Процессы массопереноса при зонной сублимационной перекристаллизации кремния с использованием микроразмерной ростовой ячейки

• Автор: Валов, Георгий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: [Краснодар]
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ РАБОТЫ

1.1. Основы зонной сублимационной перекристаллизации

1.2. Развитие исследований ЗСП

1.3. Исследование массопереноса при ЗСП

1.4. Необходимость учета сорбционных процессов при ЗСП

1.5. Краевые эффекты при ЗСП

1.6. Цели и задачи работы

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МАССООБМЕНА ПРИ ЗСП

2.1. Обобщенная модель распределения массопотоков при ЗСП
2.2. Анализ роли массопотоков во внутренней области микроячейки.
2.3. Анализ роли массопотоков в периферийной области микроячейки
2.4. Сорбционный эффект при ЗСП
2.5. Проявление массопотоков внешней области микроячейки
2.6. Выводы к главе
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МАССОПОТОКОВ ПРИ ЗСП
3.1. Принципиальные основы методики экспериментального исследования процессов массопереноса при ЗСП
3.2. Выбор методов исследования поверхностей
3.3. Выбор и разработка методик микроскопии
3.4. Кремний как модельное вещество
3.5. Варианты экспериментальных установок для исследования ЗСП и критерии выбора конструкции
3.6. Экспериментальная установка для исследования массопотоков при ЗСП кремния
3.7. Выводы к главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Особенности массопотоков в рабочей камере для ЗСП
4.2. Процессы на внешней стороне пластины-источника (АД
4.3. Процессы на внешней стороне подложки (АД
4.4. Процессы на внутренней стороне источника (А2)
4.5. Процессы на внутренней стороне подложки (Аз)
4.6. Эффект защиты ростовой зоны от внешних фоновых примесей
4.7. Выводы к главе

ГЛАВА 5. ОБЛАСТЬ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ
5Л. Измерение скорости сублимации и давления насыщенных паров
5.2. Очистка поверхности подложки в режиме in situ
5.3. Получение островковых структур
5.4. Микроячейка как индикатор массопотоков
5.5. Модификация АСМ-зондовых датчиков
5.6. Позиционные метки
5.7. Выводы к главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
ЗСП - зонная сублимационная перекристаллизация МПЭ - молекулярно-пучковая эпитаксия R - радиус пластин источника и подложки 1 — толщина ростовой зоны
Рср - среднее парциальное давление остаточных газов в ростовой микрозоне Р - остаточное давление в ростовой микрозоне Р0 - давление в вакуумной технологической камере Ти Т2 — температура пластин источника и подложки соответственно Ао - длина свободного пробега молекулы в ростовой микрозоне 1, 1 - потоки ростового вещества от источника и подложки соответственно аь а2 - коэффициенты конденсации атомов вещества на поверхностях источника и подложки соответственно
Рь (32 - коэффициенты испарения (сублимации) атомов вещества на поверхностях источника и подложки соответственно
О. - доля потока, испущенного одной поверхностью внутри микрозоны и достигающего противоположной поверхности
I - результирующий поток вещества (от источника), конденсирующегося на подложке
D - коэффициент диффузии атомов в ростовой микрозоне и(г) - объемная концентрация чужеродных атомов в пространстве между источником и подложкой
vs - среднее значение составляющей скорости чужеродных атомов, нормальной к плоскости подложки
q0(r) - плотность потока примеси из источника, пропорциональная концентрации примеси в нем
оо(г) - функция, описывающая вынос атомов примеси в окружающее пространство за счет их прямого вылета за пределы микрозоны

ствовавших ранее диффузных), характеризующиеся разнообразными диаграммами направленности.
При ЗСП предельно ориентированы массопотоки от пластины-источника к подложке, от нагревателя к ростовой композиции и от тыльной стороны пластины-подложки к пластине-экрану (если таковой имеется). Менее ориентированы и разнообразны потоки от конструкционных элементов теплового узла. Свой вклад, хотя и более слабый, в неоднородность массопотоков вносят течи, дегазация и вакуумный насос. В итоге реальная система массопотоков вблизи микроразмерной ростовой ячейки при ЗСП весьма сложна.
Описанная выше система может быть представлена упрощенной схемой, изображенной на рисунке 2.1.
Массоперенос при ЗСП не ограничивается потоком только ростового вещества 1. Помимо потока ростового вещества, направленного от источника к подложке (и за пределы ростовой ячейки), присутствуют еще потоки посторонних веществ, имеющие различное происхождение и интенсивность. Эти потоки также оказывают определенное воздействие на перенос вещества в микрозоне (/і) и влияют на эволюцию морфологии всех поверхностей ростовой ячейки (М, N2, Лгз, N4).
В процессе ЗСП нагревательный элемент технологической камеры является причиной возникновения двух массопотоков высокой интенсивности: потока основного вещества 1 (и его составляющей 1{) и потока атомов с поверхности нагревательного элемента /2.
Потоки 1 и /2 распространяются на малое расстояние: поток Л - на расстояние толщины микрозоны /, составляющей десятки-сотни микрометров, поток /2 - на расстояние от нагревательного элемента до поверхности М] (оно обычно составляет единицы миллиметров), и в результате сохраняют свою предельную ориентированность.
Использование других методов нагрева пластины-источника описанную выше ситуацию не изменит. Если используется электронно-лучевое нагрева-