Рост эпитаксиальных пленок

Количество информации о влиянии подложки на рост и степень совершенства пленок халькогенидов свинца невелико. Чтобы дать обоснованные прогнозы, рассмотрим детально структуру пленок. Общепринятая модель [3] роста эпитаксиальных пленок на нагретых щелочно-галоидных подложках требует образования элементарного зародыша (ядра) на определенном участке поверхности как первой стадии роста. Эти ядра ориентированы параллельно плоскости подложки в направлении (100). Механизм поверхностной диффузии не вполне ясен, однако появляются все новые доказательства того, что наличие поверхностного слоя с высокой концентрацией паров воды способствует процессу роста и ориентации (см., например, [61, 65, 82]). [c.361]

Рост эпитаксиальных пленок из газообразной фазы 323 [c.323]

В настоящей главе будут рассмотрены основы существующих представлений о первых стадиях зарождения и дальнейшем росте эпитаксиальных пленок из газообразных фаз, а также некоторые методы эпитаксиального наращивания тонких слоев полупроводников, включая и жидкостную эпитаксию. [c.323]

Основные закономерности роста эпитаксиальных пленок при выращивании из газообразной фазы [c.323]

Эпитаксиальное наращивание может осуществляться по схеме пар (газ) — кристалл [п(г)-к], а также по схеме пар (газ) — жидкость — кристалл [п(г)-ж-к]. В обоих схемах перенос вещества к месту конденсации происходит через газообразную фазу, поэтому скорость роста эпитаксиальных пленок оказывается невысокой. [c.323]

На фронте кристаллизации образуется сплошной слой жидкой фазы значительной толщины. Процессы роста эпитаксиальной пленки в этом случае подобны процессам роста кристаллов из расплавов (растворов) (см. гл. 6). [c.329]

Процессы роста эпитаксиальной пленки из капель аналогичны случаю (1) различие заключается лишь в том, что фронт кристаллизации не сплошной. [c.330]

Экспериментальное изучение процессов зародышеобразования, роста эпитаксиальных пленок и их качества в зависимости от условий выращивания сейчас проводится с помощью самой современной аппаратуры непосредственно в процессе конденсации. На основании этих исследований можно сделать выводы о местах преимущественной адсорбции атомов, изучить влияние загрязняющих газов на образование зародышей, оценить плотность, совершенство и ориентацию зародышей, а также количественно оценить диф и дес. [c.330]

Электронографические и электронно-микроскопические исследования показали, что на начальной стадии роста эпитаксиальных пленок могут образовываться зародыши с различными ориентациями. Это явление широко распространено при эпитаксиальном росте и оказывает значительное влияние на структурное совершенство выращиваемых пленок. Вопрос о причинах образования зародышей с разными ориентациями является до сих пор предметом многочисленных теоретических и экспериментальных исследований. Исходят из того, что при образовании зародышей определяющая роль принадлежит поверхностной энергии, поэтому чаще всего образуются зародыши с минимальной поверхностной энергией. Наличие разнотипных зародышей означает, что существует несколько типов зародышей, отличающихся разной ориентацией и удовлетворяющих такому требованию (одинаковая минимальная поверхностная энергия при одинаковых условиях роста). Было исследовано влияние различных факторов (температуры подложки, скорости конденсации, структуры и чистоты подложки, вакуума и т.д.) на ориентацию зародышей. В результате были найдены условия роста, при которых образуются зародыши лишь с одной ориентацией (см. гл. 9.2). [c.331]

Одной из важнейших практических задач при выращивании эпитаксиальных монокристаллических пленок является выяснение причин образования дефектов. Большая часть исследований посвящена изучению различных стадий роста эпитаксиальных пленок с целью нахождения способов, позволяющих снизить число дефектов в них. [c.335]

