Разработка аппаратуры молекулярно-лучевой эпитаксии для научных исследований и технологии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ
|
Майоров, Александр Аркадьевич
АВТОР
|
||||
|
доктора технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Санкт-Петербург
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1993
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
6 Ой
7 " ИНСТИТУТ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
! РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
На правах рукописи УДК 681.2:539.198
МАЙОРОВ Александр Аркадьевич
РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНОЛОГИИ
Специальность 01.04.01 - техника физического эксперимента, физика приборов, авгоматезация физических исследований
ДИССЕРТАЦИЯ на соисшше ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада
Санкт-Петербург 1993
Работа выполнена в Ивсгкгуте аналитического приборостроения Российской Академия Наук
Официальные оппонгты:
доктор физнко-математических наук, профессор DAJbpeÄ доктор технических щук, профессор Н.И. Комок; доктор физико-математических наук П.С.Копьев.
Ведугаая организация:
Научпо-исовдоватешосий техвототческий институт, г. Рязань. Защита состоится
ка заседании шецкзлязированного ученого совета Д.003.53.02 при Инсппуге аналитического приборостроения Российской АН по адресу: 198103, Санкт-Петербург, Рияскнй пр., дам 26.
С диссертацией можно озшкомшъсв в библиотеке Института аналитического приборостроения Россшсхой АН.
Диссертация в форме научного доклада разослана " ' у 93 г.
Ученый секретарь специализированного совета к.ф-м.н
А.П. Щербаков
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Общая харшперистка рабогы.................................. 4
2. Содержание работы......................................... 8
2.1. Общие замечания....................................... 8
2.1.1. Кратенн обзор основных разработок аппаратура МЛЭ.............. 8
2.1.2. Требования к установки/ МЛЭ, их элементам и задачи настоящей работы . . О 2.2 Те^олотческое обеспечение ныпуска установок МЛЭ............... 11
2.3. Исследование влияния условий эпнтаксиалыюго роста на формирование границы раздела "христатл-пакуум" методом компьютерного моделирования [3-6,15,18,19].........................................12
2.3.1. Кинетические процессы ¡ш поверхности при МЛЭ-росге соединений А1"!)^ . . 12
2.3.2. Компьютерные модели МЛЭ - роста...........................13
2.3.3. Влияние умоаш! роста сформирование границы раздела "кристалл-вакуум" . 15
2.3.4. Об одной модели расчета неравномерности слоя в методе МЛЭ
(взаимное расположение молекулярных источников и подложки [3]).....17
2.3.5. Требования к ростовым камерам установок МЛЭ и ихатсментам........20
2.4. Конструкции ростовых камер [1,2,7,14,17].......................21
2.4.1. Манипуляторы образца..................................22
2.4.2. Молекулярные источники......•..........................23
2.4.3. Кетдрупатьн№Ъшсс-спектроме1р, дифрактометр быстрых электронов, ' датчик Байярда-Альперта.................................24
2.4.4. Система сверхвысоковакуумной откачки.......................24
2-5. Диагностическая аппаратура устанопок МЛЭ [9-13].................25
2-5.1. Модуль диагностики поверхности методами сканирующей оже-алеетронной
спектроскопии, дифракции медленных алейронов и вторично иошгай
масс-спектрометрии....................................25
■ 2Л.2. Модуль диагностики поверхности методами рентгеновская фогоэлектрошюй СЭСХА) спектроскопии, сканирующей оже-алектронной спектроскопии
и ДМЭ............................................27
• 2-5.3. Модуль диагностики поверхности методом электронной спектроскопии . с угловым разрешением при возбуждении рентгеновским излучением,
сиихротроиным излучением или электронным ударом...............23
2.5.4. Модуль ВИМС.......................................29
2.6. Системы перезарядки образцов и компоновка установок МЛЭ...........25
17. Некоторые результаты опытной эксплуатации разработанных
установок МЛЭ [8,16]...................................32
3. Выводы................................................35
4. Публикации ..................................... ....... . 37
5. Дотированная литература.....................................33
6. Приложения.............................................39
1.0г.шдя характеристика работы.
