Влияние геометрических и температурных факторов на сублимационный массоперенос в микроразмерных ростовых ячейках : технологические аспекты

• Автор: Чеботарев, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Общие сведения о методе

зонной сублимационной перекристаллизации

1.2. Развитие исследований сублимационного осаждения слоев

при малых расстояниях между источником и подложкой.

1.3. Сравнительная характеристика метода ЗСП

и родственных методов.

1.4. Материалы источников для ЗСП.

1.5. Модели массопереноса при ЗСП.

1.5.1. Интегральная модель.

1.5.2. Диффузионная модель.
1.5.3. Атомнокинетическая модель
1.6. Экспериментальные исследования и применение процесса ЗСП
1.7. Заключение и выводы
ГЛАВА 2 ТЕОРИЯ СУБЛИМАЦИОННОГО МАССОПЕРЕНОСА В МИКРОРАЗМЕРНЫХ РОСТОВЫХ ЯЧЕЙКАХ
2.1. Сублимационная перекристаллизация
в ростовой зоне произвольной геометрической конфигурации
2.2. Физические основы и математический аппарат атомнокинетической модели массопереноса при ЗСП.
2.2.1. Сублимация вещества.
2.2.2. Массоперенос через ростовую зону
2.2.3. Взаимодействие атомов с границами ростовой зоны.
2.3. Моделирование массопереноса при ЗСП
в ростовых зонах разной геометрической конфигурации.
2.3.1. Плоскопараллельная ростовая зона
2.3.2. Цилиндрическая ростовая зона
2.3.3. Ростовая зона с элементами рельефа
2.4. Влияние температурных условий процесса ЗСП на массоперенос.
2.4.1. Зависимость скорости ЗСП от перепада температур
на фазовых границах ростовой зоны
2.4.2. Краевой температурный эффект
2.4.3. Анализ температурных условий
контролируемого ростатравления нанослоев
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДИК ИССЛЕДОВ АНИЯ СВОЙСТВ ОСАЖДАЕМЫХ СЛОЕВ.
3.1. Разработка экспериментального оборудования.
3.1.1. Вакуумная система и рабочая камера установки
3.1.2. Выбор материала технологической оснастки.
Изготовление унифицированных держателей
3.1.3. Конструирование нагревательных устройств.
3.1.4. Измерение температурных параметров процесса
3.1.5. Температурновременные режимы
3.2. Источники и подложки, используемые
для экспериментальных исследований
3.2.1. Выбор модельных материалов.
3.2.2. Разработка конструкции источников
3.2.3. Изготовление подложек
3.3. Методика исследования структуры и свойств осаждаемых слоев.
3.3.1. Изучение слоев методами сканирующей зондовой микроскопии и рентгеновского микроанализа.
3.3.2. Измерение распределения толщины осаждаемых слоев
3.3.3. Изготовление АСМзондового датчика с карбоновым вискером для исследования наноразмерных эпитаксиальных слоев.
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ НА МАССОПЕРЕ1 ЮС ПРИ ЗСП
4.1. Общие замечания
4.2. Получение моно и поликристаллических слоев методом ЗСП
4.2.1. Исследование влияния геометрических и температурных факторов на процесс ЗСП в плоскопараллельной ростовой зоне
4.2.2. Изучение структурных свойств эпитаксиальных слоев
4.3. Изготовление вакуумтермической оснастки методом ЗСП
4.3.1. Металлизация внутренней поверхности цилиндрических тел
4.3.2. Нанесение высокотемпературных металлов
на поверхность графитовых нагревателей
4.3.3. Исследование свойств высокотемпературных
защитных покрытий
4.4. Физикотехнические исследования методом ЗСП
4.4.1. Методика определения скорости сублимации высокотемпературных материалов.
4.4.2. Расчет давления паров тугоплавких металлов.
4.5. Компьютерное прогнозирование технологических процессов
4.6. ЗСП как метод получения наноразмерных эпитаксиальных слоев.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


