Гетероепітаксійні кремнієві структури

ГЕТЕРОЕПІТАКСІЙНІ КРЕМНІЄВІ СТРУКТУРИ

 

Виконала:

студентка групи ЕП-01 Т.М. Шабельник

 

Науковий керівник,

к.ф.-м.н., асистент О.П. Ткач

 

 

Суми 2012

ЗМІСТ

 

ВСТУП ……………………………………………………………………………....3

РОЗДІЛ 1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСУ ЕПІТАКСІЇ …...4

1.1 Основи теорії епітаксійного росту……………………………………...……..5

1.2 Способи проведення епітаксії (Механізми епітаксії)………………………..7

1.1.1 Епітаксія з газової фази………………………………………………....9

1.1.2 Рідкофазна епітаксія…………………………………………………....11

РОЗДІЛ 2 МОЛЕКУЛЯРНО-ПРОМЕНЕВА ЕПІТАКСІЯ (МПЕ)..………14

1.3 Легування плівок в процесі МПЕ………………………………………........15

1.4 Установка та вирощування плівок в процесі МПЕ………………………...16

РОЗДІЛ 3 ЕПІТАКСІЙНІ ПЛІВКИ КРЕМНІЮ НА КРИСТАЛАХ ІНШИХ РЕЧОВИН ……………………………………………………………..19

1.5 Кремній на сапфірі……………………………………………………………20

1.6 Гетероепітаксійні системи Ge_1-x-Si_x…………………………………………23

РОЗДІЛ 4 ВИКОРИСТАННЯ ГЕТЕРОЕПІТАКСІЙНИХ КРЕМНІЄВИХ СТРУКТУР ……………………………..………………………………………..27

ВИСНОВКИ ……………………………………………………………………....30

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ……………………………………...31

 

ВСТУП

 

Процеси епітаксійного росту аналогічні до отримання тонких плівок. Епітаксійні шари можна вирощувати термовакуумним (ТВН) методом, з парогазової (ПГФ), рідкої чи твердої фази. Більшість процесів епітаксії здійснюються осадженням з парогазової фази. В умовах надвисокого вакууму здійснюється молекулярно-променева епітаксія (МПЕ). Ріст кристала при епітаксії з ПГФ і МПЕ відбувається за температури нижчої від температури плавлення. Процес рідкофазної епітаксії відбувається шляхом кристалізації речовини на поверхні підкладки розплавленого металу, використовується переважно для отримання шарів подвійних чи потрійних напівпровідникових сполук.

Також велике значення має вплив підкладки на кристалізацію речовини, що осаджується. Атом, який надходить із зовнішньої фази, може передавати їй свою кінетичну енергію. Сили зв’язку між підкладкою та адсорбованими атомами утримують останніх на поверхні. Кристалохімічні особливості підкладки повинні впливати на швидкість поверхневої дифузії адсорбованих атомів і тим самим на кристалографічну орієнтацію плівку, що осаджується. Недосконалість будови поверхні підкладки повинна позначитися на характері розподілу і будові матеріалу, який нарощується.

Під час росту епітаксійні шари можна легувати, тобто в них вводять донорні або акцепторні домішки; унікальною особливістю епітаксії є можливість отримання високоомних шарів напівпровідника на низькоомних пластинах; при епітаксії можна одержати рівномірні розподіли або з різким перепадом концентрації на дуже малій відстані; можна отримати багатошарові структури в одному процесі.

Мета роботи полягала у вивченні теорій епітаксійного росту, способу проведення епітаксії, дослідження епітаксійних плівок кремнію на кристалах інших речовин, застосування гетероепітаксійних кремнієвих структур в електроніці.

РОЗДІЛ 1

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСУ ЕПІТАКСІЇ

 

Епітаксія - процес нарощування монокристалічних шарів речовини на підкладку (кристал), при якому кристалографічна орієнтація шару, що нарощується, повторює кристалографічну орієнтацію підкладки. Епітаксія дозволяє отримувати такі тонкі (1 нм-10 мкм) однорідні монокристалічні шари будь-якого типу провідності і будь-якого питомого електричного опору, які неможливо створити іншим способом [1].

