Закономерности капиллярного формообразования нитевидных кристаллов кремния

• Автор: Сушко, Татьяна Ивановна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 142 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫРАЩИВАНИЯ НК КРЕМНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

1.1. Особенности кристаллизации нитевидных кристаллов по механизму паржидкость кристалл ПЖК
1.2. Анализ современных представлений о капиллярном формообразовании НК и кристаллов, получаемых из расплавов

1.3. Перспективы получения НК с заданной формой и свойствами

1.4. Заключение, формулировка цели и задач исследования

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2Л. Газофазное выращивание НК кремния

2.2. Методические особенности морфологических исследований формы профилей боковой поверхности НК кремния

2.3. Методика измерения углов роста .

2.4. Структурная схема и программа расчета зависимости конусности НК кремния от радиуса
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ НК КРЕМНИЯ, РАСТУЩИХ ПО ПЖКМЕХАНИЗМУ
3.1. Закономерности формообразования НК кремния на начальной стадии роста и постоянство угла роста
3.2. Способ определения угла роста нитевидных кристаллов кремния
3.3. Закономерности формообразования НК кремния на стадии цилиндрического роста
3.3.1. Соотношение поперечных размеров капли, кристалла и угла роста
3.3.2. Скорость изменения радиуса кристалла при нестационарном росте
3.3.3. Морфологическая неустойчивость роста НК кремния
3.3.4. Радиальная неустойчивость роста микронных кристаллов
3.3.5. Устойчивость роста НК кремния
4. УТОЧНЕННЫЙ МЕХАНИЗМ РОСТА И ГАБИТУСНОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ НК КРЕМНИЯ ПОСТОЯННОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
4.1. Образование НК постоянного диаметра
4.2. Связь формы боковой поверхности НК кремния с формой капли и углом роста
4.3. Габитусное профилирование НК кремния в процессе роста
4.4. Уточненный механизм ПЖК роста
4.5. Практические рекомендации по управлению габитусом НК кремния
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Апробаиия работы. Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Актуальные проблемы твердотельной электроники» (Таганрог, ), 1-й и 2-й Всероссийских конференциях по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния (Москва , ), 4-й Всероссийской конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции» (Красноярск, ), 1-м Всероссийском семинаре «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» (Воронеж, ). Публикации. По материалам диссертации опубликовано работ, получен патент на изобретение. Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 4 наименований. Основная часть содержит 2 страницы, в том числе рисунков, 2 таблицы и 2 приложения. Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в разработке методики определения угла роста по параметрам конусовидного пьедестала НК кремния, комплексном исследовании и установлении основных закономерностей капиллярного формообразования НК кремния, их анализе, обработке полученных результатов средствами вычислительной техники, их обсуждении и подготовке научных публикаций. В году учеными Вагнером и Эллисом был открыт механизм кристаллизации из газовой фазы при посредничестве жидкой - пар-жидкость-кристалл (ПЖК), который совершил “революцию” в понимании процессов роста НК. Основы этого механизма, экспериментальные данные по росту НК представлены в работах [1- и др. Е.И. Гиваргизовым в [3], показавшим, что ПЖК-механизм -универсален и эффективен как основа для разработки управляемых методов выращивания. Суть его состоит в следующем. На монокристаллическую пластину, например, кремния с ориентацией {1} наносят частицу металла (меди, платины, золота). При нагреве кристаллической подложки кремния до температур выращивания НК, находящаяся на ней частичка металла образует каплю раствора-расплава кремния в металле в соответствии с фазовой диаграммой металл-кремний. Если над образовавшейся таким образом каплей расплава пропускать реакционную смесь, например Б1С + Н2, то на поверхности капли начнет выделяться кремний, раствор окажется пересыщенным, и избыток кремния будет кристаллизоваться на границе жидкость-кристалл, т. Таким образом, торец кристалла оказывается в преимущественном положении по сравнению с другими его частями. В результате капля поднимется над подложкой, под ней будет расти столбик кремния, причем радиус кристалла определяется размерами капли. Вагнер с сотруд. НК, т. С) они образуют с кремнием жидкий раствор. Схема действия ПЖК-механизма для роста НК кремния в системе кремний-золото приведена на рис. При стационарном росте вблизи поверхности жидкость-газ концентрация кремния в расплаве будет характеризоваться некоторой величиной Су, а вблизи поверхности жидкость-кристалл- С^ Разница Сь- Сь° определяет пересыщение, вызывающее зарождение и рост кристаллических слоев, а разница Су-Сь - градиент концентраций, вызывающий диффузию атомов кремния через слой жидкой фазы. ПЖК-процесс позволяет выращивать монокристаллы при значительно более низких температурах, и с более высокими скоростями, чем эпитаксия из газовой фазы, эти особенности привели к предположениям о каталитической активности капли раствора-расплава. Однако механизм «катализа» вершинной каплей не вполне ясен. Если рост НК контролируется атомно-молекулярными процессами в капле, то высокий коэффициент аккомодации молекул на ее поверхности не может быть ключевым параметром, т. Поэтому необходимо более детальное изучение процессов, происходящих вблизи трехфазной границы. В настоящее время ПЖК - механизм является общепризнанным для роста НК различных материалов, в литературе опубликованы сотни работ посвященных этой проблеме [1-]. Именно на основе этого механизма решаются задачи управляемого получения НК с заданными свойствами, строятся различные теоретические модели. В процессе роста по ПЖК - механизму выделяют три стадии: начальную, стадию аксиального роста и конечную [3]. Рис.