Метод жидкостной эпитаксии по своей сути ничем не отличается от метода выращивания объемных монокристаллов из растворов, который уже подробно рассматривался (см. гл. 6). Основным преимуществом метода жидкостной эпитаксии является то, что рост эпитаксиальной пленки происходит при температурах более низких, чем температура плавления исходного вещества. Разберем подробнее этот метод выращивания эпитаксиальных пленок на примере системы Ое-1п. Для этого рассмотрим диаграмму состояния системы Ое-1п со стороны 1п. Температура плавления индия значительно ниже, чем у Ое (рис. 9.6), поэтому он и используется в качестве растворителя. Из диаграммы следует, что, меняя процентное содержание индия в сплаве Ое-1п в соответствии с линией ликвидуса, можно менять температуру кристаллизации сплава. При охлаждении жидкой фазы вдоль линии 1 при температуре 400°С (точка пересечения с линией ликвидуса) раствор переходит в пересыщенное [c.336]

МЛЭ или МВЕ представляет собой процесс эпитаксиального роста слоев различных соединений, происходящий за счет реакций между термически создаваемыми молекулярными или атомными пучками соответствующих компонентов на поверхности подложки, находящейся в сверхвысоком вакууме при повыщенной температуре. В основе этой технологии лежит возможность роста эпитаксиальных пленок, по существу, в динамическом режиме в отличие от более традиционных методов, где рост идет в условиях, близких к термодинамическому равновесию. МЛЭ характеризуется [c.355]

О физических процессах, происходящих в третьей зоне (рост на подложке), рассказывалось в начале этой главы в разд. 9.2, посвященном механизмам роста эпитаксиальных пленок. Напомним основные этапы эпитаксиального роста полупроводниковых соединений, в том числе и для метода МЛЭ [c.359]

Растворимость газов, 312 Рост эпитаксиальных пленок из газообразной фазы, 323 [c.370]

Изучалось также влияние дислокаций на рост монокристаллов и эпитаксиальных пленок. По влиянию дислокаций на кристаллизацию стальных слитков имеются лишь единичные работы. Дислокационный механизм роста кристаллов в стальном слитке должен привлечь особое внимание исследователей, поскольку примесные атомы оказывают огромное влияние на образование и распределение дислокаций. [c.66]

Возникновение дислокаций в пленках зависит от степени сопряжения решеток подложки и кристаллизующегося вещества. При полном соответствии сопряженных решеток, отсутствии дефектов и загрязнений на поверхности подложки, оптимальной температуре и скорости конденсации можно получать бездефектные пленки. Чем больше несоответствие решеток подложки и кристаллизующегося вещества, тем выше плотность дислокаций в образующихся эпитаксиальных пленках. Образование дислокаций несоответствия связывают с расщеплением дислокаций на частичные при эпитаксиальном росте пленки на подложке. Установлено, что период решетки Ni в слое, непосредственно прилегающем к медной подложке, равен периоду решетки Си [c.131]

Многим авторам удалось получить относительно совершенные, обладающие высокой подвижностью эпитаксиальные пленки халькогенидов свинца. Было установлено, что множество важных переменных факторов влияет на эти пленки а) температура подложки, б) степень совершенства подложки и качество подготовки поверхности, в) скорость осаждения, г) коэффициент теплового расширения. Несущественным представляется различие в постоянной решетке. Требуется много дополнительных исследований для установления взаимосвязи между различными факторами, прежде чем станет ясным механизм образования ядер и роста пленки. [c.365]

Естественно, что межкристаллитные области играют определяющую роль в формировании электрических свойств эпитаксиальных пленок. Следует иметь в виду, что Хс в скрытом виде является функцией температуры роста. Комплексное применение электронографических, электронно-микроскопических и электрофизических данных позволит существенно продвинуться в решении этой проблемы. [c.385]

Широко распространено мнение, что выращивание монокристаллов из газообразной фазы не имеет большого практического значения ввиду малых скоростей роста, присущих этому методу. Действительно, скорость роста монокристаллов из газообразной фазы обычно равна сотым долям мм/ч, что на несколько порядков ниже, чем при вытягивании кристаллов из расплава. Рост из газообразной фазы применяется в основном для выращивания тонких эпитаксиальных пленок, используемых в технологии полупроводниковых приборов, и для получения небольших монокристаллов тугоплавких материалов, а также полупроводниковых соединений, которые плавятся с разложением. Кроме того, поскольку высокопроизводительные методы выращивания монокристаллов из расплавов не всегда обеспечивают высокую однородность их свойств, то для получения особо качественных небольших кристаллов полупроводников используются методы выращивания из газообразной фазы. Эти методы, естественно, не устраняют все причины, приводящие к дефектности кристаллов. Процессы выращивания монокристаллов из газообразной фазы тоже весьма чувствительны к колебаниям внешних условий и составу питающей фазы. Однако влияние этих колебаний значительно сглажено благодаря малым скоростям роста, что способствуют приближению к более равновесным условиям роста. [c.250]

Экспериментальное изучение процессов зародышеобразования, роста и совершенства эпитаксиальных пленок в зависимости от условий роста [c.330]

Семилетов и Воронина [58] провели широкое исследование роста эпитаксиальных пленок PbSe и РЬТе на различных подложках. Ими были использованы графитовый и танталовый испарители. Исходный материал PbSe содержал до 0,5 вес.% избыточного (сверхстехиометрического) селена либо до 2 вес.% избыточного свинца. Теллурид свинца имел почти стехиометрический состав или содержал сверх стехиометрии до 0,1 вес.% свинца. При этом никаких выводов о влиянии состава исходного вещества на свойства пленок, а также о конструкции подогревателя подложек сделано не было. Температура подложки менялась от комнатной до 550°С. Возможно, речь идет о температуре нагревателя подложки, которая, естественно, выше температуры поверхности подложки. Можно оценить уменьшение толщины пленки за счет процесса вторичного испарения слоя с нагретой подложки, используя приведенные в табл. 5.2 упругости паров и полагая коэффициент прилипания равным единице. Скорость изменения толщины равна [c.337]

В ранних работах по халькогенидным пленкам было поднято много вопросов о влиянии структуры и температуры подложки на рост эпитаксиальных пленок. Не все из них выяснены и в настоящее время. Этим проблемам посвящено большое число работ. Байлэндер и Земел [79] исследовали влияние температуры подложки и ее материала на подвижность в пленках PbS. Палатник [c.356]

В ряде случаев рост эпитаксиальных пленок GaAs может сопровождаться нежелательным легированием глубокими примесями или появлением уровней собственных дефектов. Наличие глубоких примесей в полупроводнике может приводить к захвату носителей заряда и уменьщению их времени жизни. Эти эффекты оказывают влияние на многие характеристики полупроводниковых приборов, изготовленных из этого материала, например, на токи утечки, щумы диодов и транзисторов они проявляются при переходных процессах во всех транзисторах, диодах и источниках света на основе GaAs. В транзисторах, изготовленных из GaAs, эффекты захвата связываются с примесью кислорода. [c.137]

Повышение температуры подложки увеличивает скорость роста эпитаксиальной пленки в случае, когда она лимитируется поверхностной кинетикой. Но для экзотермических процессов, как правило, имеющих место при MO VD, повышение температуры подложки уменьшает равновесный выход материала, то есть если скорость роста определяется термодинамикой, то увеличение температуры подложки уменьшает ее. Если процесс роста лимитируется диффузией, то температура мало влияет на скорость роста. [c.349]

При проведении процессов роста эпитаксиальных пленок в вакууме, а особенно в непрерывно откачиваемых вакуумных системах, наименее контролируемым и наименее изученным является влияние присутствующих в рабочей камере остаточных газов и паров. При давлении остаточных газов мм рт. ст. поток газовых молекул, бомбардирующих поверхность роста, часто сравним с потоком атомов конденсируемого пара атомов/см - с). Остаточные газы, способные вступать в химические реакции с веществом подложки и входить в рещетку кристалла, оказывают, как правило, вредное влияние на скорость роста, структуру и электрофизические параметры пленок (см. выще разд. 9.3). Влияние же инертных газов, по-видимому, незначительно, а иногда даже может способствовать улучщению характеристик эпитаксиальной пленки. Поэтому выращивание эпитаксиальных пленок из паровой фазы проводится в тщательно дегазированных герметичных системах с остаточным давлением химически активных газов (кислород, углеводороды и др.) не более мм рт. ст. остаточное давление инертных газов может быть порядка 10 мм рт. ст. [c.352]

