Моделирование роста атомно-тонких пленок на подложках со сложной морфологией

• Автор: Зверев, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Список сокращений

ALD - atomic layer deposition (атомно-слоевое осаждение)

ALE - atomic layer epitaxy (послойная атомная эпитаксия)

CVD - chemical vapor deposition (химическое осаждение из газовой фазы) TDMAT - тетра диметиламид титана ТМА - триметил алюминия

а.м. - атомное место

ДБЭ - дифракция быстрых электронов

ДМЭ - дифракция медленных электронов

ДПСЧ - датчик псевдослучайных чисел

ДСЧ - датчик случайных чисел

КИТ - кварцевый измеритель толщины

КНИ - кремний на изоляторе

МДП - металл-диэлектрик-полупроводник
МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия
МС - монослой
ПК - пористый кремний
ПСРВ - планирование событий в реальном времени (алгоритм)
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия РФС - рентгеновская флуоресцентная спектрометрия СТМ - сканирующая туннельная микроскопия СЭМ - сканирующая электронная микроскопия ЭДС - энерго-дисперсионная спектроскопия ЭХТ - электрохимическое травление

ЧАСТЬI
Имитационное моделирование методом Монте-Карло процессов
осаждения и отжига приповерхностных слоев твердых тел
ГЛАВА 1 Метод Монте-Карло для имитационного моделирования
1.1 Метод Монте-Карло
1.2 Моделирование процессов в тонких пленках методом
Монте-Карло
1.2.1 Прямой алгоритм
1.2.2 Обратный алгоритм, основанный на вычислении
эффективной статистической суммы
1.2.3 Обратный алгоритм, основанный на вычислении времени ожидания
Заключение к главе
ГЛАВА 2 Программный пакет БИБил-ЗО для моделирования
эпитаксиального роста и отжига трехмерных приповерхностных слоев твердых тел
2.1 Исходная поверхность
2.2 Физико-химическая модель
2.2.1 Ковалентное и ионное взаимодействия в модели
2.2.2 Химические превращения
2.2.3 События в модели
2.2.3.1 Диффузионный скачок
2.23.2 Десорбция частицы
2.2.3.3 Образование и распад димера
2.2.3.4 Химическая реакция как независимое событие
2.2.3.5 Адсорбция частицы на поверхность
2.2.4 Температура
2.3 Описание алгоритма
2.3.1 Модель запланированных событий

2.3.2 Интервалы на шкале времени
2.3.3 Датчик случайных чисел
2.3.4 Алгоритм
2.4 Ввод заданий в модель и визуализация результатов
Заключение к главе
ГЛАВА 3 Исследования формирования сплошного слоя на пористых
подложках кремния
3.1 Литературные данные по пористым поверхностям кремния
3.2 Моделирование эпитаксиального роста
3.2.1 Моделирование эпитаксиального роста на пористой поверхности (111) кремния
3.2.2 Моделирование эпитаксиального роста на пористой поверхности (001) кремния
Заключение к главе
ГЛАВА 4 Моделирование процесса АЬВ на плоских и пористых
подложках
4.1 Литературные данные по АЬИ осаждению тонких пленок
4.2 Монте-Карло модель А1Т) роста
4.3 Результаты моделирования
4.4 Обсуждение результатов моделирования
Заключение к главе
ЧАСТЬ II
Исследование поверхностей Б1(111)-7х7 с использованием потенциала
Терсоффа
ГЛАВА 5 Исследование поверхностных перестроек кремния методами
численного моделирования
5.1 Поверхность Б1(111)-7х7
5.2 Устойчивые положения атомов на поверхности 81(111)-7х7
5.2.1. Экспериментальные исследования
5.2.2. Теоретические исследования
5.3 Методы расчета энергии атомного кластера
5.4 Потенциал Терсоффа

сотрудниками [23] впервые сообщили о пористой природе этих
пленок и их способности легко превращаться в тонкие пленки диэлектрика, способные заменить в технологии относительно толстые слои 8Ю2.
Пористый кремний привлекает в последние годы внимание исследователей многих научных коллективов благодаря широкому спектру его физико-химических свойств, легкости его получения, а также многообразным свойствам структур, реализуемых на основе единой, хорошо отработанной, кремниевой технологии. В последнее время появилась новая волна интереса к этому материалу, благодаря эффекту фотолюминесценции ПК в видимом диапазоне длин волн, открытому в 1990 году Кэнэмом [24]. Большинство физико-химических характеристик ПК тесно связаны с особенностями морфологии его пористой структуры. Морфологический аспект комплекса проблем к настоящему времени не достаточно хорошо изучен. С одной стороны отсутствует единая общая теория порообразования, а с другой стороны недостаточно изучено поведение ПК в процессах эпитаксии, отжига и окисления.
Основным методом получения ПК является электрохимическое травление (ЭХТ) или анодизация. В качестве электролита обычно используются водные растворы НБ с добавлением в качестве сюрфактанта этилового спирта. Обнаружено, что неоднородность и шероховатость поверхности можно уменьшать, увеличивая вязкость электролита понижением температуры или добавлением глицерина.
При подаче напряжения происходит накопление дырок на поверхности кремния, что в свою очередь приводит к накоплению гидроксильных групп ОН' в растворе у поверхности. Поверхность кремния при взаимодействии с этими группами окисляется, а окисел легко растворяется в НБ. Дырки переносятся к отрицательно смещенному электроду в виде катионов Н+. Далее эти катионы восстанавливаются на катоде и выделяются в виде пузырьков Н2.
Влияние концентрации легирующей примеси на морфологию пор хорошо изучено. Образования пористого кремния обычно объединяют в четыре основных группы: п, р, п+, р+. Для кремния р-типа диаметр пор и расстояние между ними очень малы, в основном 1-5 нм. Поры получаются однородными и сильно взаимосвязанными. Когда концентрация легирующей примеси повышается,