Зпнтаксиальная технология давно приобрела важное значение в физике и технике полупроводпиков и в настоящее время, по-видимому, определяет протресс о таких областях, как микро- и оптоалектроника. Её разновидностью япляется технология молекулнрно-лучевой зпитаксии (МЛЭ), н основе которой лежит процесс взаимодействия атомных или молекулярных пучков тепловой энергии на монокрнспмличсской подтожке,поддерживаемой при определенной температуре. Пучки получают посредством испарения элементов ши соедтшений в сверхвысоком вакууме. С созданием гетероструктур на основе соединений и их твердых растворов удалось реализовать преимущества эпит.женалыюй технологии, особенно МЛЭ, в конкретных приборах. Созданы быстродействующие выскочастотные элементы типа биполярных транзисторов на пгтеронереходах, лазеры с квантовой потенциальной ямой в активном слое. Р51ДОМ американских и японских фирм налажен выпуск быстродействующей памяти и .ПЕМТ-транзисгороп. Производят элементы с эффектом Гагаи и палевые транзисторы с низким уровнем шумов, ведутся работы по использованию МЛЭ для создания структур в интегральной ахустоатекгронике, оптозлектронике и других областях. Кроме конкретных, уже освоенных промышленностью приборов, технология МЛЭ дает возможность создавать разюпые эпиакашыгые структуры с толщинами слоев в несколько десятков ангстрем, модулированным легированием и сверхрешеткой, исследование которых открывает новые области в физике твердого тела. Высокие научные и практические результаты реализации технологии МЛЭ стали возможными благодаря серьёзным усо вершенсгво ват пгямапгаратуры МЛЭ, проведённым впоследние годы приборосгро штильными фирмами. При сравнительной концептуальной простоте самого метода, оборудование для его реализации является одним из наиболее ыожных, что предъявляет соатвегст вукхцие требования к его изготовителям. Ведущие западные фирмы, работающие в этом папракле-шн, в острой конхуренпюй борьбе выпустили на междугародный рылск уже несколько поколений установок, молекулярно-лучевой эшпаксии различного назначения. К сожалению, известные ограничения, которые длительное время иакладываАгсь координационным комитетом по торговле с социалистическими странами <КОКОМ), не позволяли советским научным и промышленным организациям в полной мере воспользоваться громадным опытом, накопленным эти.ш фирмами за последние двадцать лет.
В згой связи совершенно необходимым для страны явилось проведите собственных разработок аппаратуры для молекулярпо-лучевей эшпаксии и освоение её промышленного выпуска. Первые работы в этом направлении были начаты Научно-исследовательским технологическим инеппутом (НИТИ, г.Рязань). Разработанные здесь установки МЛЭ и освоение в дальнейшем их производства предприятиями МЭП положили начало промышленному использованию МЛЭ в СССР. Однако, производственных и технологических мощностей НИТИ и предприятий МЭП, выпускавших установки МЛЭ, было явно недостаточно не только дая удовлетворения потребностей страны, но и отрасли. Кроме того, шггекешшог развитие направлений физики твердого тела, связанных с тонкоплскочными технологиями, требовало создания нссдедоватеяьско-технолошчсской аппаратуры МЛЭ, позволяющей проводить широкий комплекс исслсдоватв1 поверхности и приповерхностной области выращенных слоев различными методами и предтизначенной, в основном, для научно-исследовательских организаций. Эго и определило актуальность темы настоящей работы.
Наль настоящей работы состояла в развитии комплексного подхода к решению задач разработки установок молекулярно-лучевой эпитахаш, предназначенных для неследова-тгльско-гехнсшопгческих работ и относящихся к тучным приборам высшей категории сложности. Осноеными компонентами такого подхода являлись следующие:
1. Компьютерное моделирование процессов эпигакшалыюго роста соединений АШВУ с учетом внутренней геометрии ростовых систем и создание на этой основе атементоз (молекулярных источников, манипуляторов и нагревателей подложки, заслонок и тл.),
I ¡остовых камер и модулей эптаксналъного роста в целом с необходимыми техннчсотгш характеристиками.
2. Создание модулей днанюсшки выращенных структур 1а основе комбинации методов исследования поверхности и приповерхностной области тверд!« тел, адекватно решающей задачу получения всей необходимой информации о выращенных слоях.
3. Разработка принципов технологической подготовки элементоз, узлов и модулей эгоггакснальных установок (втом мною очистки, отжига, сборки, испытаний), необходимых для обеспечения соотвстстующих технических характеристик установок, и внедрение этих принципов в производлво.
4. Реализация модульного принципа построения сложных систем МЛЗ, включающих ростовые, диагностические и вспомогательные модули.
5. Создание на основе принципов, изложенных а пл. 1-1, установок молекулярпо-луче-воп этггаксии соединений Л1"В1'' и освоение их серийного прошподсгва.
6. Участие в решении технологических и методических задач совместно с заказчиками па разработанных н нзготоипенных установках МЛЭ с целью получения информации для совершенствования вновь разрабатываемых установок.
Научная новизна работа заключается в том, чго до се вшюлмешш не ставился вопрос о создании комплекса ссрииноспособных установок молекулярнолучевой эпшакши, прзд-. назначенных дня проведения научных исследований в области тотсоплеиочиоп технологии и оснащенных для этого широким набором диагностическихсредств. Новым является подход к разработке ростооыхсистем установок МЛЭ, основаш ый пп предварительном компыотср-ном моделировании процессов зшгткснального роста с учетом внутренней гсотлгтрк:! ростового объема. и последующем использовании под учет гих данных дтя создашш аяе-метоя н модулей эпитаксиального роста в целом и для методического сбеакчеши выпускаемых установок. В настоящей работе на основе развитого комплексного подхода разработано и выпущено четыре поколения установок МЛЭ, чем достигнут згачитеяышй народнохозяйственный эффект.
В работе впервые:
1. Проведено компьютерное Монте-Карло моделирование процессов зтггашшшпего роста соединении А'"ВУ с целью изучения влияния условий роста и внутренней гсометркп ростовых системна микро- и макропараметры формирующейся эттхеиальной пленхи.
2. На основе проведетшх нсследовашй создано несколько модификаций модулей згаггаксиалыюго роста с необходимыми характеристиками входящих в их состав элементов: ростовых камер, молекулярных источников, манипуляторов и нагревателей подложек, заслонок.
3. Разработан набор взаимозаменяемых модулей для диашоешкп выращиваемых эая-ташалышк слоеп, в которых в различи« комбинациях реализованы такие методы исследования, как:
- сканирующая электронная оже-спектроскотш;
- алектрогаая спектроскопия для химическою шшлиза (ЭСХЛ);
- электронная спектроскопия с угловым разрешением при возбуждении ретгеповсякм излучением, синхротронным изучением или электро.шым ударом;
- дифракция медленных алектронов;
- дифракция быстрых электронов;
- вторично-ионная масс-спеетрометрня со сканирующим ионным микрозоццом;
- телепозиционирование при сканировании поверхности электронным пучхом и репюг-рации вторичных н поглощенных электронов;
- ионное травление дтя получеши профилей концентрации по глубиие методами ЗСХА и оже-спектроскопии.
4. Разработано и выпущено четыре поколения установок мемекулярно-лученой эгаггах-сии для проведения научных исследований в обтает тоюсопляючных зшпаксвалышх технологий соединений А'"ВУ п твердых растворов на их основе.
Нч Рптшгту BMjifXîiîçg слелуюрп«; ртогада
i Л£а*тыогтернаемодаш!рока1гае процессовзпигака:аль;:ого роста полупровод!шхозых согдикавп! А"'!!1-7 с учетом внутренней геометрии ростовых систем i!a базе современных прздгпщлешй о физических явлениях, «ронеходшцих при взгнмодейспаш компокиггоз с Псдлохсксй,тозсйляетпаа)Ч!тьалгкгатйс^
(равномерность толщины) и мжропарзметры (шшпарнссгь, керохоЕЛТОеть, разугорэдо-чгнность поверхности) формирующейся эпитаксиальной пленки ['1-6,15,16,! 8,19]. Результаты кодаяироваиня подгзермда п-л экспериментально п могут бить лепользовани A»ta создания методического обеспечения напускаемых установок.
2. С использованием результатов прозеденнш; шхледосаннй созданы молекулярные ncrcnnirai с требуемыми тгьтератур1шг.м характеристиками, ьгшнпулятора, lorpeiurrena подлежгк с необходимыми градиентами температур по поверхности подложки, заслонки с маяьш -временем срабатывания [3,7,17].
3. Оптимальными для процесса эгапашалыюпо роста соедшекий и их твердих рсстеороп кмотогся ростовые камеры сферической формы с расположением cceîi зффузи-сшпдх молекулярных источников относительно нормали к поверхности ьращзющейса подложки под углом, определяемым диаметром подложки и расстошшем до нес. Такие камеры имеют мшшмшлое газовыделенне в вакууме к при соответствую^;» обработке внутрсн-газх поверхностей ебеспечдаают ииит.ааьную концентрацию (< 1015 1/см3) нскощролн-руекыхприиссей г,выращиваемыхструктурах {1S-), 1 ?i.
4. Устен0ак11к1алгкуляр!10-лучев0йашггаксаа1, прзд1Ш31аче111шедла научных исслгдо-вашш, долзам быть оеншцгны аппаратурой для реализации измерительных метода к, необходимых для гашмашш исек аспектов процесса эшггаксиальяого роста [ 1,2,7,8,9-14,17]. В ммгаыалишй яабор таких мотодж может входить;
- м^чягктрэмсгричсемй^шлродьсостпгя » шлгелсмзности молекулярный потоков, а tassa состава фоновой атмосферы ш lyipit рсстогого объем;
- контроль шптаотнеети малехуляршх потоков с помогцыо имшзнщюимогодатчика;
- шмдогашс зжкентшга состзя прнлокрхнеегпой cfiaacr.i глубиной 5-33 А (алгк-трошая оже-сюлрссодод) ;
- ояодеувшк химического осстаппк п сэязей гггоыоз на поверхности (рентгеноккаа йиггюалаярошш спестрожспда);
-епр-деикшгч^яиейт^^ îp^satfffi!cnpccrpm!c:iTîcitiibD.3pa3fwu;ej!i!b4iieaiOibKoAia глубш>у нажошюсателА;
- дафрахдаз мадленш к бмстрьи электронов для изучения и контроля крсталло-граф}ц>ххоГз структуры Шзаерхнссти;
-сйрвдлгдабпрсфшщТшщащэдгаа/мкек^
ЙВСКОЯЬКО ЬйжроН.
Кроме того, шкярукшш {жсгоеой хгмгры дедакна позволял» проведение капраля гюгерккали a npoueeci гнияахаш ощичесхлмп методами.
5. Разрешении Ш!С^уийййквтенсер;йи^Чвш1уску(таю!йхма1екуллрно-лучг1!ой здташш нссшшаа модификаций - ЭП1201, ЭП1202,. ЭШ203, ЗП1501, ЗГШ02, ЗПЗЗОЗ. Рв&гсетссоб1!0£:тьу(лшюЕО!;подп«;р;ад:ш результатами ростовых экспериментов, пршейкшк в оргмйшадвх-зашчихах {8,161.
Пжшзгша^шшшззщя^у йазздшаадшш:
!. Kowtbsorcpticc квделмрокиФе существенно сокращает количество гкеперимешов на уггсаожьвх МЛЭ, «гго ашчиталыю шкращат h удешЬалвег отработку саамоз роста (сго-»мекгь Пршишгмш cccSo «ссшк катериапой И эксплуатации установок ЫЛЭ очега. ££ЛК11Я).
1 Cossu» ¡гкшлько ^ОД!фШ!ц»Ш сгркйньа устаювок малекулЕрао-лунесой зшггак-сш дна проведения «аучшл Jteaasotia'wà s сбласп! технолога зпкта.чаалы1ых структур соедймащЙ ADIBV a твердых ¡amopos на ict сснок. Упхиювыз приобретены тоы»ш sasmiîyîEJi® Академии uays ш: ФТИ им. А.Ф.Иоффе, ФТИА11, ИРЭ, ИПТМ, ШШ, НФТТ, ИКАЛ, ИШ> АН, ИФП АМ Лкгеы, оршишциам}| ЮГ1.МРП, ИАЭ им. И.В.Кур-«гзтсге, (^¡гт-Пстсрбурпзиш и Тбил1!ссгам укнверситетачн. Вьшушию 34 усгажгиш раэ-
MUXTKIiOK. Oótltili Illüi.i:»!, р\'].1/. ",>!\.!l!il-'\ ''>'.. ГП:':>i" ICITI,1 1 "!ÍÍ 3.:i\V.<>'.! НЗу-ДК" .О ГфНСО-ростроенна Академии п. ¡y к j :-n,i!(i, щсхт.и:.' т27 pvu, :i uiru»; lWfl г.
