ЛР1. Изучение процессов молекулярно
реклама
Лабораторная работа № 1 Изучение процессов молекулярно-лучевой эпитаксии Цели работы: - ознакомиться с установкой молекулярно-лучевой эпитаксии; - смоделировать и пронаблюдать процессы роста соединений - АIIIBV, АIVBIV на подложках GaAs, Si; - изучить влияние технологических факторов на рост эпитаксиальных слоев А IIIBV, АIVBIV. Теоретическое введение: С появлением микроэлектронной технологии изготовления электронных приборов и схем возникла необходимость на монокристаллической подложке получать монокристаллические автоэпитаксиальные или гетероэпитаксиальные тонкие слои. При недостаточно глубоком вакууме в реакторе наращиваемый слой загрязняется за счет остаточных газов в атмосфере реактора при одновременном осаждении напыляемого слоя. Концентрация примеси в наращиваемом слое СB определяется соотношением плотностей потоков на подложку примеси В (jB) и осаждаемого материала А (jA), которые пропорциональны их парциальным давлениям в реакторе (PB и PA) CB jB pB (1.1) jA pA Снижение содержания примеси можно получить: – увеличением РА, но при этом увеличивается скорость роста слоя и число структурных дефектов в нем за счет трехмерного механизма роста, вплоть до роста поликристаллического слоя; 1 – снижением остаточного давления газов в реакторе и достижением такого их минимального уровня, который определяется возможностями вакуумной аппаратуры. Глубокий вакуум позволяет осуществлять предэпитаксиальную обработку поверхности подложек с использованием ионно-лучевого, ионно-плазменного и лазерного их травления. Тонкие пленки металлов или полупроводников, получаемые вакуумным испарением, обычно имеют поликристаллическую или аморфную структуру, в них невозможна определенная кристаллографическая ориентация поверхности. Технология многослойных структур должна обеспечивать высокое качество слоистых структур и совершенство границ раздела между этими материалами. Только в этом случае могут быть реализованы потенциальные возможности, заложенные в полупроводниковых сверхрешѐтках и многослойных магнитных структурах. (Сверхрешѐтка - твердотельная периодическая структура, в которой на носители заряда (электроны), помимо обычного потенциала кристаллической решѐтки действует дополнительный потенциал. Как правило, это одномерный потенциал V(r )с периодом d, меньшим длины свободного пробега электронов, но значительно большим периода оси решѐтки (от нескольких нм до десятков нм). Наиболее интенсивно исследуются полупроводниковые структуры, но наряду с ними возможны металлические. Потенциал V(r) обычно создаѐтся искусственно путѐм чередования тонких полупроводниковых слоѐв, отличающихся по типу легирования и (или) химическому составу. В последнем случае сверхрешѐтки можно рассматривать как периодическую систему квантово-размерных ям, разделѐнных сравнительно узкими барьерными слоями с заметной туннельной прозрачностью для носителей заряда (волновые функции электронов перекрываются). Для получения высококачественных тонких пленок и многослойных структур используют чаще всего механизмы эпитаксиального роста материала пленки на соответствующей монокристаллической подложке. Широкое распространение получил 2 метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), позволяющий формировать совершенные слои различных материалов в условиях сверхвысокого вакуума. Этот метод успешно применяется для выращивания тонких пленок полупроводников, металлов, диэлектриков, высокотемпературных сверхпроводников и многих других веществ. Использование МЛЭ достаточно дорогостоящий и трудоѐмкий процесс. В последние годы все большее распространение для выращивания полупроводниковых сверхрешеток приобретает технология роста из газовой фазы с использованием металлоорганических соединений (РГФ МОС). В этом методе используется процесс эпитаксиального роста материалов на нагретой подложке при термическом разложении металлорганических соединений. Методом РГФ МОС успешно выращивают большинство полупроводниковых соединений AIIIBV, AIIBVI и AIVBVI. Из методов эпитаксиального роста для получения полупроводниковых сверхрешеток может быть использована и жидкофазная