Выращивание плёнки GeSi и CaF2 на кремниевых подложках (стр. 8 из 8)
2) С задней и боковой части оборудования, установки, где осуществляется техническое обслуживание и наладка, при отсутствии общего прохода-не менее 0.6м, при наличии общего прохода-не менее 1 м.
Энергетические подводки к установке и оборудованию должны проводиться на высоте не ниже 2м или в полу с учетом требований правил по ТБ.
Установки и нестандартное оборудование, вводимые в эксплуатацию, должны быть укомплектованы следующей документацией: функциональными блок-схемами и схемами электропитания с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации, инструкцией по ТБ при работе на установке (оборудовании), протоколами проверки защитного заземления, протоколами проверки сопротивления изоляции установки.
Ввод в эксплуатацию установок и нестандартного оборудования осуществляется комиссией в составе: заведующий лабораторией (председатель), представитель Отдела главной энергетики, инженер по ТБ.
При удовлетворительных результатах осмотра и проверки состояния оборудования, а также защитных устройств, защитных средств и экранировки комиссия составляет акт на ввод установки (оборудования) в эксплуатацию.
заключение
По результатам проведённых ростовых процессов на подложках Si (001) последующего измерения и анализа параметров образцов до и после отжига можно сделать следующие выводы:
1. Методами низкотемпературной эпитаксии (при температурах роста 250-300 ºС) возможно получение псевдоморфных напряжённых плёнок твёрдых растворов GexSi1-x с х до 0,33 с толщинами, на порядок превышающими критические при данном несоответствии в постоянных решёток (1,2 %) для материалов гетеросистемы.
2. Зафиксирована начальная стадия пластической релаксации плёнки GeSi, с содержанием Ge 0,32, где видно действие источников дислокаций несоответствия. Зафиксирован процесс распространения дислокационных полупетель с поверхности вглубь плёнки, а также полупетли, уже достигшие границы раздела и сформировавшие отрезки дислокаций несоответствия.
3. В зарождении дислокаций несоответствия ключевую роль играет поверхность, поскольку источники ДН локализованы в приповерхностной области эпитаксиальной плёнки.
4. Возможна частичная блокировка источников ДН, например при отжиге гетероструктур в атмосфере водорода. Предположительно это связывается с поверхностной миграцией атомов. Снижение плотности источников ДН позволяет выращивать плёнки с низкой плотностью (<10-6 см-2) прорастающих дислокаций.
По результатам измерения и анализа параметров гетероструктур CaF2/Si(111) можно сделать следующие выводы:
1. На подложках Si(111) методами молекулярно-лучевой эпитаксии возможно получение плёнок CaF2 с параметрами делающими возможным их применение в приборных структурах.
2. Установлено, что гетеросистемы CaF2/Si(111) и GeSi/Si(001) имеют сходный механизм релаксации напряжений, то есть релаксация происходит путём скольжения дислокаций.
3. Наличие косвенных признаков указывают на то, что гетеросистема CaF2/Si(111) имеет стадию псевдоморфного роста.
4. Применение высокой (1280 °С) температуры предростовой очистки позволяет добиться существенного улучшения электрических характеристик диэлектрических плёнок.
1. Ahlgren D. C., Jagannathan B - Solid state technology 43 53 (2000)
2. Konig V., Gluck V., Hock G. J., - Vacuum sciense technology 16 2609 (1998)
3. Frank F. C., Van der Merve J. H. Proc. Roy. - Soc. London Ser.198 205 (1949)
4. Matthews J. W., Blakeslee A. E. - Crystal growth 27 118 (1974)
5. Kvam E. P., Maher D. M., Humpheys C. J. - Material res. 5 1900 (1990)
6. Fitzgerald E. A. - Mater. science 7 87 (1991)
7. Gillard V. T., Nix W. D., Freud L. B. - App. Physicsl 76 7280 (1994)
8. Alexander H., Haasen P. - Solid stsate Phys. 22 27 (1968)
9. Matthews J. W., Blakeslee A. E., Mader S. - Thin solid films 33 253 (1976)
10. Eaglesham D. J. - Phil. Mag 59 1059 (1989)
11. Hull R., Ben J. C. - Vac. Sci. Technol. 7 2580 (1989)
12. Houghton D. C. - Appl. Phys. 70 2136 (1991)
13. Г. Шиммель - Методика электронной микроскопии М. "Мир" (1972) 300 с.
