1. В чем сущность механизма зарождения и роста пленок (теория Гиббса—Фальмера)?
Процесс образования зародышей заключается в возникновении и росте агрегатов молекул в результате последовательных бимолекулярных реакций по схеме:
А1 +А1↔А2, А2+А1↔ А3, А3+А1 ↔A4, ...Ai+A1 ↔Аi+1….., где А1,А2, А3 ...,Аi, — агрегаты, состоящие из i молекул; i = 1,2,3...
Образование сферического зародыша новой фазы, содержащего i кр молекул, сопровождается некоторым изменением свободной энергии ΔGi связанным с появлением определенной поверхности S и объема новой фазы V.
2. Каков вид зависимости свободной энергии образования зародыша от радиуса зародыша?
Агрегаты радиусом r < rкр считаются нестабильными, радиусом r > rкр — стабильными зародышами новой фазы. Именно им соответствует уменьшение свободной энергии (ΔG<0).
3. Какие условия определяют устойчивость сферического зародыша?
??? Если свойства зародыша изотропны, т.е. одинаковы по всем направлениям, то образуется куполообразный зародыш, если анизотропны — другие конфигурации зародышей
4. В чем отличие моделей гетерогенного и гомогенного образования зародышей?
Образование зародыша при гетерогенном (а) и гомогенном (б)механизмах: V1, - - скорость молекул, движущихся к пластине;V2- - скорость молекул, диффундирующих по поверхности пластины;V3 — скорость молекул, движущихся к поверхности зародыша;1 - зародыш; 2 — подложка
При гомогенном образовании рост зародыша происходит за счет взаимодействия поверхности зародыша с паровой фазой (механизм V3), при гетерогенном — за счет поверхностной диффузии (механизм V2), т.е. V2>>V3. Однако при очень низких температурах поверхностная диффузия слаба и V3>>V2. При обычных температурах реализуются оба механизма и V2=V3.
5. Какие факторы влияют на скорость образования зародыша?
7. В чем состоят особенности роста пленок после получения первичного слои?
После того, как получен первый сплошной слой пленки, следующий слой формируется независимо от структуры подложки. При осаждении пленки на предыдущий слой того же материала можно принять φ = 0 и ΔGкp = 0.
При формировании слоев пленки энергетический барьер отсутствует. Поэтому конденсирующиеся атомы на поверхности пленки непосредственно встраиваются в структуру растущего слоя. В этом случае классическая модель образования зародышей не применима. После возникновения на пластине сплошной пленки ее рост следует рассматривать с позиций роста кристаллов.
8. Как и почему температура подложки влияет на качество формируемой пленки?
Увеличение температуры ведет к росту ΔGкp и rкр. При этом плотность центров зародышеобразования уменьшается, агрегаты укрупняются, возникает крупнозернистая пленка.
Cкорость роста зародышей быстро убывает с увеличением температуры. В этом случае для создания сплошной пленки потребуется более продолжительное время
9. Что такое эпитаксия?
Эпитаксия — это нарастание одного кристаллического материала на другой т.е. ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки).
10. Назвать основные виды эпитаксии.
Гетероэпитаксия - когда вещества подложки и нарастающего кристалла различны
Гомоэпитаксия - когда вещества подложки и нарастающего кристалла одинаковы.
Эндотаксия - когда осуществляется ориентированный рост одного кристалла внутри объёма другого.
11. Каковы основные методы осуществления эпитаксиального наращивания пленок?
Молекулярно-пучковая эпитаксия
Газофазная эпитаксия
Жидкофазная эпитаксия
12. В чем сущность молекулярно-лучевой эпитаксии?
эпитаксиальный рост в условиях сверхвысокого вакуума. В основе метода лежит осаждение испаренного в молекулярном источнике вещества на кристалическую подложку
6. Какие технологические факторы и почему влияют на структуру осаждаемых пленок?
Влияние технологических факторов на структуру пленок
Структура пленки (мелко- или крупнозернистая) определяется размером критического радиуса зародыша rкр.
Размеры критического зародыша rкр, его свободная энергия ΔGкp и скорость образования зародыша V зависят от технологических параметров процесса и исходных материалов.
Влияние природы осаждаемого материала
Разные вещества обладают различной теплотой испарения, которая прямо пропорциональна температуре кипения, с увеличением температуры кипения размеры критического радиуса зародышей должны уменьшаться.
У металлов с высокой температурой кипения (W, Mo Та, Ni, СУ и др.) образуются зародыши малого радиуса (мелкозернистая пленка). У металлов с невысокой температурой кипения ( Cd, Ag, Аи, Си, Al и др.) образуются крупные зародыши.
Влияние материала подложки.
Если материал подложки имеет большое сродство с осаждаемым веществом, то контактный угол φ куполообразного зародыша становится очень малым.
Такое явление используется в технологии РЭС для создания адгезионных подслоев при получении пленок из материалов, имеющих малое сродство с пластиной.
При этом сначала на пластину напыляют какой-либо материал с хорошей адгезией к пластине (φ→ 0), например Cr или W затем на него — основной материал (Аl, Си, Аи и т.п.), который будет осуществлять ту или иную заданную электрическую функцию.
Влияние температуры пластины.
Увеличение температуры ведет к росту ΔGкp и rкр. При этом плотность центров зародышеобразования уменьшается, агрегаты укрупняются, возникает крупнозернистая пленка.
Cкорость роста зародышей быстро убывает с увеличением температуры. В этом случае для создания сплошной пленки потребуется более продолжительное время.
Влияние плотности потока осаждаемых частиц.
Рост потока или скорости осаждения пленки приводит к уменьшению размеров зародышей и увеличению скорости их возникновения.
Однако в реальных условиях повышение скорости осаждения может привести и к увеличению размеров критических зародышей.
Влияние состояния поверхности
Скорость образования критических зародышей зависит от способности адсорбированных атомов диффундировать по поверхности и сталкиваться друг с другом.
Для шероховатой загрязненной неоднородной поверхности энергия адсорбции ΔGадс и энергия поверхностной диффузии ΔGдиф изменяются от участка к участку. Это приводит к уменьшению гкр и ΔGкp на различных участках, что сказывается на однородности осаждаемой пленки.
Вот почему в технологии ИМС необходимо иметь подложки с однородной чистой поверхностью.