1.6. Получение тонких пленок
Толщина образующейся пленки в первом приближении оценивается по формуле
h = Р / 4 lмп2 , (7.3)
где h - толщина пленки; P - вес испарившегося вещества; - удельный вес испаряемого вещества; lм.п - расстояние между подложкой и мишенью. Кроме того, толщина пленки зависит, как сказано выше, от степени разряжения вакуумной камеры, от наличия примесей в пленке, состава остаточных газов и угла разлета частиц пара. На рис.7.12 представлены зависимости h для постоянного lм.п , ширины диаграммы разлета плазмы 2 и толщины слоя мишени zи, испаренного за один импульс от ин-
тенсивности лазерного излучения.
Рис. 7.12. Зависимость максимальной толщины пленки h, глубины кратера на поверхности мишени (толщины испаренного слоя) zи и ширины диаграммы разлета продуктов испарения от плотности потока излучения Io
Из рисунка хорошо виден эффект экранировки поверхности мишени плазмой (по излому зависимости h (Iо)), по этой же причине величина
zи пропорциональна I1/2 , а в то же время 2 ~ Iо , так как диаграмма разлета напрямую зависит от количества запасенной энергии.
1.7. Эпитаксиальные пленки
В классическом смысле эпитаксия - это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Она широко используется в микроэлектронике (интегральные схемы, полупроводниковые приборы), в квантовой электронике (полупроводниковые лазеры), в вычислительной технике и т.д. В этом процессе кристаллическая поверхность подложки является катализатором для осаждающихся атомов. Она ориентирует рост кристаллической пленки, определяет тип кристаллической решетки, что позволяет получить однородный кристаллический слой.
Наиболее важным преимуществом лазерного испарения при эпитаксиальном наращивании пленки является сохранение стехиометрического состава сложных соединений. Это достигается высокой интенсивностью излучения, позволяющего испарить все компоненты соединения или сплава в эрозионном слое за время, более короткое, чем характерное время летучести наиболее легких элементов.
Второй особенностью является появление дополнительных центров кристаллизации при облучении подложки быстрыми ионами (см.рис.7.6, 7.10), что позволяет выращивать эпитаксиальные пленки при небольшой подвижности адсорбированных атомов и при относительно низких температурах эпитаксии Тэ, равных 250 - 300 оС.
Исследование процессов эпитаксии показало, что морфология растущего слоя в значительной степени зависит от температуры подложки. Отсюда появилось понятие критической температуры эпитаксии, которая,
тем не менее, сильно отличается для различных способов выращивания. Например, для пленок GaAs, наносимых на подложки из того же материала, Тэ имеет следующие величины в зависимости от способа получения (см. таблицу 7.2).
Такая разница объясняется различием энергий, с которыми частицы прилетают на подложку. Если энергия поступающих частиц и их количество являются оптимальными, то условие для эпитаксиального роста создаются независимо от температуры (даже при комнатной). Такая ситуация характерна для метода лазерного испарения
Таблица 2.
Способ получения пленок GeAs Температура эпитаксии, оС
Жидкофазный 700 - 900
Газофазный 650 - 1100
Молекулярно-лучевой 450 - 560
Лазерный 350 – 650