14. Д. Вудраф, Т. Делчар - Современные методы исследования поверхности М. "Мир" (1989) 568 с.
15. Fathauer R.W. Lewis N., hall E.L., Scowalter L.J. - Electron microscopy of epitaxial Si/CaF2/Si structures. – J. of Vacuum Science and Technology B, - 1985, v. 3, No2, p. 738-739.
16. Fathauer R.W. et.al. - Heteroepitaxy of semicondactor - on - insulator structures: Si and Ge on CaF2/Si(111).- J. of Applied Physics, - 1986, v.60, No 11, p. 3886-3894.
17. Ishiwara H. T., - J. of Applied Physics, - 1984, v. 55, No 11, p.3556-3561.
18. Sasaci M. et. al.- Electron difraction observation of epitaxial silicon growth on CaF2/Si(100). - Applied Physics Letters, - 1985, v. 46, No 11, p.1156-1158.
19. Ponce F.A. - Anderson G.B., O`Keefe M.A., Showalter L.J. - Summary Ab-stract: High resolution electron microscopy of CaF2/silicon interfacees. - J. Vac. Sci. Technol. B, - 1986, v.4, No 4, p.1121-1122.
20. Tromp R.M., LeGoues F.K., Krakow W. - Structural characterization of the CaF2/Si(111) interface by high - resolution transmission electron microscopy. - Phis. Rev. Lett., - 1988, v.61, No 19, p. 2274.
21. Heral H., Bernard l., Rocher A., Fontane C., Munoz-Yague A. - High-resolushion electron microscopy study of (Ca,Sr)F2/GaAs grown by molecular-beam epitaxy. - J. Appl. Phys., - 1987, v. 61, No 6, p.2410-2411.
22. Farrow R.F.C., Sullivan P.W., Williams G.M., Jones G.R., Camerun D.C. - MBE grown fluoride films: a new class of epitaxial dielectrics . - J. Vac. Sci. Tech-nol., - 1981, v. 19, No 3, p. 415 - 420.
23. Phillips J.M., et. al. - Epitaxial growth of alcaline earth fluorides on semi-conductors. - Thin Solid Films, - 1983, v.107, No p, p.217-226.
24. Asano T., et. al. Heteroepitaxial growth of group II fluoride films on silicon substrates. - J. Appl. Phys., - 1983, v. 22, No 10, p. 1474 - 1481.
25. Scowalter L.J., Fathauer R., Goehner R.P., Turner L.B., DeBlois R.W., Hashimoto S., Peng J.L., Gibson J.M., Krusius J.P. - Epitaxial growth and characteriza-tion CaF2/Si. - J. Appl. Phis., 1985, v.58, No 1, p. 302 - 308.
26. Sullivan P.W., Cox T.I. Farrow R.F.C., Jones G.R., Gasson D.B., Smith.S.S. - Summary Abstract: Growth of single crystal and polycrystalline insulating fluoride films on semiconductors by MBE. - J. Vac. Sci. Technol., - 1982, v. 20, No 2, p. 731 - 732.
27. Phillips J.M., Gibson J.M. - The growth and characterisation of epitaxial fluoride films on semiconductors.- Mat. Res. Soc. Simp. Proc.,-1984, v. 25, p. 381.
28. Hirashita N., Onoda H., Hagiwara S. - Electron diffraction observation of epitaxial silicon grown on CaF2/Si(100).- Appl. Phis. Lett., - 1985, v.46, No 11, p. 1056 - 1058.
29. Fathauer R., Scowalter L.J.- Surface morfology of epitaxial films on Si substrates. - Appl. Phis. Lett., - 1984, v. 45, No 5, p. 519 - 521.
30. Gillman J.J. - Direct measurment of the serface energies of crystal. - J. of Appl. Phys., -1960, v. 31, No 12, p.2208-2218.
31. Benson G.C., Glaxton T.A. - Calculation of the serface energy of (110) face of some crystal pocessing the fluorite structure. – Canad. J. of Physics, - 1963, v. 41, No 8, p. 1287-1293.
32. Preffer J., Phillips J.M., Smith T.P., Augustuniak W.M., West K.W. - Use of rapid anneal to improve CaF2/Si(100). epitaxy. - Appl. Phis. Lett., 1985, v. 46, No 10, p. 947-949.
33. Величко А. А., Илюшин В. А., Антонова И. В., Филимонова Н. И. - влияние режимов молекулярно-лучевой эпитаксии структур CaF2/BaF2/Si(100) на морфологию поверхности и электрофизические параметры.
