співвідношення між потоками адсорбції та десорбції атомів, що входять до складу зростаючої структури.
Для характеризації цього співвідношення використовують коефіцієнт прилипання атома даного сорту до поверхні, на якій відбувається епітаксіальний зростання. Цей коефіцієнт визначає частку падаючого потоку атомів, адсорбируемого на поверхні. Температура підкладки задає швидкість поверхневої дифузії, попередньої встраиванию атомів в кристалічну решітку. Для забезпечення необхідного числа? 104 дифузійних стрибків атома по поверхні, температура повинна бути досить високою. Середнє переміщення атома по поверхні за час t одно:
, (1)
(2)
- коефіцієнт поверхневої дифузії, D s0 =a 2 v , a - довжина дифузійного стрибка, тобто відстань між еквівалентними положеннями атома на поверхні зростання, T - температура в енергетичних одиницях, н? +1012 с - 1 - частота коливань атома на поверхні, Esd - енергія активації поверхневої дифузії, яка для напівпровідників зазвичай становить 1 1.5 еВ.
Занадто високі температури підкладки не бажані, оскільки в цьому випадку зменшується коефіцієнт прилипання і активізується взаємна дифузія атомів між шарами. У зв'язку з тим, що гетероструктури являють собою різко неоднорідні за хімічним складом системи, то через процеси взаємної дифузії з плином часу ці системи повинні або переходити в термодинамічно рівноважний стан з однорідним розподілом концентрацій всіх компонентів, або розшаровуватися на фази певного складу. Однак, оскільки енергія активації взаємної дифузії, наприклад, в напівпровідниках зазвичай становить 4-5 еВ, то в інтервалі температур від 600 до 800оС цей ефект пренебрежимо малий. Дійсно, елементарна оцінка показує, що середнє зміщення атома за кілька десятків годин за рахунок взаємної дифузії виявляється помітно менше межатомного відстані. Таким чином, ясно, що вибір і підтримку оптимальної температури росту є одним з найважливіших умов реалізації MBE.
Технологія молекулярно-пучкової епітаксії була створена в кінці 1960-х років Дж.Р. Артуром і Альфредом Чо. Незважаючи на досить просту ідею, реалізація даної технології вимагає надзвичайно складних технічних рішень. Основні вимоги до установки епітаксії наступні:
- У робочій камері установки необхідно підтримувати надвисокий вакуум - тиск залишкових газів повинно бути нижче 10 - 8 Па (? 10 - 10 мм рт. ст.).
- Чистота випаровуються, повинна досягати 99,999999%.
- Необхідний молекулярний джерело, здатний випаровувати тугоплавкі речовини (такі як метали) з можливістю регулювання щільності потоку речовини.
- Особливістю епітаксії є повільна швидкість росту плівки (зазвичай менше 1000 нм в хвилину) [8].
газофазний епітаксії
Епітаксиальні зростання матеріалів шляхом осадження на підкладку продуктів термічного розкладання (піроліз) молекул органічних газів, що містять необхідні хімічні елементи, називається методом осадження металоорганічних сполук з газоподібної фази (MOCVD - Metalorganic Chemical Vapour Deposition). Цей термін був запропонований творцем методу Гарольдом Манасевітом в 1968 році. На відміну від MBE при MOCVD зростання відбувається не у вакуумі, а в присутності газу при помірних тисках. При кімнатних температурах металоорганічні сполуки знаходяться в рідкому або навіть твердому стані. Оскільки ці речовини, як правило, мають високий тиск парів, їх можна легко доставити в зону хімічної реакції шляхом продувки газу носія через рідини або над твердими тілами, що грають роль джерел. В якості газу носія використовують водень або інертні гази (гелій, аргон). Ідею методу MOCVD можна проілюструвати за допомогою малюнка 12, схематично зображує реактор, в якому відбувається епітаксіальний зростання структури.
Кристалізація матеріалу на нагрітої підкладці, розташованої в реакторі з холодними стінками, здійснюється при пропущенні над нею однорідної газової суміші реагентів з газом-носієм. У результаті піролізу, при якому газоподібні сполуки розкладаються на компоненти на гарячій поверхні, утворюється стабільне тверде полупроводниковое з'єднання.
- кварцовий корпус, 2 - котушка високочастотного генератора для нагрівання підкладки, 3 - блок нагрівання, 4 - підкладки, 5 - водяне охолодження (впуск), 6 - водяне охолодження (випуск)
Рисунок 12 - Схема горизонтального реактора відкритого типу з охолоджуваними стінками для MOCVD
Схематично показано розподіл швидкостей v і температури T в газовому потоці в дифузійному шарі поблизу підкладки.
Температура піролізу становить 600-800 0 С. Підкладка і зростаюча плівка зазвичай нагріваються високочастотним генераторо...
