Книга: Полезная книжка

Распознанный текст из изображения:

1.1 „Метод молекулярно — лучевой зпитаксии ~МЛЭ) для изготовления многослойных А1СаАа наноструктур .

Для нанесения А1„Оа1,Ая слоев наноразмерной толщины нужен метод, гарантирующий точность воспроизведения заданного химсостава и толщин слоев около 1%. Эта точность задания химсостава в пределах одного монослоя приводит к требованию уменьшения давления посторонних веществ в рабочем объеме до величины менее 10 Торр. С учетом малого

— 11 коэффициента прилипания к подложке молекул остаточных газов это требование ослабляется до величины остаточного давления 1О Торр. При

-1О нанометровой толщине слоев процентная точность воспроизведения заданной толщины означает требование к отсутствию капель в пучке частиц, идущих к подложке. Весь пучок должен состоять из отдельных атомов ~на худой конец из молекул) элементов, входящих в состав наносимого слоя ~Рис.1). Отсюда видно, что такие известные методы нанесения слоев как электронно лучевое испарение и различные варианты катодного распыления не выполняют этих условий сверхвысокой чистоты моноатомного слоя и зернистости пучка не выше молекулярных размеров. Всем этим требованиям удовлетворяет метод МЛЭ. Это не единственный метод эпитаксиального выращивания слоев. Сейчас широко применяется метод химического осаждения из паровой фазы вместе с его различными модификациями, включая плазменную и СВЧ вЂ” стимуляции, причем эти методы заметно дешевле метода МЛЭ. Но у метода МЛЭ есть уникальное средство контроля за процессом роста слоев — дифракция быстрых электронов ЩБЭ), незаменимое при новых исследованиях. Поэтому несмотря на дороговизну, метод МЛЭ на сегодняшний день незаменим для

Распознанный текст из изображения:

разработки физико — технологических принципов создания приборов на основе полупроводниковых гетероструктур, включая А1ОаАз наноструктуры.

Общие проблемы нанесения эпитаксиальных слоев методом МЛЭ рассмотрены в обзорах ~1, 2~. Отсюда вытекают следующие особенности метода МЛЭ при изготовлении многослойных А10аАз наноструктур.

В методе МЛЭ для образования тонкого эпитаксиального слоя полупроводниковый материал (например, галлий ба) в форме молекулярного пучка (луча) наносится на подогреваемую кристаллическую подложку (Рис.2). Этот пучок обычно

получается с помощью теплового

испарения

источника,

из

содержащего наносимый материал

в виде одного химического

элемента (например, чистого ба).

Но применяются и источники с

металлооргани кой (МОМЛЭ),

источники с газообразными

гидридам и (МЛЭ с газообразными источниками) или некоторой комбинацией таких источников (химическая лучевая эпитаксия — ХЛЭ). Для получения слоев высокой чистоты важно, чтобы источники содержали как

можно меньше посторонних примесей и чтобы весь процесс проводился в сверхвысоком вакууме порядка 10 Торр. Для этого в тигли источников

-10

помещают только сверхчистые материалы и предварительное обезгаживание рабочего объема длится сутки при 200' С. По этой же причине подложкодержатель окружен экранами, охлаждаемыми жидким азотом, для перехвата потока частиц со стенок рабочего объема. Для образования атомно резких границ между соседними слоями с разным составом важно, чтобы скорость роста слоя равнялась нескольким ангстремам в секунду. Тогда прерывание роста слоя за долю секунды можно обеспечить поворотом механической заслонки, управляемой от компьютера. Расстояние от

Распознанный текст из изображения:

источника до подложки составляет примерно 10 см в лабораторных установках МЛЭ с малым размером подложек. В промышленных установках это расстояние больше, так как там подложки больше и требуется большая степень однородности слоя вдоль их поверности.

1.1.1 Эффузионные ячейки.

Источники молекулярных пучков (эффузионные ячейки) нагреваются независимо, пока не будет достигнута требуемая величина выходящего из них потока осаждаемого материала. Изменение температуры эффузионной ячейки на полградуса приводит к изменению потока примерно на один процент. Чтобы контролировать толщину с точностью около 1% для управления температурой ячеек применяются высокостабильные устройства с обратной связью, состоящие из вольфрамо — рениевых термопар и контроллеров пропорционального, интегрального и дифференциального типов. Для предотвращения взаимного теплового влияния соседние ячейки разделены охлаждаемыми экранами.

