1995. − V. 26s. − P. 181—186.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.