росту можна розділити на три області, перша з яких представляє собою підкладку або черговий виріс моноатомний шар матеріалу. Друга область - газова суміш компонентів гетероструктури в приповерхневої області. Третя область - перехідний шар, геометрія якого і протікають в ньому процеси сильно залежать від вибору умов зростання. Складом вирощуваної плівки і наявністю легуючих домішок визначається кількість еффузіонних комірок, використовуваних в MBE установці. Так для вирощування чистих елементарних напівпровідників кремнію Si і германію Ge, потрібно лише одна комірка. Якщо необхідний легований елементарний напівпровідник, то потрібно додати, принаймні, ще одну клітинку. Очевидно, що для отримання плівок складних напівпровідників, наприклад, подвійних і потрійних сполук потрібно осередок для кожного компонента плівки. Температура еффузіонной осередку визначає величину потоку частинок, що надходять на підкладку, і тому ретельно контролюється.
1 - підкладка, 2 - зростаюча плівка, 3 - заслінки, 4 - еффузіонние осередки основних компонентів, 5 - еффузіонние осередку легуючих домішок
Рисунок 10 - Схема MBE установки; I - зона генерації молекулярних пучків, II - зона змішування пучків, III - зона кристалізації на підкладці (зона росту)
Управління складом вирощуваного матеріалу і концентрацією легуючих домішок здійснюється за допомогою заслінок, які перекривають той чи інший потік частинок. Якщо при вирощуванні структури потрібно різко міняти концент?? ацию однієї і тієї ж домішки, то використовують кілька еффузіонних осередків з легуючим речовиною, нагрітих до різних температур. Однорідність складу плівки по площі і її кристалічна структура визначається однорідністю молекулярних пучків. Для підвищення однорідності, у багатьох випадках, підкладка зі зростаючою плівкою постійно обертається. MBE включає в себе наступні елементарні процеси, що протікають в зоні росту (рис. 11):
- Адсорбція (прилипання) падаючих на підкладку атомів або молекул, складових вирощуване з'єднання.
- Міграція (поверхнева дифузія) адсорбованих атомів по поверхні підкладки, яка може передувати дисоціацією (розпадом) молекул вирощуваного з'єднання.
- Вбудовування атомів, що складають гетероструктуру, в кристалічну решітку підкладки або зростаючий моноатомний шар.
- Термічна десорбція (відрив) атомів, не вбудовані в кристалічну решітку.
- Освіта і подальше зростання двовимірних зародків кристала на підкладці або поверхні зростаючого шару.
- Взаємна дифузія атомів, вбудована в кристалічну решітку.
1 - адсорбція атомів із зони змішування на поверхні, 2 - міграція адсорбованих атомів по поверхні, 3 - вбудовування адсорбованих атомів в кристалічну решітку, 4 - термічна десорбція, 5 - утворення поверхневих зародків, 6 - взаємна дифузія
Малюнок 11 - Елементарні процеси в зоні росту
Над зростаючої поверхнею показані атоми газової суміші компонентів в приповерхневої області. Літерами nn і ii показані нормальна і інвертована поверхні розділу зростаючої гетероструктури.
У результаті адсорбції та міграції по поверхні атоми займають цілком певні положення в кристалічній решітці. За час зростання одного моноатомного шару, яке зазвичай становить одну секунду, атом здійснює декілька тисяч дифузійних стрибків, поки не займе своє остаточне положення в решітці. Таким чином, має місце свого роду самоорганізація зростаючої структури.
Кожен твердотільний матеріал може бути вирощений пошарово при фіксованій швидкості росту. Температура підкладки забезпечує оптимальну для даного з'єднання швидкість поверхневої дифузії. Так як хімічні зв'язки в різних матеріалах різні, то розрізняються і енергії активації поверхневої дифузії атомів, що входять до складу цих сполук. У зв'язку з цим якість гетерограніц може істотно відрізнятися залежно від того, яке із з'єднань при обраному температурному режимі зростає перший. Межі називають нормальними, якщо компонент з більш низькою температурою плавлення зростає перший. Якщо послідовність зростання зворотна, то такі кордони називають «інвертованими». На малюнку 11 на прикладі структури Al x Ga1- x As/GaAs дається ілюстрація кордонів цих типів, позначених індексами n і i. Для отримання гладких і досконалих гетерограніц часто використовують методику переривання росту або методику осадження пульсуючим пучком, які реалізуються за допомогою механічного перекривання еффузіонних осередків заслінками.
Згладжування поверхні за час перекривання пучків обумовлено поверхневої міграцією та сублімацією атомів, адсорбованих на поверхні вирощуваного моношару. Температура підкладки регулює ...
