Импульсное осаждение полупроводниковых плёнок GaAs и InP из абляционной плазмы, формируемой мощным ионным пучком

• Автор: Салтымаков, Максим Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Оглавление
Введение
Г лава

1. Литературный обзор

1.1 Тонкие плёнки в современной технике

1.2 Методы осаждения тонких плёнок

1.2.1 Осаждение из паровой фазы

1.2.1.1 Вакуумное испарение

1.2.1.2 Молекулярно-лучевая эпитаксия

1.2.1.3 Осаждение из металлоорганических соединений

1.2.2 Ионное распыление

1.2.2.1 Магнетронное распыление
1.2.2.2 Высокочастотное ионное распыление
1.2.2.3 Реактивное ионное распыление
1.2.3 Импульсные методы осаждения тонких плёнок
1.2.3.1 Импульсное лазерное осаждение
1.2.3.2 Осаждение плёнок из плазмы взрывающихся проводников
1.2.4.3 Импульсное ионное осаждение
Выводы к первой главе
Г лава 2 Оборудование и методика эксперимента
2.1 Сильноточный импульсный ускоритель «ТЕМП»
2.2 Ионный диод с магнитной самоизоляцией
2.3 Ионный диод с внешним магнитным полем
2.4 Диагностическое оборудование
2.5 Методика эксперимента
2.6 Методы исследования тонких плёнок
2.6.1 Исследования кристаллической структуры
2.6.2 Исследование микроструктуры
2.6.3 Анализ состава материалов
Глава 3 Влияние воздействия МИЛ на мишень

3.1 Изменение кристаллической структуры поверхностного слоя мишени из ваАз при воздействии МИЛ
3.2 Изменение химического состава поверхностного слоя мишени из СаАэ при воздействии МИЛ
3.3 Морфология поверхности мишени из ЛаАя
3.4 Коэффициент импульсной эрозии мишени из ЛаАэ
3.5 Угловая расходимость абляционного материала ЛаАБ
Выводы к третьей главе:
Глава 4 Свойства и структура плёнок
Ведение
4.1 Морфология поверхности, элементный и фазовый состав плёнок ОаАэ
4.2 Морфология поверхности, элементный и фазовый состав плёнок 1пР
4.2 Зависимость морфологии поверхности плёнок ЛаАв от температуры подложки
4.3 Электрофизические свойства плёнок ОаАь
Выводы к четвёртой главе:
Заключение
Список литературы
Приложение А
Введение
Актуальность работы. Взаимодействие мощных импульсных пучков заряженных частиц с твёрдым телом активно исследуется на протяжении последних двух десятилетий. В первых публикациях было показано, что при переходе от непрерывного к высокоинтенсивному импульсному режиму облучения, происходит качественное изменение природы радиационно-стимулированных процессов. Особенно это заметно для пучков длительностью менее 1 мкс. Данное обстоятельство, помимо чисто научных задач, породило значительные надежды на возможность технологического применения импульсных ускорителей заряженных частиц [1].
Взаимодействие сильноточных пучков заряженных частиц с веществом вызывает ионизацию и перестройку молекул, нагревание, термомехапическое нагружение, распыление, плавление и испарение вещества. Процессы, сопровождающие взаимодействие сильноточных пучков с веществом, могут использоваться для решения научных и технологических задач. Наиболее интенсивно ведутся работы по модификации свойств материалов, накачке лазеров и генерации мощных потоков электромагнитного излучения [2]. Большой интерес представляет такая область применения сильноточный пучков как осаждение пленок из абляционной плазмы, связанный с поиском новых, более дешевых методов получения тонкопленочных структур. Основные преимущества метода осаждения пленок из абляционной плазмы:
- высокая скорость осаждения вещества на подложке (порядка 0.1 - 1.0 см/с) и низкая стоимость покрытий (5 доллЛг-мкм);
- сохранение стехиометрического состава облучаемой мишени в плёнке при использовании мишени сложного состава;
- узкая направленность выбрасываемых с поверхности продуктов эрозии мишени (высокий коэффициент использования мишени).
В настоящее время идёт производственное освоение ионно-пучковой технологии, в которой наиболее значимы два технологических направления.
1. Получение новых материалов:

иона близка к массе атома одного из компонентов, то улучшаются условия распыления этого компонента. Эффект преимущественного распыления проявляется наиболее ярко при низких энергиях бомбардирующих ионов, близких к пороговым. При высоких энергиях ионов в результате развития каскадов столкновений атомов различных компонентов, условия распыления компонентов с различными атомными массами выравниваются и доминирующим становится влияние энергии связи на эффект преимущественного распыления.
Поток распыленного материала с установившейся стехиометрией по составу компонентов формируется следующим образом. Поверхность распыляемой мишени обедняется атомами компонента с высоким коэффициентом распыления до тех пор, пока поверхностная концентрация этого компонента не уменьшится настолько, что компенсирует различие в скоростях распыления компонентов. Тогда состав потока распыленных атомов становится постоянным по составу в точном стехиометрическом соответствии с составом распыляемой мишени, если не происходит подпитки поверхности преимущественно распыляемым компонентом за счёт диффузии из объёма. В установившемся режиме поток распылённых атомов не содержит информации о преимущественном распылении и о вторичных процессах, обусловленных изменениями состава мишени под действие распыления.
Преимущества метода импульсного ионного осаждения пленок, по сравнению с осаждением из обычной паровой фазы, состоят в следующем:
- высокая скорость осаждения вещества на подложке (порядка 0.1 - 1.0 см/с);
- сохранение стехиометрического состава облучаемой мишени в плёнке и покрытии;
- узкая направленность выбрасываемых с поверхности продуктов эрозии мишени (для П, Zn, РЬ она составляет 20 - 30°).
Методом МИП осаждения получают плёнки металлов (¥, Те, Мо, N6, Аи, А1, Си, 2п), сложных соединений функциональных диэлектриков (например, фотолюминесцентных) на различных подложках [4].