Особенности   гетероэпитаксии – основы материаловедения

May 12, 2013 by admin Комментировать »

До сих пор мы не разделяли гомои гетероэпитаксию. Однако при гетероэпитаксиальном выращивании пленок существуют специфические проблемы. Одна из них — это вопрос о характере сопряжения кристаллических решеток выращиваемой пленки и подложки на границе раздела. Приведем основные из существующих представлений по этому вопросу.

1. Характер сопряжения решеток определяется степенью соответствия периодов решеток плоских сеток, по которым происходит сращивание: сетки должны быть подобны, а относительное различие периодов решеток не должно превышать определенную величину. Впервые эти представления были сформулированы Руайэ (1928–1935 гг.); в качестве предельного было названо несоответствие периодов решеток, равное 15%. Однако в ряде случаев, как показывает практика, возможно наращивание пленок и при различии периодов решеток срастающихся фаз более чем на 15%.

Для того чтобы объяснить этот результат в рамках структурно-геометрических представлений, было сформулировано положение о поверхностном псевдоморфизме. В кристаллическом поле подложки структура нарастающей фазы упруго деформируется, между подложкой и нарастающей фазой образуется псевдоморфный слой, который и обеспечивает эпитаксиальное наращивание. Межатомные расстояния в псевдоморфном слое переменны: от характерных для поверхности срастания до межатомных расстояний наращиваемой фазы. Толщина псевдоморфного слоя определяется природой срастающихся фаз. Основоположником теории о псевдоморфном слое был Ван дер Мерве. Его теория основана на представлении о существовании сильного физического взаимодействия атомов в сопряженных решетках. В ее рамках вычисляется энергия поверхности раздела двух различных кристаллов и выясняются условия, при которых эта энергия принимает минимальное значение. Знание минимальной энергии поверхности раздела позволяет определить предельные толщины псевдоморфных слоев, что весьма важно с практической точки зрения.

Так как величины упругой деформации сопрягаемых кристаллических решеток ограничены, то на поверхности раздела между псевдоморфным слоем и подложкой (геометрия плоских сеток которых подобна, но меж

Рис. 9.5. Схема возникновения дислокаций несоответствия.

атомные расстояния разные) могут возникать дислокации несоответствия (рис. 9.5), которые компенсируют напряжения, возникающие в двух кристаллических решетках из-за различия их периодов. Иными словами, решетки сопрягающихся кристаллов упруго деформируются таким образом, чтобы частично (при большом несоответствии их периодов) или полностью (при малом несоответствии) ликвидировать геометрическое различие между ними на определенных участках поверхности, а оставшаяся доля несоответствия, выходящая за пределы упругой деформации, компенсируется возникновением дислокаций несоответствия. Плотность дислокаций несоответствия зависит от степени несоответствия периодов решеток срастающихся фаз: чем выше различие периодов решеток, тем больше плотность дислокаций несоответствия.

Дислокации несоответствия могут возникать при образовании стабильных зародышей, причем при боковом (тангенциальном) росте последних дислокации несоответствия могут перемещаться и взаимодействовать одна с другой, так как степень упругой деформации зародыша зависит от его размеров. Окончательная плотность дислокаций несоответствия фиксируется при слиянии стабильных зародышей (при образовании сплошной пленки).

Отметим еще, что явление псевдоморфизма на самой ранней стадии эпитаксии сводится не только к геометрическому искажению решетки, но и к изменению нормальной для решетки конденсата химической связи. Под влиянием поля подложки возникают такие явления как поляризация, ионизация, диссоциация атомов или молекул и т. п. По мере роста пленок в псевдоморфном слое происходит постепенное ослабление искажения связи.

2. Другой подход к проблеме сопряжения кристаллических решеток в плоскости раздела основывается на том, что определяющее влияние на эпитаксию оказывают активные центры роста на подложке. Предполагается, что явления поверхностного псевдоморфизма не существует:

кристаллическая структура наращиваемых слоев отвечает структуре, характерной для объемного материала. Эпитаксия и степень совершенства наращиваемых слоев определяются действием активных центров роста. Природа этих центров до сих пор окончательно не выяснена. Возможно, что они связаны с дефектами, находящимися в приповерхностном слое подложки и создающими локальные искажения потенциального рельефа подложки. В местах искажений и образуются стабильные зародыши. Эти представления не исключают возможность появления дислокаций на границе срастания зародышей, однако в этом случае их нельзя считать дислокациями несоответствия.

3. Третий подход основан на том, что между срастающимися фазами образуется переходный слой, состав (а следовательно, и структура) которого определяется равновесной фазовой диаграммой срастающихся фаз.

Приведенные краткие представления по вопросу о характере сопряжения кристаллических решеток выращиваемой пленки и подложки опираются на экспериментальные факты и каждое описывает процесс сопряжения кристаллических решеток для определенного круга веществ. В общем случае возможность сопряжения кристаллических решеток определяется возможностью соответствующей перестройки химических связей.

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