ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОГО РАСТВОРА GEXSI1-X/SI(001) МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 543.428

ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОГО РАСТВОРА GexSi1-x/Si(001) МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ

Т. Н. Хохлова1*, А. С. Дерябин2, А. Ю. Игуменов1, О. П. Пчеляков2, А. С. Паршин1

1Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СОРАН

Российская Федерация, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 13

E-mail: tanya.xo.xo03@gmail.com

Метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) относится к новейшим направлениям технологии, которые в настоящее время интенсивно развиваются. Сам метод молекулярно-лучевой эпитаксии является одним из наиболее перспективных методов для получения различных многослойных структур, в том числе солнечных батарей для космических аппаратов. В данной работе представлен процесс получения твердого раствора GexSi1-x/Si(001) методом МЛЭ.

Ключевые слова: молекулярно-лучевая эпитаксии, полупроводники, полупроводниковые струк-руты,гомоэпитаксия, гетероэпитаксия, осаждение, дифракция быстрых электронов.

OBTAINING SOLID SOLUTION GexSù-x / Si (001) USING MOLECULAR-BEAM

EPITAXY METHOD

T. N. Khokhlova1*, A. S. Deryabin2, A. Yu. Igumenov1, O. P. Pchelyakov2, A. S. Parshin1

1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Rzhanov Institute of Semiconductor Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences 13, Academician Lavrentiev Av., Novosibirsk, 630090, Russian Federation E-mail: tanya.xo.xo03@gmail.com

Molecular beam epitaxy (MBE) method is one of the newest areas of technology that is intensively developing. Molecular beam epitaxy is one of the most promising methods for obtaining various multilayer structures. The solid solution GexSi1.x/Si(001)usingMBE method is carried out.

Keywords: molecular beam epitaxy, semiconductors, semiconductor structures, homoepitaxy, heteroepitaxy, deposition, diffraction of fast electrons.

Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) является одним из методов получения тонких пленок. В настоящее время актуальным является интенсивное развитие твердотельной электроники, началом которого послужили новейшие направления технологий. К такому направлению относится и молекулярно-лучевая эпитаксия, которая превращается из экзотического лабораторного метода исследований процессов роста тонких пленок и многослойных специальных структур в одну из весьма перспективных базовых технологий твердотельной электроники [2-4].

Получение различных многослойных структур удается произвести как раз методом МЛЭ. Так же этим методом удается осуществлять гетероэпитаксию разнородных материалов с заданными параметрами. Суть метода молекулярно-лучевой гомоэпитаксии состоит в том, что на атомарно чистую и гладкую пластину кристаллического вещества, ориентированную по какому-нибудь направлению, осаждается поток молекул того же вещества. Метод МЛЭ основан на способности, осажденных атомов образовывать твердую фазу на поверхности пластины, повторяющую структуру основного кристалла. В случае осаждения на пластину атомов другого вещества говорят

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1

о гетероэпитаксии [2; 4]. В этом методе происходит конденсация молекулярных пучков в сверхвысоком вакууме. Сам процесс состоит в испарении основного материала эпитаксиальной плёнки совместно с легирующими примесями. В сверхвысоком вакууме длина свободного пробега частиц достаточно велика, и потоки атомов попадают на подложку, практически не взаимодействуя друг с другом. Таким образом, при испарении формируются независимые потоки частиц, которые зависят только от времени испарения. Отсутствие промежуточных реакций в совокупности с высокой термической скоростью позволяют быстро изменять свойства растущего слоя при изменении параметров источника, в частности простым закрытием заслонки испарителя. Высокая чистота молекулярных пучков обеспечивается бестигельными методами испарения, такими как электронная бомбардировка, в результате которой расплав контактирует только с кристаллической фазой этого же материала, что исключает возможность загрязнения частицами со стенок тигля. Низкая температура эпитаксии всего 4000-8000 °С, а также помонослойный рост позволяют получать сверхтонкие слои с резкими изменениями состава на границах вследствие отсутствия взаимной диффузии и размытия профилей [1-3].

В данной работе проводились исследования на автоматизированной многокамерной установки молекулярно-лучевой эпитаксии «Катунь» в институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН.

В ходе работы проводился рост GexSi1-x ~ 5000 Ä. В начале хода работы была произведена загрузка подложек Si диаметром 100 мм с ориентациями (100) и (111). После чего был осуществлён прогрев нагревателя подложки. Далее была произведена полная переплавка загрузки Si с помощью электронно-лучевого испарителя (ЭЛИ). Скорость роста Ge и Si проводился методом дифракции быстрых электронов (ДБЭ) и с помощью кварцевого измерителя толщины. По итогу

проделанной работы был определен состав Ge в твердом растворе g^qqi") , который составил 0,274. Также была определена степень релаксации пленки - 72 %.

Библиографические ссылки

1. Тийс С. А. Особенности атомных процессов при формировании смачивающего слоя и зарождении трехмерных островков Ge на ориентациях (111) и (100) Si // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 96. Вып. 12. С. 884-893.

2. Bean, J.C. GexSi1-x/Si strainedDlayer superlattice grown by molecular beam epitaxy / J.C. Bean, L.C. Feldman, A.T. Fiory and S. Nakahara. // Journal of Vacuum Science and Technology A. 1984. Vol. 2. P. 436.

3. Ge and GexSi1-x islands formation on GexSi1-x solid solution surface / A.I. Nikiforov, V.A. Timofeev, S.A. Teys, A.K. Gutakovsky, O.P. Pchelyakov // Thin Solid Films. 2012. Vol. 520. P. 3319-3321.

4. Формирование слоев квантовых ям и квантовых точек GeSi методом МЛЭ для ИК фотоприемников / А.И. Никифоров, В.А. Тимофеев, С.А. Тийс, А.К. Гутаковский, О.П. Пчеляков, А.И.Якимов // 4-я Международная научно-практическая конференция Актуальные проблемы радиофизики «АПР-2012», Томск, 1-7 октября, 2012.

© Хохлова Т. Н., Дерябин А. С., Игуменов А. Ю., Пчеляков О. П., Паршин А. С., 2019