Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Отметим, что давление остаточных газов ниже 10 ' Торр считается высоким вакуумом, а давление 1О " Торр и ниже относится к сверхвысокому вакууму. Длина свободного (без взаимных соударений) пробега атомов и молекул в таких условиях достигает десятков метров. При молекулярно-лучевой эпитаксии реагенты вводятся в рабочую камеру в виде молекулярных или атомных потоков. Эти потоки формируются путем испарения материала внутри замкнутой ячейки с очень малым выходным отверстием. Она называется Впервые описана в статьях В.
А. (Гнча1а, Ер!гях!в! аюв«Ь о( я!Моп Ьу чвспппг ечярпгвйпп, 1цвщге 194, 966 (!962); Х Л. Агчаиг Уг., 1пгегвсг!оп ог Ов впд Аяг гпо!«си!аг Ьевпв янга ОвА« вигувсея, 1. Арр!. Рьуя. 39(8), 4032-4034 (1968). 82 Глава 2. Мегады мироваиияиаиозле ииых структур Моле«уяяриыо источим«и Зла«в роя аута«а иа осси отоеитсльиой «амеры еео раи Рис. 2.4. Принципиальная схема установки для молекулярно-лучевой зпи- таксии эффузнонной (ежил)ои) ячейкой, или ячейкой Кнудсена. Молекулы и атомы, выходя из отверстия ячейки в сверхвысокий вакуум, движутся без соударений (баллистически), создавая таким образом направленные, хорошо коллимированные потоки частиц.
Для молекулярно-лучевой эпитаксии обычно используют несколько эффузионных ячеек — по одной на каждый конгруэнтно испаряющийся (без нарушения стехиометрии) материал. Кроме ячеек для осаждения основных материалов должны присутствовать и источники легирующих примесей. Наряду с испарением осаждаемого материала внутри эффузионной ячейки, молекулярные потоки могут формироваться по такому же принципу также из паров или газообразных соединений. Для этого их вводят в сверхвысоко- вакуумную камеру через специальные подогреваемые сопла. Конструкция типичной установки для молекулярно-лучевой эпитаксии схематически показана на рис. 2.4. Ее основными частями (помимо уже упомянутых эффузионных или газовых ячеек) являются подогреваемый подложкодержатель и система контроля за процессом осаждения.
Все эти устройства размещены в сверхвысоковакуумной камере. Конденсация атомов и молекул на нагретой подложке в требуемых стехиометрических соотношениях представляет достаточно сложную задачу. Однако проведение осаждения в сверхвысоком вакууме позволяет использовать современные методы ионного и электронного исследования твердого тела непосредственно в процессе осаждения или сразу же после его завершения. Для этих целей в сис- 83 Д !.
Т дицианные методы рмарааааия алеман тему мониторинга включают: Ожв-эдаки(ртиую снвкигрвдмвщннв (Аилиг е!есвоп дрес(готсву, АЕ5), дифракцию низавзна(вгвигнчаскнх электронов (!огг епегду е!ес(гоп й(9ггсйоп, ЕЕЕП), дн4рвкг4ию вигрвжвннвгх ввгсгнюэнергвгничвскнх эдвин(рюнвв 1уеЯесйоп !г!л)г епегяу е!есюгоп ИЯтасйоп, КНЕЕП), сгюкигрвгвевиню ввзвуждеююй рвгнугаеигОвсггим иаи улаигргв(1)юююбаам нзду'юигвдг фОПВБиигссии (х-пгу апй и!!пиво!и! р!голгвтавяоп дресггоусору, ХРЯ апй ЮРБ~, вгиадгнчную ионную мисс-сниазщютвигрию (аисопйиу гоп твдг зресвтгтепу, Ядг1ь5). Проведение анализа осажденной пленки непосредственно в рабочей камере называют гп з!лг-анализом, что означает «по месту, т.
е. в данном случае — там же, где изготовлен образец. Для оперативного контроля и управления процессом осаждения обычно используют дифракцию отраженных высокоэнергетических электронов (КНЕЕ()). Для этого электроны с энергией 1Π— 15 кэВ направляют под скользяшим углом на подложку с осажденной пленкой, как это показано на рис. 2А. Дифракция отраженных электронов регистрируется на экране, расположенном на противоположной от электронной пушки стенке камеры. Положение и интенсивность лифракционных максимумов содержат информацию о структуре и толщине поверхностного слоя, что и используется для мониторинга процесса осаждения. Часто применяется и дифракция низкоэнергетических электронов (1.ЕЕ()).
