Разделы сайта

Основные положения процесса молекулярно-лучевой эпитаксии

Молекулярно-лучевая эпитаксия появилась как развитие метода химического осаждения пленок в сверхвысоком вакууме (давление остаточных газов ниже 10-7 Торр - высокий вакуум, 10-11 - сверхвысокий)[3]. Использование чистых источников напыляемых материалов, сверхвысокий вакуум, точный контроль температуры подложки, различные методы диагностики растущей пленки в сочетании с компьютерной системой управления параметрами процесс - все это вместе привело к созданию качественно новой технологии, способной решать сложные задачи выращивания тонких пленок[1].

МЛЭ была изобретена Альфредом Чо и Джоном Артуром в Bell Labs в 1968 году[4]. Широкое использование МЛЭ началось с появлением промышленного вакуумного оборудования в начале 70-х годов, развитие которого позволило проводить контролируемое осаждение последовательных атомных слоев. МЛЭ в своей основе является утонченной модификацией метода вакуумного напыления. Рост пленок при МЛЭ, представляющей собой вакуумное напыление, определяется в основном кинетикой взаимодействия пучков с поверхностью кристалла в отличие от других методов, таких как жидкостная эпитаксия или химическое осаждение, которые происходят в условиях, близких к равновесным. Кроме того, поскольку процесс МЛЭ происходит в сверхвысоком вакууме, его можно контролировать "in situ" с помощью таких диагностических методов, как дифракция отраженных быстрых электронов (ДОБЭ), электронная ожеспектрометрия (ЭОС), вторично-ионная масс-спектрометрия (ВИМС), рентгеновская фотоэлектрическая спектроскопия (ФЭС) и т. д., поместив в систему соответствующую аппаратуру вместе с квадрупольным массанализатором для контроля интенсивности пучков и ионной пушкой для очистки поверхности. Эти богатые возможности контроля и анализа, устраняющие большую часть сомнений, безусловно дают МЛЭ существенные преимущества перед другими технологическими методами. Перечислим важнейшие задачи, решение которых обеспечивается специфическими чертами МЛЭ:

а) получение монокристаллов высокой чистоты - за счет роста в сверхвысоком вакууме и высокой чистоты потоков веществ;

б) выращивание сверхтонких структур с резкими изменениями состава на границах - за счет относительно низких температур роста, препятствующих взаимной диффузии;

в) получение гладких бездефектных поверхностей для гетероэпитаксии - за счет ступенчатого механизма роста;

г) получение сверхтонких слоев с контролируемой толщиной - за счет точности управления потоками и относительно малых скоростей роста;

л) создание структур со сложными профилями состава и(или) легирования;

е) создание структур с заданными внутренними напряжениями растяжения или сжатия, локально модифицирующими зонную диаграмму, - "зонная инженерия"[1].

Молекулярно-лучевая эпитаксия представляет собой усовершенствованную разновидность методики термического напыления в условиях сверхвысокого вакуума. Давление остаточных газов в вакуумной камере поддерживается ниже 10-8 Па (~10-10 мм рт. ст.)[5].

Потоки атомов (или молекул) необходимых элементов направляются на нагретую монокристаллическую подложку в сверхвысоком вакууме и осаждаются там с образованием тонкой пленки требуемого состава. Как только атомы примеси окажутся на поверхности подложки, они движутся в результате диффузии, пока не достигнут термодинамически выгодного расположения на подложке[6]. Высокая температура способствует быстрой миграции атомов по поверхности, в результате чего они занимают строго определенные положения, ориентированные относительно подложки - происходит эпитаксиальный рост кристаллической пленки[7].

Основным блоком системы МЛЭ является ростовая камера, в которой потоки атомов или молекул образуются за счет испарения жидких или сублимации твердых материалов из эффузионных ячеек (эффузия - медленное истечение газов через малые отверстия). Эффузионная ячейка представляет собой цилиндрический либо конический тигель диаметром 1-2 см и длиной 5-10 см. На выходе ячейка имеет круглое отверстие - диафрагму диаметром 5-8 мм[5].

Схематическое изображение основных узлов установки МЛЭ приведено на рисунке 1.1. В одной ростовой камере может располагаться несколько испарителей, каждый из которых предназначен для нанесения одного вещества[7]. Количество эффузионных ячеек зависит от состава пленки и наличия легирующих примесей. Для выращивания элементарных полупроводников (Si, Gе) требуется один источник основного материала и источники легирующей примеси n- и р-типа. В случае сложных полупроводников (двойных, тройных соединений) требуется отдельный источник для испарения каждого компонента пленки. Температура эффузионной ячейки определяет величину потока частиц, поступающих на подложку, и тщательно контролируется. Она подбирается таким образом, чтобы давление паров испаряемых материалов было достаточным для формирования соответствующих молекулярных пучков. Ячейки располагаются так, чтобы максимумы распределений интенсивности пучков пересекались на подложке[8]. Управление составом основного материала и легирующих примесей осуществляется с помощью заслонок, перекрывающих тот или иной поток. Использование этих заслонок позволяет резко прерывать или возобновлять попадание любого из молекулярных пучков на подложку. Если в ходе выращивания структуры требуется резко менять концентрацию одной и той же примеси, то используют несколько источников этой примеси при разной температуре эффузионной ячейки. Однородность состава пленки по площади и ее кристаллическая структура определяются однородностью молекулярных пучков. В некоторых случаях для повышения однородности подложка с растущей пленкой постоянно вращается[5].

Перейти на страницу: 1 2 3

Самое читаемое:

Диагностика и ремонт СВ-передатчика
Провести ремонт радиоэлектронного изделия, значит восстановить его работоспособность. Чтобы провести ремонт необходимо определить является ли изделие ремонтопригодным. При ремонте узлы изделия могут быть заменены полностью или частично. После проведения замены элементов в ремонтируемом изделии необходимо провести регулировки и наст ...

www.techstages.ru : Все права защищены! 2019