Роль поверхностных фаз в формировании межфазовых границ на кремнии

• Автор: Гаврилюк, Юрий Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 171 с. : ил

Содержание
Введение

1. Экспериментальные методы исследования и аппаратура

1.1. Введение

1.2. Дифракция медленных электронов

1.3. Электронная оже-спектроскопия

1.4. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами

1.5. Экспериментальное оборудование

1.6. Приготовление образцов и получение атомарно-чистой поверхности

2. Формирование межфазовых границ металл - кремний

2.1. Введение

2.2. Свойства чистой поверхности 81(111)
2.3. Поверхностные фазы Аи на 81(111)
2.3.1. Взаимодействие тонких слоев золота с кремнием при комнатной температуре
2.3.2. Взаимодействие тонких слоев золота с кремнием при высокой температуре
2.4. Поверхностные фазы Ag на 81(111)
2.4.1. Взаимодействие тонких слоев серебра с кремнием при комнатной температуре
2.4.2. Взаимодействие тонких слоев серебра с кремнием при высокой
температуре
2.5. Поверхностные фазы 1п на 81(111)
2.5.1. Взаимодействие тонких слоев индия с кремнием при комнатной
температуре
2.5.2. Взаимодействие тонких слоев индия с кремнием при высокой температуре
2.6. Выводы
3. Формирование межфазовых границ в процессе роста эпитаксиальных
пленок Ре и Мп на кремнии
3.1. Введение
3.2. Поверхностные фазы Бе на 81(111)
3.2.1. Взаимодействие тонких слоев железа с кремнием при комнатной
температуре

3.2.2. Поведение системы Ре-81(111) при высокой температуре
3.3. Поверхностные фазы Мп на 81(111)
3.3.1. Взаимодействие тонких слоев марганца с кремнием при комнатной температуре
3.3.2. Поведение системы Мп-81(111) при высокой температуре
3.4. Выводы
4. Формирование межфазовых границ в процессах диффузии и десорбции
4.1. Введение
4.2. Гетеродиффузия золота на поверхности кремния
4.3. Гетеродиффузия индия на поверхности кремния
4.4. Изотермическая десорбция индия с поверхности кремния
4.5. Двумерная эпитаксия
4.6. Выводы
5. Формирование межфазовых границ в процессах совместной адсорбции
на кремнии атомов двух типов
5.1. Введение
5.2. Формирование поверхностных фаз в системе 81(111)-(Аи,1п)
5.2.1. Совместная адсорбция атомов Аи и 1п на 81(111) при комнатной
температуре
5.2.2. Совместная адсорбция атомов Аи и 1п на 81(111) при высокой температуре
5.3. Формирование поверхностных фаз в системе 81(111)-(Аи,А§)
5.3.1. Совместная адсорбция атомов Аи и А§ на 81(111) при комнатной температуре
5.3.2. Совместная адсорбция атомов Аи и Ag на 81(111) при высокой температуре
5.4. Формирование поверхностных фаз в системе 81(11 l)-(AgJn)
5.4.1. Совместная адсорбция атомов А§ и 1п на 81(111) при комнатной
температуре
5.4.2. Совместная адсорбция атомов Ag и 1п на 81(111) прн высокой температуре
5.5. Выводы
Основные результаты работы
Примечание
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Стимулирующим фактором развития исследований полупроводниковых поверхностей и границ раздела является общая тенденция к миниатюризации полупроводниковых приборов и элементов интегральных микросхем. В ряде случаев геометрические размеры рабочих элементов таковы, что структура поверхности и границ раздела играет определяющую роль в работе соответствующих устройств. Одной из основных задач фундаментальных исследований атомной и электронной структуры поверхностей, а также атомных и электронных процессов на поверхности является обнаружение явлений и эффектов, которые могут быть использованы для создания принципиально новых полупроводниковых приборов. Уже в настоящее время решение задачи уменьшения размеров полупроводниковых приборов привело к появлению таких направлений, как нанотехнология и наноэлектроника. Современное развитие физики поверхности полупроводников тесно связано с успехами полупроводниковых технологий, использующих сверхвысокий вакуум и позволяющих получать атомарночистые гладкие поверхности и атомарно-резкие границы раздела. Достижения в этой области определяются и появлением новых методов исследования, таких, как дифракция медленных электронов, оже-электронная спектроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, фото- и рентгеновская эмиссионная спектроскопия, спектроскопия характеристических потерь энергии электронами и т.д., которые успешно сочетаются с традиционными электрофизическими и оптическими методами.
Хотя в ряде случаев влиянием поверхности на объем в первом приближении можно пренебречь, что и оправдывает использование представления о безграничном твердом теле, во многих других ситуациях сами объемные свойства существенно определяются поверхностью. Особенно это относится к полупроводникам. В многообразных технологических применениях твердых тел часто используются именно поверхностные свойства - механические свойства металлических конструкций,

Высокие требования предъявляются к чистоте аргона [90]. При давлении аргона в ионной пушке 10'4Тор, парциального давления остаточных газов, таких как СО и СО2, около 10'8Тор достаточно, чтобы 0,01% бомбардирующих атомов составили кислород и углерод.
Наиболее совершенная структура поверхности кремния получается в результате сублимации слоя Si02 с предварительно окисленной поверхности [91,92]. С помощью ДМЭ показано, что после нескольких циклов окисления и снятия окисла на границе Si -Si02 на поверхностях, ориентированных вблизи (111) и (100), образуется система упорядоченных ступеней.
Анализ различных методов очистки поверхности кремния в применении к конкретным задачам, поставленным в настоящей работе, показал, что наиболее простым и результативным является высокотемпературный отжиг в вакууме [93-97]. После химической очистки на поверхности кремния по данным оже-спектроскопии присутствует большое количество кислорода и немного углерода (рис. 1.4). После прогрева до 1000°С пик кислорода в оже-спектре исчезает полностью, а пик углерода остается, хотя и с меньшей амплитудой. Анализ с помощью дифракции быстрых электронов на отражение показал [93], что на поверхности образуются эпитаксиально ориентированные микрокристаллы карбида кремния. Оже-пик углерода в спектре исчезает только при прогреве выше 1200°С. Механизм исчезновения карбида кремния при высоких температурах окончательно не выяснен. Отсутствие пика углерода в спектре еще не означает его отсутствие на поверхности. Так как оже-спектроскопия чувствительна к поверхностной концентрации, углерод в объемных микрокристаллах не дает вклад в оже сигнал. В связи с этим, для контроля поверхности дополнительно осуществлялось препарирование образцов с целью получения углеродных реплик. Реплики, оттененные золотом под углом 10-15°, исследовались в электронном микроскопе ЭМВ-100Л. Оказалось, что качество очистки зависит от скорости увеличения температуры отжига. Если температуру увеличивать недостаточно быстро, особенно в области 750-850°С, плотность карбидных частиц возрастает (рис. 1.5), и для получения чистой поверхности требуется длительное время отжига. При быстром нагреве (>100 град.с'1) карбидные частицы практически отсутствуют.
Контроль атомной структуры поверхности образцов осуществлялся с помощью дифракции медленных электронов. Малая зона когерентности первичного пучка электронов (-100 А) является причиной того, что ДМЭ нечувствительна к