95

обусловленный анизотропной деформацией зародыша и подложки. Как пока-

зывают расчеты, увеличение несоответствия параметров решеток приводит к увеличению rкр и DGкргет зародыша. При небольших несоответствиях образуются только такие зародыши, ориентация которых уменьшает несоответствия парамет-

ров решеток, а при очень больших несоответствиях возможно зародышеобразова-

ние с другими ориентациями.

3.2 Механизм и кинетика роста кристаллов

Поверхности граней идеальных кристаллов по своейатомной структуре

подразделяются на три типа: сингулярные, вицинальные и несингулярные (или диффузные).

Сингулярными, называют атомно-гладкие грани, в идеальных условиях не имеющие никаких ступеней. Сингулярные грани по сравнению с другими обла-

грани из-за существования ступеней характеризуются более высокой поверхно-

стной энергией, чем сингулярные грани.

Несингулярныеграни составляют достаточно большие углы с сингуляр-

ными и соответственно имеют уже достаточно высокую концентрацию ступе-

ней. Эти грани обладают наибольшей свободной поверхностной энергией.

96

В зависимости от состояния растущей поверхности механизм роста -кри сталлов может быть послойным и нормальным.

Послойный ростосуществляется на сингулярных и вицинальных гранях.

Атом, попадающий на поверхность растущего кристалла, наиболее прочно свя-

зывается в изломе ступени(поз. 3 на рис. 3.3), так как в этой позиции(если в качестве примера рассматривать простую кубическую решетку) связи у атома образуются с тремя из шести ближайших соседей. В то же время на самой сту-

пени (поз. 2 на рис. 3.3) связи образуются лишь с двумя, а на гладкой грани

(поз. 1 на рис. 3.3) только с одним из таких соседей. Атом, поступающий из внешней фазы на поверхность кристалла, отдает часть своей энергии решетке и,

попадая в поле действия сил связи поверхностных атомов кристалла, переходит в адсорбированное состояние. В обычных условиях роста адсорбированные атомы обладают еще достаточным запасом энергии, чтобы передвигаться по

поверхности кристаллов. Прежде чем испариться вновь или присоединиться к кристаллу, атом проходит по поверхности средний миграционный путь, со-

ставляющий несколько сотен межатомных расстояний. Следовательно, хотя ве-

роятность попадания атома из внешней фазы в изломы на ступеньках чрезвы-

чайно мала, атомы достигают их путем поверхностной диффузии к ступенькам и далее, передвигаясь вдоль них до изломов, встраиваются в кристалл. Когда ряд завершается, атом должен присоединиться к ступени, образовав тем самым излом. Зарождение излома требует более высокого пересыщения, поскольку ад-

сорбированный атом на ступени образует связи только с двумя ближайшими соседями.

После заполнения мономолекулярного слоя требуются значительно большие пересыщения для зарождения нового слоя путем образования двух-

мерного зародыша. Так, если в обычных условиях роста для движения ступени достаточны пересыщения порядка долей единиц процен, тоа образование двухмерного зародыша происходит при пересыщениях порядка десятков про-

центов.

97

Опытная проверка изложенной теории показала, что она справедлива при описании процесса роста идеальных кристаллов, не имеющих на поверхности

роста дефектов, что в реальных условиях выращивания кристаллов наблюдает-

ся очень редко. В большинстве случаев кристаллы растут с измеримыми скоро-

стями даже при очень малых пересыщениях. Это может объясняться тем, что такие кристаллы имеют на поверхности роста постоянно действующий источ-

возникающей благодаря винтовой дислокации, также имеются изломы вследст-

вие существования флуктуации пересыщения во внешней фазе. Адсорбирован-

ные атомы диффундируют к ступени, а затем к изломам, где они встраиваются в решетку кристалла, в результате чего ступень двигается. Поскольку один ко-

нец ступени фиксируется в точке выхода дислокации, то ступень может дви-

гаться только путем вращения вокруг этой точки.

Нормальный росткристаллов осуществляется на несингулярных гранях.

Эти грани, будучи атомно-шероховатыми, равномерно покрыты изломами, и

присоединение новых частиц происходит на них практически в любом месте;

количество изломов не лимитирует скорость кристаллизации, и грани растут перпендикулярно самим себе, т.е. осуществляется «нормальный» механизм роста. Вследствие этого процесс роста несингулярных граней идет непрерывно при любых пересыщениях.

98

С помощью различных внешних воздействий на растущий кристалл и среду, из которой он растет, можно значительно интенсифицировать процессы роста кристаллов, повысить степень совершенства их структуры, снизить тем-

пературы кристаллизации и управлять процессами легирования. Стимулировать ростовые процессы можно с помощью облучения растущего кристалла элек-

тромагнитным излучением и воздействием на него электрическим или акусти-

ческим полем.

Под действиемэлектромагнитного излучения молекулы питающей среды могут переходить в возбужденное (активированное) состояние или распадаться.

Так, облучение кристаллов кремния, растущих из газовой фазы, ультрафиоле-

товыми лучами в диапазоне длин волн λ=230÷370 нм позволяет снизить темпе-

ратуры процесса и увеличить скорости роста кристаллов. Подбором длины волны излучения можно селективно действовать как на систему в целом, так и на отдельные молекулы и даже на отдельные участки или связи молекулы, час-

тоты колебания которых находятся в резонансе с частотой излучения, т.е. при-

менение монохроматических источников света(например, лазеров) позволяет не только повысить эффективность облучения, но также достичь определенной избирательности по отношению к отдельным стадиям процесса или реакциям.

Воздействиеэлектрического поля (однородного, переменного) может стимулировать процессы роста как за счет интенсификации процессов переноса массы, так и за счет активации процессов на поверхности роста. Так, при вы-

ращивании кристаллов из газовой фазы под действием электрического поля происходит поляризация молекул газовой фазы и хемосорбированного слоя,

что в свою очередь стимулирует процессы переноса, как к растущей грани, так и по ее поверхности. Кроме того, деформация адсорбированных комплексов в электрическом поле (в частности, при росте кристалла путем химического оса-

ждения из газовой фазы) изменяет энергию активации их распада и тем самым интенсифицирует процесс застройки растущей поверхности, увеличивая ско-

рость ее роста в отдельных случаях до двух порядков.