В том случае, когда молекулярные потоки, обусловленные сублимацией, имеют своим источником одно твердое тело, а конденсация из этих потоков происходит на поверхности другого тела, можно говорить о перекристзлизации вещества. В принципе такой процесс имеет место в любой системе тел. Целенаправленное же создание условий для контролируемого и достаточно интенсивного процесса перекристаллизации приводит к совокупности родственных методов получения кристаллов, в том числе в виде кристаллических слоев вещества различного состава. При этом тело, теряющее вещество, именуется источником, а тело, на поверхности которого происходит конденсация, подложкой. Если область пространства, в которой осуществляется массоперенос между источником и подложкой, ограничена, в основном, поверхностями самих этих тел и образует некоторую зону массопереноса, то можно говорить о методе зонной сублимационной перекристаллизации сокращенно ЗСП. Метод представлен в литературе в различных своих модификациях, различие между которыми обусловлено, главным образом, спецификой в свойствах перекристаллизуемого вещества. В простейшем случае метод зонной сублимационной перекристаллизации характеризуется использованием плоскопараллельных пластин сублимирующегося источника 1 и подложки 2 см. ГТХТг 0 и выполнением условий
где расстояние между источником и подложкой, Я радиус подложки, длина свободного пробега молекулы в зоне. Т1 1
Рисунок 1. В ростовой ячейке 3 происходят процессы массопереноса, включающие перенос основного вещества тел 1 и 2, перенос примесей, растворенных в них, а также перенос молекул из внешней среды 4. Указанные процессы проявляются, вопервых, в перемещении фазовых границ 1 и 2, вовторых, в захвате обеими поверхностями примесей друг друга, а также примесей из внешней среды, втретьих, в выносе части основного вещества и примесей за пределы ростовой зоны. Если 7 Т2, то происходит непрерывное сублимационное травление поверхностей источника и подложки, в результате чего межфазные границы удаляются друг от друга, перемещаясь в противоположные стороны, и величина увеличивается. При 7 Т2 может идти рост слоя на подложке за счет материала источника, и обе межфазные границы перемещаются в направлении градиента температуры. Перенос основного вещества и примесей от источника к подложке преобладает над остальными процессами переноса. Хэндельман Е. Т. и Повилонис Е. И. 1. Небольшие размеры подложек обеспечили в этом случае значения параметра 0,5 . Л.Н. Александрова, Р. Н. Ловягина и др. ЗСП для получения атомарночистых поверхностей кристаллов. В работе 3 изучалась температурная зависимость скорости роста слоя при 0,. В.А. Толомасовым с сотр. Я мм и обращено внимание на повышение эффективного вакуума в ростовой зоне между близко расположенными источником и подложкой 0,. Мысль о целесообразности сублимационного переноса при 1. В.Ф. Дорфманом 5. Им описаны некоторые из особенностей ЗСП. Однако, анализ полученных в 5 результатов рассмотрен автором лишь для значения 0,1. ЗСП были исследованы на примере С. В. Лозовским с соавторами 6. ЗСП. В работах , авторы изучали массоперенос вещества в вакуумном микрозазоре 0,1, созданном поверхностями двух пластин кремния. Одновременно эти пластины служат электродами, между которыми создается разность потенциалов. Таким образом, перенос ростового вещества происходит в электрическом поле большой напряженности. В работах проведены исследования сублимационного массопереноса на примере Бе, Б, Ег при использовании однородных сплошных и дискретных источников. Теоретические рассмотрение процесса ЗСП проводилось на основе атомнокинетической модели , которая позволила разработать методику компьютерного прогнозирования технологических процессов для плоскопараллельной ростовой зоны . Однако систематические исследования переноса вещества при ЗСП в ростовых зонах сложной геометрической конфигурации не проводились. Работы 6, являются для нас основополагающими, поскольку из них вытекают основные задачи для исследования влияния геометрических и температурных факторов на перенос вещества в ростовых зонах разной конфигурации при ЗСП.