РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Элементарные поверхностные процессы при кристаллизации из пара и
молекулярного пучка 5
2. Процессы встраивания адатомов в проницаемую ступень 13
3. Краевая задача поверхностной диффузии при росте по механизму
перемещения вицинальных ступеней 19
4. Решение задачи поверхностной диффузии в случае эквидистантных
вицинальных ступеней 22
5. Частные случаи непроницаемых ступеней и симметричного захвата
адатомов ступенью с верхней и нижней террас 28
6. Динамика вицинальных ступеней при высоких температурах роста.
Диффузионно невзаимодействующие ступени 29
7. Динамика вицинальных ступеней при низких температурах роста 33
8. Роль взаимозависимости коэффициента проницаемости и кинетических
коэффициентов встраивания в ступень 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 39
С развитием полупроводниковой электроники становится всё более значимым изучение поверхностных свойств различных кристаллов и попытка контролировать исследуемые свойства для получения материалов с заданными характеристиками. Современные технологии предъявляют жёсткие требования к качеству поверхности и управлению атомными процессами, протекающими на ней, химической чистоте материала, а также структурному совершенству в целом. Особую роль в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем занимает процесс ориентированного выращивания монокристаллических слоёв с контролируемой степенью легирования и кристаллической структурой на подложке с заданной кристаллографической ориентацией. Данный процесс называется эпитаксией.
Изучение и глубокое понимание физико-химических процессов эпитаксиального роста предоставляют широкие возможности для создания полупроводниковых систем с заданной структурой и морфологией границ раздела.
Одним из наиболее высокотехнологичных методов выращивания кристаллов является метод кристаллизации из газовой фазы и молекулярного пучка. Низкая температура процесса кристаллизации из пара и молекулярного пучка уменьшает диффузию примеси и автолегирование, что позволяет получать качественные эпитаксиальные плёнки. К другим преимуществам данной технологии стоит отнести высокую точность управления уровнем легирования; возможность применения аналитических методов контроля в процессе роста, позволяющих управлять процессом роста на атомарном уровне и получать структуры с низкой степенью загрязнения; а также наличие атомно-гладкой поверхности растущего кристалла.
При кристаллизации из пара и молекулярного пучка встраивание адсорбированного атома в ступень в общем случае не является элементарным поверхностным процессом и состоит из отдельных актов присоединения адатома к атомно-гладкому участку края ступени, миграции вдоль края и присоединения к излому ступени с ближайшего адсорбционного места на крае или напрямую с ближайшей позиции на террасе. В случае проницаемых ступеней адатом может без предварительного встраивания в излом перейти с одной террасы на другую за счет присоединения к атомно - гладкому участку края ступени с последующим отрывом от края ступени на террасу.
В общей постановке краевой диффузионной задачи концентрация адатомов на террасе и скорость миграции ступени сложным образом зависят от многих параметров системы вицинальных ступеней и связаны с решением трансцендентных уравнений. Однако, в стационарном приближении эквидистантных прямолинейных ступеней, можно получить аналитическое решение задачи, в том числе и для случая проницаемых ступеней. Концентрация адатомов на террасе, как и скорость перемещения ступени, представляет собой определенные комбинации коэффициентов встраивания адатомов в ступень и коэффициента проницаемости ступени, которые связаны соотношениями, отражающими взаимозависимость процессов встраивания адатомов в ступень и перехода через нее на соседнюю террасу. В случае непроницаемых ступеней и симметричного захвата адатомов ступенью с верхней и нижней террас полученные выражения сводятся к известным выражениям для концентрации адатомов и скорости движения ступеней.
В первой части данной курсовой работы, являющейся литературным обзором по кинетике поверхностных процессов роста кристаллов из газовой фазы и молекулярного пучка, рассмотрены элементарные поверхностные процессы при кристаллизации из пара и молекулярного пучка и процессы встраивания адатомов в проницаемую ступень. Во второй части сформулирована общая постановка краевой задачи поверхностной диффузии при росте по механизму перемещения вицинальных ступеней, получено общее решение данной задачи в случае эквидистантных проницаемых ступеней. Проведён анализ полученных результатов в случае диффузионно невзаимодействующих ступеней, выявлена роль коэффициента проницаемости в диффузионном и кинетическом режимах роста кристалла. Также проведён анализ полученных результатов в низкотемпературном режиме роста, указана роль взаимозависимости коэффициента проницаемости и кинетических коэффициентов встраивания в ступень на положение максимума концентрации адатомов на террасе.
Сформулирована и решена краевая задача поверхностной диффузии в случае эквидистантных проницаемых вицинальных ступеней. Получены точные выражения для распределения адатомов по террасам и для скорости перемещения вицинальной ступени, учитывающие возможную асимметрию встраивания адатомов в ступень с верхней и нижней террас (прямой и обратный барьеры Эрлиха-Швебеля), проницаемость ступени и десорбцию адатомов.
Показано, что в частном случае непроницаемых ступеней и симметричного встраивания адатомов данные выражения сводятся к известным результатам теории роста кристаллов.
Получены приближенные выражения для концентрации адатомов и скорости перемещения диффузионно невзаимодествующих ступеней. Оказывается, что кинетический режим движения ступеней для проницаемых ступеней более характерен, чем для непроницаемых.
Получены выражения для распределения адатомов и скорости перемещения ступени в случае низких температур, когда десорбцией адатомов можно пренебречь . Показано, концентрации адатомов на террасе увеличивается с увеличением проницаемости ступени. При этом положение максимума концентрации адатомов на террасе от проницаемости ступени не зависит. Это связано с тем, что увеличение потока адатомов, пересекающих ступень, компенсируется увеличением разности потоков адатомов, встраивающихся в ступень с нижней и верхней террас.