Розрізняють гетероепітаксію, коли речовини підкладки і шару, що нарощується, різні за хімічним складом і кристалічною структурою, та гомоепітаксію (автоепітаксію), коли підкладка і шар однакові за хімічним складом або відрізняються тільки домішковим складом. Епітаксія використовується в технології виробництва широкого класу електронних приладів та пристроїв для отримання (у вигляді плівок і багатошарових структур) епітаксійних шарів елементарних напівпровідників, сполук типу A^III B^V, A^II B^VI, A^IV B^VI, гранатів, ортоферитів та інших матеріалів [1, 2].

Властивості епітаксійних плівок в багато чому визначаються умовами сполучення кристалічних решіток шару, що нарощується і підкладки, причому важливо, щоб вони мали структурно-геометричну відповідність. Найлегше сполучаються речовини, кристалічні структури яких однакові або близькі. Епітаксія легко здійснюється, якщо різниця параметрів постійних решіток а не перевищує 10%. В цьому випадку тонка епітаксійна плівка продовжує атомні площини підкладки (виникає псевдоморфний шар). При великих розбіжностях сполучаються найбільш щільно упаковані площини. При різних решітках сполучених речовин в епітаксійних плівках виникають дислокації невідповідності. Щільністю дислокацій невідповідності можна керувати, змінюючи параметри решітки зростаючого кристала (наприклад, введенням домішок) і отримувати таким чином бездислокаційні епітаксійні плівки з високою рухливістю і малою щільністю носіїв заряду. Крім структурно-геометричної відповідності, спряження речовин залежить від температури процесу, ступеня перенасичення речовини, яка осаджується, досконалістю підкладки і чистоти її поверхні. Тому підкладку перед епітаксією зазвичай піддають механічній та хімічній обробці. Епітаксійна плівка зростає за рахунок атомів і молекул, які складають абсорбційний шар, і швидкість росту залежить від перенасичення в цьому шарі [3].

Епітаксія можлива з будь-якої фази: газової (газофазна епітаксія), рідкої (рідинна епітаксія) і твердої (твердофазна епітаксія). Переважний розвиток отримали газофазна епітаксія і рідинна епітаксія [1].

 

Епітаксія з газової фази

 

Атоми напівпровідника переносяться в складі хімічної сполуки, яка дисоціює на підкладці. При цьому відбувається перенесення реагентів до поверхні кристалічної підкладки, адсорбція та реакція реагентів на поверхні, десорбція продуктів реакції, перенесення продуктів реакції з кристала до основного потоку і впорядкування кристалізації адсорбованих атомів кремнію у гратці. Ріст достатньо товстих досконалих монокристалічних шарів ускладнюється, утвореними дефектами росту [1].

Газофазні процеси здійснюються в установках з горизонтальними або вертикальними водоохолоджуваними кварцовими реакторами, а як метод нагрівання найчастіше використовують індукційний. Форму підкладок, виготовлених із молібдену або графіту, ураховуючи необхідність отримання рівномірних покриттів на пластинах великої площі.

Процес епітаксійного нарощення проводять за температур 1300-1500 K у випадку газофазної епітаксії і 900-1000 К у випадку рідинної епітаксії [1].

Осадження при нормального тиску. Технології осадження з газової фази за нормального тиску застосовуються для епітаксійного нарощування кремнію, осадження плівок SiO₂, Si₃N₄, напівкристалічного кремнію тощо. Цей метод забезпечує достатню однорідність нанесених покриттів і може реалізуватись за низької температури. Для осадження плівок полікристалічного кремнію та нітриду кремнію використовуються установки вертикального та горизонтально типів з нормальним тиском.

Плазмове осадження. Метод плазмового осадження нітриду кремніюмає значні переваги над іншими методами. За рахунок регулювання величини потоку газу залежно від рівня ВЧ-потужності та умов розподілу можна одержати плівку з високою однорідністю на великій площі [1, 4].

