Импульсное лазерное осаждение оксидов и эпитаксиальные оксидные пленки

• Автор: Ходан, Анатолий Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 322 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Список обозначений и сокращений.

ГЛАВА I. Физикохимические проблемы формирования и роста оксидных пленок .

1.1. Введение. Оксиды и оксидные пленки, перспективы их применения в

оптике и микроэлектронике.

I. 2. Осаждение оксидных пленок при низких давлениях или в вакууме

I. 3. Начальные этапы формирования пленок и эпитаксия.

I. 4. Термодинамический анализ условий осаждения оксидов из лазерной

плазмы и модель формирования пленки.

I. 5. Псевдоморфизм, искажения решетки и дислокации несоответствия

I. 6. Особенности строения поверхности оксидов
I. 7. Эпитаксия оксидов на кремнии. Оксидные буферные пленки
I. 8. Специфика роста оксидов при осаждении из паров или
низкотемпературной плазмы.
ГЛАВА II. Методика импульсного лазерного осаждения оксидов и техника
эксперимента
И. 1. Механизм распыления материалов импульсным лазерным излучением .
И. 2. Взаимодействие лазерной плазмы с разряженными газами и
оптимизация условий осаждения
II. 3. Основное оборудование и приборы для импульсного лазерного
осаждения
II. 4. Дополнительное оборудование и методика контроля состава и
структуры оксидных пленок.
ГЛАВА III. Формирование и рост эпитаксиальных пленок оксидов
III. 1. Анализ физических условий осаждения пленок.
III. 2. Гомоэпитаксия оксидов
III. 2.1. Рост пленок на подложках
III. 2.2. Рост пленок i на подложках i
III. 2.3. Рост пленок на подложках
III. 3. Гетероэпитаксия. Оксидная система 12 СеОг ЬагОз.
III. 3.1. Эпитаксия оксидов , СеОг и i.
III. 3.2. Пленки i.xxx2 на подложках БгТЮз и .
III. 3.3. Пленки .xx на подложках ЬаАЮз и
III. 3.4. Пленки .xx на кремниевых подложках.
ГЛАВА IV. Многослойные функциональные оксидные структуры.
IV. 1. Гстероструктуры на основе ВТСП пленок УВагСизО
IV. 1.1. Использование буферных слоев i.xx и .xxx2 для
монокристаллических подложек i1, ЬаАЮз, БгТЮз и .
IV. 1.2. Влияние условий роста пленок БгГЮз на резонансные свойства
фильтров ГВЧ, изготовленных на основе ВТСП гетероструктур
IV. 1.3. Туннельные барьеры i.xxx2 и I переходы Джозефсона
IV. 1.4. перспективный материал для оксидных
гетсроструктур.
IV. 2. Гетероструктуры на основе Ьао,бгоэзМпОз
IV. 2.1. Туннельные барьеры Се.хЬахх2 и БгТЮз в устройствах на
магниторезистивном эффекте.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
БИБЛИОГРАФИЯ


В этих условиях миграция адатомов обеспечивается температурой подложки, и никакая дополнительная энергия в поверхностный слой не вносится так, например, получают тонкие пленки ваАБ и высокого качества методом МЛЭ. С другой стороны область низких температур Д0,3 и энергия частиц в потоке может составлять МэВ. Дополнительная энергия из потока осаждения активирует поверхностную миграцию, что обеспечивает хорошее качество пленок при более низких температурах. Методом МЛЭ получают качественные эпитаксиальные пленки Б1 па Б1 при 0С Д, 0,, тогда как молекулярнолучевой эпитаксией их обычно выращивают при 0 0 С Д, 0,. Оптимальная энергия потока осаждения часто составляет величину порядка эВ на атом, Рис. Совместное влияние энергии первичного потока и вакуумных условий на Формирование и рост пленок. Уникальной особенностью метода ИЛО является возможность работать в очень широком диапазоне давлений, вплоть до 1 мм рт. В таких условиях продукты лазерного распыления мишени активно взаимодействуют с окружающим газом, вызывая перераспределение энергии первичного потока и химические реакции. Энергия плазмы оптического пробоя трансформируется в кинетическую энергию, и частично сохраняется в виде различных состоянии ионизации и возбуждения молекул, это повышает вероятность окисления катионов при взаимодействии с фоновой атмосферой кислорода. Снижение энергии активации химических реакций в газообразном состоянии за счет возбужденных состояний и кинетической энергии частиц дает методу ИЛО определенные преимущества это было показано на многочисленных примерах осаждения УВаСиО и других сверхпроводников 8,9. Средняя кинетическая энергия в потоке для метода ИЛО составляет около эВ, при увеличении давления более 2ммрт. Таким образом, энергию потока осаждения в методе ИЛО можно регулировать путем изменения давления окружающего газа. Более детально это будет рассмотрено в Главе II. Влияние скорости осаждения на условия роста и морфологию пленок. Третий фундаментальный критерий скорость осаждения атомов пленки Я может изменяться от 1 мкмс до 0, нмс, Рис. I. 2. Однако не имеет смысла устанавливать нижний предел меньше потока остаточных газов на поверхность из объема вакуумной камеры то есть минимальное Я, полностью определяется вакуумными условиями в камере, Рис. I. 2. Рис. I. 2. Типичным нижним пределом скорости осаждения при выращивании тонких пленок является величина порядка 0,1 нмс, хотя в условиях высокого вакуума эта скорость может быть и ниже. С другой стороны, нижний предел скорости осаждения может быть ограничен практическими соображениями это приемлемое общее время осаждения пленки. Верхний предел определяет кинетика упорядочения атомной структуры, другими словами, у осаждаемых на поверхность атомов должно быть достаточно времени для миграции к термодинамически устойчивым положениям до того момента, когда они будут закрыты следующим слоем атомов. Кинетика миграции или диффузия определяются температурой подложки Т или энергией, которая может дополнительно вносится в поверхностный слой потоком атомов или ионов. Для многих материалов может быть выделено специфическое температурное окно, ограниченное, с одной стороны, минимальной, но приемлемой кинетикой формирования кристалла, а с другой стороны, термодинамической стабильностью самого материала. Кроме того, некоторые соединения в равновесном состоянии имеют очень узкий диапазон изменения состава, в этом случае даже небольшие отклонение от правильной стехиометрии может приводить к образованию нежелательных фаз. Для таких материалов необходимо использовать методы, не только обеспечивающие точный контроль общей скорости осаждения, но также и контроль относительной скорости для компонент соединения. Для многих материалов метод ИЛ О вполне соответствует этим требованиям, за исключением таких полупроводниковых материалов, как АэСа, Гпва. Требования к глубине базового вакуума. Влияние состава вакуумных примесей на Формирование оксидных пленок. Давление в вакуумной камере, наряду со скоростью осаждения , относится к фундаментальным критериям от базового вакуума зависит вероятность внесения примесей в пленку, а также, при определенных условиях, и стехиометрия оксидных пленок.