3.1.2. Молекулярно-лучевая эпитаксия

Молекулярно-лучевая эпитаксия появилась как развитие метода химического осаждения пленок в сверхвысоком вакууме. При молекулярно-лучевой эпитаксии реагенты вводятся в рабочую камеру в виде молекулярных или атомных потоков. Эти потоки формируются путем испарения материала внутри замкнутой ячейки с очень малым выходным отверстием. Она называется эффузионной или ячейкой Кнудсена. Испаренные внутри нее молекулы и атомы, выходя из отверстия в сверхвысокий вакуум, движутся без соударений (баллистически), создавая, таким образом, направленные, хорошо коллимированные потоки частиц.

Для молекулярно-лучевой эпитаксии обычно используют несколько эффузионных ячеек - по одной на каждый конгруэнтно испаряющийся (без нарушения стехиометрии) материал. Кроме ячеек, для осаждения собственно материалов должны присутствовать также источники легирующих примесей. Наряду с испарением осаждаемого материала внутри эффузионной ячейки, молекулярные потоки могут формироваться по такому же принципу и из паров или газообразных соединений. Для этого их вводят в сверхвысоковакуумную камеру через специальные подогреваемые сопла.

Конструкция типичной установки для молекулярно-лучевой эпитаксии схематически показана на рис. 3.2. Ее основными частями (помимо уже упомянутых эффузии-онных или газовых ячеек) являются подогреваемый подложкодержатель и система мониторинга процесса осаждения. Все эти устройства размещены в сверхвысоковакуумной камере.

Рис. 3.2. Схема простейшей установки МЛЭ:

1 – держатель образца с нагревателем, 2 – образец,

3 – масс-спектрометр, 4 – эффуционная ячейка,

5 – заслонки, 6 – манипулятор, 7 – электронная пушка,

8 – люминесцентный экран

Конденсация атомов и молекул на нагретой подложке в требуемых стехиометрических соотношениях представляет достаточно сложную задачу. Однако проведение осаждения в сверхвысоком вакууме позволяет использовать современные методы ионного и электронного исследования твердого тела непосредственно в процессе осаждения или после его завершения.

Молекулярно-лучевая эпитаксия широко применяется для формирования высококачественных сверхрешеток.

Преимущества метода:

1. Низкая температура процесса. Снижение температуры процесса уменьшает диффузию примеси из подложки и автолегирование. Это позволяет получать качественные тонкие слои.

2. Высокая точность управления уровнем легирования. Легирование при использовании данного метода является безинерционным (в отличие эпитаксии из газовой фазы), что позволяет получать сложные профили легирования.

3.2. Нанолитография

Литографическими процессами определяется минимальные размеры элементов интегральных микросхем. Эта область технологии постоянно развивается, чтобы отвечать все возрастающим требованиям микро- и наноэлектроники. В нанометровом диапазоне размеров используют два основных технологических подхода. Первый берет свое начало от микроэлектронной технологии и основан на оптической, рентгеновской и электронно-лучевой литографии. Уменьшение длины волны света при экспонировании фоторезиста (а также использование рентгеновского излучения и электронных потоков) обеспечивает создание рисунков с размером элементов менее 100 нм. Другой подход является типично нанотехнологическим, поскольку основан на использовании сканирующего зонда - инструмента, обладающего самым высоким разрешением и позволяющего манипулировать даже отдельными атомами.