Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологий. Учебно-методическое пособие
.pdf
3. Полировка подложек (полировка производится на абразивном
круге с алмазной пастой по ГОСТ 25593–83 с размером зерна
мкм).
0,5
а б
Рис. 6.4. Ампулы: а – для синтеза и б – для роста
71
ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Тема 1. Изучение процессов молекулярно-
лучевой эпитаксии
Цели работы
– Ознакомиться с установкой молекулярно-лучевой эпитаксии;
–
Смоделировать и пронаблюдать процессы роста соединений
IIIBV
А
, АIVBIV на подложках GaAs, Si;
–
Изучить влияние технологических факторов на рост эпитакси-
альных слоев А
Методика выполнения работы
Получить
ложку и молекулярные источники для моделирования процесса роста
эпитаксиальной структуры.
Задать температуру соответствующей подложки и испаряемых
веществ из предложенного диапазона температур.
Узнать процентное содержание выхода годного, т.е. количество
выращенных эпитаксиальных слоев.
Изменяя температуры подложки исходных веществ, добиться получения выхода годного более 80 %.
Стадии поэтапного моделирования МЛЭ роста эпитаксиальных
слоев (идеальный вариант) представлены ниже на схемах (рис. Т1).
IIIBV
, АIVBIV.
индивидуальное задание и выбрать необходимую под-
а б в
Рис. Т1. Стадии поэтапного моделирования МЛЭ эпитаксиальных слоев:
а – интерактивная блок-схема установки МЛЭ, где виден результат
эксперимента; б – сверху идеальная кристаллическая решетка, снизу
результат эксперимента при неправильном выборе исходных веществ;
в – сверху идеальная кристаллическая решетка, снизу реальная
кристаллическая решетка при правильном выборе исходных данных
72
Контрольные вопросы
1. Что требуется для проведения процесса МЛЭ?
С помощью какого метода можно получить наиболее резкие
2.
границы легируемых областей?
К чему приводит наличие вакуумных карманов, узких полостей
3.
в СВВ-камере?
Из чего изготавливаются тигли молекулярных источников в ус-
4.
тановках МЛЭ?
Какие скорости роста характерны для процесса МЛЭ?
5.
Что позволяет использование СВВ при МЛЭ?
6.
Что относят к основным достоинствам МЛЭ?
7.
Какой процесс преобладает на поверхности подложки при
8.
МЛЭ?
Из чего изготавливают прокладки между частями установки
9.
МЛЭ?
Зависит ли значение критической толщины слоя от его размеров?
10.
Что понимают под критической толщиной слоя?
11.
В каких материалах подвижность дислокаций выше?
12.
К чему приводит увеличение количества источников возник-
13.
новения дислокаций в слое?
Что является перспективным направлением развития МЛЭ?
14.
Какой из методов позволяет производить рост данного мате-
15.
риала при наиболее низких температурах?
Как изменится напряжение рассогласования при охлаждении
16.
выращенного слоя?
При каких температурах процессы переползания дислокаций
17.
для данного материала существенны?
Что относят к основным недостаткам или ограничениям МЛЭ?
18.
Тема 2. Методы контроля в установках
молекулярно-лучевой эпитаксии
Цель работы
– Ознакомиться с использованием диффузии быстрых электронов
для управления процессом молекулярно-лучевой эпитаксии;
Используя выбранную модель роста, подобрать оптимальный
–
режим технологического процесса выращивания эпитаксиальных
структур на основе арсенида галлия.
73
Порядок выполнения работы
Провести
моделирование роста соединений GaАs, GaAlАs при
различных температурах, потоках компонентов, получить структуры
и наблюдать за процессом с помощью ДБЭ, распечатать и проанализировать полученные графики осцилляции интенсивности и влияние
различных факторов на характер изменения осцилляции.
Задать температуры источников для выращивания, открыть заслонки источников нажатием на соответствующие клавиши (1, 2, 3), которые открывают заслонку, что будет видно на рисунке. При повторном
нажатии клавиши заслонка закрывается и, как следствие, прекращается подача исходного компонента в газовый поток процесса.
Выбрать из представленного диапазона температур подложек и
исходных реагентов необходимые температуры.
