Файл: Аммер, С. А. Нитевидные кристаллы (получение, механизмы и кинетика роста) учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 79

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Сказанное справедливо лишь для малых диаметров НК ( c i ^ I мкм),

когда начинает сказываться эффект Гиббса-Томсона.

Вагнер сформулировал следующие основные требования для

осуществления роста по П1Т - механизму. Вещество-растворитель должно образовывать при температуре роста расплав с кристалли­

зуемым материалом, смачивать

его и обладать невысокой скоростью

испарения. Коэффициент распределения примеси

k = t'’rTVVe->«.

w Сои. _ растворимости

примеси в твердой

и жидкой фазе)

должен быть меньие единицы. Расплав не долженвступать в хими­ ческое взаимодействие с продуктами химических газофазных реак­ ций. Фронт кристаллизации на границе расплав-кристалл должен бить четко кристаллографически сформирован (огранен). Как не^-,

Давно было показано в работе [832] , структура фронта кристал­ лизации оказывает решавшее влияние на скорость роста НК.

Для получения кристаллов нитевидной формы важным являет­ ся распределение температуры в зоне кристаллизации. Температур­ ный градиент может либо способствовать,либо препятствовать росту кристаллов. Последнее сказывается, когда температура под­ ложки выше, чем расплава. Высокие требования предъявляются так­ же к чистоте подложки и веществ реакции.

Дислокации в подложке не играют в методе ГИТ важной роли.

Однако они способны понизить пересыщение у фронта кристаллиза­ ции, необходимое для роста НК из жидкой фазы (рис.36), или стать местом осаждения жидкой капли расплава. Причем дислока­ ции могут прорастать в кристалл и приводить к образованию не­ совершенных НК.

При соблюдении перечисленных, выше требований ПЕТметод может обеспечить получение совершенных НК.

 

 

 

_ 2 2 3 _

 

 

 

 

Рассмотрим некоторые примеры (см.также табл.21).

 

 

Кремний

НК этого полупроводника получали

на

подложках,

представлявших

собой

мононристаялические

пластинки

кремния

( р - или П

- типа)

с ориентацией основных граней { III} .

Предварительно их поверхность обрабатывали шлифованием, тща­

тельно

промывали в ацетоне

и толуоле, в течение нескольких ми­

нут травили в раствореНР

' HNOA « 1:4 и

Н F

ОНЛСООН: Н1\Ъ«

1:2:6,

после чего снова промывали в деионизированной, фильтро­

ванной воде и сушили при П0°С [629] .

 

 

 

 

Частицы золота (.99,999%) после такой

«е тщательной

очист­

ки помещай на подлодку (или напыляют на нее в

вакууме),

Затеи

подложку нагреварт до

температуры Т2 (рис.39),

при

которой об­

разуется жидкий сплав золото-кремний. Дкдкая фаза

находится

в контакте с избытком кремния, поэтому ее состав Сиц будет

равновесным. Кремния при сплавлении растворяется анизотропно

и фронт

кристаллизации будет огранен плоскостями ( I I I } .

 

В кристаллизационную систему вводят смесь

 

f S

 

(см табл.21). Водород предварительно очищали пропусканием че­ рез палладий. Расход его составлял 12-60 л/час, а молярная концентрация терахлорида в йодороде находилась в пределах 0,01

до 0,1 . При меньших концентрациях возможно травление кремниевое подложки.

Восстановление Si С€-ч происходит на поверхности жидкой капли я представляет собой гетерогенную каталитическую реакцию.

Диаметр кристалла определяется размерами капли, которая в про­ цессе роста все время находится на вершине.

1

Исходные

Материал

 

в е щ е с т в а

_____ 1______ L

2

а-

SiCe^Ht

Ge

Ш ин-

Ge

&еС(у, GtBr^hj

ввес, гнг

=*-~'ЦЧ

S^r'kU, -н.

«■- Sc-jA'',

 

Set

jSetf, *С-Иг

яи

,SLtiC^h.-i

 

-ж-A^Oj At -Иг --h.il

ACV

ALOi 'С-лг

 

 

 

 

 

Таблица 21.

 

i

 

 

 

 

 

 

М атери ал!

П римесь -

1

т т о а С^С ~ Х а р а к т е р и с т и к а 1ПС

i

Л и т е р а т у р а

п одлож ки!

р а с т з о г и т е л ь

•»

4

i

5

 

5

 

г7

Sc {ш}

Au,Pt/ciUP‘,Af

|

900-1050

j HE с ориент. <1112

 

[629]

 

СиАу,9и,Ъ [С

 

 

! длиной до 15 an

 

кремний

 

 

 

 

!

950-1000 1HK

<.III> с глобулами

 

[292j

 

 

 

 

на

вершине

 

Ge ini} Аи

Аи

кварц Pi

'iyjUXiT Ac,ft

графит £е

я; с fe h Со А». Pt. CrАС,Ph

графит| Sc',At,Ft,hi

;

650-9C0

 

1KK нормальные к под- :

 

 

 

1ложке

 

 

i

400-500'

 

нк < ш >

. <но>

, 1

 

 

 

<Юб>

I

|

IOCO

 

НК <.44012 до 2 мм

]

 

 

 

 

1длиной

 

 

 

1350-1480

 

НК росли

из жидкой

 

 

 

тазы на винтовых

дисл

 

 

1подложки

 

 

 

1200-1340

j

 

 

 

1250-1300

; Диаметс

10 мкм,длина

 

 

I

до 10

см

i

 

1250-1600

 

 

 

 

 

НК длиной до 30 мм и1

 

 

 

диаметром

1-5 мкм

1

[830-832]

[627,829]

[225]

[53l]

[505]

[471,487.