Широкое применение получили монокристаллические пленки, выращенные на кристаллических подложках и имеющие решетку, определенным образом ориентированную относительно решетки подложки. Такой ориентированный рост пленок называют эпитаксией, а сами пленки — эпитаксиальньши. Выращивание пленок из того же вещества, из которого состоит кристалл подложки, называют автоэпитаксией, выращивание из другого вещества — гетероэпитаксией. Для того чтобы был возможен эпитаксиальный рост пленки, необходима определенная степень соответствия кристаллической структуры материалов пленки и подложки. Иными словами, равновесные расстояния между атомами и их взаимное расположение в кристаллах пленки и подложки должны быть близкими. Кроме того, чтобы атомы в зародышах могли выстроиться в правильную структуру, они должны обладать достаточно высокой поверхностной подвижностью, что может быть обеспечено при высокой температуре подложки. Структурному совершенству зародышей способствует также низкая скорость их роста, которая достигается при малой степени пересыщения пара осаждаемого материала или его раствора (при эпитаксии из жидкой фазы). Особое значение для ориентированного роста имеют одноатомные ступеньки на подложке, заменяющие зародыши, так как на них адсорбированные атомы попадают в устойчивое состояние с высокой энергией связи. Эпитаксиальная пленка растет в первую очередь путем распространения ступенек на всю площадь подложки. Большую роль при этом играют винтовые дислокации (рис. 2.8). В простейшем случае онн представляют собой одноатомную, ступеньку, начинающуюся у оси [c.70]

Изложенные рассуждения справедливы и для случая обра- зоваиия кристаллических зародышей, что объясняет большую роль стеиок и частичек примесей в ускорении процесса кристаллизации. Работа образования зародышей особенно снижается для частиц изоморфных примесей или кристаллических частиц, имеющих с кристаллизующимся веществом сходное строение по каким-либо граням. Например, при эпитаксиальном росте кристаллических пленок на кристаллических подложках, а также в переохлажденных грозовых облаках при рассеянии в них кристаллического порошка йодистого серебра или ана- логичных веществ, имеющих сходную со льдом структуру, для предупреждения градобития. [c.97]

Несколько лет назад Вагнер и Эллис [25] обнаружили, что в определенных условиях при- образовании усов из паровой фазы на растугцем кончике кристалла между паром и кристаллом имеется капелька жидкой фазы. Это явление вызвало широкий интерес в кругах исследователей, занимаюп] ихся выращиванием кристаллов. Новый механизм роста был назван ПЖТ-мехапизмом (пар — жидкость — твердая фаза). ПЖТ-механизм позволяет получать почти совершенные кристаллы и может быть использован для выращивания кристаллов самой разнообразной формы (от усов до эпитаксиальных пленок) большого количества кристаллических материалов. При этом процесс выращивания может проводиться при температурах на несколько сот градусов ниже, чем в случае тех методов выращивания кристаллов из газовой фазы, которые применяются в настоящее время. [c.175]

В настоящее время имеются два общих обзора по эпитаксиальным пленкам. Читателям, интересующимся механизмом образования зародышей при росте и структурой монокристаллических пленок, можно рекомендовать весьма основательный обзор Пэшли [2]. Для ознакомления с общими вопросами применения монокристаллических пленок в научных исследованиях можно воспользоваться трудами Института перспективных исследований НАТО [14]. [c.318]

Существенные сдвиги в изучении эпитаксиальных пленок произошли после проведения систематических электрофизических измерений. В предварительных данных не содержалось информации, достаточной для понимания механизмов процессов переноса в пленках. Так, эксперименты по дифракции, выполненные для изучения роста кристаллов и контроля качества эпитаксиаль,-ных пленок, не принесли существенной пользы в изучении вакансий и дефектов, в то время как электрические измерения на поликристаллических пленках недостаточны для выяснения механизма рассеяния. Необходимая информация была получена благодаря проведению электрических измерений на относительно совершенных эпитаксиальных пленках. [c.344]

Работы по эпитаксии прекрасно иллюстрируют эту взаимосвязь. Идея создания тонких эпитаксиальных пленок полупроводников была впервые высказана в 1951 г., а первые эпитаксиальные транзисторы были изготовлены в 1960 г. Быстрый прогресс в области фундаментальных исследований механизма роста тонких пленок, связанный с широким промышленным применением эпитаксиальной технологии, привел к разработке новых методов эпитаксии — молекулярно-лучевой эпитаксии и МОСУВ [c.3]