В установці (рис. 1. 3) використовується система газів N₂+NH₄+SiH₄ і осаджується плівка складу Si_xH_yN_z (температура обробки 473-573 К, вакуум 0,26 ´ 10² Па, ВЧ-потужність 500 Вт, швидкість осадження плівки – 0,67 нм/с).

Сполукою, яку найчастіше використовують для осадження кремнію, є силан (SiH₄), який внаслідок високої температури осадження, малочутливий до окиснення, що призводить до виникнення поверхневих дефектів.

Розкладання силану на поверхні кремнієвої підкладки відбувається згідно з реакцією:

SiH_4(газ)→Si_(тв)+2H_2(газ) (1. 1)

 

Рис. 1.3. Конструкція установки плазмового осадження з газової фази конденсаторного типу [1]: 1- джерело ВЧ-потужності; 2 - вакуумний насос

 

Установки для епітаксійного вирощування тетрахлориду кремнію мають вертикальний або горизонтальний реактор. Перед осадженням пластини кремнію обробляють у потоці хлористого водню при температурі 1473 К для видалення залишкової поверхневої плівки SiO₂, потім у реактор подається водень, насичений парою тетрахлориду, і на пластині відбувається відновлення SiCl₄ до атомарного кремнію

SiCl₄+2H₂→Si+HCl (1. 2)

Швидкість росту плівки кремнію пропорційна до парціального тиску силану.

 

Рідкофазна епітаксія

 

Рідкофазна епітаксія полягає в нарощуванні монокристалічного шару з розплаву металу, насиченого напівпровідниковим матеріалом, який рекристалізується на поверхні підкладки. Розчинником може слугувати легкоплавкий компонент сполуки, що нарощується. Це знижує температуру кристалізації, підвищує чистоту нарощуваного шару та зменшує концентрацію вакансій. Для отримання епітаксійних шарів сполук А^ІІІ В^V використовують тільки монокристалічні підкладки [1].

На рис. 1. 4 наведена схема пристрою, який забезпечує одержання гетеропереходів (Ge-Si, GaAs-GaP) товщиною менше, ніж 1 мкм.

 

Рис. 1.4. Схема рідинної епітаксії [1]: 1 - електрична піч; 2 - кварцова труба; 3 - термопара; 4 - обмежувач; 5 - підкладка; 6 - основний графітовий тримач; 7 - графітовий ковзний тримач розчину; 8 - штовхач

 

Якщо епітаксія керується струмом (електроепітаксія), через граничний шар, який вирощують, пропускають електричний струм, температура системи підтримується постійною. Таким способом вирощують напівпровідникові шари InSb, GaAs, InP і шари гранатів.

Удосконалити реактори для рідинної епітаксії можна пропусканням струму через межу розчин-підкладка (рис. 1. 5), що супроводжується Пельтьє-нагріванням або Пельтьє-охолодженням, залежно від напрямку струму. Кінематика росту плівки залежить від товщини шару, утвореного на межі розчину [1, 4].

Рис. 1.5. Епітаксійне нарощування [1]: а - комірка для епітаксійного нарощування GaAs з розчинів Ga=As; б - залежність швидкості росту плівки GaAs з розчину Ga=As від зміни температури на межі; 1 - електроди; 2 - підкладка, GaAs; 3 - розчин Ga=As; 4 - ізолятор

 

 

РОЗДІЛ 2

РОЗДІЛ 3

Кремній на сапфірі

 

Монокристалічні плівки кремнію великої площі на кристалі сапфіра (Al₂O₃) з високою адгезією отримали Манасевіт і Сімпсон. SiCl₄ або SiHCl₃ відновлювали воднем, або термічно розкладали силан.