Пока заслонка перед ячейкой закрыта, часть излучаемого тепла отражается от нее и возвращается обратно в ячейку (Рис.З). Поэтому открывание заслонки вызывает падение температуры ячейки, которое приводит к уменьшению потока вещества из нее на несколько процентов с характерной постоянной времени восстановления равновесия в несколько минут. Этот переходной процесс зависит от таких деталей конструкции как тип заслонки и ее местонахождение, устройство нагревательного элемента и расположение термопары контроллера.

Рассмотрим модель Кнудсена эффузионной ячейки. В замкнутом объеме с чистым материалом в твердой или жидкой форме, нагретым до температуры Т, устанавливается термодинамическое равновесие между этим

Распознанный текст из изображения:

материалом и паром вокруг него. Это равновесие описывается уравнением Менделеева — Клапейрона ~ 1), связывающего давление пара Р с температурой Т. Р(Т) = Р ехр ——

и

КБТ

Здесь Н вЂ” энтальпия испарения материала, Кц — постоянная Больцмана и Р— максимальное теоретическое давление, соответствующее бесконечно большой температуре Т. Далее предполагается, что при малых давлениях Р поток частиц, испаряющихся с поверхности, можно считать независимым от потока частиц, возвращающихся из пара на поверхность. Максимальный поток Я, частиц массой М, испаряющихся с поверхности при температуре Т, можно оценить через среднюю тепловую скорость У=(2кМК~Т) и

1~2 давление Р по формуле ( 2).

.„'2л МК .Т

При этом предполагается, что каждая частица, достигшая поверхности, остается на ней, и для компенсации осевших частиц такой же поток должен уходить с поверхности в пар. Если же коэффициент прилипания К частиц к поверхности меньше единицы, то часть из них отражается и возвращается в пар. Поэтому уходящий с поверхности поток Я отличается от потока Б на коэффициент прилипания К ( 3).

Этот коэффициент прилипания К зависит от многих микроскопических параметров поверхности и налетающих частиц, что делает непредсказуемым поток в такой конфигурации с открытой границей раздела между конденсированной и газовой фазами.

Чтобы избежать этой неопределенности, для источника применяют конструкцию ячейки Кнудсена ~РИС.4). Здесь излучающая поверхность расплава окружена экраном с маленьким отверстием, которое и является источникОм испаряемых частиц.

Распознанный текст из изображения:

Это отверстие в экране должно быть меньше длины свободного пробега частиц при заданном давлении и толщина стенок отверстия должна быть как можно меньше. При этих условиях

угловое влетающие в отверстие частицы ие смогут '~~~' распределение вылететь обратно, то есть эффективный ! Х

пар

© коэффициент прилипания такого источника

жидкость равен единице независимо от типа материала и температуры. Рис.4. Ячейка Кнудсена.

В результате число вылетающих частиц в единицу времени для любого материала пропорционально площади А отверстия ячейки и равно АК ., а угловое распределение вылетающих частиц пропорционально косинусу угла между направлением вылета и направлением нормали к площади отверстия ячейки. Отклонения от этого косинус ного распределения становятся заметными при утолщении стенок ячейки до величины, сравнимой с диаметром выходного отверстия. При дальнейшем увеличении толщины выходной пучок становится все более параллельным (Рис.5).

МЛЭ система для нанесения А1ОаАз слоев содержит ячейки с мышьяком Аз, галлием ба, алюминием А1, бериллием Ве (для р — легирования) и кремнием Я (для и — легирования). Больше всего расходуется Ая, поэтому этот источник самый массивный и при его разогреве требуется несколько часов для выхода на стабильную рабочую температуру. Для управления его потоком на выходе тигля со слитком Аз стоит натекатель, а за ним — нагреваемая трубка для разложения вылетающих молекулярных фрагментов Ая4 на пару мелких Аи2 (крекинг- трубка). Это разложение 1) уменьшает расход Ая, так как молекулы Аз2 более эффективно встраиваются в (3аАз подложку, 2) улучшает кристаллическую

Распознанный текст из изображения:

структуру растущего слоя ОаАя благодаря более простому механизму встраивания Ая2 в подложку.

