Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1314 вуза, 5343 предмета.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Адепт твердотельной электроники, последователь учений Михайлова Н.И. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"
Предмет:
Физико-химические основы технологии материалов электронной техники
Файл:

Презентации / ФХОТ Все Презентации

.pdf
Скачиваний:
76
Добавлен:
21.06.2024
Размер:
18.7 Mб
Скачать
☆

θ = 180 (область полного несмачивания, где σ1п ≤ σ 2п- σ12), Ф(θ) = 1.

Это обеспечивает максимальную (при данном пересыщении) работу образования критического зародыша

 

 

16π

σ

3

 

 

1

 

 

 

G*

 

12

 

g

 

V *

 

 

 

v

3,max

 

3

g

2

 

2

 

3,max

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

подложка не оказывает влияния на рост зародыша, т. е. ситуация аналогична гомогенному зародышеобразованию. Критический зародыш на подложке имеет форму сферы и с равной вероятностью может образовываться как в объёме так и на подложке.

В области промежуточных контактных углов 0 < θ < 180 имеем Ф (θ)< 1. Это снижает работу образования критического зародыша по сравнению с гомогенным зародышеобразованием, так как

G3 G3, max ( )

Подложка оказывает каталитическое воздействие на рост 3-мерных зародышей, обеспечивая преимущественно гетерогенное зародышеобразование.

1,0

 

 

 

 

0,75

 

 

 

 

 

( )

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

0,25

 

 

 

 

0

45o

90o

135o

180o

 

 

 

 

 

Каталитическое влияние оказывают также поверхностные несовершенства подложки в виде ступеней. Работа образования критического зародыша в 900 ступени задается формулой

 

 

 

16

 

 

 

G

 

 

 

3

 

( )

 

 

 

 

*

 

 

12

 

 

3

 

3

g

2

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для ступени ∆G*3 всегда меньше, чем для плоской поверхности, а при краевых углах менее 450 вообще отсутствует энергетический барьер для роста зародышей в углу ступени. Следовательно, ступень более благоприятна для роста зародышей, нежели плоская граница.

θ = 0 (в области полного смачивания, где σ1п - σ2п≥ σ12) функция Ф(θ), а

вместе с ней и обращаются в нуль. Это соответствует полной «растекаемости» зародышевой фазы по подложке в виде монослоя, образование которого может происходить только по механизму двухмерного роста.

Модель двухмерного зародыша

Модель реализуется в форме плоского диска моноатомной высоты а с радиусом r, и характерна для анизотропных структур.

 

 

 

 

 

фаза 1

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

а

 

 

фаза 2

 

1п

2п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2r

 

 

 

 

 

 

подложка

 

G

π r 2a

g

v

v

 

 

Gs π r 2 σ12 π r 2 σ2п σ1п 2π r η

где ή— удельная свободная энергия моноатомной ступени высотою a

G Gs Gv 0r r

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

g

 

a (σ

σ

 

 

σ

 

)

 

 

 

 

 

 

v

2п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

1п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

 

 

 

π

2

 

 

 

 

 

 

1

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

g

 

a

(σ

 

σ

 

 

σ

 

 

)

2 a

2

 

 

v

12

2п

1п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A*2 - площадь поверхности ступени для дискообразного зародыша критических размеров

 

 

 

A

2 r a

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G*

 

16π σ3

 

(θ)

1

g V *

 

12

 

3

 

3

g

2

 

2

v

3

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основными различиями между формулами , выражающими работу образования трехмерного и двухмерного зародышей являются: разная зависимость от пересыщения и наличие в знаменателе слагаемого (σ12 + σ2п - σ1п), которое в зависимости от результирующего знака может увеличивать или уменьшать работу образования двухмерного зародыша.

