Особенности взаимодействия молекулярных пучков с поверхностью кремния в условиях выращивания слоев методом вакуумной химической эпитаксии

• Автор: Смыслова, Татьяна Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Особенности газофазной вакуумной эпитаксии слоев кремния с использованием источников высокочистых гидридов (обзор)
§ 1.1. Достоинства и перспективы использования высоковакумных газофазных методов для выращивания 810е/81 гетероструктур
§ 1.2. Особенности взаимодействия молекулярных пучков с эпитаксиальной поверхностью кремния
§ 1.3. Молекулярные механизмы адсорбции гидридов поверхностью кремния
Основные результаты главы 1
Г лава 2. Кинетика взаимодействия молекулярных пучков с поверхностью в условиях вакуумного ростового процесса
§ 2.1. Общие уравнения кинетики пиролиза молекул гидридов на поверхности 81
§ 2.2. Кинетика распада молекул гидридов на поверхности кремния в условиях стационарного ростового процесса
§ 2.3. Десорбция водорода с поверхности в условиях роста слоя
§ 2.4. Взаимосвязь скорости распада молекул гидридов с другими кинетическими параметрами
Основные результаты главы 2
Глава 3. Температурные зависимости скорости пиролиза молекул и скорости роста пленок при распаде молекул силана и дисилана
§3.1. Температурная зависимость скорости распада молекул моносилана
§ 3.2. Особенности температурной зависимости скорости распада молекул дисилана 107 § 3.3. Зависимость скорости роста пленки 81 от скорости распада молекул гидрида 113 Основные результаты главы 3
Глава 4. Механизмы и особенности наращивания слоев в установке вакуумной химической эпитаксии с источниками молекулярных потоков на базе высокочистых гидридов кремния и углеводородов
§ 4.1. Проблемы и перспективы использования углеродных соединений в эпитаксии кремний-германиевых гетерокомпозиций
§ 4.2. Особенности низкотемпературного выращивания углерод содержащих наноструктурированных гетерокомпозиций в вакууме из источниками молекулярных потоков гидридов и углеводородов
§ 4.3. Особенности механизма карбидообразования в методе вакуумной химической эпитаксии

Основные результаты главы 4.
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Эпитаксиальный рост современных кремниевых структур при пониженных температурах базируется сегодня в основном на методе вакуумной газофазной эпитаксии с гидридными источниками молекулярных потоков [1]. Использование в эпитаксиальном процессе гидридов кремния с меньшей энергией диссоциации молекул, чем у хлоргидридов [2], обеспечивает возможность проведения эпитаксиального процесса при более низких температурах и более низких скоростях роста, позволяя выращивать гетероструктуры, не уступающие по своим характеристикам структурам, полученным методом традиционной МВЕ с атомарными пучками атомов кремния и германия [3]. Специфические закономерности, наблюдаемые при взаимодействии молекулярных пучков гидридов с поверхностью 81 в диапазоне ростовых (400°С < Т„г < 800°С) температур и связанные с особенностями протекания физико-химических процессов на эпитаксиальной поверхности, остаются, однако, несмотря на проявляемый к ним интерес, до конца еще не понятыми. Очевидно, что успешное решение проблемы низкотемпературной гетероэпитаксии в реакторе вакуумной газофазной технологической установки предполагает проведение непосредственно в процессе выращивания структуры прецизионного контроля концентраций продуктов пиролиза молекул рабочих газов, адсорбируемых эпитаксиальной поверхностью. Контроль концентрации адсорбируемых фрагментов молекул на поверхности роста пленки, в свою очередь, невозможен без детального понимания кинетики и энергетики протекающих на поверхности роста физико-химических процессов. Решение этой задачи, однако, сильно осложнено, с одной стороны, многообразием и сложностью реакций, протекающих на горячей поверхности при взаимодействие с ней молекулярных пучков, с другой -проблематичностью во многих случаях использования ранее разработанных и прошедших успешную апробацию в вакуумной технике методов контроля чистой поверхности. Все это делает чрезвычайно актуальным не только разработку методик анализа характеристик поверхности в условиях выращивания эпитаксиальных структур из молекулярных пучков вакуумным гидридным методом, но и обусловливает необходимость детальной проработки механизмов взаимодействия пучков разнообразных молекул, используемых в эпитаксиальном процессе, с поверхностью кремния.

На реконструированной поверхности кремния атомы в смежных рядах "разделяются на пары", формируя плоскость (2x1) димеров. В результате этого на каждом поверхностном атоме кремния образуется одна свободная связь. В моногидридной фазе на поверхности кремния 81(100) на каждый поверхностный атом кремния приходится один атом водорода, обусловливая насыщение свободных поверхностных связей и сохранение реконструкции (2x1). При более высокой степени покрытия часть связей кремниевых димеров разрушается, обусловливая появление дигидридной фазы.
В литературе традиционно принято считать, что десорбция водорода с поверхности является процессом второго порядка, то есть соответствующее уравнение для поверхностной концентрации вн, входящее в систему кинетических уравнений, имеет вид:
Здесь ка - коэффициент десорбции водорода с поверхности, определяемый соотношением^ = ехр(-ЕУкдТ). График зависимости величины 1/6н(0 от времени, в этом случае является линейной функцией. Для уравнения (1.3) с линейной правой частью:
искомое решение становится пропорциональным п0ц{1). Сопоставление полученных соотношений с соответствующими экспериментальными зависимостями [71], показало лучшее совпадение с экспериментом решения, найденного из уравнения первого порядка (1.4), описывающего процесс десорбции водорода на поверхности 81(100) из моногидридной фазы.
dOn/dt — кавн ■
(1.3)
dOtf/dt — кдОн
(1.4)

1 X 1 О3. К~ ' Т
Н~ : Е , = 47 kcal/mol

l-j" = 7.9 » 10" s~'
02:^^ = 47 kcal/mol
Л 0 = 5Л x IO1 1 s“1

Рис.6. Кривые Аррениуса для десорбции Нг и Бг с поверхности 81(100). Энергии активации Еа и предэкспоненциальные множители коэффициентов десорбции соответственно равны : Еа= 2,04 ± 0,13 эВ;
Уа(Н2) = 7.9х Ю11 и и/£>2) = 5.6хЮпс1[71].