ВУЗ:
Составители:
7.
Что такое пробой
p
–
n
-перехода?
Литература: [8, стр. 214 – 240].
Лабораторная работа 12
ГЕТЕРОЭПИТАКСИЯ
Цель работы
: изучить закономерности эпитаксиального роста тонких плёнок из раствора.
Приборы и принадлежности
: световой микроскоп, подложки из стекла и слюды, 5 %-ный спиртовой
раствор йодистого калия.
Методические указания
Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого. При этом решёт-
ка нарастающего вещества строго определённо ориентируется относительно плоской сетки атомов на
поверхности подложки. Эпитаксиальные плёнки имеют монокристаллическую структуру и низкую кон-
центрацию дефектов. Это позволяет получить высокую стабильность параметров микросхем и других
элементов микроэлектроники, получаемых пленарной технологией.
Различают гетероэпитаксию, когда материалы нарастающей плёнки 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 плёнки 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 (решётка типа алмаза) нарас-
тает 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 решётки (разница не больше 10 %),
наблюдается явление
псевдоизомор-
физма
– плёнка имеет точно такую же структуру, как и подложка: [100] (100) Au // [100] (100) Ag. Однако
с ростом толщины плёнки упругие искажения, связанные с разницей параметров (для золота
а =
2,88
o
А
,
серебра
а =
2,89
o
А
), увеличиваются. Поэтому при толщинах больше критической (для Au//Ag – 600
o
А
) по-
сле псевдоизоморфного переходного слоя будет собственная решётка золота.
Если разница параметров больше 10 %, сопрягаются наиболее плотно упакованные плоскости и на-
правления кристалла и подложки. При этом часть плоскостей в одной решётке 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 плёнок,
снижает их склонность к старению при эксплуатации.
Эпитаксиальная структура тонкой плёнки закладывается на ранних стадиях её роста (рис. 12.1,
а
).
После адсорбции атомов или молекул вещества на подложку
1
в результате поверхностной диффузии по-
являются плоские зародыши
2
,
кристаллическая решётка которых ориентирована по структурному "моти-
ву" подложки. Для них суммарная поверхностная энергия границ кристалл – окружающая среда, среда –
подложка, кристалл – подложка минимальна. При реальных скоростях конденсации вещества всегда об-
разуются и случайно ориентированные кристаллики
3.
Их суммарная поверхностная энергия заметно больше. Поэтому на следующей стадии роста тонкой
плёнки – первичной коалесценции (рис. 12.1,
б
) – эти "дефектные" зёрна распадаются на атомы.
Эпитаксиальные зародыши продолжают расти. Увеличение упругих искажений приводит к тому,
что при коалесценции они утрачивают правильную огранку боковых поверхностей, стремясь к мини-
муму энергии.
В дальнейшем эти кристаллы на следующих этапах роста снова самоограняются. При вторичной
коалесценции из плоских они становятся трёхмерными. На стадии образования "мостиков" они сраста-
