Конденсация из паровой фазы

May 23, 2013 by admin Комментировать »

Выше нами были рассмотрены некоторые методы газовой эпитаксии, использующие обратимые химические реакции. Следующая группа методов эпитаксии основана на кристаллизации пленок из паровой фазы. Выращивание пленок из паровой фазы, образованной из атомов и молекул выращиваемого материала, производится преимущественно в откачанных вакуумных камерах (рис. 9.13). Процесс сводится к созданию потока паров, испускаемых источником, нагретым до выбранной температуры возгонки или испарения. Пары, пройдя некоторый путь, конденсируются на подложке. Давление насыщенного пара элементарного вещества, образующего одноатомные молекулы, как функция температуры описывается уравнением Клаузиуса-Клапейрона. Однако поскольку процесс проводится в динамическом режиме, реальное давление паров над поверхностью источника несколько ниже и описывается выражением

P = α0Ps,                                       (9.18)

где Ps — давление насыщенных паров при температуре источника Tист, α0 — коэффициент обратной аккомодации, равный отношению числа атомов, которые реконденсировали с поверхности источника, к числу атомов, столкнувшихся с поверхностью источника.

В случае двухкомпонентного пара (A и B) его давление Pобщ. над источником, содержащим оба компонента, (в соответствии с законом Рауля, который выполняется для идеальных газов5) равно

P = P(A)+ P(B) = α0(A)Ps(A)N (A)+ α0(B)Ps(B)N (B),        (9.19)

где P(A) и P(B) — давления паров компонентов A и B; α0(A) и α0(B) — коэффициенты  обратной  аккомодации  компонентов  A  и  B,  Ps(A)  и

5Идеальный газ — газ, в котором пренебрегается взаимодействием между атомами или молекулами, входящими в его состав.

Ps(B) — давление насыщенных паров компонентов A и B при Tист , а N (A) и N (B) — мольные доли компонентов A и B (N (A) + N (B) = 1). Приведенные формулы могут быть обобщены и на случай многокомпонентного пара.

В процессе кристаллизации из двухили многокомпонентного пара принимаются специальные меры к сохранению его постоянного состава. Следует отметить, что создание многокомпонентной паровой фазы заданного состава сопряжено со значительными трудностями. Чем больше различие в давлении насыщенных паров компонентов соединения, тем труднее оказывается управлять составом паровой фазы и возникает необходимость использовать раздельное испарение компонентов кристаллизуемого вещества. При этом давление паров компонентов регулируется температурами источников.

Другой, не менее трудной, задачей при конденсации из паровой фазы является управление составом пленки, которая образуется при конденсации паров нескольких элементов. Коэффициент конденсации зависит от природы конденсирующихся атомов, материала и состояния подложки, а значит и состав образующейся пленки может быть не идентичен составу паровой фазы.

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 10−6–10−4 мм рт. ст. поток газовых молекул, бомбардирующих поверхность роста, часто сравним с потоком атомов конденсируемого пара (1014–1015 атомов/см2 · с). Остаточные газы, способные вступать в химические реакции с веществом подложки и входить в решетку кристалла, оказывают, как правило, вредное влияние на скорость роста, структуру и электрофизические параметры пленок (см. выше разд. 9.3). Влияние же инертных газов, по-видимому, незначительно, а иногда даже может способствовать улучшению 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 10−8–10−10  мм рт. ст.; остаточное давление инертных газов может быть порядка 10−6  мм рт. ст.

Если эпитаксиальные пленки выращиваются в вакууме в режиме молекулярных (атомных) пучков, то вакуум в камере, где происходит конденсация, поддерживается таким, чтобы длина свободного пробега молекул (атомов) превышала расстояние от источника до подложки. Пересыщение над подложкой определяется потоком пара кристаллизуемого компонента и температурой подложки. Регулируя температуру источника и подложки, можно управлять давлением паров над источником, пересыщением, а следовательно, и скоростью роста пленки.

Основными технологическими факторами, определяющими возможность получения эпитаксиальных пленок с контролируемыми свойствами методом конденсации из паровой фазы, являются: 1) природа, кристаллографическая ориентация и состояние поверхности подложки; 2) выбор температуры источника Tист (величины пересыщения) и температуры подложки Tпод, при которых обеспечивается, с одной стороны, закономерное встраивание атомов в решетку растущей пленки, а с другой стороны, заданный химический состав растущего кристалла.

Существует довольно большое число различных методов выращивания эпитаксиальных пленок из паровой фазы: метод испарения, возгонка, катодное распыление, лазерная эпитаксия и т. д. Мы здесь остановимся только на двух методах, обладающих определенными преимуществами перед другими методами и детально разработанных в связи с возможностью получения с их помощью сверхрешеточных структур. Это метод горячей стенки и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ).

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты