Кинетика начальных стадий роста тонких пленок на кристаллических поверхностях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Й13 -1 9 2

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕШЗОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "!ЮНОКРИСТЛЛЛРЕЛКТ!1В"

На правах рукопи-САКАЛО . ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

КИНЕТИКА НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЯ РОСТА ТОНКНХ ПЛЕНОК НА КРИСТАЛЛ ГЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ

01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата физико-мг.теиатических наук

Харьков-1Й91

pM'ior.i выполнена в Харъковскоч институте инженеров транспорт пн. С'. Н. Кирова

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор физпко-ыатеыатичаских наук, 1

профессор МАТЮШКИН Э. В.

НАУЧНЫП КОНСУЛЬТАНТ - кандидат физико-математических наук,

доцент КУКУШКИН С. А.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор физико-математических н~ук,

профессор КАГАНОВСКИИ Ю. С. (ХГУ, им. Горького, г.Харьков),

- доктор физико-математических наук, профессор СЛЕЗОВ В. В. (ХФТИ МАЭП АН СССР, г.Харьков),

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Физико-технический институт

им.А.Ф.Иоффе АН СССР, г.С.-Петербург.

Зашита состоится " 2-8 щ Ct/IUL_ 1092г.

и__15~ часов на заседании специализированного совета К 188.01.01

I. НПО "Монокристаллреактив" (310001 г. Харьков- 1, проспект Л ;нпна, 60).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НПО 'И-лгокристьллреактив".

Автореферат разослан " « ^g/ç^-^/u^ 199~/г.

Ученый секретарь г^.ни'члнзирсЕэтного совета К 138.01.01

..гдат технических наук ' ' у Л.В.Атрощенко

• /

,.,/ огчля к'рдкт^рпстилЛ рлгота

1. •Лйфр.тьяость Г21ГЛ- '-/Р-'-'0'-' разяттге техгологги топких пленок, •сшгедгях вирокоо пр'-л'эпгтао в оог.рскепяой проггалохмости - элект-оняой, оп?г.ч:-о1гоЯ, мцфо- и оптозлег.трониоЯ, кос:г.гшской и ияоз-остроительной, - аилтотол пгячпхой г?г:ч''Я:г;:огэ интереса к теоре-ичоскин о о но паи создстя тп'цсгх елеразличного назчачеплч и бусловняо возяггкггавскпэ цзгоР стрлслп нчукя - пленочного ыате-яплов<}д.эвая - л нового пасравл^.-шл в Лхэгхо твердого тела, попяченного тонким пленкам. £ля от ':>:изац::1! тзхтголсгичэсгсих провесов необходимо кз^егпю рэальксЛ структуры конденсата во Езаи-освязн с услоЕНяш! его роста, гюсл^доЕОЧяе причггг гозникновеняя ряентацпопнсЛ и субструхтурпоД неоднородности, гакге влияния труктурц и метода получения пленки на электрофизические и нэха-пческие характеристики, опрэделяигдк-э перспектизн ее использова-ия.

Целый ряд фиэико-кеханических свойстз тонких слоев форшфует-я на начальных к промежуточных стадиях их роста, а именно на тадиях згрогдекня а коалйсцчнцип. Суи'эствуи'цке теоретические но-олн стадии нестационарного сарождения тонких пленок привлекают ля описания кинетики процесса большей частью методм статистичо-кой механики и математическое моделирование, в связи с чем эна-ительннй интерес представляет предлагаемая в настоящей работе эноненологяческая недель, основанная на численном решении полно-э кинетического уравнения теории Векнера - Деринга.

Кинетику коалесценции островковш: пленок на кристаллической оверхно.сти достаточно полно изучена на поздней стадии процесса в редполохении нормального механизма роста островков. Гипотеза о озмогности реализации на стадии коалесценции послойного механнз-а роста зародышей новой фази открывает целый класс принципиально эвых задач, и развитая в настоящей работе теория коалесценции стровковых пленок в случае послойного роста островков имеет ъад-эе значение, поскольку стадией коалесценции определяются блоч-эсть, шероховатость, иикроупруго'ть пленок и тл,

Актуалы оть избранной тематики обеспечивается существованием яожества проблей в теория управления структурой и свойствами анких пленок, которые могут бить разрешены на пути изучения кп-этики начальных стадий роста тонких пленок."

Цель работы. Целью настоящей работы является:

1. Построение феноменологической модели стадии пестационарногс зарождения тонкой пленки на кристаллической подложке, позволяю^ исследовагь кинетику процесса и эволюции структуры пленки во времени .

2. Создание теории релаксационной жидкостной эпитаксии с инверсией массопереноса и основ соответствующей технологии получеши тонких полупроводниковых слоев.

3. Развитие теории коалесценции островковых пленок на кристаллических подложках в случае послойного роста островков, сопровождающегося их огранкой.

Научная новизна работы определяется результатами, входящшш I основные положения, выносите на зошдту:

1. Построена модель стадии ко стационарно го зарождения тон\'И> пленок на кристаллических поверхностях, предполагающая решение с помощью ЭВМ полного кинетического уравнения теории Бекхера -Дерпнга и позволяющая рассмотреть эволюцию функции распределения зародышей новой фазы на подложке, зависимость от времени скорость зародышеобразования, коэффициента заполнения подложки и других характеристик процесса.

2. Построена теория одного из перспективных методов получения супертонких полупроводников!« слоев - релаксационной жидкостной эпитаксии с инверсией массоперекоса, - основанная на примэненш: $еноменолог"чоской модели стадии нестационарного зарождения тонкой пленки и подтвержденная экспериментально.

3. Созданы основ:: технологии взращивания супертонких полупроводниковых слоев методом релаксационной жидкостной эпитаксии с инверсией массопереноса.

4. Развита теория эволюции островковой пленки на кристаллической поверхности на стадии коалесценции в изотермическом приближении прч реализации условий, обеспечивающих послойный мехмтэм роста островков. Найдены асишттотические функции распределения островков по размерам и зависимости от времени критических -размеров принципиально отличные от получаемых в случае нормального роста островков и обусловливающие соответствующую структуру пленки. Дана общая характеристика влияния условий выращивания пленки на ее конечную структуру.

пвнггссть. Результат, полученное в диссертации, распиряит гозможоста теоретического псоледо^алпл начальных стадий роста тонких пленок, моделирование которых является актуально'! и слогкой задач-:Л в флзиггэ топких плэеок, и ногут бить использована для сездаяяя технолога! получения супегтонких полу-прогоднитсоп'-х слосп, в частное«« гетодоы рзлаясгциошгай жидкостной эпитакс.та с иигорсиеЗ м.'.ссспэгеноЛа. Взэттое значение для упразлелич структурой плоко*: нгеет р-.гопт? задача о хоалесценции. остчевкоюй пленки на крг'оталлкчзско:*. поперяпости з случае послойного роста острэзкоз.

Достоверность. Рззулт.тгтг-! т^ор-этич-эзтеях псзл-эдозаяиЯ обосно-еэ"ы том, что спи спира»--?сл гга фуидз:сэктал*-!?нэ работы но физической клноткке, статистической ■пг^'ге, фнзгога твердого тела и теории коалесцепции, подтгер^дэгяет'» <-гогочлплек'на:-: чксперятЕТ-чта по распаду г-зресггг,-»я:"к тгяр.-.г:; растг.ороз. В дх>--.чртааиоштой работе пригоден эксперт!'!-2г;тг,л1-!п:': материал, подТБгргдает;ий теоретические вгзодн. Убедител?гчгл до'хазатолг.зтзом справедливости теоретических результатов пзлчотся создали'-1 на ия сопопз нэтод рел.аа-сядиояпэй гядюсткзЗ эппг^'.сетш о -шпероией иассопереиооа.

Алробмтя ргботу. Матерчали дкеезртрдяи докяядг'залгеь и обсуждались на II РогсогакоЛ гколе по физике и хшел р:г.-:л;:х и слоистых крмстяляячэсглх структур (г.Харьков, 1Г-?8г.), ка IX Рс^губ-ликгсскои селпнаре по г-изтге? и т?.ч"плогг:т: тс'ппл пленок (г.Яаиго-^ралковсх, 1С38г.), г:а Псэсотаной яаучтой гхп'-эрэнцнн "С'сто?локт-ркчэскиэ .язленя.ч в полупроводника-,;" (г.Ташкент, 1Р29г.).

Публикации.. По маториалгм диссертация опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации. Дассергздия состоит из введения, 5 глоз и заключения, а такло 2 прилотмшЛ и списка литературы. 051-ем основной ч»сти гклячрет 122 стрглпщ цодпнолисного текста, 15 рисунков и 1 таблицу. Библиография седертпт наименований. Обс;лй объем диссертации - 169 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Пэрвая .лава диссертация носит обзорны:.'! характер. В ней оезэ-щены осиовннэ направления теории зарод^зобразовавня и особэшюс-ти их применения для иоделировшшя ззро^дения и роста пленок, сз-лолены начала теории ьоалеецэнцял и сбъене и на поверхности, опп-

сшш основные механизмы роста зародг^ай на кристаллической подложке и ыаосоперекоса, а также иэвестцш ргжимы роста тонких пленок. Отшчеко, что в теории зарождения существует два подхода к изучению процесса образования и эволюции на подложке зародышей новой (кристаллической) фазы: феноменологический и атомистический. В кас1оящае вреш для моделирования начальных стадий роста тонких пленок наиболее спрско прпмэпязтся последний, на котором основаны статистические И кпкрокикэтическпе теории конденсации. Феноменологический подход предлагается термодинамической и ыакро-! кинетическшм теориям кокденсации. Подчеркивается, что наибольшую сложность представляет коделзровахше стадии нестационарного зарождений. Ета задача успеадо решаете:-! рядом статистических и мякрокинетичеекпх теорий, которгш посвящены параграфы■1.3 к 1.4, однако показано, что больпэе количество параштров, которые пе ¡,;огут бигь определены независим;! путем, затрудняет использование атомистического подхода. В параграфа 1.2 поясняется, что препят-4 ствпя на пути создания феноменологической подели стадии нестационарного зарокдедш: тонкой пленки связана с наьизложностью получить. аналитическое роаопкэ полдого кшйтичосеого уравпевля ыхеро-кннетической теории конденсации во соей наследуемой области размеров п времен.

Указа;» татего, что задача по до ли ро пан;; я качальинх стадий роста пленок особенно актуальна при разработке ковш; технологий ш-рациванич оаки:: кристаллических слоев. Елдкостная зпитаксия является одним из перспективны:; методов создания супертокких иолу-проводки:;огы:: слоев а рассматривается в параграфе 1.10.

Классической теории коалесценции и теории коалесценции ост-рои-овг^ пленок посвяцзн параграф 1,0, где приведена основная слстимз уравнений для нахождения функции распределения по разме-раи зародышей новой фазы на поздней стадии процесса коалесценции в предположении механизма их роста нормальны},! и отмечены особенности ее использования дця описания коалесценции островковых пле-' нок на кристаллических подложках.

На основании изложенного сделаны выводы, в частности, о важности теоретических исследований стадии нестационарного зарождения , а также коалесценции островковых пленок в случае послойного механизма роста островков, при поиске путей создания тонких пленок различного назначения.

Го г-»/"»^ предстспт"" коло гафеле ая I«одаль стадии

горя -г?о!<гл*ч глслгч ллт одтжоняокэитноЯ ст'сГ'"'*:! 3' раосни.'рииа'згея ззрогдение

о':. х \ г ■лгл"?'-"V' го"тт-,'-, н<':лод:-'.лйпя в контакте о

• т.~с ~г,г'4"-'т." л г гоч. /'..-т опгсзстя ллоанблл зсрюдкзей

гзлс'1 л "с t . зугтол 6у л я распрэделе--

ГЛ'! ЛО I'—ЯГ.Ч ¿f:\lj, с Л"*; ""ЛГ.' мЛл число эппэдг:-яИ из в "г.л-лул {• . ''' ) 1-"—"т> Г.';. ..'ПС.' что зароди

■'■пг'г/ т,п1 е-лго ¡"т.-, углем О, радиусом крн-

Г"ллл ¡л'П-'-лллаЛ'! ? л по;1 "■•лоол'оЛ сг. Для палогдолил

уг.г~::: Л! ¡^"л^л'-'леглл .'Г (л, I,) --!:!"га злстлмл урспло^лП, вкля-

V—-.1 "э?гог ур'-гк гг: > тсог-лл Пеле - Дзрляга

дт „ <? Г,

с ГГ5 "-'''гллл"! ^'СЛОГ.'ЛТ'Л

(1)

лод) - г.а ¿(0,1) - о

(2) (3)

г! !»<г*;?.л!лт!

5(5,0)

О,

лрл Г5 > О

П. (О),' При ."3 = о

. (4)

В урязиетгаях (1.-4) 01(1,4)■ и';з<?т оь-чол коллчлства молекул .(&то1.'оз), прллоодтшл:: :л;?:оя к' э^элтгу рззмзрои в з единицу вр-э-нэни, ДО есть г.л^лгэллэ торноднярличюхзго потеитцилла систсллд при ссрлзопглни флултугллоъ'л'лл путс-ц зародпа- из £ молекул (г.то'/оэ), п, (4) - плотность ззоорбирозс.'ллт-л:' 1Щ поверхности подлог:«! колэкул, Т •- тамюратурп рл-згор о задается о учетом харзяторг^а разу<-зроз зот»г '. ,

Плотное;о одсо'рб';рор.'>!л:'л>; ла поверхности подложки I юл с-кул ns(t) полагается рвашстацлоларноЯ, то есть-эаэизя!",эЛ только от средкого переселения растлора-рлсплава ,7\о({) у поверхности подложки, •которое в общей олучаэ пзмаллется го времени.

Соглгско т£ор;:з, 'л.ко;;:? - г; не-::лчоег-о-

гс потенциала цг.1 {¡лл^тусдис:;:^.:., :;*•'.... :;з мо-

лекул задасто,; {эр;г/яэи

А 5

где - рслкость з:;::;-:ч;лск:;л ^.«кисл-п к '.'¿с-рдсЛ £аз с

расчете ка одну ь вриеги; 'с,

Aи(t) - - ¡>х = (0)

а0) - разиовзсаая коицздхркг-! раси-о^а-ра'.-ллг^а у клоскоЛ поверхности,- и г обьип; ризтьорагихго г.ог,зот-ва в твердой фазе.

Способу кг.::ояг;щ£;;!Л посьа^ип пърлгг.а^ Р..?..

Зперззка ^ > опра,тол.1стся в сбльоти разке ров с; с [О.ез С, для «:ого иокользуатол извэсткся из тсор;;и ЬЧ'««сра - £эрлага формула

«(Б.*? - \ 4 (9)

где к:;еет емглзл г:ол::чзотаа молзкул, отрив£.:ог;1хся от заро-

размером с в с-дакацу вракгиа, а таксе ситека^дее из опре-' делений фу;к;ций (1(с,1) и а(с. соотноцэпяз

/?(еД) = «(од) + г(ёЛ) , (Ю)

где г(ё,Ъ) ~ скорость увеличения числа молекул в зародыше размером котчрая в прпбли&ешги обобщенного диффузионного поля нахо-

дптся лз n¡(.°ого зсясчл >.:та «yv.-v i ?¡i ,л ajjts«:icрйого на ч v r 'ori'i.;*":'- галлом з л:_'i -л.

: ('П •: \-0) о /?(0, i/r .

- лгтлп '"р:п? и r,-cor.6:i,,;or».'»':;:r!íJ tot-":;-.*:: :гз г.-.:г,орту.озт*: пс-,,лол-MI, з П.Й ,юлу"->; •, "-?t"7;t*j ,t;v. ;:»с:;;;:л;п ,0(.~, Ь): в

c^.ircv'i г < 1CG - ; г - .то о ~ ,7 о г г ^ ;t:ra су;-,пг^ч

ст i э о<5л«'Сп <олт-••;::: ^.т-^гоп : ;> К..З - с п'.г~г:п ^vr--

С с/.: г ¡tv. Jy-ст :t

(1-10) ,чсст;,;г:.. тгс:!э, лслорт псого-тл? o :'j;íoi"..oot> от лрэ-

:."-"oy пет ocvn до-vic-r.'cíj.

3 сСг, «M эгда':я "y;.;-i!-;;t. разяр&делоккя

f<S, t) ;n?í:;r. ч :"fr„Tri»'.'-íc-c-j :.-з~г.~> yj .;nr.tnt.t (1) as ^огзт б'ггь ¡;олу::г:о. Гл~^'л 'Í "¡""^"г^гг^т гтТтд г\чй;;зггого упттг'тя ос оз-

j-jotc: "J í?-.-?, с'-с.,:1':::; пгрз-.'.т.з1 р--:.<:г-

r:r;rn тзр?;;.:.':г' • : г, :: :г. :;ггу';.; ::з скл\*а-

•лп . '"-ттлтгге.т :■'""[ ;;o-s.v> гсл е<>-

*

лглг:. г;"Л!'::рот лг.ог'.о г.лгттел '.n rv:: -í - .гггттлтзе:?:::-: п ;, г: - ум-:: - с :• ::.-í г. _ rs:: - г : -, р (j, t) ^ i.-pC/M^, t)/(Ur)), n у >

z' - г'сл'лг.т", m <7(", :) cc;i:.t(.j). ¿уллцчя р;чт-

.'(:;, l) ''а '::,лсл гргг'т.'с.ч •г'ггерлллл г опр'Э;:элл.о?ол

иу. ~и > "'ел~т:того г.-.....гсгэ^г'э-ггозгэстгсго тлялега

:\vt (!) сЗл.ттг-! ~ > ';" т -~:тл:.т:г:';сксп - з о-блдот.ч т *-í т . Гот—>г::о, '.то гллятгг^зсйсз уггезогля (1) л области до-

гсгт"г:тс:г;:;л1 л рпз^роч г.о-'от б1пь .-:а нэг.эт{

2£г:гг~гси r.:v. г и соотгбтс.-зуа? гсзсзяст.-лггокйркоЛ Луккгпн

^гтлрзделзг.лл гчг.а

ííg, t) = п. (1 - A:j)orp j--j , (111

ксистглта Л опрэдолтзтел уолосия1я стлтлы.

При ооотгзтствуг-2:| ггборэ ургшагяаЛ,. опрвделягалк згзисц-»оотъ ог9.г.пэго я»рэс1г;з1:.!я у поиархпоота подлочкп ¿Тс" от врвизкч, пртдлагдэглл ;:одоль ноге? бпть использована в других зада связан::!л с процесса!« podra пленок .ч рэкристаллизацпи.

В тр^ть^Я г л г.•по диссертации изложена теория релаясглногшой гидкостпой зпптагсспи с иясерспсй на^зопереноса - одного из перспектива: кэтодов создания суперто:гких полупрсводникових слоев.

Идол метода сзстопт в цсгользовп»:::! пршпкппсямюго ргпллчпя кт-ду процессов гетерах еьцого заровдокпя и гоьсээпатаксиалиюго роста кристалла. Вхгггл-ди: полупроьо^ни;;орых слооь оеуь;зситс?оя в оиогьиз .из двух p.vckj;-.: пзргллсль&х подло'зск Ар к /Л;С, im-койш^чхся т;а к«шляг.рп9 1:?л<-.м р&осгоязгк, и пзрслприаого рас?г.о-ра-расилапа L - С • ь г.рсстракстге коду кили. При а гон кч под-j.osKe • АО происходит гоы ^питахсиалынм рост красталли, a i;a подлог,кс АРС еиачзло изгажт и ргстут vj-.*. т'рпш загод::г : ко-bOi'; issu 1С, эетеы оки срг'л-пугг,л и образует сляэгодЯ ело»;, после ч'Л'о начинается гткхжзтбкриаличй рост кристалла. Шкпз^.^, что на стадии загогде;:-;я i::-i ocï osroîî подго-гко (/.';С) ирлтои ьо-цества к н-эГ' значите лгно юнь^з, чек иьхертлру.(АС), что позголяот прп соответствуем ьиборэ условий эпзч аксии добиваться суцестьашюй раэкицп по тол слоев ¿С ¡:а ьидожьчх ЛЬС и АС. Так как иояцае пзбигочное кзлпчзег'во Ее!.;:ства v. okcyc-i» пало, толщина пленки на оскоы.лй подложке mo-l-t состр^лчтл 800*400 А при сколь угодно большом ьронзни контакта подло«к с растг-ором-расияаьом.

Теория релаксационной жидкостной эпитакси:; с ипкорсксл паооо -переноса ьклмчаст ¿¡пическуи »удедь процессов и соот^етст^у^т,..; основную систему урааиег обоског:з2':т преи»у::,эотьа расспагр;;-иаеюго метода парад -друпигц п позео.'язт оп;;сить эео,';.сц.\н сютоид во времени, - и такте ооеспсчягает гиЗор олткмалыг.**: услоЕп»: опл-таксли для получения слоев минимально;: тс

Модель построена в предположении изотс-рмлчгского характера процессов и в ирпбд:;?.:с-к:ш' одвокомпоиеитного раствора-расплава. Эволкщпя ансамбля трехмерных эародл-хей на основной "родложко описывается в рамках кзотрош.ерп. реноменологической модели с помощью сист;.г.и уравнении (1-10), рассмотренной ь глава 2. Ооновп.н м папизмом достаьки вещества к зародм-т-ч полагается дц|£уоия в объеме раствора-расплава. Гомогенное образование зародм^ей в объеме раствора-расплава не рассматривается. Слияние зарядозмх з^ектов не учитывается.

Основная система уравнений состоит; из уравнений (1-10) и Уравнений, Позволяигда .определить зависимость от времени среднего пересыщения у поверхности основной подложки ïc(t), - в данное случае это уравнение диффузии вещества в капилляре

j грсчичнпми условиями

Эо дТ~

- D

Со

ох"

а'а dl?

* I

с =

1 Х = 0 со

(12)

(13)

(14)

1! началыяп

Л,

(15)

где с (.с, t) - копцолтрлцпя растворенного вечеотва з эавясигостя от зоордияати х, отсчитпзаэмсй от поверхности пнгертирук^еЯ под-легки паркердякудяряо оЛ з направлен:::! основной в ••эгзпт зрзмзпя t; Ъ - расстояния нззду поддэгягкз, ^чрина капилляра) D - кезф-'5пцт'с11т обь::с!оЯ дг^фузлп растворенного ге'л;ства; V(t) - с:;о-ростъ госта идсптш да основной подлотке, усредпоня.ая по иовер::-кости подложки, с - средняя гоацоптрадия раствсреплого земства з пачалы:::й ке;снг зрзпок::.

Срзднля старость роста пленки V(t) определяется фор:!уло"

Ч

v(t)=gT| f(g,t)vgdg , (l&)

-

где -fCg, t) - фуггсция распределения зарод^еЛ по размерам, ыгглг-ллс-мал с поког^ю уравнений (1-10); g - разкэр критического за-родьз.а, число молекул в нагшепьсон устойчивом зародите (при бе с- ,

столкновительном росте)! найденный с учетом столк] не равный gu, как в случае бесстолкновителыгаго роста.

V - реальный объем зародсгла, то есть найденный с учетом столкновений зародпией в процессе их роста я

Среднее пересыщение у поверхности основной подложки 'Kc(i)

5c(t) = Дс (Ь,t) (17)

I

Учет влияния столкновений растущих зародышей на структуру и

скорость'"роста V(t) пленки обеспечивается с помощью коэффициента заполнения основной подлогки 7) (t ), вычисляемого по формуле

G

rj(t) - 1 - ехр[- J £(g, t )nRaslnce dßj, (18)

где RsinS - радиус основания зародила в случае бесстолкновите-льного роста. Выражение (18) для временной зависимости коэффициента заполнен :я подложки отличается от формулы Колмогорова - Ав-рамл - Дюноона - Иейля, по лпыь формально: смысл подынтегральны:, функций одинаков. Однако в случае, когда известна функция распределения зародший по размерам, более целесообразно изпользоег.ть выражение для коэффициента ij(t) в виде (10).

Критерием образования первичного сплошного слоя па основной подлогко является условие

7,(Го) = 1 (10)

где т^ - момент ебразегчлпя первичною спломлого слоя, начиная с которого рост плешей на основной подлоге становится 1'оыоэпитаксиальный.

Основная система уравнений (1-19) при t < г нелинейна вследствие вида гранитного условия (14) и ращена численно путем разбиения процесса эволюции системы "растгор-расплав - подложки" на малЕй временные китары,.'.*:», на кагдон п которые [находится решение полкой системы ур^н'/к»:й и соответственно сроднив толщины слоев ка основной h(t) и кивертирующ-й Hit) подложках:

t

h(t) - J Vif )dt ' (20)

■ О t

Hit) = I U( t ' ) cit ' , • (21)

О

где U(t') - средняя скорость гокоэпнтаксиалыгаго роста кристалла па инвертирующей по;,лоь'ке в момент времэнп t . вычисляемая но формуле „

W) Ц , ' (22>

После образования первичного сплошного слоя на основной подложке

скорости роста пленок на обеих подложках полагаются одинаковыми.

Четвертая глава диссертации посвящена результата» моделирования релаксационной жидкостной эпитахсии с инверсией маооопероно-са. Глава 4 содержит основные результаты моделирования, сравнение с данными соответствующих экспериментов и анализ полученных зависимостей. Вычисления на базе модели проведены и эксперимент поставлен для система , состоящей из подложек СаА1 Аз (основной) и баАз (инвертирующей) и перееденного раствора-расплава ба-Аз в пространстве между ними при температуре Т = 90,0 С." Начальное пересыщение раствора-расплава создавалось путем переохлаждения системы на ДТ = 1+10 С. Исследованы и-представлены в главе 4 зависимости результирующих толщин пленок на основной 11 и инвертирующей Н подложках от величины начального переохлаждения ДТ, ширины капилляра Ь и содержания алюминия в основной подложке, определяющего краевой угол в. Данные эксперимента' подтверждают прогнозы теории.

На рис.1 приведены зависимости толщин 11 и Н от начального переохлаждения раствора-расплава ДТ, полученные теоретически и

экспериментально при температуре эпитахсии Т=900 С, ширине капилляра Ь=50мкм, краевом угле 6-45 в интервале переохлаждений ДТ=3+8 С. ,

Из рис.1 видно, что образование сплошного слоя на основной подложке возможно начиная с "некоторого минимального ДТт1 (при указанных значениях параметров АТ^.^- -1 С).

Характер изображенных на рис.1 кривых теория интерпретирует с помощью помещениях в главе 4. соответствующих зависимостей от ДТ времени образования г и толщины 'а

с о

первичного сплошного слоя на

основпой подложке. , Перемена знака второй производной^ дгЪ/д(ЬТ)г в точке ДТ ^ 6 С объясняется тем, что при ДТ ^ В С оплошной

H,h,Ю3А

ДТ, С

Рис.1. Зависимости результирующих толщин слоев h на основной и Н на инвертирующей подложках от начального переохлаждения ДТ раствора-расплава, предсказываемые теоретически (-) и полученные

экспериментально (—•—) при Т = еОО'С, 1 = 50мкы, в = 45°.

слой на основной подложке формируется на стадии нестационарного зарождения, а при ЛТ > 6 С определяющую роль в образовании первичного сплошного слоя играет квазкетацвокарное зарождение, скорость которого зависит'только от величины пересыщения у поверхности подложки. Показано, что для получения пленок минимальной толщины необкодиио выбирать параметры эпитахсии такиь: образец, чтобы' срастание зародышей новой фазы на основной подложке происходило ка стадии нестационарного ¡зарождения.

В главе 4 такхе представлены и проанализированы полученные теорией времааныо зависимости скорости зарождения на основной подложке, коэффициента ее заполнения и скоростей роста слоев на подложках, которые могут быть проверены в эксперименте лишь качественно. Однако наблюдаемое хорошее соответствие данных эксперимента прогнозам теории, и тем более совпадение характера получаемых кривых, является убедительным доказательством оправедли-.вости теории релаксационной жидкостной эгштаксии с инверсией мас-еопереноса и феноменологической модели стадии нестационарного зарождения, поскольку' мoдt ;црование именно этого процесса представляет ядро предлагаемой теории.

Содержащиеся в главе 4 конкретные рекомендации по выбору параметров эпитаксии могут быть использованы для создания соответствующей технологии.

В пятой главе развита теория ■ диффузионной коалесценции ост-роЕковой пленки на кристаллической подлож..е в условиях, определяющих послойный рост островков. Проведен анализ этих условий. Предполагается, что рост островков (зародышей новой фазы) происходит за счет•движения ступеней, образующихся при выходе на поверхность винтовых дислокаций. В изотермическом приближении получены асимптотические функции распределения оотровкрв но размерам, законы изменения во' времени критических размеров для островков в форме шарового сегмента 11 цилиндра, а также асимптотические временные зависимости пересыщения в ьатеринск'ой фазе, для различив.™? механизмов массопереноса к при различном характере источников вещества. Показано, что.если рост зародышей Новой ^азы лимитируется граничной кинетикой, перечисленные зависимости отличны от соответствующих случаю нормального роста зародышей. В частности, закон изменения во времен" радиуса кривизны поверхности критического зародыша в форме шарового сегмента (либо радиуса основания ци-

линдрического критического зародыша) при наличии затухающих источников в общем случае имеет вид + А!;, где показатель степени р, определяемой основным механизмом массоперекоса, па единицу больше, чем б соответствующем случае при нормальном росте еародьтшей, и константа А также вычисляется иначе. Соответственно изменились законы зависимости от времени пересыщения в материнской фазе у поверхности подложки и функции распределения оот-рогков по размерам. Сделаны выводы о том, что сплошная пленйа, образовавшаяся при срастании послойно растущих островков, должна состоять из большего числа мелких блоков, чем в случае нормального роста оотровков, а также о влиянии характера источников на структуру пленки.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Сакало Т.В., Кукушкин С.А. Теоретические основы релаксационной жидкостной эпитаксии 0 инверсией массоперекоса // ЖТФ. -1990. - 60, N 7. - С. 73-83.

2. Кукушкин С.А., Сакало Т.В. Рост супертонких слоев из капилляров // II Всесоюзная школа по физике и химии рыхлых и слоистых кристаллических структур. Тезисы докладов - Харьков, ХПЙ, 1988. -3. 59.

3. Кукушкин С.А., Сакало Т.В. Теоретические основы получения супертонких слоев материалов для фотоэлектроники из жидкой фазы // Всесоюзная научная конференция "Фотоэлектрические явления в полупроводниках". Тезисы докладов - Ташкент, 1989. - С. 341-312.

4. Кукушкин С.А., Сакало Т.В. Поздняя стадия эволюции ансамбля эстровков на реальной поверхности кристалла в случае их послойного роста // Деп. в ВМГГИ, II 2302 - В 91 от 03.06.91.

5. Кукушкин С.А., Сакало Т.В. Поздняя стадия эволюции ансамбля эстровков на регльной поверхности кристалла в случае их по алойного роста при> наличии источников напыляемых атомов // Деп. в ЗПНИТИ, II 2301 - В 91. от 03.06.91.