Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
прогревами. Образовавшаяся поверхность, однако, геометрически весьма
неоднородна - на ней содержится значительное количество ступенек и
микротрещин с размерами 5-50 нм. Их концентрация во многом определяется
совершенством исходного кристалла. Раскол производится по плоскостям
спайности, которыми для алмаза, кремния и германия являются грани (111).
3. Молекулярно-лучевая эпитаксия. В современных установках
ориентированный (эпитаксиальный) рост тонких пленок из молекулярных
пучков на тщательно очищенных подложках осуществляется в условиях
сверхвысокого вакуума при непрерывном контроле структуры и стехиометрии
пленки. Параметры пленки варьируются посредством изменения интенсивности
молекулярных пучков и температуры подложки. Различают гомоэпитаксию,
когда вещества подложки и нарастающей кристаллической пленки одинаковы,
например, GaAs (рис.4.1) и гетероэпитаксию, когда они разные, например,
Si на сапфире (AI2O3). Принятая индексация плоскостей, например,
[112](111) || [ 1100](0001) означает, что грань (111) пленки с решеткой
алмаза нарастает параллельно грани (0001) сапфира, причем
кристаллографическое направление [112] параллельно направлению [1100]
AI2O3. Исследования эпитаксиальных пленок дают уникальную информацию о
динамике формирования не только свободной поверхности, но и
межфазных границ, а также об упругих деформациях в
пленке на разных стадиях ее роста. Такие эпитаксиальные пленки
-
превосходный объект для изучения разнообразных размерных эффектов
(7.4.1).
4.1.3. Стандартизация условий приготовления реальной поверхности.
Свойства реальных поверхностей, находящихся в контакте с атмосферой,
целиком определяются предварительными условиями ее очистки, дальнейшей
обработки и хранения. На поверхности всегда присутствует значительное
количество прочно и слабосвязанных
Рис.4.1. Рост пленки GaAs (100) в условиях молекулярно-лучевой эпитаксии.
0 - степень покрытия поверхности в долях монослоя
Экспериментальные исследования структуры и свойств поверхности.
121
комплексов адсорбированных молекул. В определенных ситуациях, например,
для ряда коррозионностойких материалов (золото, платина, тантал и др.),
кислородные комплексы блокируют наиболее активные центры поверхности, что
препятствует ее дальнейшему окислению (пассивация поверхности). В случае
оксидов контакт с атмосферой сопряжен с дополнительной гидратацией -
появлением в объеме и на поверхности молекул Н2О и ОН-групп. У большой
группы полупроводников и металлов, находящихся в атмосфере, формируется в
той или иной мере сплошная оксидная пленка (SiCb, GeC>2, AI2O3, ZnO и
т.д.), которая, как правило, аморфна и сильно гидратирована. В случае
бинарных полупроводников и металлических сплавов состав оксидных пленок
оказывается многокомпонентным.
Уже на заре развития полупроводниковой электроники остро встал вопрос о
возможности использования оксидных пленок не только для пассивирования
свойств поверхности, но и в качестве изолирующего слоя в планарных
приборах. При этом необходимо было добиться минимальной плотности
поверхностных электронных состояний на границе полупроводника с его
собственным окислом. Экзамен выдержала структура Si-SiCb - кремний,
покрытый его собственным окислом. До сих пор система Si-SiCb является
сердцем современной микроэлектроники. Менее совершенна система Ge-GeCb.
Однако, благодаря ряду преимуществ, она часто используется как модельная
для изучения электронных явлений на поверхности. Состав и структура
оксидных поверхностных фаз в многокомпонентных полупроводниковых
соединениях неизмеримо более сложны, что является серьезным препятствием
для изучения их электрофизических свойств. Технология синтеза оксидных
слоев на многих практически важных соединениях A]I1BV и AUBV1 еще не
позволяет достичь уровня совершенства кремниевых структур.
В результате полировки и подготовительных технологических операций
приповерхностный слой полупроводника оказывается загрязненным остатками
химических реактивов и характеризуется резко увеличенной по сравнению с
объемом концентрацией структурных дефектов. Определенной стандартизации
физических свойств исследуемых поверхностей удается достичь путем их
травления. При химическом или электрохимическом травлении одновременно
протекают процессы окисления полупроводниковой пластины и растворения ее
нарушенного поверхностного слоя. Приведем в качестве примера типичные
реакции химического травления кремния во фторосодержащем травителе типа
СР. Окисление полупроводника:
Si + 2Н20 -> Si02 + 4Н. (4.2)
Переход окисла в раствор:
Si02 + 6HF -> H2SiF6 + 2Н20. (4.3)
122
Глава 4
Травление поверхности применяется не только для уменьшения концентрации
структурных дефектов, но также и для их выявления металлографическим
методом. Применяемое в этом случае селективное (избирательное) травление
позволяет получать информацию о типах, концентрации и местоположении
выходов дислокаций, преципитатов, кластеров френкелевских дефектов,
