Кинетика и механизм поверхностных реакций при гомоэпитаксии GaAs и InAs и при фотохимическом и термическом разложении ионных кристаллов

• Автор: Галицын, Юрий Георгиевич
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 340 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА I. Кинетический метод исследования реакций термического и фотохимического разложения ионных кристаллов

1.1. Массспектрометрическое исследование процессов фотолиза и термолиза

1.1.1. Приготовление образ1 юв

1.2. Термическое и фотохимическое разложение гидрида алюминия

1.2.1. Фотолиз гидрида алюминия

1.2.2. Кинетика начальных стадий термического разложения А1Нз Поверхностная

реакция

1.2.3. Механизм фотохимической реакции в А1Н. Связь ФХР с фотопроводимостью

1.2.4. Кинетическая модель фотолиза гидрида алюминия

1.2.5. Электронный перенос в поверхностной реакции разложения гидрида алюминия

1.3. Начальные стадии фотохимического разложения оксалата серебра
1.3.1. Предварительные замечания
1.3.2. Спектральные характеристики ОС
1.3.3. Механизм электронного возбуждения при фотолизе оксалата серебра
1.3.4. Кинетика газовыделения СО
1.3.5. Диффузия экситонов в кристалле оксалата серебра
ГЛАВА 2. Методы получения атомарночистых и гладких поверхностей полупроводников ОаАв и 1пАб для научных исследований, МЛЭ и других технологий
2.1. Техника экспериментов.
2.1.1 Предварительная подготовка образцов
2.1.2. Экспериментальные методы для исследования состава поверхности
2.1.3. Техника дифракционного эксперимента
2.2. Получение атомарно чистых поверхностей ОаАэ и 1пАь и исследование их свойств методами электронной спектроскопии и ДЭВЭО
2.2.1 Исследование поверхности 1 СаАь
2.2.2 Дифракция от поверхности 1 аАэ, обработанной в НС1ИПС
2.2.3 Исследование поверхности 1А и 1 1пАб
ГЛАВА 3. Механизмы рассеяния быстрого электрона в дифракции на отражение от поверхностей ОаЛв и 1пЛб
3.1. Исследование морфологии атомарночистых поверхностей 1 ЗаАз, 1, 1А пАз.
3.1.1. Грань пАз 1А
3.1.2. Грань пАв
3.1.3. Грань скола пАв
3.2. Динамическая теория ДЭВЭО. Ширина брэгговских рефлексов
3 .3. Резонансное рассеяние быстрых электронов от совершенных поверхностей пАв
3.3.1. Геометрическое рассмотрение резонансов в пЛя и простые модели
3.3.2. Спектры состояний поперечного движения в 1пЛб при плоскостном каналировании
3.3.3. Сопоставление экспериментальных и рассчитанных параметров спектра состояний.
3.3.4. Систематический ряд отражений.
3.3.5. Захват электрона в связанное состояние поперечного движения
3.4. Осцилляции зеркального рефлекса при эпитаксиальном росте.
Краткий обзор моделей осцилляций
3.4.1. Поверхностный потенциал и коэффициент от ражения
3.4.2. Интерференционная модель осцилляций ЗР
I ХАВА 4. Исследование адсорб ии элементов третьей группы За 1п на атомарночистых и гладких поверхностях 1 ЗаАя, 1, 1А пАб
4.1. Адсорбция Оа на Лэстабилизированных поверхностях 2х4ЗаАз
4.1.1. Адсорбция галлия на поверхности 2х
4.1.2. Адсорбция галлия на поверхности 2х4сх
4.2 Адсорбция индия на поверхности 1 пАх
4.3. Адсорбционные фазы индия на поверхности 1 А 1пА
ГЛАВА 5. Фазовый реконструкционный переход от Оа1пстабилизированной поверхности 4x2 к АБстабилизированной 2x4 на 1 ваАэ и пАб 5.1. Введение
5.2. Эксперимент
5.3. Критика теорий фазового перехода, использующих модель Изингадля поверхности 1 ЗаАБ и пАь
5.4. Термодинамическое рассмотрение поверхностных фаз
5.5. Кинетические аспекты в рсконструкционных переходах
5.6. Статистические аспект ы реконструкционных переходов
5.6.1. Модель фазового перехода
5.6.2. Статистистический анализ фазового перехода
5.7. Эпитаксия и фазовый переход
5.8. Заключение
I 1 6. Кинетика и механизм гомоэпитаксиалыюго роста на Оа1пстабилизированной
поверх юсти 1 и I
6.1. Экспериментальные результаты
6.2. Основное кинетическое уравнение для скорости роста на 4x2 поверхности
6.3. Неадиабатическая реакция встраивания атомов
. Гомоэпитаксия на I 4x2
ГЛАВА 7. Зародышеобразование на стабилизированных поверхностях
7.1. Экспериментальные результаты
7.2. Изменение интенсивности ЗР при инициировании роста
7.3. Зародышеобразование на поверхности 2x4
7.4. Зародышеобразование на поверхности 2x4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОС НОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ I IИСОК IИ ГЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ


Г1о утверждению этих исследователей реакция парного взаимодействия приводит к двум результатам прямое встраивание двух молекул ЛЭ2 в димерный ряд на верху структуры 2х4р2, и образование двух хемосорбированных молекул Ая , которое по их мнению происходит в канавке. Однако, отсутствие кинетической информации не позволило авторам понять детали процесса зародышеобразования. Все же необходимо отметить, что смена подхода к описанию роста с формального метода МонтеКарло на реальный кинетический заслуживает внимания. Отметим также, что в этой работе впервые определена плотность зародышей в гомоэпитаксии ОаАз. При Т0 С и давлении А Ю Торр для степени заполнения 0. Эта величина согласуется также с экспериментальными данными по плотности зародышей работы . В данной работе впервые проведено исследование температурной зависимости числа зародышей на поверхности для степени заполнения 0. При увеличении температуры плотность зародышей уменьшалась и в аррениусовских координатах авторы получили Еед 0. В, и для чисто одномерной диффузии из 2. В. Эти оценки можно сопоставить с теоретическими рассчетами энергии активации диффузии галлия для структуры 2х4 в направлениях 0 и 0 эти величины 1. В и 1. В соответственно которые не согласуются с приведенными выше оценками, но зато хорошо согласуется с известной величиной 1. В . Следовательно, применение оценок вполне приемлемых при описании процессов нанесения металла на металл в случае эпитаксии является неудовлетворительным. Перейдем к обсуждению результатов по гомоэпитаксии на стабилизированной поверхности 4x2. Эта реконструкция не используется в росте пленок для практического применения, однако, для понимания кинетики встраивания мышьяка исследование роста на этой реконструкции является исключительно информативным. В данном случае валовая скорость роста определяется давлением мышьяка и температурой образца, что позволяет проанализировать кинетическую схему процесса и оценить константы элементарных стадий. Как мы уже отмечали первые значительные экспериментальные результаты были получены i . Авторы измерили скорость роста мри различных температурах и давлениях 4, обнаружили резкий переход от кинетического режима с сильной зависимостью скорости от температуры к режим роста не зависящему от температуры. Авторы указали, что при высокой температуре скорость роста резко уменьшается изза большою десорбционного потока 4. К сожалению, столь существенные экспериментальные результаты авторами не были объяснены, то есть не поегроена кинетическая модель роста и не проведена оценка констант. Авторы ограничились качественными представлениями. Некоторые количественные данные по энергиям активации ряда констант были получены в исследованиях группы В . Л. Было обнаружено, что коэффициент инкорпорирования в раз меньше для граней 0 и 1А, чем для 1. В , а для граней ПО и 1 А 0. В , то есть одинакова. Скорее всего, и сами величины барьеров десорбции и встраивания для этих граней одинаковы. Более того, время жизни мышьяка в промежуточном хемосорбированном состоянии определяется именно указанной разницей в величинах барьеров, а не барьером десорбции. По нашему мнению, различие скорости роста определяется различием в предэкспоненциальных факторах констант встраивания, а не величин барьеров. Детально мы рассмотрим данный факт в главе 6. Кроме того, при построении кинетической схемы авторы не учли мономолекулярный десорбционный поток Аь В силу этого кинетическая схема оказалась применимой только для области относительно низких температур и высоких давлений мышьяка. Отмстим работы но отражательной массспектрометрии для кинетических исследований гомоэпитаксии ОаАя из пучков Оа и А . Авторы обнаружили осцилляции отраженного от поверхности потока Аз4, период которых совпал со временем заполнения одного монослоя как и в ДЭВЭО. Однако, амплитуда этих осцилляций мала и, повидимому, использоват ь их для получения кинетической информации затруднительно. Кинетическая модель построеная авторами слишком упрощенная . Модель состоит из двух стадий первая это единый акт адсорбциидиссоциациивстраивания А, вторая стадия это десорбция мышьяка с поверхности.