Перед осадженням поверхню сапфіра обробляють воднем при високих температурах. Обробка у водні при температурі 1260 ^оС повинна продовжуватися не більше 2 годин, оскільки відбувається травлення сапфіра. Якість полірування поверхні повинна бути максимальною, оскільки від неї залежить якість шарів, що ростуть [9].

Хімічне травлення сапфіру здійснюють в наступних реакціях:

- фосфорна кислота (t=400-500 ^оС);

- фтористий свинець (t=850 ^оС);

- боракс (N₂B₄O₇) (t=1000 ^оС).

Всі ці реакції видаляють деформований шар при шліфуванні. Після травлення фосфорною кислотою, ями травлення та подряпини на поверхні відсутні, але виникає хвилястість, швидкість травлення при цьому складно регулювати. В другому випадку травлення протікає швидко, але виникають нерівності. Найбільш досконалу поверхню дає обробка бораксом, однак при цьому виникає шар травника, який складно видалити, і плівка кремнію виявляється не якісною.

При відновленні трихлорсилану швидкість росту, яка лежить в межах 0,2-2,5 мк/хв, не впливає на якість плівок. З підвищенням температури росту від 1000 до 1200 ^оС плівки стають більш якісними, але при подальшому нагріванні рефлекси на рентгенограмах від цих плівок розмиваються і при температурах вище 1300 ^оС утворюється полікристалічний шар [9, 10].

Ріст кремнію на сапфірі в звичайних умовах проходить шляхом виникнення та подальшої коалісценції трьохвимірних зародків.

При t_n=1100 ^оС та 1250 ^оС (C_SiCl4=2 мол. %) кристали кремнію, які виросли на поверхні сапфіра із зародків, мають неправильну форму. На електронограмі, яка відповідає початковій стадії росту, спостерігаються кільцеві рефлекси.

При t_n=1200 ^оС (C_SiCl4=2 мол. %) частинки мають чітко виражену форму країв у вигляді трикутника або шестикутника та мають орієнтування відносно підкладки (111) [1`10] Si úú (0001) [11`20] Al₂O₃. При t_n=1300 ^оС відбувається травлення підкладки з утворенням ям [9].

При використанні реакцій відновлення SiCl₄ (SiHCl₃) або розкладення SiH₄ для утворення та росту зародків кремнію на сапфірі є певні відмінності в утворенні зародків. По-перше, при піролізі силану швидкість утворення та щільність зародків значно вища. По-друге, при відновленні SiCl₄ кристали мають огранування. По-третє, при осадженні із SiCl₄ час, який потрібний для утворення суцільної плівки, на порядок вищий.

Щільність дислокацій на монокристалічних плівках кремнію на сапфірі виявляється високою (~2 ´ 10⁸ см^-2). Це пояснюється низькою якістю кристалів-підкладок з густиною дислокацій 10⁵-10⁶ см^-2, а також деформацією плівок внаслідок неоднакового теплового розширення кремнію та сапфірі. Залишкові напруги, які виникають в плівках кремнію з цієї причини, приблизно дорівнюють 10¹⁰ дин/см² [9].

Для легування кремнієвих підкладок кремній осаджували на гранях (0001) та (1`102) сапфіра по методу піролізу силану. При розкладанні силану без спеціального легування утворюються плівки з p-провідністю, опором від 1 до 100 Ом´см т рухливістю носіїв 50-250 см²/В´с. Плівки з високим опором ростуть при низьких температурах або при меншому часу попереднього відпалювання підкладки у водні. Плівки з n-провідністю осаджуються при легуванні силану фосфіном. Для встановлення механізму легування окремі зразки піддаються додатковій термічній обробці в умовах, які виключають їх забруднення. На рис. 3. 2 показані типічні профілі розподілення легуючого елементу в шарі.

