В радиоэлектронике используются пленки, реальная толщина которых во многих случаях больше, чем высота купола критических и сверхкритических зародышей. Поэтому необходимо рассмотреть не только образование, но и развитие (рост) пленки после того, как она стала сплошной, т. е. после исчезновения островковой структуры. При этом следует определить:
1) степень влияния механизма образования зародышей на дальнейшую структуру пленки, а также на возникновение границ зерен, дефектов структуры: упаковки, двойниковых структур, вакансий, дислокаций и др.;
2) зависимость изменения или повторения образовавшейся структуры от механизма роста пленок и различных параметров состояния;
3) способы влияния на изменение структуры пленки с целью улучшения ее электрофизических свойств.
Осаждение монокристаллических пленок на монокристаллические пластины называют эпитаксией. В понимании механизма роста пленок эпитаксия играет большую роль.
Эпитаксиальная пленка когерентна со структурой пластины, т. с. повторяет эту структуру. Такая пленка может «наследовать» или «залечивать» дефекты пластины в зависимости от условий осаждения и ее обработки.
После того как получен первый сплошной слой пленки, следующий слой формируется независимо от структуры пластины. Рост отдельного агрегата на атомарном уровне может быть как эпитаксиальным, так и неэпитаксиальным. Для анализа механизма роста пленки воспользуемся моделью образования куполообразного зародыша, описанной в п.1.
Согласно уравнению (3.18) свободная энергия образования критического зародыша
При осаждении пленки на предыдущий слой того же материала можно принять ц = 0. Тогда f(ц) =0 и ДGкр = 0. Следовательно, энергетический барьер отсутствует. Поэтому конденсирующиеся атомы на поверхности пленки непосредственно встраиваются в структуру растущего слоя. В этом случае классическая модель образования зародышей макроскопических размеров не применима к образованию микроскопических (например, двухатомных или трехатомных) агрегатов. После возникновения на пластине сплошной пленки ее рост следует рассматривать с позиций роста кристаллов. Поверхность кристалла никогда не бывает идеально гладкой. На ней всегда имеются различные выступы, ямки, островки и другие неоднородности структуры (рис. 3.7). Механизм роста пленки включает в себя адсорбцию атомов из паровой фазы (преимущественно на гранях кристалла), поверхностную диффузию к ступеньке, взаимодействие со ступенькой, диффузию вдоль ступеньки и достраивание ступеньки. В зависимости от того, какое положение занимает адсорбированный атом на поверхности кристалла, число атомов, окружающих его, различно. Поэтому различна и энергия связи его с поверхностью кристалла, а следовательно, и энергия активации поверхностной диффузии.
Условия равновесия, которые существуют между различными положениями атомов (рис. 3.7), таковы:
где пi1, пi2, пi3, пi4 — равновесные концентрации атомов соответствующего типа; рМе—давление пара осаждаемого компонента; х1, х2,…, х10 — скорости движения атомов.
Скорости х5— х10 , влияющие на рост пленки, можно найти следующим образом:
где b - длина ступеньки на единицу площади; v≈1013 с-1 —частота колебаний атомов, находящихся на поверхности пленки; ДG1→5, ДG5→1 — свободные энергии диффузии атомов при переходе из положения 1 в положение 5 и обратно; Рн — вероятность данного направления движения атомов при их миграции по поверхности пленки (для плотно упакованных кристаллов Рн=1/6); Ко, Ki — число позиций атомов на единичной поверхности и длине ступеньки.
Таким образом, анализ роста пленки сводится к выявлению преобладающей стадии роста в тех или иных задаваемых условиях. Для случая, когда преобладает скорость поверхностной диффузии х6, а скоростью диффузии вдоль ступеньки х4 можно пренебречь, уравнение диффузии для адсорбированных атомов примет вид
Где DS — коэффициент поверхностной диффузии; х — координата движения частицы.
Выражение (3.30) является кинетическим уравнением роста пленок. Перейти на страницу: 1 2
Другое по теме:
Спроектировать двенадцатипульсный составной управляемый выпрямитель с параллельным включением вентилей Цель данной курсовой работы — спроектировать управляемый выпрямитель и систему импульсно-фазового управления для него. Выпрямитель — устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Он состоит из трансформатора, преобразующего напряжение ...