Лекция 9. Эпитаксиальный рост тонких пленок

реклама
«Основы физики поверхности и
тонких пленок»
Кафедра ВЭПТ
Лекция 9
Тема:
Эпитаксиальный рост тонких плёнок
Эпитаксия
Ориентированное нарастание одного вещества на
кристаллической поверхности другого
Требования к подложке
Метод
Важный фактор
Гладкая и монокристаллическая
Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ)
Подбор материалов
Энергия взаимодействия атомов слоя, контактирующего с подложкой,
должна быть близка к энергии взаимодействия между слоями адсорбата.
1
Кинетические эффекты в гомоэпитаксии
Рис. 1. Схематическое изображение потенциального рельефа
поверхности вблизи ступени. EES - барьер Эрлиха-Швобеля,
который адатом (темный кружок) должен преодолеть в дополнение
к диффузионному барьеру на террасе для того, чтобы пересечь
край ступени и оказаться на нижней террасе.
коэффициент прохождения
Механизмы гомоэпитаксиального роста
Рис. 2. Механизмы гомоэпитаксиального роста,
а - рост за счет движения ступеней; б — послойный рост;
в — многослойный рост
Рис. 3. Схематическая диаграмма механизмов роста для случая
ненулевого барьера Эрлиха-Швобеля.
Эффекты механических напряжений при
гетероэпитаксии
Al(110)||Si(100), Al<001> || Si<011>
означает, что эпитаксиальная пленка Аl ориентирована таким
образом, что ее плоскость (110) параллельна поверхности
подложки Si(100), а азимутальное направление <001> пленки
совпадает с направлением <011> на поверхности Si(100).
Рис. 4. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая механизмы
роста гетероэпитаксиальных пленок,
а - соразмерный рост при совпадении решеток; б - напряженный
псевдоморфный рост; в - релаксированный дислокационный рост
Несоответствие решеток:
ε=(b-а)/а.
Расстояние между дислокациями равно
Рис. 5. Схематические графики зависимости энергии решетки на единицу
площади, запасенной на границе раздела пленка/подложка,
a - от несоответствия решеток; б — от толщины пленки. Ниже
критического несоответствия εс и ниже критической толщины пленки hc
напряженный псевдоморфный рост энергетически более выгоден, чем
релаксированный дислокационный рост.
Еε - удельная свободная энергия, связанная с напряжениями,
Еd - удельная свободная энергия, связанная с дислокациями.
Рис. 6. Переход между
напряженным
псевдоморфным ростом и
релаксированным
дислокационным
ростом
для пленки сплава GexSi1-х
на
подложке
Si(100).
Граница дает критическую
толщину
пленки
как
функцию
несоответствия
решеток,
которая
определяется
долей
х
атомов Ge в пленке
Пусть подложка - грань (011) о.ц.к. кристалла
Наложим сетку атомов, соответствующую
грани (111) г.ц.к. кристалла
Решетки можно согласовать
Если направление [211] гцк кристалла
вдоль направления [110] оцк и
решетку гцк слегка сжать вдоль оси y и
растянуть вдоль оси x.
При af /as = 1.0887 (af и as – постоянные
решетки пленки и подложки) поворотом
верхнего слоя на 5.26о.
Молекулярно-лучевая эпитаксия
Рис.
7.
Схематическое
изображение
основных
устройств,
используемых в методе молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). В
СВВ камере установлены источники напыляемых материалов,
заслонки, образец в нагреваемом держателе, система дифракции
быстрых электронов для контроля структуры поверхности образца в
ходе роста.
Установка для молекулярно лучевой эпитаксии
Рис. 8
Рабочая камера, в которой осуществляется рост структуры (слева) и
Загрузочная камера (справа)
Рис. 8. а - Интенсивность сигнала ионного рассеяния от Ag, как функция покрытия Ag для трех условий
осаждения. Данные, помеченные 300°С:Н, относятся к осаждению на поверхность Si(111), покрытую
слоем Н, при температуре 300°С.
б — Схематическая иллюстрация механизмов роста, определенных для случаев осаждения Ag на
поверхность Si(111)7x7 при 300°С (сверху), при комнатной температуре (в середине) и на покрытую Н
поверхность Si(111) при 300°С (внизу)
Рис. 9. СЭМ изображения пленки Ge толщиной 50 МС , выращенной
на поверхности Si(111),
а - без сурфактантов; б - с 1 МС Sb в качестве сурфактанта.
Рис. 10. Возможные изменения
потенциала поверхности вблизи
ступени, вызванные
присутствием атомов
сурфактанта. Барьер ЭрлихаШвобеля ΔEes на чистой
поверхности (а) может быть
уменьшен двумя способами,
б — за счет локального
уменьшения полной высоты
барьера на краю ступени, либо
в - за счет глобального
увеличения барьера для
поверхностной диффузии на
террасе Ediff
Скачать