эпитаксия, в которой монокристаллические слои получают из контактирующих с подложкой пересыщенных растворов. С понижением температуры избыточное количество полупроводника осаждается из раствора на подложку, что связано с уменьшением растворимости полупроводникового материала. Наилучшие результаты дает жидкофазная эпитаксия для полупроводниковых соединений типа A IIIBV и их твердых растворов. Многослойные полупроводниковые структуры получают в многокамерных реакторах для жидкофазной эпитаксии последовательным созданием контакта структуры с разными расплавами. Аппаратура МЛЭ Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) по существу является развитием до совершенства технологии вакуумного напыления тонких плѐнок. Ее отличие от классической технологии вакуумного напыления связано с более высоким уровнем контроля технологического процесса. В методе МЛЭ тонкие монокристаллические слои формируются 3 на нагретой монокристаллической подложке за счѐт реакций между молекулярными или атомными пучками и поверхностью подложки. Высокая температура подложки способствует миграции атомов по поверхности, в результате которой атомы занимают строго определенные положения. Этим определяется ориентированный рост кристалла формируемой пленки на монокристаллической подложке. Успех процесса эпитаксии зависит от соотношения между параметрами решетки пленки и подложки, правильно выбранных соотношений между интенсивностями падающих пучков и температуры подложки. Когда монокристаллическая пленка растет на подложке, отличающейся от материала пленки, и не вступает с ним в химическое взаимодействие, то такой процесс называется гетероэпитаксией. Когда подложка и пленка по химическому составу не отличаются или незначительно отличаются друг от друга, то процесс называется гомоэпитаксией или автоэпитаксией. Ориентированное наращивание слоев пленки, которая вступает в химическое взаимодействие с веществом подложки, называют хемоэпитаксией. Граница раздела между пленкой и подложкой имеет ту же кристаллическую структуру, что и подложка, но отличается по составу как от материала пленки, так и материала подложки. При МЛЭ происходит не объѐмное широкоугольное, а направленное напыление материала, самоочищающийся процесс от автолегирования (узкий высокоплотный поток атомов выходит из ячейки Кнудсена в остаточном вакууме). По сравнению с другими технологиями, используемых для выращивания тонких пленок и многослойных структур МЛЭ характеризуется, прежде всего, малой скоростью и относительно низкой температурой роста. К достоинствам этого метода следует отнести возможность резкого прерывания и последующего возобновления поступления на поверхность подложки молекулярных пучков различных материалов, что наиболее важно для формирования многослойных структур с резкими границами между слоями. Упрощенная схема ростовой камеры МЛЭ показана на рис. 1. Испарение материалов, осаждаемых в сверхвысоком вакууме на подложку, закрепленную на манипуляторе с 4 нагревательным устройством, осуществляется с помощью эффузионных ячеек (эффузия – медленное истечение газов через малые отверстия). Схема эффузионной ячейки приведена на рис. 2. Эффузионная ячейка представляет цилиндрический стакан, выполненный из пиролитического нитрида бора или высокочистого графита. Поверх тигля располагаются нагревательная спираль из танталовой проволоки и тепловой экран, изготовленный обычно из танталовой фольги. Рис. 1 Блок-схема ростовой камеры метода МЛЭ 5 Рис. 2 Схема эффузионной ячейки: 1-тигель, 2-нагреватель, 3-радиационный экран, 4термопара Эффузионные ячейки (ячейка Кнудсена) могут работать в области температур до 1400 0С и выдерживать кратковременный нагрев до 1600 0С. Для испарения тугоплавких материалов, которые используются в технологии многослойных структур, нагревание испаряемого материала осуществляется электронной бомбардировкой. Температура испаряемого вещества контролируется вольфрам-рениевой термопарой, прижатой к тиглю. Испаритель крепится на отдельном фланце, на котором имеются электрические выводы для питания нагревателя и термопары. Как правило, в одной ростовой камере располагается несколько