Эпитаксиальное наращивание полупроводниковых пленок осуществляется, как правило, при температурах более низких, чем температуры получения объемных монокристаллов. При этом упрощается контроль за процессом кристаллизации и обеспечивается лучщая воспроизводимость свойств. Понижение температуры роста сопровождается замедлением диффузии примесей (в том числе и загрязняющих) в процессе получения эпитаксиальных пленок. В итоге улучшаются выходные параметры полупроводниковых материалов. [c.321]

Следует отметить, что интенсивная разработка технологических методов тонкопленочной эпитаксии, обеспечивающих прецизионное управление процессом роста и контроль качества получаемых структур, позволила совершить качественный скачок в развитии физики полупроводников. История развития физики полупроводников такова, что если основными объектами исследования лет 30 назад были монокристаллы, а лет 15 назад — эпитаксиальные пленки, то сейчас — это многослойные гетероструктуры, сверхрешетки, структуры с квантовыми нитями и точками. [c.322]

Движущей силой процесса конденсации из газообразных фаз, как и любого фазового перехода, является разность термодинамических потенциалов газообразной и твердой фаз, причем величина ДО определяется ДР, где ДР — абсолютное пересыщение газообразной фазы, равное разности между фактическим давлением газообразной фазы и равновесным давлением пара при данной температуре. Величина пересыщения определяет скорость роста кристаллической пленки. Процессы конденсации эпитаксиальных пленок из газообразной фазы в основном аналогичны процессам, которые подробно обсуждались в гл. 4 и 6, посвященных процессам зарождения центров новой фазы, механизмам роста и мето- [c.323]

Электронная микроскопия высокого разрешения в сочетании с методами электронной дифракции позволяет исследовать процесс образования конденсатов на стадии частичного заполнения первого монослоя. В большинстве случаев ориентированного роста на ранней стадии конденсации образуются изолированные трехмерные зародыши, так как количество питающего вещества недостаточно для образования монослоя. Эти зародыши обычно становятся видимыми в электронном микроскопе после того, как их размер достигает 10 А. Случаи роста конденсатов монослоями весьма редки. При гомоэпитаксии, когда растущий кристалл продолжает структуру подложки, в принципе, возможен рост без образования изолированных зародышей. Однако, как правило, образование полупроводниковых эпитаксиальных пленок происходит посредством возникновения и дальнейшего роста именно изолированных зародышей, что связано с присутствием загрязнений на поверхности подложки, которые служат центрами кристаллизации. [c.331]

Скорость роста эпитаксиального слоя определяется выходом химических реакций и поэтому зависит от концентрации взаимодействующих компонентов в газовой смеси, давления в системе, скорости прохождения газовой смеси над подложкой, каталитической активности и температуры подложки. Эти параметры можно регулировать в процессе эпитаксиального наращивания. Для каждого материала или группы схожих материалов подбираются такой тип реакций и такие условия конденсации, которые обеспечили бы наилучщие структурные и электрические параметры выращиваемых эпитаксиальных пленок. Рассмотрим примеры выращивания эпитаксиальных пленок этими способами. [c.339]

Кроме того, в системе протекает ряд других реакций, определяемых возможными равновесиями в системе 51-Н-С1. Разность скоростей осаждения и газового травления подложки определяет скорость роста эпитаксиального слоя, характерное значение которой составляет 60-300 мкм/ч. Кроме того, скорость роста и качество получаемых эпитаксиальных пленок зависят от температуры подложки, относительной концентрации 31С14/Н2, скоростей газовых потоков, концентрации примесей, длительности процесса и геометрических характеристик системы. [c.341]

Итак, было выяснено, что процесс эпитаксии определяется термодинамическим состоянием системы, но реальная скорость роста часто меньще максимального значения, допускаемого термодинамикой. Это означает, что процесс лимитируется либо кинетическими эффектами на поверхности подложки, либо скоростью доставки питающего материала к ростовой поверхности. К поверхностным кинетическим эффектам можно отнести адсорбцию на поверхности, поверхностные реакции, встраивание атомов в растущую эпитаксиальную пленку. Однако было установлено, что процесс MO VD лимитируется поверхностной кинетикой лищь при очень низких температурах. Обычно самым медленным процессом является диффузия реагентов через пограничный слой, и именно она чаще всего определяет скорость роста в этом методе. [c.348]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...