Для нахождения оптимальной температуры нагрева крекинг - трубки с помощью масс — спектрометра измеряется содержание Ая2 и Азз ~Аз4 слишком тяжел для регистрации масс — спектрометром). По мере нагрева крекинг — трубки отношение Ая2/Аяз возрастает примерно до десяти при температуре около ЗОО С, а затем перестает расти ~Рис.б). Это и есть оптимальная температура, так как дальнейший нагрев приводит только к росту ненужных примесей из нити нагревателя крекинг — трубки. Чтобы избавиться от этих примесей, нагревательный элемент окружают оболочкой из пиролитического нитрида бора, известного своей химической стабильностью до 1400' С. По этой же причине заслонки делают из молибдена или тантала. Наличие примесей проверяется по спектру люминесценции из А10аАз тестовых структур с квантовыми ямами. Примесные уровни конкурируют с резонансными уровнями в слое потенциальной ямы, уширяют и понижают спектральные линии фотолюминесценции вплоть до их исчезновения. 1.1.2 Контроль но отражательной дифракции быстрых электронов

(ИНЕЕВ).

Для слежения за ходом нанесения слоев применяется дифракция быстрых электронов при их отражении от поверхности растущего слоя ~отражательная дифракция высокоэнергичных электронов или ЙНЕБВ в английской транскрипции) ~Рис.7). С ее помощью калибруют скорости роста слоев и температуру подложки, наблюдают удаление оксидов с поверхности подложки„определяют вид упорядочения поверхностных атомов и подходящее избыточное давление Аз, обеспечивают обратную связь для

Распознанный текст из изображения:

дифракционной

картины.

Поликристаллическая поверхность дает

дифракционную картину, состоящую из колец, окружаюших пятно первичного пучка. При выращивании А1ОаАз наноструктур надо следить„ чтобы дифракционная картина всегда имела вид полос, или, как еще говорят ~3~, стержней. Кроме качественных выводов о состоянии поверхности дифракционная картина содержит и количественные данные об изменении параметра кристаллической решетки в ходе роста слоев. Например, в работе

управления источником в зависимости от состояния поверхности растущего слоя и получают информацию о кинетике роста слоя.

Электронная пушка ЙНЕЕВ эмитирует электроны с энергией около 1О КэВ, которые падают на поверхность под

Ф скользящим углом около 1 градуса, электронная пушка отражаются от нее, падают на экран с фосфорным покрытием и образуют здесь

подложка ди фракционный узор из светящихся

экран пятен, наложенный на картину полного Рис.7. СхемаметодаКНЕЕ1Э. отражения пучка от поверхности подложки и на яркое пятно от электронов первичного пучка, совсем миновавших подложку. Изображение с экрана далее записывается на видеокамеру для записи всей картины или для слежения за изменением во времени интенсивности свечения одного из дифракционных пятен.

Из вида дифракционной картины КНЕЕВ делают качественные выводы о состоянии поверхности. Если поверхность монокристаллическая и гладкая, то картина состоит из полос, перпендикулярных поверхности подложки ~Рис.8). При нарушении гладкости поверхности эти полосы разбиваются на отдельные пятна и тускнеют. Аморфная поверхность, например, слой окисла, дает туманное размытие вместо

Распознанный текст из изображения:

~4~ таким способом измерено 4;4 рассогласование параметров решеток Ое и Я при эпитаксиальном росте напряженных сплошных и островковых пленок Ое„Я~ „на подложках Я ~100).

Для эпитаксиального роста нужна атомарно высокая чистота исходной ОЗАз подложки, так как атомы примеси из атмосферы или другого источника легко соединяются с подложкой и либо создают дефекты кристаллической структуры, либо ухудшают оптические и электрические свойства растущего эпитаксиальн ого слоя. Для контроля чистоты подложки применяется электронная Оже — спектроскопия. Сейчас производители ОаАя подложек чоставляют чистые подложки. готовые к эпитаксиальному росту и защищенные слоем окисла, выращенного в тщательно контролируемой окислительной атмосфере. Этот защитный окисный слой удаляется с подложки внутри рабочего объема перед самым началом процесса МЛЭ. Подложка разрезается на части нужного размера, которые прикрепляются индиевыми прокладками к молибденовым блокам. Чтобы при этом на поверхности подложки не появилось много пыли, нужна особая осторожность. Закрепленные подложки помещаются в загрузочный шлюз установки МЛЭ и нагреваются несколько часов для их обезгаживания перед их перемещением далее в буферный объем установки. Здесь они опять обезгаживаются нагревом при 450 С перед тем как оказаться в рабочем объеме, где будет происходить эпитаксиальный рост.

