Разработка новых методов создания атомно-гладкой поверхности полупроводников A3B5.

Цель работы: разработка методов формирования и контроля атомно-гладкой поверхности материалов A3B5, совместимых со сверхвысоковакуумными технологическими операциями в процессах создания оптоэлектронных приборов.
Целью первого этапа работ является анализ научной и патентной литературы по методам приготовления атомно-гладких, структурно-упорядоченных поверхностей полупроводников A3B5, выбор возможных путей формирования и контроля таких поверхностей, выбор основных направлений исследований и их частичная реализация в соответствии с календарным планом, включающая исследование морфологии, атомной структуры и электронных свойств поверхностей полупроводников А3В5, в том числе при адсорбции щелочных атомов и галогенов, и формирование на поверхности защитных плёнок нитридов.
Поставленные на данном этапе задачи полностью выполнены. В отчёте представлен анализ литературы по проблеме получения атомно-гладких поверхностей полупроводников и результаты экспериментального и теоретического исследования: морфологии и атомной структуры поверхности GaAs, приготовленной методом химико-механической полировки и её атомарного выглаживания в равновесных условиях; процессов адсорбции и десорбции Cs на атомно-гладкой поверхности GaAs; атомной структуры поверхности нитрида галлия и ее модификации активными адсорбатами; формирования кристаллических монослойных пленок нитридов на поверхности полупроводников А3В5; а также элементарных стадий взаимодействия галогенов с реконструированной поверхностью GaAs.

На данном этапе НИР разработаны модели процессов формирования атомно-гладких поверхностей полупроводников А3В5 и проведены экспериментальные исследования для проверки предложенных моделей, в том числе: определены оптимальные условия выглаживания террас и моноатомных ступеней на поверхности GaAs; определена морфология ростовой поверхности нитрида галлия и изучены электронные и фотоэмиссионные явления на поверхности GaN; изучена возможность нанесения упорядоченных (Cs,O)-покрытий на поверхность GaAs(001) с заданной реконструкцией; определены оптимальные условия нанесения и свойства нитридных покрытий на поверхностях GaAs; разработаны методы управления сверхструктурными реконструкциями атомно-гладкой поверхности GaAs с использованием селективного воздействия молекулярных галогенов.
Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования параметров GaAs(Cs,O) фотокатодов с отрицательным электронным сродством и для создания оптоэлектронных приборов на их основе: электронно-оптических преобразователей и координатно-чувствительных фотоумножителей, работающих в режиме счета одиночных фотонов. Результаты оптимизации режимов нанесения монослойных нитридных покрытий на подложки GaAs с различной кристаллографической ориентацией перспективны для защиты зеркал мощных полупроводниковых лазеров.

На данном этапе НИР определены условия формирования структурно-упорядоченных (Cs,O)-покрытий на атомно-гладкой поверхности GaAs; описаны спектры квантового выхода внешнего фотоэффекта, энергетические и угловые распределения эмитированных электронов; сделаны выводы об эффективности предложенных методик приготовления поверхности с целью создания фотокатодов с физически предельными характеристиками; разработана методика измерения квантовой эффективности поверхности в процессах электрон-фотонного преобразования на основе низковольтной катодолюминесценции, возбуждаемой зондом сверхвысоковакуумного сканирующего туннельного микроскопа; изучена химическая и термическая стабильность нитридных покрытий на поверхностях GaAs с различными ориентациями в условиях сильного оптического возбуждения и инжекции электронов; разработан перечень технических требований для ТЗ на ОКР.
Методы создания атомно-гладких поверхностей GaAs с упорядоченными активирующими покрытиями использованы для совершенствования параметров GaAs(Cs,O)-фотокатодов с отрицательным электронным сродством. Создан экспериментальный образец сверхбыстродействующего фотоумножителя для системы лазерной локации космических объектов с квантовой эффективностью GaAs(Cs,O)-фотокатода 48%. Тем самым созданы предпосылки для проведения опытно-конструкторской разработки по теме «Разработка однофотонного фотоумножителя с GaAs-фотокатодом для мониторинга окружающей среды, научных и медико-биологических исследований». Полученные результаты используются также для создания уникальных источников спин-поляризованных электронов с узкими угловым и энергетическим распределениями. Результаты оптимизации режимов нанесения монослойных нитридных покрытий на подложки GaAs с различной кристаллографической ориентацией перспективны для защиты зеркал мощных полупроводниковых лазеров.