3. îi.t H!jnyi[;cnnMX yciai'O',:;::-: M JO, Промпте/' p'iit: а:Чзюр! '<vü:s¡. ¡s rï'ûïiiw-п'лничесг.ом mcnn>Twi»t«. A.O.Il'.*|«|«iun.-pi«:« jcn.i!;!«reDHI30l кала^-к-с»прл^-л роен) струну p lu t\;i,<•>■■: .\'"üv ¡i : к;»:1гг1исг:.1<: ■•;■/> т/кч кик. я ii'oc; ere ci.:".:cí!ím'í рсбон un ycr.iiüun.c Oí 11201 C'Tipj,iMi»ji'i!i ФТН гм Л.ф И<*|фг и И i ч-япу: :t aiiwinM4:i3.<Ht> iipii(ío|xorpovinui pjapjßnai.i гсхпо/мш« пат/ icii.in ivicjix-tk'p'iuvopyrrypitи jwmans-iiu лазеры с порлоч raiqvini'u ¿50 A/i|!.i успшоик::?. ЭП12ПЗ s ¡p'Ht создаотсч CrpyKlypiJ ДЛЯ KOMMep'iiXKl'.iV) iüj:i\YK.1 КИерагИ.'рс'М I! IIP.MT-Tp"iin»-CiVpOrt. H I liirrpe псрспектишимтсхиашпн'! и ¡шрЛт.ч: (I 0 IT!5, r.C.i.^KT-lí.'ivjx'íypi) •иустзногкг'ЭШЗОЗ
ОСКЛСН КОММЕРЧЕСКИМ нипускструкчурлчя Ч0щнихп0.'!упр".'1.0 !( ЛЛГЗсрКЦ'К'
спси-м. Hj установках, рирлбапнних rv.» р^оыдам»! лздарл Кйтугса кейлед'.-глшя и ПАП, ППТ.М, ФТИ ЛИ, ЛЮ.
Дшлшй лк.та1!И30х __
06uu.-e юпраиленне p.uv>¡ г.цл.) определено ««.-корр. PA1I MJlAwwsior'^biM. ,\w.¡> sivi&icii тмиим цонсгруктроч прлскта nep¡.;>¡í усиноикн МЛЭ3III301,тучным руководителем р.>"* гг nocí KOpcmuCt молертшци;! a аевпемш выпуска na зажгл.Ачгориклчяга юучмии рукоиижгкяемкс-,-х nt»vayio.;mx ¡ок ycmrti>.nr. МЛЭ в I(пучно-техннче-
ском обмят <.vsui Академии наук. Поя еп» т>чьь-м ру»iv-.-'.« билцвчпатнеш иауч-jio-iiCiü'wrjiíVíii-iviiL' ¡u&trtj по те-хналопсю-Ч-ом и мегодич vkciI трлбтта зэдач ФТН им.Л.Ф.Пгф'р.:, И HTM, ИОФАН га уступках М-!П 0111201.» длхерг^дчи пбобшты ра(кяи, üijriaTiiciKiue иеткг.'ч'дсгаемнлаягор>ч, апчесш) с crtíjijvtimo'tH i f »«потугаniu-лтичйсгсп» приборостроения Академии шук, iuk:nnynM-í ïias'.i'-o,, 0«xv Петербургского ггсударсгвеиого тскничхкои) университета, arm-« -.¡«пек» (лучшим румсодягом г.спмратами и соисклтчля.чи А.Г.Фидареюки«:, Г.3.1 Ь.'р-j. п>м. Амтт спредглял тенати-' л-kív «апра&ллшг робот по созданию cí~!i)¡.iiií4 фуумичжаяших ат^'гчтоя, уз.-.о» и .л-аношж н целом.