 

Рис. 3.2. Профілі розподілу домішок за товщиною кремнієвої плівки, осадженої на сапфірі [9]

 

Криві 1 та 2, які відносяться до двох зразків кремнію, осадженому на сапфірі при 1160 ^оС без додаткової термічної обробки, характеризують розподілення легуючої домішки внаслідок автолегування. Крива 3 відноситься до зразка, приготовленого наступним чином: шар кремнію товщиною 7 мк вирощується при 1160 ^оС, відпалюється 30 хв у водні при 1325 ^оС і потім повторно осаджується кремній при 1160 ^оС (h=23 мк). Четвертий зразок (плівку товщиною 14 мк) після осадження при 1160 ^оС відпалюється 30 хв при 1375 ^оС. Початковий рівень легування – 10¹⁷ см^-3 [9, 10].

 

3.2. Гетероепітаксійні системи Ge_1-x-Si_x

 

Орієнтована кристалізація кремнію на германії при відновленні SiCl₄ відбувається у вузькому інтервалі температур. При t_n=900 ^оС германій покривається полікристалічним шаром кремнію і лише при температурі підкладки, близької до точки плавлення германію, кремній утворює на площині (111) суцільний орієнтований шар. Плівки кремнію та германію мають n-провідність [9].

Джерело кремнію знаходиться при температурі 1100 ^оС, а германієва підкладка – при 900 ^оС. Епітаксійні шари осаджують на підкладках з орієнтацією (111) та (100).

Вивчення структури кремнієвих шарів свідчить про їх низьку досконалість. Крім чисельних мікродефектів в самому осаді, під плівкою було знайдено кавітаційний шар, який містить великі порожнини. Його товщина росте зі збільшенням тривалості процесу. Цей шар виникає внаслідок дифузії германію в епітаксійну плівку кремнію. Після 64-годинного осадження германієву підкладку товщиною 1 мм розрізнити вже не вдається. За допомогою рентгенівського мікроаналізу було досліджено розподілення германію по товщині шару кремнію, що росте (рис. 13). Бачимо, що градієнт концентрації германію збільшується зі зниженням температури росту. Плівки монокристалічні по всій товщині, причому вимірювання періодів решітки твердих розчинів, що утворюються, узгоджуються з результатами мікроаналізу [9, 10].

При високій температурі германієвої підкладки за присутності парів йоду поряд з осадженням кремнію відбувається травлення германію.

Орієнтований ріст кремнію на підкладках із германію з орієнтацією (111) спостерігається до 650 ^оС. При більш низьких температурах швидкість росту значно знижується (рис. 13) причому кремній асаджується в основному на стінках ампули при температурі близько 800 ^оС. Орієнтований ріст на підкладках з орієнтацією (100) проходить лише при t_n>800 ^оС.

Для дослідження механізму потрапляння германію в кремнієві шари був вивчений вплив подальшого довготривалого відпалювання шарів (600 год при 918 ^оС) на характер розподілення германію в плівці. Виявилося, що відпал не супроводжується помітною дифузією. Германій переноситься в шар не дифузійним шляхом, а через пори в підшарі внаслідок реакції з йодом в газовій фазі [9, 10, 11].

 

Рис. 3.3. Залежність концентрації германію від товщини епітаксійної кремнієвої плівки [9]

 

В останні кілька десятиліть значна увага приділяється дослідженню властивостей та методів вирощування епітаксійних шарів Ge_1-x-Si_x[9, 11]. Надзвичайний інтерес до таких структур обумовлений багатьма причинами. Одна із них полягає в тому, що можна змінювати фізичні властивості таких структур в заданому напрямку не вдаючись до додаткового легування, а лише змінюючи відносну концентрацію германію в епітаксійному шарі. Така зміна концентрації германію впливає, наприклад, на прозорість структур в оптичному спектрі, що є важливим для технології виготовлення сонячних елементів. Змінюючи неперервно вміст германію в гетероструктурі, можна приготувати великий спектр переходів з практично будь-якими властивостями, що є надзвичайно важливим у виробництві мікроелектронних приладів. Привабливість таких структур пояснюється ще й тим, що гратки германію та кремнію мають однаковий структурний тип і лише незначно відрізняються періодами трансляцій, що робить можливим вирощування псевдоморфних перехідних шарів без таких дефектів, як двійники або включення іншої фази. Варто відзначити також і відносну дешевизну таких структур в порівнянні з двокомпонентними шарами на базі елементів In, Cd, Te [12, 13].

Таким чином, привабливість епітаксійних структур Ge_1-x-Si_x ви-значається наступними факторами: широким спектром використання (завдяки можливості регулювати оптичними, електричними та магнітними властивостями без легування), високою технологічністю (подібність структури граток вихідних компонентів, доступністю і незначною собівартістю вихідних матеріалів.

Існує декілька широковживаних методів вирощування псевдоморфних шарів Ge_1-x-Si_x, які умовно поділяються наступним чином:

— метод низькотемпературного осадження з рідинної фази;

— метод низькотемпературного осадження з газової фази;

— метод молекулярнопучкової епітаксії.

Розглянемо коротко деякі з таких методів. Метод лазерного роз-пилення передбачає наявність установки високого вакууму ∼10^-7 Toрр, оскільки дифузія практично всіх елементів, які містяться в атмосфері, сильно змінює властивості перехідного шару, а поверхневі дефекти, що утворюються, сильно впливають на ріст наступних шарів, практично повторюючись в кожному наступному шарі [14]. При цьому вихідна кремнієва підкладинка попередньо шліфується, очищується і обезжирюється. Для запобігання утворенню термічних напруг вона попередньо підігрівається до температури, приблизно рівної температурі розплавленого германію. Режим сканування та потужність лазера підбираються таким чином, щоб запобігти острівковому росту епітаксійного шару.

Метод іонного розпилення вимагає значних енергетичних затрат. Це пов’язано з нагріванням підкладки і мішені та з прикладенням поля, необхідного для розгону іонів. Крім того, заряджені іони можуть утворювати неконтрольовані комплекси із точкових дефектів. Даним методом вдалося виростити плівки товщиною від 10 Å до 3 мкм. Швидкість росту плівок становить ∼7 Å/с при іонному розпиленні і ∼50 Å/с при термічному випаровуванні.

Найбільш енергетично привабливим серед даних методів є метод хімічного осадження, оскільки не вимагає нагрівання і розплавлення вихідних компонентів. Але цей метод не дозволяє контролювати дифузію чужорідних домішок в перехідні шари, які обов’язково присутні у вихідних хімічних сполуках. Наприклад, часто спостерігається утворення сполук іншої фази на основі кремнію та вуглецю, що веде до порушення псевдоморфізму структури [15, 16, 17].

 

 

РОЗДІЛ 4

ВИСНОВКИ

 

1. Під час виконання курсової роботи було вивчено загальну характеристику процесу епітаксії та методи її проведення. Епітаксія — це метод осадження монокристалічної плівки на монокристалічну підкладку, при якому кристалографічна орієнтація шару, який осаджують, повторює кристалографічну орієнтацію підкладки. Осаджена плівка називається епітаксійною плівкою або епітаксійним шаром. Епітаксія може відбуватися з газової (газофазна), рідинної (рідко) та твердої (твердофазна) фаз. Перевагою першого та другого методів над третім є простота виготовлення та менша трудозатрачуваність.

2. В залежності від матеріалу епітаксійного шару та підкладки розрізняють гомоепітаксію та гетероепітаксію. При гомоепітаксії хімічний склад шару і підкладки співпадають, наприклад, при осадженні кремнієвого шару на кремнієву підкладку. При гетероепітаксії хімічні склади епітаксіяльного шару та підкладки різні. Проте тип та основні параметри кристалічних решіток повинні бути однаковими.

3. Гетероепітаксія дозволяє отримувати гетеропереходи, які володіють специфічними електрофізичними характеристиками.

4. Епітаксія на діелектричних та металічних підкладках відкриває великі можливості для розробки нових типів мікросхем.

5. Гетероепітаксія кремнію на ізолюючих підкладках являється одним з перспективних напрямків в технології інтегральних мікросхем, так як в цьому випадку природним шляхом вирішується проблема ізоляції елементів схеми на підкладках.

