Молекулярно-лучевая эпитаксия презентация

Молекулярно-лучевая эпитаксия

Молекулярно-лучевая эпитаксия Молекулярно-лучевая эпитаксия - это процесс синтеза веществ, реакций, потоков атомов молекул и компонентов в сверхвысоком вакууме (~ 10-8 - 10-9 Па)

Механизмы эпитаксиального роста тонких пленок Наиболее важные индивидуальные атомные процессы, сопровождающие эпитаксиальный рост : адсорбция составляющих атомов или молекул на поверхности подложки; поверхностная миграция атомов и диссоциация адсорбированных молекул; присоединение атомов к кристаллической решетке подложки или эпитаксиальным слоям, выращенным ранее; термическая десорбция атомов или молекул, не внедренных в кристаллическую решетку.

Механизм эпитаксии

Механизм эпитаксии

Механизм эпитаксии В зависимости от энергии связи (Е) с подложкой и её температуры (Т) дефекты могут либо мигрировать по поверхности либо переходить в объем Для атомов, адсорбированных на поверхность существует также вероятность испарения в окружающую среду.

Механизм эпитаксии Время жизни дефекта на поверхности

Эпитаксия GaAs Синтез GaAs осуществляется из молекулярных потоков Ga и As2 или Ga и As4 . Скорость испарения вещества J Коэфициент прилипания адсорбированных молекул SGa= 1 при 300K< T<900 K 0 ≤ S As4 ≤ 1 в зависимости от Т, К и потока атомов Ga.

Рост из пучков Ga и As4 при 300K < Т < 450 K Физическая адсорбция S (As4)= 0 (отсутствие. св атомов Ga) (As4),без Ga=9.0*10-10exp[0.38эВ/(kT)]

Рост из пучков Ga и As4 при 400K < Т < 600 K При наличии атомов Ga коэфициент прилипания независит от Т. Если [PGa >> p (As4)] то S(As4) Если [p(Ga) << p (As4)] то обеспечивается стехиометрия растущей пленки,то есть один атом As взаимодействует с атомом одним атомом Ga.

Рост из пучков Ga и As4 при 600 К < Т < 900 К

Модель трехмерного островка пленки Если  то островок “растекается” тонким слоем по поверхности подложки, что соответствует слоевому механизму роста , тогда

Послойный рост Послойный рост (layer-by-layer growth). При этом механизме роста каждый последующий слой пленки начинает формироваться только после полного завершения роста предыдущего слоя. Этот механизм роста называют также ростом Франка-ван дер Мерве (Frank-van der Merve, FM). Послойный рост имеет место, когда взаимодействие между подложкой и слоем атомов значительно больше, чем между ближайшими атомами в слое.

Островковый рост Островковый рост или рост Вольмера-Вебера (island growth, Vollmer-Weber, VW). Этот механизм является полной противоположностью послойному росту. Условием его реализации является преобладание взаимодействия между ближайшими атомами над взаимодействием этих атомов с подложкой. При островковом механизме роста вещество с самого начала оседает на поверхности в виде многослойных конгломератов атомов.

Рост Странски-Крастанова Промежуточным между этими двумя механизмами является рост Странски-Крастанова (Stransky-Krastanov, SK, layer-plus-islandgrows), при котором первый слой полностью покрывает поверхность подложки, а на нем происходит рост трехмерных островков пленки. К этому механизму могут приводит многие факторы, в частности достаточно большое несоответствие между параметрами кристаллических решеток пленки и подложки.

Схематичное изображение установки М.Л.Э

Схематичная установка МЛЭ

Описание установки Испарение материалов, осаждаемых в сверхвысоком вакууме на подложку, закрепленную на манипуляторе с нагревательным устройством, осуществляется с помощью эффузионных ячеек. Ростовые камеры современных установок оборудованы квадрупольным масс-спектрометром для анализа остаточной атмосферы в камере и контроля элементного состава на всем технологическом процессе. Для контроля структуры и морфологии формируемых эпитаксиальных структур в камере роста располагается также дифрактометр отраженных быстрых электронов. Дифрактометр состоит из электронной пушки, которая формирует хорошо сфокусированный электронный пучок с энергий 10 – 40 кэВ. Электронный луч падает на подложку под очень небольшим углом к ее плоскости, рассеянные электронные волны дают дифракционную картину на люминесцентном экране. Часто ростовые камеры или в многокамерных комплексах МЛЭ в камере для подготовки и анализа подложек и эпитаксиальных структур располагаются электронная пушка с энергоанализатором вторичных электронов и ионная пушка для очистки подложек ионным травлением и послойного анализа состава эпитаксиальных структур.