Химия - Молекулярно-пучковая эпитаксия - Устройство установки молекулярно-пучковой эпитаксии

28 февраля 2011


Оглавление:
1. Молекулярно-пучковая эпитаксия
2. Устройство установки молекулярно-пучковой эпитаксии
3. Методы диагностики
4. Преимущества и недостатки метода

Вакуумная камера

Камера создаётся из нержавеющего сплава высокой чистоты. Для обеспечения вакуума в камере, перед работой ее прогревают до высоких температур. При этом происходит дегазация поверхности.

В современных установках могут использоваться несколько соединенных единой транспортной системой камер:

• Рабочая камера, в которой осуществляется рост структуры.
• Загрузочная камера, выполняющая роль шлюза между рабочей камерой и атмосферой.
• Исследовательская камера с приборами.

Насосы

Форвакуумный насос — производит начальное откачивание газа из установки.

Абсорбционный насос — использует материалы с развитой поверхностью, которые при сильном охлаждении вбирают в себя часть газа из установки.

Магниторазрядный насос — откачка этим насосом производится благодаря наличию в нем распыляемых титановых электродов. Распыленный титан переосаждается на рабочую поверхность насоса, образуя пленку, которая «прикрывает» попавший на поверхность газ. Используется для достижения сверхвысокого вакуума.

Манипулятор

Манипулятор используется для крепления подложки, ее вращения и нагревания.

Встроенный в манипулятор нагреватель обеспечивает предварительный прогрев образца для очистки его от грязи и сгона защитного слоя окисла. Во время работы нагреватель поддерживает постоянную температуру подложки, при которой происходит миграция адсорбированных атомов осаждаемого вещества по поверхности. Тем самым обеспечивается процесс самосборки, то есть формирования атомарно гладких монослоев. Скорость роста определяется потоком вещества на поверхность. При малых потоках получаются очень гладкие плёнки с четкими гетерограницами. Однако из-за длительности процесса повышается вероятность загрязнения поверхности, что приводит к появлению дефектов в итоговой структуре. При большем потоке, монокристаллическая плёнка не растёт, а получается поликристаллическая или аморфная.

Для устранения эффектов неоднородности структур из-за несимметричности молекулярных пучков манипуляторы обычно делаются вращающимися. Однако в этом случае все равно сохраняется радиальная несимметричность.

Молекулярные источники

Для испарения необходимых для роста веществ используются молекулярные источники. Они состоят из следующих элементов:

• Тигель из тугоплавкого материала. От формы тигля зависит форма и однородность молекулярного пучка. В современных источниках используются эффузионные ячейки Кнудсена.
• Нагреватель. Температура нагрева достигает 1900 K.
• Термопара для измерения температуры тигля. От температуры зависит плотность потока вещества в пучке.
• Заслонка перед тиглем. С ее помощью можно резко выключать пучок для формирования четких гетерограниц в образце.

Испаренное в тигле вещество в виде пучка попадает на подложку. Благодаря сверхвысокому вакууму молекулы вещества распространяются практически по прямой не испытывая соударения с молекулами газа.

В случае использования тугоплавких материалов или веществ с высокой химической активностью используется автотигельный метод испарения. Электронный пучок попадает в вещество и расплавляет небольшой участок. Таким образом вещество само является тиглем. Современные устройства контроля электронного пучка позволяют изменять его направление, фокус, интенсивность и другие параметры с целью получить равномерный атомарный пучок или повысить эффективность расхода материала.

Количество и тип источников определяется используемыми для роста веществами. Например для создания структур GaAs/AlGaAs необходимо три источника: Ga, Al и As. Обычно в установках предусмотрено место для установки нескольких источников, что позволяет реже вскрывать установку для заправки источников веществом.

Криопанели

Для улучшения вакуума и вымораживания не попавших на подложку молекул испаряемого вещества вокруг манипулятора установлены криопанели — емкости, заполненые жидким азотом. Также они используются для разделения молекулярных источников друг от друга по температуре.

Системы контроля ростовых параметров

• Вакууметры для измерения давления в камере.
• Масс-спектрометр для контроля состава молекулярного пучка, состава атмосферы и давления в камере.
• Термопары для измерения температуры образца, тиглей источников.
• Дифракция отраженных быстрых электронов Под острым углом пучок электронов отражается от подложки и попадает на флюоресцирующий экран. По картинке на этом экране в реальном времени можно узнать какого качество получается в данный момент слой п/п. Один из самых главных способов определения качества растущей пленки.

Автоматизация

Использование управляющих блоков и компьютеров со специальным программным обеспечением позволяет ускорить процессы эпитаксии, упростить установку в обслуживании.

Подложка

Подложка — диск из монокристаллического кремния, арсенида галлия или другой структуры диаметром 40, 60 или 102 мм.

Просмотров: 5121

<<< Жидкофазная эпитаксия

Эпитаксия >>>