Когда подложка только загружена в рабочий объем и повернута навстречу источникам, экран КНЕЕВ показывает туманное размытие вместо дифракционной картины, что говорит об аморфном состоянии защитного окисла на поверхности подложки. Для удаления этого оксидного слоя подложки нагреваются в условиях избыточного давления Ая до тех пор, пока на экране ЙНЕЕВ не появится дифракционная картина монокристаллической подложки. Температура подложки контролируется термопарой, прижимаемой пружиной к молибденовому основанию подложки. Температура, при которой подложка становится чистой, зависит от вида

Распознанный текст из изображения:

окисного слоя, от скорости роста температуры и отличается для соседних подложек примерно на 20 С, а иногда испытывает отклонения на 40 С от

о о

типичного значения 600 С. Эти отклонения вызваны не различием

о

прижимов термопар к подложкодержателям, а природой удаляемого

сорбированного слоя. Кроме термопары для контроля температуры подложки

применяется также оптический пирометр, направляемый на поверхность

подложки через противоположное окно. После появления кристаллической

дифракционной картины на экране ЯНЕЕВ, говорящей об удалении окисного

слоя, подложка нагревается еще на 50 С и выдерживается около 10 минут

о

для удаления остатков окисла.

Чтобы между слоями сохранялось соответствие кристаллических

решеток, важно точно контролировать скорости роста моноатомных слоев.

Для калибровки этих скоростей роста применяются несколько способов:

1. Измерение потока из источника по эффективному давлению в пучке с

помощью ионизационной лампы, применяемой также для измерения

давления в рабочем объеме в окрестности подложки.

2. Измерение скорости роста с помощью счета монослоев по колебаниям

интенсивности на экране ВНЕЙ пятна зеркального отражения пучка от

поверхности подложки.

3. Измерение скорости роста по колебаниям интенсивности отраженного

света, связанными с интеференцией лучей света, отраженных от границ

соседних слоев из материалов с разным коэффициентом преломления

толщиной порядка длины световой волны.

1.1.3 Измерение потока ионизационной лампой.

Измерение потока из источника по эффективному давлению в пучке можно проводить с помощью ионизационной лампы, применяемой также для измерения давления в рабочем объеме в окрестности подложки ~Рис.9). Когда эту лампу разворачивают навстречу пучку из источника, то ее показания зависят от взаимного расположения деталей конструкции и от способности к

Распознанный текст из изображения:

10

эффузионных ячеек. Характерное значение давления, показываемое этой лампой, равно 10 7 Торр для роста Оа слоя со скоростью 1 мкм/час.

Недостатком ионизационной лампы является то, что при измерении потока

частиц ее ионизационный элемент покрывается слоем из этих частиц и

быстро теряет чувствительность.

1.1.4 Счет монослоев ио колебаниям интенсивности на экране МНКП.

Измерение скорости роста проводится также с помощью счета монослоев по колебаниям интенсивности на экране Й НЕБО пятна зеркального отражения пучка

электронов от поверхности

подложки ~Рис.10). Когда

поверхность

гладкая,

интенсивность зеркального

отражения максимальна. При

появлении на этой поверхности

островков растущего нового слоя

падающий пучок рассеивается на них, поэтому интенсивность зеркального пятна на экране ЙНБЕО падает. Интенсивность минимальна, когда половина площади подложки занята островками нового слоя, то есть при

ионизации частиц в пучке. Для данной установки МЛЭ и данного источника эти показания пропорциональны потоку частиц из источника на поверхность подложки и, следовательно, пропорциональны скорости роста.

В отличие от других способов измерения скорости роста этот способ не требует наличия самого слоя на поверхности подложки и применяется для только что установленных новых

Распознанный текст из изображения:

коэффициенте заполнения Ы. По мере продолжения роста слоя растет площадь его слившихся островков, и вместе с ней растет интенсивность пятна на экране ЙНЕЕВ, соответствующего зеркальному отражению пучка от поверхности подложки. Кроме зеркального отражения в интенсивность этого пятна дает вклад также интерференция электронов, отраженных от нижнего слоя и от поверхности растущих островков. Из-за неизбежного шатания подложкодержателей при вращении карусели угол зеркального отражения надо подстраивать с помощью небольших перемещений электронной пушки КНЕЕВ.

