Фрактальный анализ поверхности слоев кремния, выращенных методом молекулярно-лучевого осаждения

• Автор: Шиляев, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 133 с. : ил.

* СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОВЕРХНОСТНОЙ ГЕОМЕТРИИ

1.1. Амплитудные параметры

1.2. Фрактальные параметры

1.2.1. Понятие фрактала

1.2.2. Расчет фрактальной размерности

1.2.3. Связь фрактальной размерности и физических свойств

1.3. Ростовые показатели

1.4. Выводы

# ГЛАВА 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ФРАКТАЛЬНОЙ

РАЗМЕРНОСТИ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

2.1. Получение поверхностей с заданной фрактальной размерностью
2.2. Озерный алгоритм
2.3. Метод подсчета клеток
2.4. Дисперсионный метод
2.5. Метод структурной функции
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. ЭВОЛЮЦИЯ ИНТЕРФЕЙСА ВО ВРЕМЯ РОСТА
3.1. Расчетная модель
« 3.2. Изменение фрактальной размерности во время роста
3.3. Изменение шероховатости поверхности во время роста
3.4. Ростовые показатели

3.5. Выводы
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА И ГЕОМЕТРИЯ ПОВЕРХНОСТИ СЛОЕВ , КРЕМНИЯ НА САПФИРЕ
4.1. Особенности гетероэпитаксии кремния на сапфире
4.2. Методика эксперимента
4.3.Связь температуры осаждения и свойств поверхности
4.4.Начальные стадии роста кремния на сапфире
4.5. Сравнение КНС структур, полученных различными методами
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. СВЯЗЬ ГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ С ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ СЛОЕВ КРЕМНИЯ
5.1. Связь ФРАКТАЛЬНОЙ РАЗМЕРНОСТИ и свойств поверхности поликристаллического КРЕМНИЯ
5.1.1. Методика эксперимента
5.1.2. Трибологические свойства поверхности
5.1.3. Упругие свойства поверхности
5.2. Влияние обработки поверхности на параметры водородочувствительных диодов Шоттки на основе кремния
5.2.1. Конструкция и принцип действия
5.2.2. Влияние обработки на параметры диодов Шоттки
5.3. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Список сокращений и обозначений
АСМ атомно-силовая микроскопия
ВАХ вольтамперная характеристика
ГФО газо-фазное осаждения
ГФЭ газо-фазная эпитаксия
дш диод Шоттки
кнс кремний на сапфире
мло молекулярно-лучевое осаждение
млс микроскопия латеральных сил
сзм сканирующая зондовая микроскопия
стм сканирующая туннельная микроскопия
а показатель шероховатости
со Дц ширина интерфейса (среднеквадратическая шероховатость)
Д р(1 фрактальная размерность
н показатель Хёрста (а =Н)
Ма мера множества
МЬ монослой
2 динамический показатель (ъ=а//?)
г» И, высота поверхности в точке г
Р ростовой показатель
С, 1 латеральная длина корреляции
а среднеквадратическое отклонение

вероятность встраивания атома пропорциональна числу соседей в данной точке. Максимум числа ближайших соседей обеспечивает минимум свободной энергии. Вероятность встраивания атома в положение 1 (рис. 3.1) максимальна. Вероятность встраивания атомов в положения 2, 3, 4 меньше и минимальная вероятность встраивание атома в положение 5. Соответственно возможны два механизма роста кристаллов: двухмерный, когда встраивание атомов происходит преимущественно к моноатомным ступеням, и трехмерный, когда атомы встраиваются хаотически по всей поверхности растущего кристалла. Двухмерный механизм осуществляется при высоких температурах подложки, когда диффузионная длина свободного пробега велика, относительно малых потоках осаждаемого вещества и низкой степени пресыщения. В этом случае растут монокристаллические пленки. Трехмерный же механизм приводит к образованию аморфных пленок. В этом случае температура подложки относительно низкая и диффузионная длина свободного пробега мала, поэтому рельеф не успевает сглаживаться за счет поверхностной диффузии.
Для численного моделирования ростового процесса необходимо, чтобы путем изменения условий роста в модели могли бы реализовываться как
двумерный, так и трехмерный механизмы.
Наша модель полностью отвечает данным требованиям. Для простоты мы рассматриваем двухмерную модель кристалла с циклическими граничными условиями. Коэффициент прилипания (адсорбции) полагается равным 1, т.е. все атомы адсорбируются на поверхности. Атом (частица) в нашей модели
представляет собой кубик* размером 1x1.
Алгоритм работы программы (см. Приложение 2) следующий.
Выбирается случайное место адсорбции атома на поверхность. После адсорбции атом выбирает наиболее энергетически выгодные места в пределах
диффузионного параметра 7, и встраивается в положение с наибольшим числом соседей (рис. 3.2). Так наиболее выгодным является положение 7 с числом соседей равным 7, далее по вероятности идут положения 2, 3, 4, 5 и 6. При Ь=О
В дальнейшем все линейные размеры будут указываться в единицах, равных ребру кубика.