 

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

 

1. Готра З.Ю. Технологія електронної техніки: Навч. Посібник: у 2 т. /
З.Ю. Готра. – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2010. – Т.1. – 888 с.

2. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии: Пер. с англ./ Под ред. А.В. Шальнова / И. Броудай, Дж. Мерей. — M.: Мир, 1983. — 494 с.

3. Ефимов И.Е. Основы микроелектроники: Учебник. 3-е изд., стер. / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь.– СПб.:Издательство «Лань», 2008. – 384 с.

4. Закалик Л. І. Основи мікроелектроніки. Навчальний посібник. / Л.І. Закалик, Р.А. Ткачук.– Тернопіль: ТДТУ ім. І. Пулюя, 1998. –352 с.

5. Епітаксійні шари GaAs отримані газофазною хлоридною епітаксією з використанням галієвого джерела легованого ітербієм / С.І. Круковський, Д.М. Заячук, І.О. Мрихін та ін. //Фізика і хімія твердого тіла. – 2009. – Т. 10, №3. – С. 594-597.

6. Богданович Б.Ю. Технологии и методы исследования структур КНИ. / Б.Ю. Богданович. – М.: МИЭТ, 2003. – 288 с.

7. Андрєєв В.М. Кремниевые структуры для приборов микроелектроники. / В.М. Андрєєв, Д.В. Зинов'єв. – М.: МИЭТ, 2006 – 346 с.

8. Козлов Ю.Ф. Структура кремний на сапфире: технология, свойства, методы контроля, применение. / Ю.Ф. Козлов, В.В. Зотов. – М.: МИЭТ, 2004 – 287 с.

9. Палатник Л.С. Эпитаксиальные пленки. / Л.С. Палатник, И.И. Папиров. – М.: Наука, 1971 – 480 с.

10. Палатник Л.С. Механизм образования и структура конденсированных пленок. / M.Я. Фукс, В.M. Косевич. – M.: «Наука», 1972 —318 с.

11. Електромеханічні, терморезистивні і фотоелектричні перетворювачі на основі монокристалів системи Si-Ge / Р.І. Байцар, С.С. Варшава, Е.П. Красноженов та ін. // Журнал неорганічних матеріалів. – 1996. – Т.8, №7. – С. 789-793.

12. http://journals.ioffe.ru/ftp/2010/10/p1433-1435.pdf - Рекристаллизация с границы раздела кремний - сапфир как новый метод получения структурно совершенных пленок кремния на сапфировой подложке, дата доступу: 20.11.2012 р.

13. A one dimentional SiGe superlattice grown by UHV epitaxy / E. Kasper, H.J. Herzog // Appl.Phys. – 1975. – V.1, №8. – P. 199.

14. Fabrication of n- and p-channel in-plane-gate transistors from Si/SiGe/Ge heterostructures by focused laser beam writing / M. Holzmann, P. Baumartner, C. Engel //Appl.Phys. Lett. - 1996.- V.6, №21 - P. 3025-3027.

15. Pseudomorphic growth of Ge_xSi_1-x on silicon by molecular beam epitaxy / J.C. Bean, T.T. Shang //Appl.Phys.Lett. – 1984. – V. 4, №44. – P.102.

16. Growth contol of Ge_xSi_1-x/Si strained layer superlattice by the RHEED intencity oscillation / T. Sakamoto, K. Sacamoto, H. Oyange //Journal Phys. Paris. – 1987. – V. 7, №48. – P.5-333.

17. Non-ideal current-voltage characteristics in MBE-grown Si_1-XGe_x/Si heterojunction bipolar transistors / V. Roberts, D. Allsopp //Semicond. Sci. And Technol. – 1996. – V. 9, №9. - P.1346-1353.

18. http://www.intel.com/cd/corporate/techtrends/emea/rus/376689.htm - Исследования в области диэлектриков High-k и металлических затворов, дата доступу: 23.11.2012 р.