305,8331

[835]

корунд | PH,Ре,S,

j I20C-I400

! Базисные пластинки<12ЮЛ.

 

I

длиной до 15 цц

|

[316,834]

грабит Ре

i

 

 

 

!1800-2050

НК_с ориент.<0001> ,

 

[520]

 

 

М011>

 

ГО

ГО

Продолжение таблицы 21.

I

'Мы

$аР

СлР

GaAa

&аА&

GaA#

GoASi'

Що

2

Ын

GaP'■&U

(возгонка П00°С)

&аР *Нг?HtO

GaP-rPtiuCP -2п

AsC£3

AsLfj гНг

GaCf3 *-AsH3

СтаAs гНг

3

4

АЫ

Ре, Со Мп

■~аР &и~

кварц Аи

кварц Си,2/7

GaAs(iii) ки

'

GuAs С-о*

5

г

■1

■■■■

7

i

6

 

 

возгонки

2000 : НК <0001> с

глобу-

[161]

конденсация -

лани на вершине

11550-1700

1

 

 

 

 

900-100

:

 

 

 

 

!

Иглы <Ш >,

ленты

 

1

 

и пластинки

<П2>,

 

<НК <110 >

 

[125,578]

 

 

780-830

' НК <001>

, <1122

[5751

950

 

НК <ш >

 

 

[836]

600-800

;

НК перпендикуляр-

 

 

,

ные к подложке и

[832]

 

1

<Z1V

 

1

800-650

Изломанные

„

 

НК длиной

 

 

неск.мм.

 

 

1576]

GoAs

Go

800-900

Тонкие НК ci<1 ыкм i

[576]

 

 

 

»

 

&аАа

Ga,Au,Pd,Pt

 

■

 

780-830

НК <001>

г575]

кварц

 

H.Cu.U

1000

I

 

 

 

 

 

*Везприиесные системы, имеющие в качестве растворителя один из компонентов соединения.

_ 2 2 6 _

. Рио.39

Фазовая диаграмма системы золото-кремний [829].

 

 

 

 

Таблица 22.

Примесь

 

Кремний

Германий

 

Т 8ВТ.,°С

Т ро§та НК,

Т евт.,£С

Т роста НК,

 

840

 

800

651

 

Си

802

 

800

640

450

Hi

966

 

800

775

•

Pd

870

 

800

-

 

3/1

152

ДО 800°

156

ДО 650°

$п

232

>

роста

231

роста

ы

271

Нк не наблюд.

271

НК не наблюд.

Аи

370

 

5!>0-900

356

300-500

2 27

При понижении температуры вследствие увеличения коэффици­

ента поверхностного натяжения ее диаметр уменьшается и кристалл

сужается. Иногда происходит дробление капли на более мелкие,

что ведет к развитию ответвлений у кристаллов. Диаметр кристал­

лов зависит

еще и от молярной концентрации тетрахлорида кремния

в водороде

также через изменение поверхностного натяжения [837].

В общем случае вовсе не обязательно примесь помещать на

подложку. Можно вводить в атмосферу S ,оt 4t-He распыленные час­

тицы золота или платины. За время нахождения частицы в падении успевает произойти кристаллизация,и образуются мелкие усы.

Этот процесс перспективен с точки зрения решения проблемы мас­ сового производства НК.

Важным условием воспроизводимого роста является поддержа­ ние высокой степени чистоты системы. Необходимо предотвратить всякое проникновение нежелательных примесей в реакционную зону.

Окисление кремниевой подложки может воспрепятствовать образо­ ванию расплава при эвтектической температуре системы золото-

кремний.

При высоких скоростях кристаллизации расплав из капли монет частично захватываться растущими кристаллами, что приво­ дит к получению дефектной структуры. Нестабильность темпера­ туры ведет к образованию в кристаллах примесных полос, хорошо выявляемых металлографически, или к росту изогнутых (ветвистых)

НК. Зто связано с происходящими при понижении температуры изме­ нениями конфигурации краевого угла расплава на вершине. При рез­ ком охлаждении на вершинах НК образуются структуры "кокона" или

"птичьего гнезда", сплетенные из мельчайших кристаллических

_ 228

нитей и являющихся результатои кристаллизации расплава капли

[292] .

НК креиния при использовании золота в качестве раствори­

теля растут когерентно с подложкой креиния на поверхности

[III} в направлении ( I I I ) . Встречаются также направления

<И0> и редко <Н2> .

В наших экспериментах [292} в качестве растворителей ис­

пользовались: Си, flg > G o., Ъп , T t , образующие легко­

плавкие автектики с кремнием. Одпако, существенное влияние на

рост НК оказывают лишь влеиенты I группы: медь и серебро.

Вядиио, они действуют как катализаторы хииических процессов,

происходящих при росте. И еще одно обстоятельство подтверждает

данное предположение: высокие скорости роста. Добавки иеди и

оеребра повышали их до 100-500 мкм/мин, т . е .

почти в 4 раза

при неизменной

концентрации SiCe4 в

Н2 . Ориентация НК была

( Ш ) на подложке креиния {III}

. В

области

оубиикронных ди-

аиетров ( d <

I ики) скорость роста

кристаллов зависела и

от

их поперечных раэиеров t880-B82]

. Объяснение этого будет

рас-

сиотрено ниже.

 

 

 

 

 

Карбид креиния доследования НК карбида креиния, выращива­

емых из газовой

фазы при териическои

разложении паров кремний

и углеродоодержащих соединений показали, что многие из них со­

держат на вершинах каплеобразные наросты

[482,503] . Это наве­

ло на мыоль о возможности использования метода ПИ для

получе­

ния НК Si 0 . Были проведены специальные

эксперименты

[471,

484,487,491,501,505,843-847] для проверки

этого в различных

Смотрите также файлы