|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
рида кадмия, что объясняется солитонным механизмом гетероэпитак-
сии. Он предполагает послойную организацию дисперсных частиц
новой фазы за счет распространения вдоль границы «дисперсная ча-
стица — подложка» дислокаций в виде частицеподобных волн — ква-
зичастиц, или солитонов.
М ол е к ул я р н о -л у ч е в а я э п и т а кс и я М Л Э
(
molecular beam
epitaxy — MBE
) — широко используемый метод получения металли-
ческих пленок испарением вещества в вакууме. Это контролируемый
процесс испарения и конденсации вещества в сверхвысоком вакууме
(
P
< 10
–9
мм рт. ст.) с использованием чистых источников испаряемых
материалов, точным контролем температуры подложки. Сверхвысо-
кий вакуум и малая скорость поступления атомов на растущую поверх-
ность (от 10
14
до 10
15
атомов в секунду) приводят к эпитаксиальному
росту пленок посредством практически многослойного заполнения
растущей поверхности, обеспечивая точное управление границами
раздела фаз и химическим составом. В процессе МЛЭ возможен непо-
средственный контроль состава газовой фазы (масс-спектроскопия),
параметров кристаллической решетки вещества (дифракция быстрых
и медленных электронов), химического состава пленки (оже-спек-
троскопия), толщины (эллипсометрия). В процессе роста некоторых
гетероэпитаксиальных слоев происходит поверхностная диффузия
атомов с формированием массива кластеров (наноостровков, кван-
товых точек) —
самосборка
, т. е. самопроизвольное выстраивание
островков в упорядоченную структуру при определенных условиях
на поверхности. Спонтанно упорядоченные наноструктуры разделя-
ют на четыре класса: структуры с периодической модуляцией состава
в эпитаксиальных пленках полупроводников; периодически фасети-
рованные поверхности; периодические структуры плоских доменов
(например, островков монослойной высоты); упорядоченные масси-
вы трехмерных когерентно напряженных островков в гетероэпитак-
сиальных рассогласованных слоях. Массивы квантовых точек полу-
чают методом МЛЭ путем нанесения покрытий InAs толщиной более
одного монослоя на подложку GaAs.
Эпитаксиальной кристаллизацией получают плоские микрострук-
туры заданной геометрии и наноструктуры с «узорами». Так, при со-
вместном испарении нанопорошков Ag
2
O и SiO при температуре
1270 °C в результате химического взаимодействия оксидов получают-
91
2.3. осаждение и напыление на подложку
ся жидкие капли серебра, покрытые тонким слоем SiO
x
. Постепенное
охлаждение системы сопровождается кристаллизацией, возникнове-
нием неравномерных микронапряжений в материале и самооргани-
зацией наноузоров на поверхности сферулл. Строение спиралевид-
ных узоров описывается с помощью ряда Фибоначчи.
В
методе кластерных ионных пучков
для напыления тонких
пленок используют поток заряженных жидких кристаллов. В этом ме-
тоде можно управлять энергией падающих частиц. Малая скорость ро-
ста пленок вследствие малого массопереноса и малый поток энергии
для напыления (от 0.1 до 1 Вт·см
-2
) позволяют использовать его для
малых элементов микроэлектроники. Например скорость напыления
цезия с кластерами от 10
3
до 10
4
атомов составляет 4 нм/с, скорость
напыления пленки серебра составляет 74 нм/с, цинка — 100 нм/с.
Ионно-лучевое распыление (осаждение) кобальта с двухсеточным ис-
точником ионов проводят на основе двухкаскадного самостоятель-
ного разряда с холодным полым катодом. В условиях вакуума (от 10
–2
до 10
–4
Па) на небольших расстояниях ионный пучок и поток распы-
ляемого материала транспортируется без рассеяния, что позволяет
контролировать процесс зарождения и формирования пленок задан-
ной толщины и площади. При использовании пучков нейтральных
твердых кластеров малой энергии напыление сочетается с ростом
самой мишени, и растущая пленка состоит из напыляемой мишени
с внедренными в нее кластерами, другими методами пленки с такой
структурой не получаются.
Процесс взаимодействия пучка кластеров с поверхностью может
быть различным. Если скорость кластеров в пучке мала по сравне-
нию со скоростью звука, то жидкий кластер растекается по поверхно-
сти и при оптимальном режиме образуется стабильная пленка. Дру-
гой предельный случай реализуется, если скорость кластеров в пучке
превышает скорость звука, тогда при столкновении кластера с по-
верхностью формируется ударная волна, создающая поверхностные
кратеры, которые релаксируют при остывании, и получается глад-
кая поверхность.
Использование кластерных пучков позволяет получать однородные
тонкие пленки различных материалов (металлические, диэлектриче-
ские, полупроводниковые, органические и т. д.). Прозрачные пленки
с вкрапленными кластерами, имеющими близкие значения размеров,
92
Do'stlaringiz bilan baham: |