34. Соколов Л. В., Дерябин А. С., Якимов А. И., Пчеляков О. П., Двуреченский А. В. – Самоформирование квантовых точек Ge в гетероэпитаксиальной системе CaF2/Ge/CaF2/Si и создание туннельно-резонансного диода на её основе. – ФТТ, 2004 т. 46, стр. 91-92.
Приложение 1. копии демонстрационных материалов
Выращивание плёнок GeSi и CaF2 на кремниевых подложках для приборных структур.
Руководитель: в. н. с., к.ф.-м.н. ИФП СО РАН Соколов Л. В.
Кафедра: ППиМЭ
Цель работы:
1 На подложках Si(001) вырастить плёнки твёрдого раствора GeSi с содержанием германия не более 30 % и посредством отжигов в различных атмосферах зафиксировать начальную стадию пластической релаксации плёнки GeSi.
2 Изучить возможности блокировки источников дислокаций несоответствия с целью получения в дальнейшем подложек пригодных для изготовления приборных структур.
3 На подложках Si(111) вырастить плёнки CaF2, обладающих высоким структурным совершенством и электрическими параметрами, делающими возможным применение таких плёнок для изготовления приборных структур.
Результаты и выводы:
1. Зафиксирована начальная стадия пластической релаксации плёнки GeSi.
2. Подтверждено предположение о локализации источников генерации дислокаций несоответствия на поверхности плёнки.
3. Исследована возможность блокировки источников дислокаций посредством отжига в атмосфере водорода.
4. Методами молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках Si(111) выращены слои диэлектрика CaF2 с электрическими свойствами, позволяющими использовать их для приборных структур.
Таблица 1 Состав гетероструктурGexSi1-x/Si(001)
| № образца | HT буферТ = 700°C | LT буферТ = 350 °C | GexSi1-x слой | Содержание Ge в слое GexSi1-x | Cap-Si слой |
| E9 | 500 Ǻ | 500 Ǻ | 2000 Ǻ 300 °C | 0.32 | 50 Ǻ |
| F9 | 500 Ǻ | 500 Ǻ | 1000 Ǻ 350 °C | 0.22 | нет |
Рис. 1 Фотография поверхности образца Е9 до отжига полученная с помощью АСМ
Таблица 2 Основные параметры отжига образцов серии Е9 (температура отжига 350 °С)
| Образец | E9/1 | E9/2 | E9/3 | E9/4 | E9/5 | E9/6 |
| Атмосфера отжига | Ar | H2 | ||||
| Время отжига, мин | 10 | 30 | 20 | 90 | 10 | 30 |
| Степень Релаксации* % | 1 | 9 | 3 | 12 | 1 | 2 |
* - по данным рентеновской дифракции
Таблица 3 Основные параметры отжига образцов серии F9 (время отжига 10 мин)
| Образец | F9/1 | F9/2 | F9/3 | F9/4 |
| Температура Отжига, °С | 500 | 600 | 600 | 700 |
| Атмосфера отжига | H2 | H2 | Ar | H2 |
| Степень Релаксации, % | 0 | 0 | 0.2 | 0.02 |
*- по данным АСМ
Рис. 2 ЭМ снимки поверхности образца Е9/1 после 10 мин отжига Т = 350 ° С
Рис. 6 Снимки поверхности образца F9/4 после отжига в Н2 10мин. Т = 700 ° С
Рис. 7 Фотография поверхности образца 76 (толщина плёнки CaF2 550Å) полученная с помощью АСМ.
Рис. 8 фотография поверхности образца 77 (толщина плёнки CaF2 330Å) полученная с помощью АСМ.
Таблица 4 Состав гетероструктур CaF2/Si(111)
| № образца | Толщина плёнки CaF2, Å | Ориентация подложки | Температура роста, °С | Послеростовой отжиг | Скрорсть роста, нм/с |
| 76 | 550 | (111) | 750 | нет | 0,091 |
| 77 | 330 | (111) | 750 | нет | 0,091 |
| 253 | 290 | (111) | 550 | нет | 0,041 |
Рис. 9 ВАХ МДП конденсаторов Si/CaF2/Al
| Образец | Толщина плёнки CaF2, Å | Удельное сопротивление, Ωּcm | Пробивное напряжение, В/см |
| 253 | 290 | 1011 | 1,5ּ106 |