|
14-Тема. Методы формирования эпитаксиальных пленок в условиях высокого вакуума.
Вакуумом (от лат. vacuum — пустота) называют состояние газа или пара при давлении ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. Вакууму обычно соответствует область давления ниже 10^5 Па.
Вакуумная техника — прикладная наука, изучающая проблемы получения н поддержания вакуума, проведения вакуумных измерений, а также вопросы разработки, конструирования и применения вакуумных систем и их функциональных элементов. Разреженные газы по своим свойствам практически не отличаются от идеальных. В технике вакуум создают с помощью вакуумных насосов различных принципов действия.
Интенсивность протекания физикокимических процессов в вакууме зависит от соотношения между числом столкновений молекул газа со стенками ограничивающего его сосуда и числом взаимных столкновений молекул, характеризующимся отношением средней длины λ свободного пути молекул к характерному (определяющему) линейному размеру I сосуда; это отношение, называемое числом, Киудсена Кп, положено в основу условного разделения областей вакуума на следующие диапазоны; низкий, средний, высокий и сверхвысокий.
Степень вакуума в откачиваемых сосудах определяется равновесным давлением, устанавливающимся под действием противоположных процессов — откачки газа насосом и поступления газа в рабочий объем вследствие натекания через неплотности, а также технологического газовыделения.
Низкий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул газа значительно меньше характерного линейного размера сосуда, существенного для рассматриваемого процесса. Низкому вакууму обычно соответствует область давлений от 10^5 до 100 Па.
Средний вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул соизмерима с характерным линейным размером. Среднему вакууму обычно соответствует область давлений от 100 до 0,1 Па.
Высокий вакуум характеризуется давлением газа, при котором средняя длина свободного пути молекул значительно превышает характерный линейный размер. Высокому вакууму обычно соответствует область давлений от 0,1 до 10-6 Па.
Сверхвысокий вакуум характеризуется давлением газа, прн котором не происходит заметного изменения свойств поверхности, первоначально свободной от адсорбированного газа, за время, существенное для рабочего процесса. Сверхвысокому вакууму обычно соответствует область давлений менее 10-6 Па.
В основе метода лежит осаждение испарённого в молекулярном источнике вещества на кристаллическую подложку. Несмотря на достаточно простую идею, реализация данной технологии требует чрезвычайно сложных технических решений. Основные требования к установке эпитаксии следующие:
В рабочей камере установки необходимо поддерживать сверхвысокий вакуум (около 10−8 Па).
Чистота испаряемых материалов должна достигать 99,999999 %.
Необходим молекулярный источник, способный испарять тугоплавкие вещества (такие как металлы) с возможностью регулировки плотности потока вещества.
Особенностью эпитаксии является невысокая скорость роста плёнки (обычно менее 1000 нм в час).
Вакуумная камера
Камера создаётся из нержавеющего сплава высокой чистоты. Для обеспечения вакуума в камере, перед работой её прогревают до высоких температур. При этом происходит дегазация поверхности.
В современных установках могут использоваться несколько соединённых единой транспортной системой камер:
Рабочая камера, в которой осуществляется рост структуры.
Загрузочная камера, выполняющая роль шлюза между рабочей камерой и атмосферой.
Исследовательская камера с приборами.
Псевдоморфные плёнки
Качество выращенных плёнок зависит от согласования постоянных решёток материала и подложки. Причём чем больше рассогласование, тем меньшей толщины можно вырастить бездефектную плёнку. Растущая плёнка старается подстроиться под кристаллическую структуру подложки. Если постоянная решётки растущего материала отличается от постоянной решётки подложки в плёнке возникают напряжения, увеличивающиеся с ростом толщины плёнки. Это может приводить к возникновекнию множества дислокаций на интерфейсе подложка-плёнка, ухудшающих электрофизические свойства материала. Обычно этого избегают. Например, идеальная пара соединений GaAs и тройной раствор AlGaAs очень часто используется для производства структур с двумерным электронным газом. Для получения квантовых точек (InAs) используется явление самоорганизации, когда выращивают пару монослоёв InAs-плёнки на GaAs-подлоджке, а так как рассогласования объёмных постоянных решёток достигает 7 % данная плёнка рвётся и InAs собирается в островки, которые и называются из-за своих размеров квантовыми точками.
Форвакуумный насос — производит начальное откачивание газа из установки (до давления около 0,5 Па).
Абсорбционный насос — использует материалы с развитой поверхностью (например, порошок цеолита), которые при сильном охлаждении (жидким азотом) вбирают в себя часть газа из установки.
Магниторазрядный насос — откачка этим насосом производится благодаря наличию в нём распыляемых титановых электродов. Распылённый титан переосаждается на рабочую поверхность насоса, образуя плёнку, которая «прикрывает» попавший на поверхность газ. Используется для достижения сверхвысокого вакуума.
Do'stlaringiz bilan baham: |