Принцип ее проведения и конструкция соответствуинцего устройства представлены на рис. 2.5. Молекулярно-лучевая эпнтаксия широко применяется для формирования высококачественных сверхрешеток. Следует напомнить, что для этих целей подходит и более производительный метод — химическое осаждение из металлоорганических соединений Рне. 2.5. Принцип действия (а) и внешний вид (б) устройства Опнсгоп Ча(аиппрйуи(г Ошьн двя регистрации дифракаии низкоанергетических здек- тронов Глава 2.Методы ын ддннянаноэледтронныхстр из газовой фазы.
Однако по степени дефектности, концентрации неконтролируемых примесей и резкости межфазных границ этот метод уступает молекулярно-лучевому осаждению. Как и в случае химического осаждения из газовой фазы, молекулярно-лучевая эпитаксия обеспечивает при определенных условиях осаждения формирование и сплошных наноразмерных пленок, и квантовых шнуров, н квантовых точек. Эти условия рассмотрены в разд. 2.4.3. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Как устроена установка молекулярно-лучевой эпнтакснн? 2. Каков диапазон значений давления газов в рабочей камере установки молекулярно-лучевой эпнтакснн? 3.
Какие методы используют для мониторинга процесса молекулярно-лучевой зпнтаксни? 4. Каковы основные достоинства н недостатки метода молекулярно-лучевой эпнтакснн? 2.1.3. Электрокимическое осаждение металлов и полупроводников Эдеющюиими веское осаждеиие (е1еспсслет(са1 д(ераг1?1оп, е!есптр(апля) состоит в нанесении материала на токопроводящую поверхность подложки за счет пропускания тока через контактирующую с ней жидкую среду, содержащую химические элементы осаждаемого материала.
Оно позволяет формировать как однородные по составу, так и многокомпонентные аморфные и наноструктурированные покрытия из металлов, их сплавов и полупроводников с хорошей адгезией к подложке. Ключевой элемент оборудования для электрохимического осаждения материалов — электролитическая ячейка, принципиальную конструкцию и основные элементы которой иллюстрирует рис. 2.6.
Она включает три электрода, помещенных в ванну, заполненную жидкой электропроводящей средой — электролитом. В качестве одного нз электродов выступает подложка, на которую производится осажденне материала. На нее подается отрицательное по полярности напряжение, т. е. она является катодом по отношению к другому электроду — аноду. Пропусканне тока по цепи анод — электролит — катод и обеспечивает электрохимическое осаждение материала. Анод может быть двух типов: жертвенный (расходуемый анод) или инертный (нерасходуемый анод). Расходуемые аноды изготав- 2 Л Т дииионные методы ирооония пленок Энекхрод Рмс.
2.6. Электролитическая ячейка лля электрохямическото осаждения материалов Анод +о- —, ливаются из материала, который необходимо осадить на катоде. Нерасходуемые аноды предназначены только для замыкания электрической цепи и не являются источником атомов материала, замешающих в электролите ушедшие на катод атомы. В качестве материала инертных анодов обычно используют платину или углерод (графит). Третий электрод — электрод сравнения, служит для контроля потенциала катода во время процесса осаждения.
Наиболее распространенными электродами сравнения являются ртутный, капомельный и хлорсеребряный электроды. Поскольку их собственные потенциалы отличаются друг от друга, за точку отсчета принимается потенциал стандартного водородного электрода, который принимается равным нулю. Потенциалы указанных выше электродов сравнения относительно водородного электрода, представляющие собой справочные данные, учитываются в измерениях. Потенциал электрода, измеренный относительно стандартного водородного электрода, называют стандартным элекац)юдммм латенд(валалт (згалйагг) е!есптл)е рогелг(а(). Если расположить все металлы в ряд по мере возрастания величины стандартного электродного потенциала, как это сделано в табл.
2.3, получается так называемый ряд напряжений металлов, который характеризует их способность отдавать и принимать электроны в электрохимических процессах. С возрастанием величины стандартного электродного потенциала металлов увеличивается окислительная способность соответствующих им катионов (катионы металла легче принимают электроны). Восстановительная же способность металлов (атомы металла легче отдают электроны) в этом ряду уменьшается. С понижением стандартного электродного потенциала наблюдается противоположная зависимость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