Температура подложки [540 – 650 °C];
Температура источника Al [1000 – 1200 °C];
Температура источника Ga [970 – 1040 °C];
Температура источника As [200 – 300 °C].
Открывая и закрывая заслонки виртуальной установки МЛЭ, вырастить эпитаксиальную структуру, содержащую равное количество
всех возможных слоев, не допуская выращивания однокомпонентного слоя (рис. Т2.1).
Рис. Т2.1. Идеальный вариант выращивания и чередования
эпитаксиальных слоев
На рис. Т2.2 видно, что все три слоя примерно равны по толщине.
74
Рис. Т2.2. Картина среза выпащивания эпитаксиальной структуры
Уменьшение периода колебаний свидетельствует о возрастании
скорости роста эпитаксиальной пленки.
Как видно из рис. Т2.2, с помощью прерываний роста можно восстанавливать амплитуду колебаний. Таким приемом пользуются,
чтобы на протяжении всего цикла роста эпитаксиальных структур
сохранять приемлемую информативность метода ДБЭ.
Контрольные вопросы
1. В чем уникальность ОЭС ?
Почему происходит увеличение интенсивности рефлекса при
2.
прерывании роста?
Что затрудняет применение масс-спектрометра для количест-
3.
венного анализа в МЛЭ?
Почему датчики вакуумметров располагаются вне зоны моле-
4.
кулярных пучков?
По какому параметру на графике осцилляций судят о шерохо-
5.
ватости поверхности?
ДБЭ и ВИМС дополняют друг друга или несовместимы?
6.
Для чего используется масс-спектрометр в ростовой камере?
7.
Как изменится период осцилляций, если при потоках I
8.
<< IAs
Ga
увеличить температуру источника Ga?
Как изменится период осцилляций, если увеличить температуру
9.
подложки?
Почему происходит увеличение интенсивности рефлекса при
10.
прерывании роста?
В чем основные преимущества ВИМС перед другими метода-
11.
ми определения состава?
Какая методика позволяет эффективно контролировать чисто-
12.
ту исходных материалов для роста в установке МЛЭ?
Что требуется для проведения МЛЭ?
13.
75
14. Какой из процессов преобладает на поверхности подложки
при МЛЭ?
К чему приводит наличие вакуумных карманов, узких полос-
15.
тей в сверхвысоковакуумной (СВВ) камере?
Какие скорости характерны для процесса МЛЭ?
16.
Что позволяет использование СВВ при МЛЭ?
17.
Что общего между ВИМС и оже-спектроскопией?
18.
Почему происходит увеличение интенсивности рефлекса при
19.
прерывании роста?
В чем отличие метода ВИМС от масс-спектрометрии, осуще-
21.
ствляемой в ростовой камере в ходе процесса роста?
При какой интенсивности зеркального рефлекса смена мате-
22.
риала слоя позволит получить более качественную гетерограницу?
Что затрудняет применение масс-спектрометра для количест-
23.
венного анализа в МЛЭ?
В чем основные преимущества ВИМС перед другими метода-
25.
ми определения состава?
Каковы критерии качественной гетерограницы?
26.
Тема 3. Релаксация напряжения при гетероэпитаксии
Цель работы
Изучить методы расчета релаксаций напряжений и возникнове-
–
ния дислокаций в гетероэпитаксиальных структурах.
Исследовать релаксацию напряжений и возникновение дислока-
–
ций в слоях материалов А
тероэпитаксии методами молекулярно-лучевой и газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений.
Определить критическую толщину слоя, ее зависимость от рас-
–
согласования параметров решеток для различных систем слой–
подложка.
Изучить влияние технологических факторов на релаксацию на-
–
пряжений в гетероструктурах и возникновение дислокаций.
Порядок выполнения работы
Необходимо
определить оптимальный состав, температуру и тол-
щину пленки (время эпитаксии), при которых возникновение дислокаций несоответствия маловероятно. В работе предлагается два варианта пленки и подложки: Ge
подложке GaAs. Выбирается температура подложки Tg в диапазоне,
который высвечивается на мониторе.
