Компьютерное моделирование эволюции поверхности и захвата примеси при кристаллизации из молекулярного пучка

• Автор: Филимонов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 119 с.

Содержание
Введение
1 Механизмы формирования микрорельефа поверхности при кристаллизации из молекулярного пучка (обзор литературы)
1.1 Послойный рост кристалла. Элементарные процессы роста
1.2 Особенности кристаллизации по механизму образования зародышей 2Б-островков
1.2.1 Модели зародышевого роста
1.2.2 Экспериментальные данные
1.3 Рост с участием примеси
1.3.1 Захват и сегрегация примеси
1.3.2 Влияние примеси на рост кристалла
1.4 Заключение к главе
2 Моделирование роста двумерных островков при кристаллизации из молекулярного пучка
2.1 Описание модели
2.1.1 Уравнение непрерывности. Разрастание 2Б-островков
2.1.2 Образование зародышей 2Б-островков
2.1.3 Процедура моделирования
2.1.4 Параметры моделирования
2.2 Статистика зародышеобразования при кристаллизации из молекулярных пучков
2.2.1 Образование зародышей на сингулярной поверхности
2.2.2 Учет влияния вицинальных ступеней
2.2.3 Образование зародыша на вершине растущего 2Б-ос-
тровка
2.3 Динамика формирования микрорельефа поверхности
2.3.1 Анализ формы ДБЭ-осцилляций
2.3.2 Анализ времени затухания ДБЭ-осцилляций
2.4 Заключение к главе

3 Кинетика захвата и сегрегации примеси при росте двумер-
ных кристаллических островков
3.1 Основные уравнения
3.2 Профили легирования
3.3 Поверхностная сегрегация и размытие профиля легирования
3.4 Заключение к главе
4 Формирование микрорельефа поверхности при кристаллизации из молекулярных пучков с участием сурфактантов
4.1 Механизмы влияния сурфактантов на процессы роста
4.2 Влияние блокирования изломов на эволюцию поверхности при МЛЭ
4.2.1 Кинетические коэффициенты
4.2.2 Влияние блокирования изломов на образование зародышей на вершине 2Б-островка
4.2.3 Влияние блокирования изломов на развитие микрорельефа поверхности
4.3 Заключение к главе
Заключение
Литература

Введение
В последние годы наиболее значительные успехи в области физики полупроводников связаны с созданием или использованием структур с пониженной размерностью. Уникальные электрофизические свойства систем с квантовыми нитями, квантовыми точками и легированными слоями открывают возможности создания принципиально новых полупроводниковых приборов. Основным методом получения низкоразмерных структур в настоящее время является молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Этот метод, в сочетании с методами т-вйи контроля состояния поверхности, такими как дифракция быстрых электронов и сканирующая туннельная микроскопия, позволяет выращивать структуры атомного масштаба. Однако на пути управляемого синтеза таких структур стоит ряд проблем, связанных с недостаточным пониманием закономерностей формирования микрорельефа поверхности при росте. На частичное восполнение имеющихся пробелов и направлена данная работа.
Следует отметить, что основные закономерности которым подчиняется рост кристаллов из пара, в настоящее время достаточно хорошо изучены. Так, известно, что при типичных условиях кристаллизации полупроводников из газовой фазы реализуется послойный рост [1-3]. Согласно общим принципам послойного роста, встраивание атомов в кристалл происходит в изломах на ступенях, а их доставка к изломам осуществляется за счет поверхностной диффузии [1,4]. При этом, в зависимости от условий кристаллизации и разориентации подложки послойный рост может идти либо по механизму перемещения вицинальных ступеней, либо по механизму

области малых Т. Это может быть следствием предположения об однородном распределении примеси по поверхности кристалла, которое использовалось в работах [58,62]. В области низких температур кристаллизации это предположение необоснованно, так как при понижении температуры адато-мы примеси становятся менее подвижными и должны накапливаться перед движущейся ступенью. При этом распределение примеси в адсорбционном слое будет неоднородным.
Кинетическая модель, последовательно учитывающая эффект оттеснения примеси движущейся ступенью, была предложена в работах [63,64]. В этой модели процессы адсорбции, десорбции, и поверхностной диффузии адатомов примеси, а также их перескоки через ступени и блокирование в изломах атомами основного вещества описывались самосоглассованным образом, что позволило получить точные выражения для стационарного распределения примеси в адслое, стационарной концентрации примеси в объеме кристалла, размытия профиля легирования, а также выражение для коэффициента встраивания примеси в кристалл. Было показано, что в случае низких температур кристаллизации эффект оттеснения примесных атомов ступенью может быть причиной наблюдаемых экспериментально [59,65] немонотонной (с максимумом) зависимости размытия профиля легирования Д от температуры Т и уменьшения Д с увеличением скорости роста Р.
Следует отметить, что аналитическая модель, развитая в работах [63,64], не может быть применена к случаю роста по зародышевому механизму, поскольку описывает захват и сегрегацию примеси при росте эшелона прямолинейных эквидистантных ступеней. Для более полного понимания закономерностей захвата и сегрегации примеси при росте 21)-островков необходима разработка теоретических моделей, которые бы учитывали периодическое изменение микрорельефа поверхности, характерное для данного механизма кристаллизации.
До последнего времени исследования особенностей захвата и сегрегации