Проведение научных исследований молодыми учеными. Электронные процессы в многослойных напряженных наноструктурированных гетеросистемах Ge/Si c вертикально совмещенными квантовыми точками Ge.

В модели поля валентных сил с использованием межатомного потенциала Китинга рассчитаны механические напряжения в многослойной гетероструктуре Ge/Si(001) с вертикально совмещенными нанокластерами (квантовыми точками) Ge. Обнаружено, что неоднородное пространственное распределение упругих деформаций в такой среде приводит к появлению в напряженных слоях Si вблизи нанокластеров Ge трехмерной потенциальной ямы для электронов. Глубина потенциальной ямы достигает величины 100 мэВ, а ее пространственный размеры определяются диаметром нанокластеров Ge. Для структуры, состоящей из 4-х островков Ge диаметром 23 нм, расположенных один над другим, определены энергии связи электронов в этой яме и пространственное распределение плотности электронного заряда. Основное состояние имеет s-образную симметрию и характеризуется энергией связи электрона 95 мэВ и 60 мэВ для элементного состава Ge в нанокластерах c=1 и c=0.7, соответственно. Существование в зоне проводимости напряженного Si связанных электронных состояний должно приводить к ослаблению правил отбора, определяющих низкую эффективность излучательной рекомбинации в непрямозонных полупроводниках, и позволяет объяснить наблюдающееся на опыте высокое значение силы осциллятора для межзонных переходов в многослойных структурах Ge/Si(001) с вертикальной корреляцией расположения нанокластеров Ge.

В модели поля валентных сил с использованием межатомного потенциала Китинга рассчитаны механические напряжения в многослойной гетероструктуре Ge/Si(001) с вертикально совмещенными нанокластерами (квантовыми точками) Ge. Обнаружено, что неоднородное пространственное распределение упругих деформаций в такой среде приводит к появлению в напряженных слоях Si вблизи нанокластеров Ge трехмерной потенциальной ямы для электронов. Рассчитаны энергии связи электронов в этой яме и пространственное распределение плотности электронного заряда. Основное состояние имеет s-образную симметрию и характеризуется энергией связи электрона от 60 мэВ до 90 мэВ в зависимости от элементного состава Ge в нанокластерах.
Экспериментально исследован отклик комплексной проводимости кремниевых диодов Шоттки со встроенными в базовую область слоями квантовых точек Ge на внешнее переменное электрическое поле. В многослойных структурах на зависимостях высокочастотной проводимости и емкости от температуры при различных частотах и напряжениях смещения обнаружены соответственно максимумы и ступени, обусловленные перезарядкой электронных уровней вследствие эмиссии электронов из связанных состояний в отщепленных деформацией -долинах Si вблизи нанокластеров Ge в делокализованные состояния зоны проводимости ненапряженного Si. Экспериментально определена энергия связи электронов в основном состоянии, равная 50 мэВ и 70 мэВ для состава Ge в нанокластерах 70% и 80%, соответственно. Близкие величины получены в результате моделирования распределения упругих напряжений и электронной структуры исследуемых образцов, выполненного в рамках атомистического подхода Китинга и приближения эффективной массы. Показано, что причиной локализации электронных состояний в напряженных многослойных гетероструктурах Ge/Si является расщепление -долин в зоне проводимости напряженного Si, вызванное упругими деформациями в среде.