Если при нанесении слоя ОаАя заслонку источника Оа закрыть примерно в середине монослоя, то интенсивность пятна зеркального отражения постепенно увеличивается. Это объясняется отсоединением атомов (яа от маленьких островков и их диффузией по поверхности, пока они не остановятся, присоединившись к ступенчатому краю большого острова нового слоя. Этот эффект отсутствует при нанесении слоя А1Аз из-за намного меньшей поверхностной подвижности атомов А1. Зато при нанесении А1Аз есть эффект постепенного уменьшения средней интенсивности зеркального пятна КНЕЕВ из-за заряда поверхности. Хотя при нанесении слоя ОаАз эта средняя интенсивность примерно постоянна, но наблюдается постепенное уменьшение размаха колебаний интенсивности по мере добавления все новых слоев ОаАя. Эти эффекты плюс необходимость останавливать вращение карусели ~чтобы подложка не тряслась) делают невозможным применение ВНЕЕВ для слежения за скоростью роста разных слоев в режиме реального времени. Без вращения подложки разброс скорости роста по ее поверхности составляет около 5% для квадратной подложки со стороной 1 см.

Если поверхность подложки срезана под малым углом к кристаллографическому направлению (100), то на ней имеются моноатомные ступеньки. Рост новых слоев на такой подложке происходит не только путем обычной эпитаксии, но также за счет распространения таких ступенек при их

Распознанный текст из изображения:

достраивании. К этому механизму роста метод КНЕЕО не чувствителен. Несмотря на имеющуюся связанную с этим неопределенность, метод КНЕЕО применяется для контроля толщины нанослоев с точностью около 1%.

1.1.5 Колебании интенсивности отраженного света.

Этот метод калибровки скорости роста слоев работает при чередовании слоев из материалов с разным коэффициентом преломления света и требует нанесения толстых слоев порядка 1 мкм. Свет от лампы через оптоволокно и линзы проходит в окно в стенке рабочего объема и падает с расстояния около 20 см перпендикулярно на поверхность подложки, образуя пятно размером около 1 см (Рис.11). После отражения от подложки свет через то же окно, линзы и другое оптоволокно поступает на спектрометр, выделяющий диапазон длин световых волн от 0,7 мкм до 1,1 мкм и разбивающий этот диапазон на 512 каналов. Чтобы из-за длительных измерений окно как можно дольше не покрывалось пленкой, его поддерживают при температуре около 200 С, а чистят нагревом до 300 С в течение пары часов. Поэтому вместо

о о обычного оптического ввода здесь применяются сапфировые или кварцевые стекла, расчитанные на обезгаживание нагревом.

Интенсивность отраженного от подложки света меняется со временем по мере роста слоев на подложке по

оптоволокне следующей причине. Свет проходит

окно через слои на подложке и рабочий

объем отражается от их границ. Лучи, отраженные от соседних границ, подложка интерферируют. В результате этой

спектрометр интерференции интенсивность

Рис.11. Отражение луча света. отраженного света по мере роста слоев колеблется. Период этих колебаний равен половине световой длины волны в материале растущих слоев. При характерной скорости роста 1 монослой (около 0,5 нм) в секунду и характерной длине волны света 1 мкм

Распознанный текст из изображения:

период колебаний интенсивности порядка 10 мин. При этом надо учесть, что нагрев до 600 С может изменить коэффицент преломления на пару процентов. Для уменьшения влияния тряски подложки измерение должно быть синхронизовано с ее вращением. Поэтому постоянная интегрирования спектрометра выбрана равной периоду вращения подложки около 10 с, то есть за один оборот подложки измеряется одна точка на кривой интенсивности. При несоблюдении этого условия шум от вибрации превышает уровень сигнала. 1.1.6 Поведение частиц при эпитаксиальном росте А1„Са~,Аз. Когда частицы из пучка достигают подложки, перед ними есть пять путей дальнейшего поведения: 1) адсорбироваться на поверхности, 2) мигрировать по поверхности, 3) взаимодействовать с другими атомами, 4) проникнуть вглубь подложки, 5) десорбироваться с поверхности ~Рис.12). Есть три основных контролируемых параметра, влияющих на выбор одного из этих путей: 1) тип поверхности„2) температура подложки, 3) плотность потока падающих частиц.

