11.1.6. Методы молекулярного наслаивания и
атомно-слоевой эпитаксии.
Среди методов синтеза ультратонких слоев следует вычислить метод химической сборки, основанный на образовании поверхностных химических соединений при хемосорбции компонентов из газовой фазы.
Существует две разновидности химической сборки. Метод атомно-слоевой эпитаксии позволяет синтезировать тонкопленочные слои оксидов и сульфидов, а также выращивать слои арсенида галлия при низких темпера-турах.
Метод молекулярного наслаивания основан на процессах синтеза твердых веществ на поверхности твердого тела. При этом кристаллическая решетка служит матрицей для сборки пленочных структур. В методе молеку-лярного наслаивания предусмотрено формирование на поверхности опреде-ленных функциональных групп которые реагируют с низкомолекулярным реагентом и позволяет образовывать устойчивые соединения. Под функцио-нальными группами будем понимать некоторые компоненты синтезируемого слоя. Например, для получения оксидных слоев используется групп – ОН, для сульфидных – SH, для нитридных – NH.
Методы атомно-слоевой эпитаксии и молекулярного наслаивания позволяет синтезировать наноструктуры на поверхности твердых тел путем запрограммированного многократного чередования химических реакций. При этом толщина образующегося слоя определяется не временем процесса или интенсивностью потока вещества, а количеством повторяющихся циклов химических реакций п. Причем реакции протекают при небольших темпера-турах, лежащих в диапазоне от 25 до 400°С. Именно это обстоятельство резко снижает вклад диффузионных процессов и позволяет создавать много-слойные структуры с резкими границами.
Процессы молекулярного наслаивания и атомно-слоевой эпитак сии проводят в проточном реакторе при атмосферном давлении. На пример, для синтеза сульфида цинка на гидроксилированном кремнии необходимо провести следующие реакции с использованием диметилцинка:
(GaAs)-Br + Zn(CH3)2 → (GaAs)-ZnCH3 + CH3Br, (а)
(GaAs)-Zn(CH3) + H2S → (GaAs)-ZnSH + CH4, (б)
(GaAs)-ZnSH + Zn(CH3)2 → (GaAs)-ZnS-ZnCl3 + CH4. (в)
Ч
ередование
реакций (б)
и (в)
при условии постоянного удаления
избытков реагентов и продуктов реакции
позволяет вырастить цинко-сульфидный
слой (рис. 11.1.10). При этом не образуются
трехмерные за-родыши, а рост пленок
происходит по слоевому механизму.
К сожалению метод молекулярного наслаивания можно проводить для лимитированного круга веществ и с достаточно низкой скоростью.
Метод атомно-слоевой эпитаксии может применяться также для модифицирования поверхностей полупроводниковых или функциональных слоев. Модифицирование поверхности заключается в формировании одного или нескольких монослоев, содержащих кислоту, серу или азот для после-дующих процессов оксидирования, идирования или нитридизации поверх-ностей. При этом происходит «залечивание» дефектов границы раздела определенным типом ионов. Одновременно значительно улучшается качест-во границы раздела полупроводник—диэлектрик.
Методы молекулярного наслаивания и атомно-слоевой эпитаксии используются для модифицирования слоев фоторезистов при проведении процессов фотолитографии. Эти методы успешно применяются при формировании гетеро- и гомоморфных границ раздела, для уменьшения деградационных явлений в полупроводниках, модифицирования различных функциональных слоев с целью повышения воспроизводимости результатов и повышения выхода готовых изделий.