испарителей, в каждом из которых размещены основные компоненты пленок и материалы легирующих примесей. Подложка крепится на подложкодержателе. Испарители различных материалов в виде ячеек Кнудсена с индивидуальным нагревом направлены в сторону подложки. На пути потока паров вещества установлены индивидуальные заслонки и одна общая заслонка для всех испарителей. Для смены образцов используется шлюз, позволяющий загружать пластины без нарушения вакуума в камере. Установка оснащена контрольно-измерительным оборудованием в виде дифрактометра и экрана для наблюдения за процессом роста 6 эпитаксиального слоя. Подложки располагаются на манипуляторе 1, вмещающем несколько подложек и позволяющем поочередно проводить на них процесс эпитаксии. Важнейшим условием проведения МЛЭ является достижение сверхвысокого вакуума (СВВ). Остаточное давление должно быть не ниже 10-9 -10 -11 мм рт. ст. При этом рост реализуется практически атомными монослоями. Время роста одного монослоя порядка 1 с. Более высокие давления остаточных газов приводят к повышению концентрации фоновой примеси в растущем слое. Наиболее важная для технологического процесса область ростовой камеры находится между эффузионными ячейками и подложкой (рис. 3). Эту область можно разделить на три зоны, которые обозначены на рисунке цифрами I, II и III. Рис. 3 Схема простейшей установки МЛЭ 1-держатель образца с нагревателем, 2-образец, 3-масс-спектрометр, 4-эффуционная ячейка, 5- заслонки, 6- манипулятор, 7-электронная пушка ДОБЭ, 8-люминесцентный экран 7 Зона I –зона генерации молекулярных пучков, в этой зоне молекулярные пучки, формируемые каждой из эффузионных ячеек, не пересекаются и не влияют друг на друга. Во второй зоне (зона II – зона смешения испаряемых элементов) молекулярные пучки пересекаются и происходит перемешивание различных компонент. В непосредственной близости от поверхности подложки располагается зона III –зона кристаллизации. В этой зоне происходит эпитаксиальный рост в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии. Подробно процессы, происходящие в зоне кристаллизации, будут рассмотрены в следующем разделе. В промышленности, научно-исследовательских лабораториях широкое распространение в настоящее время получили автоматизированные многомодульные комплексы для молекулярно-лучевой эпитаксии. Модуль – это часть установки, выделенная по функциональным и конструктивным признакам. Модули подразделяются на технологические и вспомогательные. Каждый технологический модуль предназначен для проведения определенного технологического процесса (очистка подложек и анализ состояния их поверхности, эпитаксия полупроводниковых пленок, осаждение металлов и диэлектриков и т.д.). Вспомогательными модулями являются, например, модуль загрузки – выгрузки подложек, модуль предварительной откачки и обезгаживания вакуумных камер и др. Комплекс для МЛЭ в зависимости от технологических задач может быть укомплектован различным количеством специализированных модулей, соединенных между собой шлюзовыми устройствами и системой перемещения подложек и образцов из одного модуля в другой без нарушения вакуума. Тенденции развития разработок в направлении создания установок для МЛЭ связаны с все более широким применением встроенного аналитического оборудования и автоматизацией технологического процесса, что позволяет улучшить воспроизводимость свойств выращиваемых эпитаксиальных структур и создавать сложные многослойные структуры. 8 Другим направлением является технология осаждения слоев МЛЭ с применением газообразных источников ростовых компонентов, таких как AsH3 и PH3, и высокотемпературной диафрагмы, на которой происходит их дислокация. Механизмы эпитаксиального роста тонких пленок Вопросы, связанные с механизмами роста, становятся чрезвычайно важными при создании гетероструктур и многослойных структур, от которых требуется высшая степень однородности состава при толщине менее 10 нм. Наиболее важные индивидуальные атомные процессы, сопровождающие эпитаксиальный рост следующие: - адсорбция составляющих атомов или молекул на поверхности подложки; - поверхностная миграция атомов и диссоциация адсорбированных молекул; - присоединение атомов к кристаллической решетке подложки или эпитаксиальным слоям, выращенным ранее; - термическая десорбция атомов или молекул, не внедренных в кристаллическую решетку. 9 Рис. 4 Схематическое изображение поверхностных процессов, происходящих при выращивании тонких плѐнок технологией МЛЭ 1-поверхностная диффузия, 2-десорбция, 3-взаимодиффузия, 4-встраивание в решѐтку, 5- зародышеобразование (поверхностная агрегация) Эти процессы схематически изображены на рис. 4. На этом рисунке поверхности подложки и растущего эпитаксиального слоя разделены на «кристаллические участки», с которыми взаимодействуют, поступающие на поверхность из молекулярных источников компоненты. Каждый участок поверхности представляет собой небольшую область подложки и характеризуется индивидуальной химической активностью. Конденсация на подложку материала из газовой фазы определяется скоростью столкновения атомов или молекул с подложкой (число частиц, поступающих за единицу времени на единицу площади): r p 2 MkT (1.2) здесь p – давление паров, М – молекулярный вес частиц, k – постоянная Больцмана и Т – температура источника. Частица, конденсированная из газовой фазы, может сразу же покинуть поверхность подложки или диффундировать по поверхности. Процесс поверхностной диффузии может привести к адсорбции частицы на поверхности подложки или растущей пленки или к процессу поверхностной агрегации, сопровождающимся образованием на поверхности зародышей новой кристаллической фазы конденсируемого материала. Адсорбция отдельных атомов, как правило, происходит на ступеньках роста или других дефектах. Атомный процесс взаимодиффузии, при котором атомы пленки и подложки обмениваются местами, 10 играет важную роль в процессе эпитаксиального роста. В результате этого процесса граница между подложкой и растущей пленкой становится более гладкой. Процессы на поверхности, сопровождающие эпитаксиальный рост при МЛЭ могут быть описаны количественно. Каждый из индивидуальных атомных процессов, рассмотренных выше, характеризуется собственной энергией активации и может быть в первом приближении представлен экспоненциальным законом. Скорость десорбции, например E exp d kTs , (1. ) где Ed – энергия активации процесса десорбции, Ts– температура подложки. На феноменологическом уровне различают три основные типа роста тонких эпитаксиальных пленок: 1. Послойный рост (layer-by-layer growth). При этом механизме роста каждый последующий слой пленки начинает формироваться только после полного завершения роста предыдущего слоя. Этот механизм роста называют также ростом Франка-ван дер Мерве (Frank-van der Merve, FM). Послойный рост имеет место, когда взаимодействие между подложкой и слоем атомов значительно больше, чем между ближайшими атомами в слое. Схематическое представление послойного роста пленки для различной степени покрытия σ (в долях монослоев) показано на рис. 5 а. 2. Островковый рост или рост Вольмера-Вебера (island growth, Vollmer-Weber, VW). Этот механизм является полной противоположностью послойному росту. Условием его реализации является преобладание взаимодействия между ближайшими атомами над взаимодействием этих атомов с подложкой. При островковом механизме роста вещество с самого начала оседает на поверхности в виде многослойных конгломератов атомов. 11 3. Промежуточным между этими двумя механизмами является рост Странски-Крастанова (Stransky-Krastanov, SK, layer-plus-islandgrows), при котором первый слой полностью покрывает поверхность подложки, а на нем происходит рост трехмерных островков пленки. К этому механизму могут приводить многие факторы, в частности достаточно большое несоответствие между параметрами кристаллических решеток пленки и подложки. Схематические иллюстрации островкового механизма роста и роста Странски-Крастанова приведены на рис. 5б и 5в соответственно. Рис. 5 Схематическое представление трѐх важнейших механизмов роста: a-послойный рост, б- островковый рост, в- рост слоя с островками Условие, разграничивающее реализацию того или иного механизма роста, можно получить из анализа соотношений между коэффициентами поверхностного натяжения