При обычных для выращивания СхаАя температурах подложки 580"С— 650 'С частицы мышьяка Аз преимущественно следуют по пути десорбции с поверхности. Поэтому во избежание избытка ба в растущем слое приходится повышать плотность потока Аз в пучке, то есть проводить процесс в условия избыточного давления Аз. С другой стороны, известен факт, сильно облегчающий рост слоя со стехиометрическим составом ОаАз. Присутствие атомов Оа, адсорбированных на поверхности, сильно увеличивает вероятность адсорбции молекул Аз2. Коэффициент прилипания КА, частиц Аз к подложке

Распознанный текст из изображения:

пропорционален потоку ба и достигает Кд, =1 для частиц Аз2 и К~, =У2 для частиц Ая4. Этот эффект (близкий к ныне популярной «самоорганизации» молекул) приводит к стехиометрическому росту ОаАз слоя в широком диапазоне температур подложки и избыточного давления Аз.

Коэффициент прилипания Ко, атомов 6а к ОаАя подложке остается близким к 1 при увеличении температуры подложки до 650' С. Для атомов А1 коэффициент прилипания к А1,<та~,Аз подложке равен 1 даже при росте температуры выше 700" С. При таких единичных коэффициентах прилипания содержание А1 и Оа в растущем А1„0а~ „Аз слое остается зависящим только от их плотностей потоков, то есть от температур эффузионных А1 и ба ячеек. Поэтому для регулировки величины х состава А1„0а~ „Аз слоя достаточно регулировать температуру А1 и Оа ячеек. Но если температура подложки превышает границу указанного интервала единичного коэффициента прилипания, то коэффициенты прилипания А1 и ба к растущему А1„ба~,Ая слою начинают зависеть от величины избыточного давления Ая, от температуры подложки и от состава А1,Оа~,Аз слоя.

На качестве А1„6а~,Аз слоя сильно сказывается поверхностная подвижность атомов А1 и Оа. Если атомы диффундируют по поверхности до края моноатомной ступеньки и к ней присоединяются, то рост слоя происходит «гладко», без образования отдельных островков (Рис.13). Подвижность атомов А1 и Оа зависит от наличия других атомов А1 и Оа на поверхности, от типа поверхности, от ее температуры и от величины избыточного давления Ая. Чем выше температура подложки и чем меньше избыточное давление Аз, тем больше поверхностная подвижность атомов А1 и ба. Поэтому желательно для «гладкого» роста А1,Оа~ „Аз слоя процесс проводить при повышенной температуре подложки (но не выше

Распознанный текст из изображения:

максимальной температуры единичного коэффициента прилипания) и при пониженном избыточном давлении Ая ~но не ниже минимального давления Аз для равновесия с ба).

Подвижность атомов А1 много меньше, чем у атомов ба, поэтому для увеличения гладкости растущего А1,Сха~,Ая слоя с большим содержанием А1 (х>0,4) пробовали повышать температуру подложки до 700' С. Но при этом оказывается, что для гладкости растущего слоя, связанной с отсутствием островков, повышение подвижности менее важно, чем единичность коэффициента прилипания Оа, которая пропадает выше 600' С. В результате слои А1„Оа~,Аз с х>0,4, выращенные в диапазоне 630' С вЂ” 690' С, имели повышенную шероховатость. Эта шероховатость приводила в конечном итоге к уменьшению электронной подвижности вдоль рабочего А1ОаАз слоя НЕМТ вЂ” транзистора, изготовленного на основе выращенных А1,Оа~,Аз слоев. Оказалось, что даже слои А1Аз, вовсе не содержащие Оа, лучше выращивать при 600 С.

