Реферат 2
Введение 5
1 Скейлинговый подход к описанию процессов на поверхности 7
1.1 Функция скейлинга 10
1.3 Фрактальная размерность 18
2 Эпитаксиальные пленки GaN 21
2.1 Параметры материала 22
2.2 Способы получения эпитаксиальных пленок GaN 23
2.2.1 Молекулярно-лучевая эпитаксия 24
2.2.2 Осаждение металлоорганических соединений из газовой фазы 25
2.3 Применение эпитаксиальных пленок GaN на практике 27
3 Методика эксперимента 29
3.1 Основы работы СЗМ 29
3.2 Принцип работы атомно-силового микроскопа 31
3.3 Ход работы 33
4 Результаты эксперимента 34
Заключение 41
Список использованной литературы 42
Хорошо известно, что поверхность - это особое состояние вещества [1]. Электронные свойства и атомное строение поверхности резко отличаются от объемных. В настоящее время одной из основных задач физики поверхности является количественное
исследование микроскопических поверхностных характеристик и свойств. Это
обусловлено переходом электроники к использованию наноразмерных структур. Линейные размеры (L) рабочих элементов уменьшаются, что ведет к увеличению отношения поверхность/объем, то есть к увеличению степени влияния поверхности на технические и эксплуатационные характеристики полупроводниковых приборов. Рассмотрим в качестве примера подложку GaAs, полученную различными способами.
Рис.В 1 - Поверхность подложки, полученная различными способами
Изображение В1а представляет идеально гладкую поверхность. В процессе производства полупроводниковых устройств поверхность подложки и эпитаксиальных слоев подвергаются большому количеству технологических операций, например, полировке, химическому травлению, нанесению и удалению рабочих и вспомогательных слоев и т.д. В результате поверхность имеет определенную морфологию. Неоднородность морфологии поверхности как правило связывают с величиной шероховатости. На рис. В1 а-с схематически изображены профили поверхности с различной шероховатостью. При нанесении на данную поверхность контактов одинаковых размеров в зависимости от значения показателя шероховатости будет отличаться реальная площадь контакта с поверхностью (S1
случаях b) и c) амплитуда, а следовательно и шероховатость поверхности, возрастают, что ведет к увеличению длины аппроксимирующей линии. Например, на рисунке В 1а отсутствует шероховатость и площадь контакта к поверхности соответствует геометрическим размерам образца без каких либо поправок. В случае В 1b шероховатость увеличивается и составляет порядка нескольких нанометров. Для конкретизации рассмотрим значение 5нм. Пусть на участке подложки, геометрический размер которого составляет 60нм, располагается три пика аппроксимирующей синусоиды. В данном случае при смещении нижней части синусоиды относительно верхней на величину п получаем три окружности радиусом 5нм. Тогда суммарная площадь контакта к данной подложке составит 5 = 2 nr Х1- 1 0 4, 2 нм2, что превышает значение в случае В1а практически в два раза. Таким образом, значение шероховатости поверхности является одной наиболее важных характеристик поверхности, не брать в расчет ее просто невозможно.
В настоящее время одним из наиболее распространенных методов исследования поверхности является атомно-силовая микроскопия. В ходе выполнения работы был исследован перспективный полупроводник GaN.
GaN - прямозонный полупроводник с шириной запрещенной зоной 3,4 эВ при 300 К, обладающий физическими свойствами, благодаря которым данный материал является более перспективным, чем кремний. У транзисторов на основе GaN есть преимущество перед кремниевыми транзисторами в том, что при меньших размерах они обладают более высокой производительностью.
Помимо этого, у нитрида галлия хорошая термическая, химическая и радиационная стойкость, а более высокая теплопроводность позволяет не уделять столь пристального внимания охлаждению рабочей части микросхем. Выше у нитрида галлия в сравнении с кремнием и теплопроводность. В перспективе на основе GaN возможно создание приборов, успешно работающих в неблагоприятных условиях, например, в космических.
Нитрид галлия позволил создать эффективные синие светодиоды, дающие возможность собрать полных набор из трех основных цветов света и создать яркие энергосберегающие белые источники света [2].
В работе исследовалась морфология поверхности эпитаксиальных слоев GaN, которые были получены при различных условиях роста, таких как концентрация ростовых компонент, температура. Исследование проводилось методом атомно-силовой микроскопии в полуконтактном режиме сканирования с различными размерами окна сканирования.
С помощью методов атомно-силовой микроскопии было проведено исследование изменения морфологии поверхности эпитаксиальных слоев GaN, выращенных при различных условиях роста. Установлено, что размер основных элементов поверхности (островков роста) в зависимости от потока аммиака и температуры роста изменяется от величины 150 нм при P(NH3)=0,5% и Ts=870oC до величины 600 нм при P(NH3)=6% и Ts=870оС. Зависимость размера островков роста имеет не монотонную зависимость от концентрации аммиака в потоке ростовых компонент.
На основе анализа статистических параметров эпитаксиальных пленок GaN в зависимости от ширины области сканирования было показано, что зависимости Sa, Sq и положения базовой линии имеют четыре ярко выраженные области:
1. от 10нм до 100нм наблюдается слабая зависимость от размера ширины области сканирования;
2. от 100 нм до 200-500 нм наблюдается резкое увеличение шероховатости поверхности, начало этого участка зависит от среднего размера островков роста;
3. от 200-500 нм до 90 мкм наблюдается слабое уменьшение величины шероховатости при увеличении размера окна сканирования;
4. свыше 90 мкм наблюдается увеличение шероховатости поверхности, которое связано с макрорельефом поверхности.
Аналогичные зависимости положения базовой линии, шероховатости и среднеквадратичной шероховатости в зависимости от размера окна сканирования наблюдаются для поверхности GaAs после химико-динамической полировки. Следовательно, можно говорить о том, что подобного рода зависимости статистических параметров, которые определяются в АСМ, должны наблюдаться для других твердых тел, что подтверждается литературными данными.
