Физико-химические основы РЭС. Методическое пособие - 33 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

[8, стр. 214 – 240]
Лабораторная работа № 14
ГЕТЕРОЭПИТАКСИЯ
Цель работы: изучить закономерности эпитаксиального роста тонких пленок из раствора.
Приборы и принадлежности: световой микроскоп, подложки из стекла и слюды, 5 %-й спиртовой рас-
твор йодистого калия.
Методические указания
Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого. При этом ре-
шетка нарастающего вещества строго определенно ориентируется относительно плоской сетки атомов
на поверхности подложки. Эпитаксиальные пленки имеют монокристаллическую структуру и низкую
концентрацию дефектов. Это позволяет получить высокую стабильность параметров микросхем и дру-
гих элементов микроэлектроники, получаемых пленарной технологией.
Различают гетероэпитаксию, когда материалы нарастающей пленки и подложки различны
(Si//Al
2
O
3
), и гомо- или автоэпитаксию, когда они одинаковы (Si//Si). Разновидностью гетероэпитаксии
можно назвать хемоэпитаксию, при которой материал пленки образуется в результате химической ре-
акции подложки с окружающей средой (SiO//Si).
Для гетероэпитаксии важнейшим условием является структурно-геометрическое соответствие кри-
сталлов наращиваемого слоя и подложки в плоскости роста [112] (111)Si//[1100](0001)Al
2
O
3
.
Эта структурная формула означает, что грань (111) кристалла кремния (решетка типа алмаза) на-
растает на плоскость (0001) Al
2
O
3
(типа корунд), являющуюся поверхностью подложки. Параллельны
и направления в двух кристаллах – [112] Si и [1100] корунда. Если сращиваемые вещества имеют
близкие структурные типы и параметры решетки
o
А (разница не больше 10 %), наблюдается явление
псевдоизоморфизма – пленка имеет точно такую же структуру как и подложка: [100] (100) Au // [100]
(100) Ag. Однако с ростом толщины пленки упругие искажения, связанные с разницей параметров (для зо-
лота а = 2,88
o
А , серебра а = 2,89
o
А ), увеличиваются. Поэтому при толщинах больше критической (для
Au//Ag – 600
o
А ) после псевдоизоморфного переходного слоя будет собственная решетка золота.
Если разница параметров больше 10 %, сопрягаются наиболее плотно упакованные плоскости и на-
правления кристалла и подложки. При этом часть плоскостей в одной решетке не имеет продолжения в
другой. Края таких оборванных плоскостей образуют в переходном слое дислокации несоответствия.
Управляя процессом эпитаксии можно менять концентрацию дислокаций, уменьшая напряжения на
границе контакта. Это улучшает стабильность механических и электрических свойств тонких пленок,
снижает их склонность к старению при эксплуатации.
Эпитаксиальная структура тонкой пленки закладывается на ранних стадиях её роста (рис. 14.1, а).
После адсорбции атомов или молекул вещества на подложку 1 в результате поверхностной диффузии
появляются плоские зародыши 2, кристаллическая решетка которых ориентирована по структурному
"мотиву" подложки. Для них суммарная поверхностная энергия границ кристалл – окружающая среда,
среда – подложка, кристалл – подложка минимальна. При реальных скоростях конденсации вещества
всегда образуются и случайно ориентированные кристаллики 3.

Страницы