Для выполнения второго условия гладкого роста А1,0а~ „Аз слоя— понижение избыточного давления Аз — надо измерить минимальное давление Ая, нужное для равновесия с (За. Оно измеряется с помощью дифракционной картины на экране ВНЕЕО следующим образом. Сначала заслонка Оа закрыта, поверхность покрывается слоем Аз и мы запоминаем характерную дифракционную картину на экране ВНЕЕВ. Затем заслонка Ая закрывается, а заслонка Оа открывается, и измеряется время То, ~около 10 секунд), за которое поверхность покроется ба, что видно по изменению дифракционной картины на экране КНЕЕВ. Затем опять открывается заслонка Аз, и аналогично предыдущему измеряется время Т~„за которое поверхность покроется Аз. Если это время Тл, слишком мало, то поток Аз надо уменьшить, уменьшая температуру эффузионной Аз ячейки. Таким образом, доводя характерное время Тл, покрытия Аз до нескольких секунд, подбирают минимальное избыточное давление Аз, нужное для повышения поверхностных подвижностей Оа и А1. Хорошие СаАз и А1Аз слои

Распознанный текст из изображения:

получаются при отношении То,/Т~, времен покрытия в диапазоне от То,~Т,~,=1,3 до То,/Т,~,=1,8. После установки таким способом потока Аз он меряется ионизационной лампой, и при последующих запусках вместо

измерения времен То, и Т~ поток Ая устанавливается таким, чтобы он давал

именно это показание ионизационной лампы. Оно равно примерно 5 10

Торр при скорости роста около 1 монослоя ОаАз в секунду. Это значение давления может меняться от 4,5 10 Торр до б 10 Торр в зависимости от

того, какая из двух нитей ионизационной лампы участвует в измерении.

Для гладкого роста А1,Оа~ „Аз слоя желательно увеличение

поверхностной подвижности атомов А1 и Оа, чтобы они присоединялись к

краям одной моноатомной ступеньки, а не образовывали отдельные А1ОаАз

островки. Кроме повышения температуры подложки и понижения

избыточного давления Ая для получения такого эффекта опробованы еще три

способа:

1. Чтобы медленно диффундирующие атомы по поверхности добрались до

края моноатомной ступеньки, можно предоставить им большее время, то

есть проводить процесс на малых скоростях роста порядка 0,1 ОаАз

монослой/с. Но при таком замедлении роста увеличивается вероятность

загрязнения растущего слоя примесными атомами из атмосферы рабочего

объема, несмотря на сверхвысокий вакуум.

2. Чтобы атомы Аз не препятствовали поверхностной диффузии атомов А1 и

Оа, можно на время этой диффузии закрывать заслонку Аз. Этот способ

опробован и получил название «эпитаксия с усиленной миграцией» (в

английской транскрипции МЕЕ), но требует очень сложного

быстродействующего (менее 0,1 с) механического устройства заслонки Аз

эффузионной ячейки.

3. Чтобы атомы А1 и Оа быстрее добрались до края ближайшей моноатомной

ступеньки, можно увеличить поверхностную плотность этих ступенек.

Для этого при изготовлении подложки ее вырезают из

полупроводникового кристалла не точно поперек кристаллографического

Распознанный текст из изображения:

направления ~100), а под небольшим углом к нему. На поверхности такой подложки всегда много моноатомных ступенек, и рост слоя идет без образования островков. Но именно по этой причине становится невозможным счет монослоев по колебанию интенсивности зеркального пятна на экране ЙНЕИЭ.

=,.меньшении темпеоатчзы полложки в лиапазоне эьО С вЂ” 530 "С и ппи увеличении изоыточного лавления ли наолюлается пеоеста ~~'.х.~). Это приводит к потускнению зеркального пятна ЙНЕЕВ и к тому, что на кривой колебаний интенсивности этого пятна с ростом слоев появляется участок резкого начального спада (Рис.14). Этот эффект дает более точную ~с погрешностью 5 'С) эмпирическую опорную температуру в районе 600 'С для отсчета всех температурных изменений, чем температура исчезновения начального окисного слоя с подложки.

Таким образом, для исследований по применению А1СхаАз наноструктур оптимален метод МЛЭ благодаря наличию оперативного контроля за ростом слоев посредством ДБЭ (КНБЕВ). Перед запуском процесса эпитаксиального роста должны быть заданы следующие параметры А1ОаАя наноструктуры: количество Х, химсостав ~молярная доля х„алюминия и концентрация легирующей примеси кремния Я„) и толщины слоев 1.„~Рис.15).

Файл скачан с сайта StudIzba.com

Распознанный текст из изображения:

моноатомная

ступенька

атом на

поверхности