Введение к работе
..Актуальность тема. Продемонстрированные в последние голы возможности создания многослойных тонкопленочтгах монокристаллических гетеросгруктур, в которых в едином "мозокристалле" объединены материалы с разли'пшми физическими свойствами обусловили развитие нового направления в фізико твердого тола, связанного с изучением процессов кристаллического роста сверхтонких эпитаксивлькых пленок и исследованием физических эффектов в многослойных гетерострукту-рах, в частности, в квантовых ямах и сверхрешетках. Такие система демонстрируют совершенно новые физические (электрические, оптические, тепловые и др.) свойства, не наблюдаемые в объемных кристаллах.
Одной из основных причин интенсификации исследовательских работ в области синтеза многослойных апитаксиальных гетероструктур являются перспективы создания на их основе новых приборов твердотельной электроники с уникальными параметрами: СВЧ-приборов, детекторов ИК-, УФ- и рентгеновского излучения и др.
Возможности эпитексиалыюго росте резных материалов друг на друге ограничиваются прежде всего требованием близости параметров кристаллических решеток этих материалов. Наиболее сильно структурные ограничения проявляются в случав апитаксиельных систем "ме-твлл-диэлектрик-шлупроводник".
Дйсилицид кобальта CoS12(металл), фторид кальция СаРз(диэлектрик) и кремний S1 (полупроводник) - уникальный набор материал лов с идентичной кристаллической структурой и близкими значениями постоянных решеток. Данная эпитаксиальная комбинация - единственная, известная на сегодняшний день,система, с почти вдеэльнши, на атомном уровне.границами раздела "металл-полупроводник", "диэлектрик-полупроводник", "металл-диэлектрик", позволяющая проводить теоретический анализ "из первых принципов" структурных и физических свойств.
Наряду с фундаментальными исследованиями эпмтаксиальных комбинаций Si, CaFa, CoSlg, интенсивно проводятся работы по создании на их основе новых элоктронных приборов, прение всего транзисторов с металлической и проницаемой базами, детекторов УФ- и рентгеновского излучений.
К настоящему времени остаются неясными многие аспекты кристаллического роста тонких пленок Cafa. CoSl2, SI на поверх-
ности друг друга, не изучен ряд физических свойств денных структур, имеются расхождения в интерпретации экспериментальных результатов, что требует продолжения исследований в данной области.
„Цели работа Л.Экспериментальные исследования процессов апи-таксиального роста SI, CoSl2. СаРг на монокристаллических поверхностях кремния и флюорита, исследование структурных, электрических и оптических свойств систем CoSlg/SlOOO), СаРг/SiUOO), Sl(lll). CoSlg/CaFzUOO), Sl/CoSl2/CaF2(10O).
-
Разработка теоретической модели, описывающей формирование фасетированной поверхности пленки СаРг на Sl(lOO).
-
Исследование электронно-стимулированных аффектов в эпи-таксиальных пленках СаРг .
-
Разработка сенов теоретической модели для объяснения наблюдаемого експериментально характера изменения коэффициента преломления тонких пленок СаРг под действием электронного облучения.
„Научная новизна работы, і. Впервые реализован рост зпа-таксиальных комбинаций S1, СаРг , CoSb в едином вакуумном цикле. Проведены сравнительные исследования процессов формирования сверхтонких пленок CoSk.Ha поверхности Sl(lOO) методами молекулярно-лу-чевой, твердофазной и реактивной апитаксии. Исследованы закономерности начального этапа роста пленки CoSb . Установлено, что рост носит островковц* характер и что коалесценция островков происходит при толщинах пленки 50 L Предложена методика количественного анализа морфологии и стехиометрии пленок CoSls методом оже-электронной спектроскопии. Обнаружены новые структурно-фазовые переходы на поверхности СаРг (100): 1}СаРг(100)-Г:{1П)-> СаРг'(lOO)-(lxj )-^ - СаРг(100)-г:Ш0); 2)(СаРг (100))-1:(110)+СаРг
2. Построены диаграммы структурного состояния систем CoSb/51(100). СаРг/S1 (100), СаРа /Sl(lИ). Предложен новый метод, описания структурного состояния апитаксиальных пленок с использованием обобщенных параметров кристалличности и морфологии. Проанализирована связь структурного состояния и удельного сопротивления пленок GoSla /SK400).