Монослойный рост через двухмерные зародыши реализуется при так называемом

автоэпитаксиальном наращивании монокристаллической пленки на ориентиро-

ванной монокристаллической подложке того же материала, например кремния на

кремнии

 

 

 

 

Si

 

12

1п

 

 

 

 

 

1п

 

 

 

 

Si

 

 

2п

0

 

а

 

 

 

 

 

когерентное срастание

 

 

 

 

Si

 

12

1п

 

 

 

 

 

1п

 

 

 

 

Si

 

 

2п

0

 

б

 

 

 

 

 

некогерентное срастание

растет ориентированный зародыш,

строго продолжающий кристаллографическую ориентацию подложки. В этом случае граница между зародышем и подложкой как таковая исчезает.

G*

 

π 2

 

 

2, ориен

 

gv a

 

 

на границе раздела возникает небольшая кристаллографическая разориентация зародыша по отношению к подложке. Граница между зародышем и подложкой не исчезает.

G*

 

π 2

 

 

2, разор

 

gv a 2п

 

 

G*

 

16π

σ3

 

(θ)

1

g

V *

 

12

 

3

 

3

g

2

 

2

v

3

 

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

G*

 

 

 

 

 

 

2, ориен

 

 

g

 

a

 

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w w

 

 

 

G

 

exp

 

 

 

 

0

 

 

 

κT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

2

 

G*

 

 

 

2, разор

g

 

a

 

 

v

2п

 

 

 

 

 

 

 

 

при относительно небольших пересыщениях gv≥σ2п/a

G

G

2, разор

2, ориен

разориентированные зародыши растворяются в первичной фазе, а на подложке кристаллизуются ориентированные двухмерные зародыши, разрастающиеся в монокристаллическую пленку

при увеличении пересыщения gv>> σ2п/a

G

G

2, ориен

2, разор

образование как ориентированных, так и разориентированных зародышей становится равновероятным. Это нарушает процесс эпитаксиального роста и вместо монокристаллической пленки образуется поликристаллический слой.

При еще большем пересыщении возможна смена двухмерного механизма

зародышеобразования на трехмерный

*

1

G

 

3

g

 

2 v

*

1

 

G

 

 

2

g

 

 

v

 

 

 

 

 

G

G

*

*

3

2

 

 

трехмерный рост реализуется при так называемом гетероэпитаксиальном наращивании монокристаллической пленки на ориентированной подложке из другого материала, например рост кремний на сапфире

на величину ∆G* существенным образом влияет состояние поверхности подложки — наличие ступеней, изломов ступеней, выходов дислокаций, адсорбированных атомов примесей. Несовершенства поверхности (ступени и дислокации) обычно являются катализаторами зародышеобразования, а примеси могут как активировать, так и отравлять центры кристаллизации.

Скорость зародышеобразования

Скорость зародышеобразования определяется как скорость разрастания критических зародышей в результате осуществления двух возможных механизмов:

а) за счет падения частиц из первичной питающей фазы непосредственно на поверхность зародыша;

б) за счет присоединения к периферии зародыша адсорбированных атомов (адатомов), перемещающихся за счет диффузии по поверхности подложки.

υ

 

 

 

Z N w

зар

i

i

 

Ni* - концентрация флуктуационно возникших критических зародышей,

содержащих i* частиц, w* — частота присоединения адатомов к

критическому зародышу, Zi - фактор неравновесности Зельдовича, обычно имеющий значение от 10-2 до 10-1

 

 

 

 

 

l

Gдес Gдиф G

 

 

 

 

Z

 

 

 

exp

 

 

υ

зар

J

адс

 

 

 

 

i

 

a0

 

κT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l - длина периферийной линии критического зародыша, a0 – расстояние между

адсорбционными центрами

для трехмерного зародыша

 

для двухмерного зародыша

 

 

 

l 2 r3 sin

l 2 r 2

температурная зависимость скорости роста зародышей определяется конкуренцией процессов десорбции, поверхностной диффузии и зародышеобразования.

6.8 Механизмы роста пленок на реальных подложках

Формирование тонких пленок на поверхности подложек происходит в две стадии:

1. Стадия образования зародышей возникают критические зародыши, способные к дальнейшему росту

2. Стадия роста пленки критические зародыши разрастаются и, сливаясь друг с другом,

образуют сплошную пленку

на шероховатой или дефектной поверхности подложек могут работать специфические механизмы роста, не требующие начального образования зародышей

Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности