Академия наук республики узбекистан

2. Ионно
-
стимулированные методы создания кремниевых структур
 
В настоящее время усиливается тенденция к использованию 
многослойных композиций, состоящих из чередующихся слоев 
полупроводников, металлов и диэлектриков нанометровой толщины. Метод 
молекулярно
-
лучевой эпитаксии (МЛЭ) 
- 
один из основных методов при 
получении гетероструктур подобного типа. Он позволяет выращивать тонкие 
сплошные пленки, совершенные по структуре и морфологии поверхности. 
Однако, упругая деформация и дефекты при формировании 
гетероэпитаксиальных пленок существенно влияют на их механизм роста, 
особенно при большом несоответствии параметров решетки пленки и 
подложки. Это затрудняет реализацию преимуществ МЛЭ в применении к 
получению тонких, однородных по толщине
гетероэпитаксиальных пленок. 
Использование ионных пучков в комбинации с молекулярными 
пучками может существенно изменить ситуацию, так как ионы могут 
передавать атомам энергию и
импульс непосредственно на поверхности 
подложки во время роста. Как известно, с помощью ионов можно 
существенно снизить температуру эпитаксии, и хорошо управляемыми 
параметрами ионов в нужный момент и в нужном месте создать или 
уничтожить структурные дефекты, воздействовать на механизм зарождения и 
роста гетероэпитаксиальных пленок.
Теоретические основы ионного 
стимулирования ростовых процессов базируются на сочетании двух аспектов 
современной физики конденсированных сред: теории формирования 
эпитаксиальных структур и радиационной физики твёрдого тела. Основными 
атомными процессами на поверхности являются адсорбция, десорбция, 
поверхностная диффузия, встраивание в моноатомную ступень.
Очевидно, 
что эта комбинация известных элементарных атомных процессов с 
факторами воздействия даёт колоссальную широту вариантов механизмов 
стимулированного роста, что, наряду с богатством эффектов, требует 
создания и других методов анализа, способных рассмотреть всю проблему 
ионно
-
стимулированного роста в целом.
Типичные установки МЛЭ имеют электронно
-
лучевой испаритель 
(ЭЛИ), например, для создания потока кремния при росте структур Si
-Ge. 
Как известно, электронный луч, который используется в электронно
-
лучевых 
испарителях для нагрева рабочего вещества, при торможении теряет в нем 
почти всю энергию в результате различных упругих и неупругих процессов.
Некоторая доля этой энергии уносится обратно рассеянными электронами, 
что кроме прочего
уменьшает к.п.д электронно
-
лучевых испарителей. 
Коэффициент обратно рассеянных электронов 
η
зависит, хотя и слабо,
от 
энергии первичных электронов и сильно от атомного номера элементов в 
веществе, с которого отражаются электроны.
69

---

При электронно
-
лучевом испарении поток электронов с энергией 
ускоряющего напряжения (обычно 6
- 10
кВ), проходя через испаряемый 
поток, частично ионизирует его. Причем сечение ионизации атомов не 
зависит от плотности потока,
и степень ионизации потока остается 
постоянной для конкретного значения энергии электронов. Именно эти ионы 
будут ускоряться к подложке приложением к ней отрицательного
смещения. 
Этот поток ионов имеет при традиционном расположении испарителя и 
подложки в камере такое же пространственное распределение, как и 
основной поток материала,
и не требует специального сканирования по 
подложке большого диаметра.
2.1. Использование ионов, генерированных при электронно
-
лучевом 
испарении
, 
в качестве инструмента для активации поверхностных 
ростовых процессов
 
Предложен способ разделения и контроля потока заряженных частиц и 
устройство для его осуществления. Проблема, на решения которой 
направлена
данная
разработка,
состоит в том, что прямым измерением тока 
нельзя определить долю положительных ионов и электронов в смешанных 
потоках этих частиц. Например, такой поток возникает при электронно
-
лучевом испарении, когда в эффективном (рабочем) пространстве 
присутствуют как положительные ионы, так и электроны, отраженные от 
мешены, причем максимальная энергия которых равна
энергии
первичных 
электронов. В этом процессе положительные ионы возникают при 
столкновении электронов с атомами испаряемого вещества. Использование
этих ионов в качестве инструмента для модификации свойств растущих 
слоев требует создания способов и приборов для контроля и управления 
параметрами ионных потоков. 
Источник ионов
 
В случае использование электронной пушки для испарения кремния в 
качестве источника ионов кремния никакого дополнительного источника 
ионов не требуется, и загрязнение может быть предотвращено. В области 
выше расплава кремния поток испаряемых атомов частично ионизируется 
взаимодействием с электронным пучком
(см. рис.
2.1
)
.