IIIBV
, АIVBIV на подложках GaAs, Si при ге-
Six на подложке Si или Ga
1–x
1–x
InxAs на
76
Выбираем состав пленки с учетом того, что Х в формулах соединений может меняться от 0,1 до 0,9. Программа расчета, при сравнении введенного состава с табличными данными, определяет рассогласование f для данной структуры. Далее вводится требуемая толщина h пленки в ангстремах. Программа выстраивает два графика
рис. Т.3.1): изменение температуры подложки с течением времени
(
процесса и изменение параметра y (толщины слоя) в течение времени
процесса, на котором есть некоторое критическое для данного материала значение. Анализируя второй график, можно подобрать толщину пленки таким образом, чтобы параметр y был оптимальным
близко к критическому значению, но не выше). Подходящее значе-
(
ние h фиксируем на третьем графике: зависимости толщины пленки
h от величины рассогласования f.
Рис. Т3.1. Графики изменения состава подложки в течение времени процесса
Далее выбираем другой состав Х и проделываем все вышеперечисленные операции с ним. Итоговым результатом является зависимость рассогласования параметров решетки от толщины полученной
пленки (рис. Т3.2). Как видно из графика, с увеличением рассогласования постоянных решеток подложки и пленки уменьшается толщина пленки, которую можно вырастить при данных условиях.
77
Рис. Т3.2. График зависимости параметров решетки от толщины
пленки
Контрольные вопросы
1. От чего зависит скорость релаксации напряжений несоответст-
вия?
К чему приводит возникновение дислокаций несоответствия?
2.
В каком случае будет наименьшее напряжение несоответствия в
3.
эпитаксиальном слое GaAs?
В каких материалах подвижность дислокаций выше?
4.
Какими могут быть напряжения в слое, вызванные несоответст-
5.
вием параметров решетки слоя и подложки?
Что будет происходить с напряжениями рассогласования при
6.
охлаждении выращенного слоя?
При каких температурах процессы переползания дислокаций
7.
для данного материала будут существенны?
Как изменится значение критической толщины слоя при изме-
8.
нении площади пленки?
Как изменится критическая толщина слоя при увеличении рас-
9.
согласования параметров решеток слоя и подложки?
Почему происходит увеличение интенсивности рефлекса при
10.
прерывании роста?
Что общего между ВИМС и Оже – спектроскопией?
11.
Для чего используется масс-спектрометр в ростовой камере?
12.
78
13. Чему соответствует время роста одного монослоя на графике
осцилляций?
В чем уникальность ОЭС?
14.
Почему за критическую принята толщина, при которой Y = 0,4 %?
15.
При каких температурах процесс скольжения дислокаций иг-
16.
рает основную роль?
Какую величину составляет модуль вектора Бюргерса?
17.
К чему приводит увеличение количества источников возник-
18.
новения дислокаций в слое?
Что понимают под критической толщиной слоя?
19.
Как изменится период осцилляций, если увеличить температу-
20.
ру подложки?
Почему происходит увеличение интенсивности рефлекса при
21.
прерывании роста?
В чем основные преимущества ВИМС перед другими метода-
22.
ми определения состава?
Какая методика позволяет эффективно контролировать чисто-
23.
ту исходных материалов для роста в установке МЛЭ?
Как может вести себя значение критической толщины слоя?
24.
Зачем нужно знать значение критической толщины?
25.
Что такое вектор Бюргерса?
26.
Зависит ли скорость движения дислокаций от величины меха-
27.
нических напряжений в кристалле?
Что характерно для краевых дислокаций?
28.
Тема 4. Моделирование процесса получения
пленок поликристаллического кремния
осаждением из газовой фазы
Цель работы
– Изучить основные закономерности получения пленок поликри-
сталлического кремния из парогазовой фазы и определить факторы
управления этими процессами.
Изменяя термодинамические и конструктивные параметры мо-
–
дельного процесса, получить слои поликремния заданной толщины и
качества.
Определить максимальную скорость роста пленки поликристал-
–
лического кремния при минимальном расстоянии между пластинами.
Определить скорость поликремния по значениям технологиче-
–
ских и конструкционных параметров реактора.
79
Порядок расчета программируемых параметров
Воспользуйтесь
характеристиками, предложенными на рис. Т4.1.
Рис. Т4.1 Задание параметров процесса
На рис. Т4.2 задание варьируемых параметров:
80
Рис. Т4.2. Задание варьируемых параметров процесса
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]