между подложкой и вакуумом σS, между пленкой и вакуумом σF и между подложкой и пленкой σS/F (рис. 6). Коэффициент поверхностного натяжения поверхности равен свободной энергии единицы поверхности. Соответственно эти коэффициенты определяют силы поверхностного натяжения, действующие на единицу элемента длины границы раздела. Согласно этому определению сила dF, действующая на бесконечно малый элемент dl границы раздела двух сред 12 . Рис. 6 Трѐхмерный островок пленки на подложке F l (1,4) Из условия равновесия для любого элемента длины линии соприкосновения подложки, трехмерного островка пленки и вакуума (рис. 1,5) получим s S / F F cos , (1,5) где φ - краевой угол, т.е. угол, образованный касательной к поверхности островка пленки и поверхностью подложки. Если краевой угол равен нулю, то островок “растекается” тонким слоем по поверхности подложки, что соответствует послойному механизму роста. Это условие приводит к следующему соотношению между коэффициентами поверхностного натяжения: s F S /F , послойный рост (1,6) Если 0 , реализуется механизм роста островков, условие которого 13 s F S /F рост островков (1,7) Для более полного вывода условий, при которых реализуется тот или иной механизм роста, необходимо учесть влияние на условие равновесия между формируемой пленкой и подложкой газовой фазы в области роста пленки. Моделирование процесса В настоящее время для моделирования роста пленки при МЛЭ в основном используется две математические модели. Первая из них – молекулярно-динамическая модель. В большинстве случаев используется метод предложенный Стилинджером (Stilinger) и Вебером (Webber). Суть этого метода заключается в том, что периодически, через малые промежутки времени (10-15 с), рассматривают все силы, действующие со стороны подложки на подлетающий атом. Это позволяет определить результирующую силу и тем самым направление и путь атома в течение следующего периода времени. Однако до сих пор на базе этой модели не создана стройная теория, которая бы отражала всесторонне механизм роста при МЛЭ. Очень часто в практике используется вторая модель – молекулярно-кинетическая, основанная на вероятностных оценках того или иного события или, как принято говорить на методе Монте-Карло. Этим методом будем пользоваться и мы. Начнем с самого начала процессов – получения пучков молекул в эффузионных ячейках. Для вычисления потоков из ячейки будем пользоваться формулой: G 1,118 1022 P A L2 ( M T ) 1 2 где: р - давление в ячейке; А - площадь апертуры ячейки; 14 L - расстояние между подложкой и ячейкой; М - молекулярный вес; Т – температура эффузионной ячейки. Обычно величины потоков находятся в пределах 1014–1016 для основного вещества и 107 – 109 для легирующих примесей. Скорость роста вычисляется по формуле: R T P(T ) , (1,8) Vo G cos(t ) 1 2 Tc T (t ) (2 M K T ) s где: Tv – время жизни атома до десорбции; Tс – время жизни атома до встраивания; t – угол падения потока на подложку; Vo – объѐм одного атома в решѐтке; P(T) – давление пара; K – константа Больцмана; Ts – температура подложки; В этой работе принято: Тс=Тv; t = 90 град. Характерные для МЛЭ скорости роста около 1 монослоя за секунду (МС/с). При попадании атома на подложку возможны три варианта его поведения: 1. Встраивание в решетку произойдет в случае, если: -он попадает на место, не занятое другим атомом; -место под ним (в нижнем слое) занято, т.е. ему есть с чем образовать связь; -если ему можно находиться на этом месте (в случае роста соединения); 15 Алгоритм расчетов учитывает, что встраивание всегда происходит в самом нижнем слое из возможных. 2. Диффузия по поверхности имеет место, если атому необходимо диффундировать до места, энергетически выгодного для встраивания. E D Do exp diff - коэффициент диффузии; k Ts Ls=(D ts) - диффузионная длина; где: ts – время жизни атома на поверхности; Ediff – энергия активации поверхностной диффузии; Do – предэкспоненциальный множитель; 3. Испарение с поверхности имеет место, если не выполняются указанные выше условия, необходимые для встраивания или диффузии. Этот алгоритм роста пленки довольно упрощенный, но зато расчѐт является достаточно быстрым. На самом деле на поверхности происходят более сложные процессы, которые не изучены полностью. Очень важной чертой МЛЭ является возможность контролируемого легирования во время роста пленки, путем включения дополнительного молекулярного источника соответствующей примеси. Обычно для легирования соединений типа АIIIВV в качестве доноров используют Si, Sn, Ge. Рост эпитаксиального слоя происходит в неравновесных условиях за счет бомбардировки подложки молекулярным пучком ростообразующих компонентов. Тем не менее, использование термодинамического анализа способствует изучению и моделированию процесса. Для неразлагающихся веществ давление насыщенного пара вещества от температуры (Т, К) находят из зависимости: 16 lg p 0 A B C T D lg T , Па T (1.10) где: коэффициенты A, В, C, и D табулированы для различных веществ, коэффициент В связан с энтальпией испарения вещества. Для разлагающихся соединений типа АIIIВV, АIIIВV1 и других используются Р-T-Х диаграммы. Для реальных растворов парциальное давление i-го компонента определяется по закону Рауля pi0 p0 ai p0 xi yi где: ai (1.11) и xi – активность и мольная доля компонента i в растворе; i – коэффициент активности компонента i в растворе; рi0 –равновесное парциальное давление i-го компонента в растворе; р0 –равновесное давление чистого компонента. При малой скорости роста эпитаксиального слоя (малом пересыщении) термодинамическое равновесие достигается в процессе образования кристаллической структуры слоя (встраивания атомов в кристаллическую структуру). Лимитирующими стадиями процесса роста являются плотность потока атомов к поверхности (плотность атомного пучка) и диффузия атомов по поверхности к ступеням роста.. На рисунке 1.6 приведена схема возможных механизмов кристаллизации. Механизму пар – кристалл (П–К) соответствуют малое давление паров конденсируемого вещества (р 1) и низкая температура кристаллизации (Т1). При большом давлении паров (р2) и высокой температуре (Т2) рост происходит по механизму пар – жидкость – кристалл (П–Ж–К). При МЛЭ кристаллизация обычно протекает по механизму пар – кристалл (П– К). 17 Рисунок 7. Механизм кристаллизации в зависимости от температуры (Т) и давления насыщенных паров (Р). Краткие сведения из молекулярно– кинетической теории газов, используемые при МЛЭ. В замкнутом объеме при отсутствии воздействия внешнего поля согласно закона статистической термодинамики молекулы газа двигаются с различной скоростью. Среднеарифметическая скорость молекул определяется их массой и температурой и рассчитывается по формуле: v 8kT 8RT T 145,5 m M M , м/с (1,12) Средняя квадратичная скорость молекул определяется зависимостью: v 3RT 3RT T 158 , (1,13) m M M Давление газа на стенки сосуда за счет соударений с ней молекул газа определяется зависимостью P nkT , Па (1,14) где n – число атомов в единице объема Длина среднего свободного пути атомов между столкновениями: 18 l1 kT 2 pi 2 A , (1.15) pi где - диаметр молекул При l1 d, где d – расстояние между стенками камеры, молекулы газа в объеме камеры двигаются без столкновения. Такой режим носит название молекулярный. Глубокий вакуум определяет большую длину свободного пробега молекул из испарителя. Плотность потока компонента определяется уравнением Ленгмюра: jисп. исп. pi0 2 RTисп M n , моль/м2 с (1,20) где исп –коэффициент испарения, учитывающий возврат молекул пара в испаритель при межмолекулярном столкновении и со стенками испарителя. При малом выходном отверстии для пара в ячейке Кнудсена исп 1. При этом поток компонента из испарителя будет Gисп. jисп. Fисп. При известном потоке вещества на подложку следует учитывать, что часть вещества реиспаряется с подложки в зависимости от ее температуры. При низкой температуре (менее 100 0С) подложки реиспарением можно пренебречь. Распределение по поверхности подложки определяется законами геометрической оптики. Для точечного источника, расположенного по оси подложки на расстоянии L от него, плотность потока вещества на расстоянии Х от центра подложки будет определяться зависимостью: jконд. 2 jисп. Fисп. b 1 , (1.19) 2 L2 L где Fисп - площадь поверхности испарения Формирование молекулярного пучка в испарителе. 