Набирающее развитие микро-, нано- и оптоэлектроники обусловлено усилением взаимодействия фундаментальных наук и новейших направлений технологии. К последним относится и метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), который превращается из экзотического лабораторного метода исследования процессов роста тонких слоев и специальных многослойных структур в одна из весьма перспективных базовых технологий твердотельной электроники. В основе этого метода лежит возможность роста по существу в кинетическом режиме в отличие от более традиционных методов, где рост идет в условиях, близких к термодинамическому равновесию.
Одним из важнейших полупроводниковых материалов, используемых в настоящее время, является кремний. На основе кремния изготовляется 90 % всех видов полупроводниковых устройств, с помощью которых усиливают и регулируют электрические токи и напряжения, обрабатывают и хранят информацию, преобразуют солнечную энергию в электрическую [1].
Широкое применение кремния объясняется достаточно большой шириной запрещенной зоны, уникальными особенностями травления, высокими механическими свойствами его оксида и практически неограниченными природными запасами последнего.
Получение монокристаллических пленок на монокристаллических подложках называется эпитаксиальным наращиванием или просто эпитаксией. В технологии кремния метод эпитаксии желательно использовать по многим причинам. В частности, с его помощью можно легко получать пленки, отличающиеся от подложки как по типу легирующей примеси, так и по уровню концентрации (а, следовательно, и по удельному сопротивлению) [8]. Возможно также непрерывное изменение легирования эпитаксиальной пленки в процессе ее наращивания, что приводит к постепенному изменению уровня легирования по толщине пленки.
Другое важное применение эпитаксия находит также при изготовлении в кремнии замкнутых областей, которые отличаются от окружающей массы кремния величиной удельного сопротивления или типом проводимости. Такие скрытые, или захороненные, слои широко используются в технологии интегральных схем для создания ограниченных сильно легированных областей, расположенных под транзисторами, которые изготавливаются в наращиваемом сверху эпитаксиальном слое.
Третья важная область применения эпитаксии связана с возможностью использования изолирующих подложек. В качестве подложек для эпитаксиального наращивания кремния можно использовать
монокристаллические пластины сапфира (оксида алюминия) и шпинели определенной ориентации, при которой их кристаллические решетки —совместимы с решеткой кремния в том смысле, что позволяют получать монокристаллические эпитаксиальные пленки хорошего качества [1]. Изолирующая природа подложки обеспечивает большую технологическую гибкость при создании в вышележащих слоях кремния интегральных схем с повышенной плотностью упаковки.
Эпитаксиальное наращивание пленок на подложке из того же материала, в частности рост кремния, называется гомоэпитаксией. Эпитаксиальное наращивание материала на инородной подложке называется гетероэпитаксией (рост кремния на сапфире) [1].
Метод молекулярно-лучевой эпитаксии находится наряду с перспективными технологиями выращивания тонких пленок и многослойных структур. Сверхвысокий вакуум до 10-10 торр позволяет выращивать качественные бездефектные тонкие пленки. Вакуум исключает содержание примесей в камере роста, а также увеличивает свободный пробег атомов, что значительно увеличивает качество выращиваемых пленок. Низкая температура процесса уменьшает диффузию атомов и молекул из прилегающих материалов. Источники модулярных пучков позволяют использовать практически любые материалы для испарения и осаждения на подложку. Наличие систем управления молекулярных источников дают возможность резкого прерывания и возобновления поступления потоков атомов и молекул выращиваемого материала, что позволяет создавать резкие границы структур между слоями. Получению совершенных эпитаксиальных структур способствует возможность анализа структуры, состава и морфологии растущих слоев в процессе их формирования методом дифракции отраженных быстрых электронов и кварцевым измерителем толщины.
Таким образом, в ходе выполнения данной работы были получены следующие результаты:
• Произведен обзор литературы по особенностям метода молекулярнолучевой эпитаксии
• Изучена работа высоковакуумной установки «Катунь - 100»
• Рассмотрены и изучены методы контроля синтеза пленок на установке «Катунь - 100»
• Произведено измерения скорости напыления Si, также вычислена погрешность.