19. http://citforum.ru/hardware/microcon/45_nm/ - 45 нм: все только начинается, дата доступу: 23.11.2012 р.

20. http://www.3dnews.ru/cpu/intel_penryn/ - Intel Penryn: первые 45 нм процессоры, дата доступу: 24.11.2012 р.

 

ГЕТЕРОЕПІТАКСІЙНІ КРЕМНІЄВІ СТРУКТУРИ

 

Виконала:

студентка групи ЕП-01 Т.М. Шабельник

 

Науковий керівник,

к.ф.-м.н., асистент О.П. Ткач

 

 

Суми 2012

ЗМІСТ

 

ВСТУП ……………………………………………………………………………....3

РОЗДІЛ 1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСУ ЕПІТАКСІЇ …...4

1.1 Основи теорії епітаксійного росту……………………………………...……..5

1.2 Способи проведення епітаксії (Механізми епітаксії)………………………..7

1.1.1 Епітаксія з газової фази………………………………………………....9

1.1.2 Рідкофазна епітаксія…………………………………………………....11

РОЗДІЛ 2 МОЛЕКУЛЯРНО-ПРОМЕНЕВА ЕПІТАКСІЯ (МПЕ)..………14

1.3 Легування плівок в процесі МПЕ………………………………………........15

1.4 Установка та вирощування плівок в процесі МПЕ………………………...16

РОЗДІЛ 3 ЕПІТАКСІЙНІ ПЛІВКИ КРЕМНІЮ НА КРИСТАЛАХ ІНШИХ РЕЧОВИН ……………………………………………………………..19

1.5 Кремній на сапфірі……………………………………………………………20

1.6 Гетероепітаксійні системи Ge_1-x-Si_x…………………………………………23

РОЗДІЛ 4 ВИКОРИСТАННЯ ГЕТЕРОЕПІТАКСІЙНИХ КРЕМНІЄВИХ СТРУКТУР ……………………………..………………………………………..27

ВИСНОВКИ ……………………………………………………………………....30

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ……………………………………...31

 

ВСТУП

 

Процеси епітаксійного росту аналогічні до отримання тонких плівок. Епітаксійні шари можна вирощувати термовакуумним (ТВН) методом, з парогазової (ПГФ), рідкої чи твердої фази. Більшість процесів епітаксії здійснюються осадженням з парогазової фази. В умовах надвисокого вакууму здійснюється молекулярно-променева епітаксія (МПЕ). Ріст кристала при епітаксії з ПГФ і МПЕ відбувається за температури нижчої від температури плавлення. Процес рідкофазної епітаксії відбувається шляхом кристалізації речовини на поверхні підкладки розплавленого металу, використовується переважно для отримання шарів подвійних чи потрійних напівпровідникових сполук.

Також велике значення має вплив підкладки на кристалізацію речовини, що осаджується. Атом, який надходить із зовнішньої фази, може передавати їй свою кінетичну енергію. Сили зв’язку між підкладкою та адсорбованими атомами утримують останніх на поверхні. Кристалохімічні особливості підкладки повинні впливати на швидкість поверхневої дифузії адсорбованих атомів і тим самим на кристалографічну орієнтацію плівку, що осаджується. Недосконалість будови поверхні підкладки повинна позначитися на характері розподілу і будові матеріалу, який нарощується.

Під час росту епітаксійні шари можна легувати, тобто в них вводять донорні або акцепторні домішки; унікальною особливістю епітаксії є можливість отримання високоомних шарів напівпровідника на низькоомних пластинах; при епітаксії можна одержати рівномірні розподіли або з різким перепадом концентрації на дуже малій відстані; можна отримати багатошарові структури в одному процесі.

Мета роботи полягала у вивченні теорій епітаксійного росту, способу проведення епітаксії, дослідження епітаксійних плівок кремнію на кристалах інших речовин, застосування гетероепітаксійних кремнієвих структур в електроніці.

РОЗДІЛ 1