19 Одной из разновидностей процесса МЛЭ является хемо- молекулярно- лучевая эпитаксия (ХМЛЭ), при которой в качестве источника используются газообразные, легко разлагающиеся соединения ростообразующих элементов, например, металлоорганические. При термическом разложении их получают необходимые элементы для роста эпитаксиального слоя. При легировании соединений используются элементы II, IV и VI групп. Эффективность легирования будет возрастать при понижении температуры процесса за счет уменьшения десорбции и потерь при кристаллизации. Амфотерные элементы (Si, Ge, Sn) при встраивании в кристаллическую решетку на вакантные места АIII являются донорами (n тип), а на вакансии по местам ВV – акцепторами (р - тип). Это зависит от соотношения потоков А III и ВV, а также от температуры процесса (Тэп). Для получения GaAs n-типа используется также легирование элементами АVI – Te, S ,Se, а. P типа – Zn, Be (последний обладает малой летучестью, но токсичен). Совмещение роста эпитаксиального слоя с ионной имплантацией позволяет достигать равномерного распределения легирующего элемента по толщине слоя с одновременным отжигом дефектов, образующихся при ионной бомбардировке. При этом может быть достигнут высокий уровень легирования. Широкое использование твердых растворов полупроводников в оптоэлектронике позволяет получать материалы с разнообразными значениями ширины запрещенной зоны. Ограниченная возможность получать эпитаксиальные слои такого материала традиционными методами и возможность получать их методом МЛЭ делает этот процесс особо ценным. Соединения с катионным замещением, например, InxGa1-xAs можно представить в виде твердого раствора соединений GaAs и InAs. 20 При температуре процесса Тэп < 600 K kприлип. этих элементов 1, соотношения АIII и ВУ в твердом растворе определяется отношением плотностей их потоков из испарителя. При Тэп. > 600 K становится заметным реиспарение в первую очередь таких соединений, как InAs в GaInAs и GaAs в GaAlAs. Методика выполнения работы: Получить индивидуальное задание Выбрать необходимую подложку и молекулярные источники для моделирования процесса роста эпитаксиальной структуры. Задать температуры соответствующей подложки и испаряемых веществ из предложенного диапазона температур Узнать процентное содержание выхода годного, т.е. количество выращенных эпитаксиальных слоѐв. Изменяя температуры подложки исходных веществ, добиться получения выхода годного более 80 %. Схематично стадии поэтапного моделирования МЛЭ роста эпитаксиальных слоѐв (идеальный вариант) представлены ниже. а б в Рис а – интерактивная блок схема установки МЛЭ, где виден результат эксперимента, 21 рис. б - сверху идеальная кристаллическая решѐтка, внизу результат эксперимента при неправильном выборе исходных веществ, рис. в - сверху идеальная кристаллическая решѐтка, внизу реальная кристаллическая решѐтка при правильном выборе исходных данных Контрольные вопросы: 1) Что требуется для проведения процесса МЛЭ? 2) С помощью какого метода можно получить наиболее резкие границы легируемых областей? 3) К чему приводит наличие вакуумных карманов, узких полостей в СВВ камере? 4) Из чего изготавливаются тигли молекулярных источников в установках МЛЭ? 5) Какие скорости роста характерны для процесса МЛЭ? 6) Что позволяет использование СВВ при МЛЭ? 7) Что относят к основным достоинствам МЛЭ? 8) Какой процесс преобладает на поверхности подложки при МЛЭ? 9) Из чего изготавливают прокладки между частями установки МЛЭ? 10) Зависит ли значение критической толщины слоя от его размеров? 11) Что понимают под критической толщиной слоя? 12) В каких материалах подвижность дислокаций выше? 13) К чему приводит увеличение количества источников возникновения дислокаций в слое? 14) Что является перспективным направлением развития МЛЭ? 15) Какой из методов позволяет производить рост данного материала при наиболее низких температурах? 22 16) Как изменится напряжение рассогласования при охлаждении выращенного слоя? 17) При каких температурах процессы переползания дислокаций для данного материала существенны? 18)Что относят к основным недостаткам или ограничениям МЛЭ? 23