3. Впервые осуществлен епитаксиальный рост на поверхности объемного кристалла СаРг (100). Сформированы впитаксиальныв структуры COS la /СаРг (100), Sl/СаРг (100), Sl/CoSb /СаРг (100). Установлено, что пленка CoSia /СаРг (100) является островковой с козфїмциентом покрытия 75 при толщине 300 X. Обнаружен аффект формирования приповерхностгого слоя S1 в пленке Сс1г/Са?2 (100).
ч
Впервые наблюдалась высокотемпературная реконструкция поверхности <1О0) объемного кристалла «флюорита.
-
На основании предлагаемой модели описания процессов роста фасетироранной поверхности CaFa (100)-f:ШП показано, что наблюдаемый в экспериментах стабилышй размер элементарной пирамиды фасотировштя по (111), 4-200 X соответствует состоянию термодинамического равновесия поверхности. Оценка верхнего предела величины свободной поверхностной анергии системы (CaFa(lOO)) /Sl(iOO) дает значение 900 эрг/см* ,
-
Влервиэ экспериментально установлена зависимость коэффициента преломления тонких пленок CaFs/Sl от энергии и дозы электронного облучения. Предложено объяснение данного эффекте на основе моделей Максвелла-Гарнета и Борна-Сигети.
Основные защитаемне положения:
-
Результаты исследования закономерностей эпитаксиального роста SI, CaFa , CoSla на подлокквх Sl(IOO), Sl(100),CaFa (100).
-
На поверхности CaFa /SK100) имеют место следующие струк-турно-фазовыа переходы при изменении температура и действии электронного облучения: l)CaFa(100)-f:(lll)-*CaFa(100)-(lxl)+ СаГа(100)-г:ШО): 2)Cai"a(loa)-f:
-
Наблюдаемые закономерности роста фасегированной поверхности (100) флюорита на кремнии, в частности, наличие минимальной толщины пленки СаРа при которой имеет место фасеткр6вание,п~50 X и стабильного размера пирамида фасвтировения по (lit), d~200 X могут быть ббьяснены в рамках предлагаемой термодинамической модели.
-
Результаты исследования электрических и оптических свойств зпитаксиалышх структур CoSla/Sl, CaFa/Si и электронно-стимулированных эффектов в СаРа .
-
Электрическое сопротивление тонких эпитаксиалымх пленок CoS la /SI(100) определяется кристаллическим совершенством и морфологией слоев CoSla ,
-
Изменение коэффициента преломления тонких пленок СаГа при больших дозах электронного облучеїшя связано с формированием в объеме пленки сверхрешетки кластеров ёнионних вакансии и может
s
Сить описано на основе моделей Максвелла-Гарната и Борна-Сигзти. „Практическая ценность работы состоит в получении новой инфор-мации о процессах роста, структурных, электрофизических и оптических свойствах эштаксиальиых комбинаций Si, CoSlz, Са?г. а также в развитии теоретических модельных представлений о данных процессах и свойствах.Данные вопросы,наряду с академическим интересом.имеют непосредственное прикладное значение для создания новых твердотельных электронных приооров. Ниже приведены основные практические результаты работы с точки зрения полупроводниковой технологии.
1. Синтезированы новые эпитаксиальные комбинации;
CoSii/CaFaOOO); Sl/OoSU /СаРг (100).
-
Разработаны технологические рекомендации по формированию монокристалличоских структур со слоями S1, СаРг , CoSia для co-здяігая приборов тзердотельноя алектроники.
-
Разработана конструкция, технология изготовления и изготовлены опытные образцы новых типов детекторов ультрафіолетового и рентгеновского излучений.
-
Предложен метод формирования оптических антиотражаищц слоев в монолитных комбинированных опта- и фотоэлектронных приборах и комбинированных детекторах ионизирующих излучений, использу-иіши эЭДект элоктрошо-саимулированного изменения показателя пре-ломликия флюорита.
.Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуадались ня VIII научно-технической конференции Уральского политехнического института "Разработка, исследование новых материалов и технологий их получения" (Свердловск. 1983), VIII Всесоюзном симпозиуме по вторичной электронной, фотоэлектронной емиссиям и спектроскопии поверхности твердого тела (Ташкент, 1990), V Всесоюзном совещании по матерчаловедению и физико-химическим основам получения леги-ровашшх монокристаллов кремния (Москва, 1990), II Всесоюзном межотраслевом совещании "Тонкие пленки в алектронике" (Москва-Ижевск, 1991), Научно-техническом семинаре "Проблемы технологии получения апптаксиальных структур соединений АЗВ5 " (Минск, 1991). Публикации» Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах.
. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 112 страниц текста, 73 рисунка, 17 таблиц и список цитируемой литературы из 114 наименований.
