МОЛЕКУЛЯРНО-ПРОМЕНЕВА ЕПІТАКСІЯ
3
Обладнання для молекулярно-променевої епітаксії
Установка молекулярно-променевої епітаксії складається із трьох надвисоковакуумних камер, розділених вакуумними затворами з ручним приводом (рисунок 3.1). В верхній камері розміщено аналітичне обладнання і маніпулятор, на якому закріпляється підкладка; в нижній камері знаходиться електронно-променевий випаровував потужністю 10 кВт, пристосований до роботи у НВВ.Зразки вводяться до накопичувальної камери, що використовується також як шлюз для швидкої перезарядки. Всі камери укомплектовані турбомолекулярниминасосами, титановими субліматорами з охолодженням кріопанелейрідким азотом та іонними насосами.
Тиск залишкових газів у всіх камерах менше 10-8 Па. Навколо випарника розміщена мідна кріопанель, що охолоджується рідким азотом. Під час випаровування тиск збільшується до 5×10-7 Па і визначається киснем; парціальні тиски О2, СО, NO, H2O мають величину 10-9 Па або менше [8]. Для низьких коефіцієнтів прилипання забруднюючих газів (порядку 10-3 ) і при звичайній швидкості осадження 0,1 нм/с оцінка концентрації кисню і других шкідливих добавок у вирощуваних шарах дорівнює 10-7 (менше 1015 атомів на 1 см2). В роботі використовується імпульсний рубіновий лазер (l=694,3 нм) [8]. Тривалість імпульсів складає 20 нс, енергія 2,0 Дж/см2 [8]. В якості поверхнево-чутливих методик аналізу використовується дифракція повільних електронів (ДПЕ), і оже-електронна спектроскопія (ОЕС). Для цих цілей верхня камера укомплектована чотирисіточною системою ДПЕ і одноступінчатим аналізатором типу циліндричного дзеркала.
|
|
|
Рис. 3.1. Молекулярно-променева епітаксія кремнію[8]:
1 – термопара;
2- кварцовий кристал;
3- тепловий екран;
4 – нагрівач;
5 – підкладка;
6 – тримач;
7 – вікно для візуального спостереження;
8 – мас-спектрометр;
9 – вакуумметр;
10 – механічний затвор;
11 – джерело сурми;
12 – електронна пушка;
13 – титановий гетерний насос;
14 – турбо-молекулярний насос
Описана установка створена на базі стандартного обладнання для дослідження поверхні, тому на ній неможливо працювати з кремнієвими пластинами діаметром 3 або 4 дюйми (7,5 або 10 см), і її не можливо використовувати для легування в камері [8].
Розглянемо також конструкцію іншої установки для молекулярно-променевої епітаксії шарів кремнію на стандартних кремнієвих підкладках великої площі, що мають форму диска.
Конструкція пристрою показана схематично на рисунку. Джерело парів кремнію 1 вирізане із злитка монокристалла й має розміри 70х 4 х 4 мм [9]. Воно кріпиться на охолоджуваних проточною водою струмовводах 2 через масивні кремнієвіпрокладки 3[9]. Нагріванняджерела до заданої температури (~1380 °С) здійснюється за допомогою попускання струму до ~50 А. Відсутність металевих деталей, що безпосередньо контактують із нагрітим до високої температури кремнієм, дозволяє усунути додаткові джерела неконтрольованих домішок.
|
|
|
Рис. 3.2. Конструкція установки для сублімаційного молекулярно-променевого осадження плівок кремнію [9]:
1. – джерело;
2. – струмоввід;
2. – кремнієві прокладки;
3. – підкладка;
4. – кільце;
5. – циліндр-тримач;
6. – нагрівальний елемент;
7. – ізолятор;
8. – танталові екрани;
9. – струмовводи нагрівального елемента;
10. – шестерня;
11. – заслінка
Підкладка 4 у вигляді кремнієвої пластини діаметром 60 або 76 мм кріпиться за допомогою кільця 5 на танталовому циліндрі-тримачі 6 [9]. Усередині циліндра розташований нагрівач 7, виготовлений з танталової фольги у формі меандру й установлений між двома пластинами з нітриду бора 8 для ізоляції підкладки від нагрівача й захисту її від забруднення неконтрольованими домішками. Нагрівачтермоізольований з тильної сторони системою багатошарових екранів 9, виконаних з танталової фольги.Два струмопровідних стрижні 10,виготовлених з молібдену, з'єднують нагрівач із джерелом постійного струму. Температура нагрівача підкладки контролюється оптичним пірометром через вікно в ростовій камері або термопарою. На нижній частині циліндра 6 перебуває шестерня 11, за допомогою якої він з'єднаний із приводом обертання.
|
|
|
Між джерелом і підкладкою встановлена заслінка 12 з отвором у вигляді сегмента. Поздовжня осьова лінія джерела й осьова лінія сегмента збігаються, а центр сегмента збігається із центром підкладки. Таке обмеження сегментом зони осадження плівки забезпечує рівномірне покриття поверхні підкладки при її обертанні[12]. Кут сектора вибирався таким, щоб довжина його дуги не перевищувала відстані між джерелом і підкладкою. У процесі осадження циліндр 6 разом з підкладкою 4 обертається з кутовою швидкістю 30-60 об/хв [9].
Розроблений пристрій був для вирощування нелегованих і легованих
Епітаксій них шарів кремнію, а також плівок полікристалічного кремнію (п. п. к.). Епітаксійні шари вирощували на підкладках кремнію КДБ-10 з орієнтаціями поверхні (111) і (100). П. п. к. осаджували на поверхню термічно вирощеного шаруючи оксиду товщиною ~ 0.3 мкм [10]. Перед нарощуванням епітаксійногошару існуючи підкладку обробляли в хімічних реактивах. Утворений при цьому тонкий шар оксиду надійно захищав поверхню підкладки від забруднення[10].
|
|
|
Як матеріал джерела був обраний кремній КЭФ-20 або КЭФ-0.008. Відстань між джерелом і підкладкою становило 30 мм. Післянагрівання підкладки до температури 850-900°С, а джерела – до 1350°С, включали привід обертання підкладки й відкривали заслінку. Вплив слабкого потоку (~1×1014 атомів/см2с) атомів кремнію при зазначеній вище температурі підкладки на тонкий шар оксиду сприяло видаленню оксиду й забезпеченню атомарно-чистої поверхні для росту епітаксійних шарів. Температуру джерела при рості шарівпідвищували до 1380°С, а температуру підкладки знижували до заданої (500-800°С) [8]. Тиск залишкових газів у камері в процесі ростушарів товщиною ~ 4 мкм становило 10-5 Па, швидкість росту – 1.5 мкм/г.
При зазначеній відстані між джерелом і підкладкою були вирощені шари з досить високою однорідністю товщини: у центрі й на периферії підкладки діаметром 60 мм вона відрізнялася не більше ніж на 1.5%, і на ~2% - на підкладках діаметром 76 мм. Шари мали гладку й дзеркальну поверхню. Щільність дефектів пакування в шарах, вирощених на підкладках Si(111), становила 5×103 см-2 при температурі підкладки Тп = 500°С [8] і експотенціальноспадала з її підвищенням. При вирощуванні епітаксійних шарів на підкладках Si(100) дефектів пакування не спостерігалося[11]. Щільність дислокацій у вирощених шарах збігалася із щільністю їх у підкладках.
1.2.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 248; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!