Основные результаты pafioru докладывались м обсуждались на VIII Нсесоюзноч ссмн-иарепо методам [псата a^eкT!X>l!lllVorrг,l^icx•кнx екаем (Леиншрдд, !9S6); XV Пахоюзиом CDcanaiu»! поре!пд<;ноккой||4мт(хисктро|1110;к'11скг,хх.>,0]1!1н (Лашшр:«, 1583); ¡Сорди-!шц110шюмсо1ч;ад1ш!11сои11;да.ст11ческихстрш( пофизичсскимироблемзмогпоалек^хкши! "Оггюэлектро1Шкя-89" <&ку, 1989); I Республиканской конЦиренщв! ЛаптйскоЯ CCI* "Чисяешшеметодымоделирокншятехлатогачйхихи^цассо:)" (Pitra, 19S9); I Всесоюзной конференции по"тердотеяыюй а1ектрош1ке (Ленинград 1989) ; III Me^iytupixuioM 0(кт> зиуме помолекулирно-лучевси! эшп-акаш (НРБ, Велико Тирионо, 19S9); Междуицм^'ШоЛ кон4еренщшпо п[х)<)яемам эпиташилыюга роста (Ikurpiia, Будангигг, 1990 г.); V Всесоюзной кон<)креншш по физическим процесаьм в па1уп;юш1,гишконих а-п-рпегруктуpnх (Калуга, 1990 г. ) I Между(шродион кон<1*;|х;|1щш "Приоритетные наприаления в ¡цучнои приборостроаши" (Ленишрш, 1990г.); III 1£врчпс1к;к1)йко^кретцп!порк?ст>'cpsicraxiaa (Венгрия, Будалеигг, 1991 г. ).
Публикации. По теме диссертации онуйшкошш! 19 печати* p-.ißor и гкака.« c»ws-тельспв из изобреташа.
2. СОДЕРЖАЩЕЕ РАБОТЫ
2.1. Общ ие замечания.
2.1.1. Краткий сбоор ооювиыл разработок аппаратуры МЛЭ.
В настошием обзоре из всего многообразия существующих систем МЛЭ мы ограничимся рассмотрением установок, разработанных для выращивания соединений на основе AI1IBV, информация о которых использошишсышми при создании аппаратуры МЛЭ.
Говоря об отечественной аппаратуре МЛЭ, необходимо и первую очередь отмсппь работы НИТИ [20,21]. Здесь осущесгилены пераые в стране разработка однокамерных установок МЛЭ. На выпускавшихся серийно установках таги "Штат" в раде организации до сих пор успению про водятся росгоаиезкспернменты. Подобные установки пред! означал! ¡а. для исследоватсньасо-технапогических целей н комплектовались, крометрадицнонных ДБЭ и масс-спектрометра, еще и оже-анализатором. На наш взгляд недостатком подобных акггем как исследовательских, является ограниченный набор методой дашгнсстки, невысокие технические характеристики оже-спектрометра (энергетическое разрешение -1%) и еш размещение в ростовом объеме.
Серьезным шагом вперед было создание в НИТИ магасгральпо-модулыюго комплекса "ЦНА". Комплекс ориентирован на решение технологических задач в промшалишосги. 1$ его соспш входят модули подготовки подложки, молекулярно-лучевой згапашш, мегалли-защв! н дналекгричесхих покрытий, ионно-лучевого осааденш, объеяинаише высокош-куумной зирузочно-трснспортной системой. Технологические модули выполнены по единой схеме и отличаются составом входящюс атементов. В соспш модуля рола входагг вертикалщая цилиндрическая камера роста (в которой достигается остаточное даалаше 1 ■ 10~® Па), прещиионный манипулятор, блок из 6 молекулярных источников с пятими из пнролитичесхого штридз бора (PNB) объемом 40 см3, кр1юпд!!ель, кшдрупатышш масс-аналнзатор, ДБЭ. Имеется возможность использования ионизационного манометра н оптических средств диагностики.
Комплекс "ЦНА" обеспечивает параллельное выполните техиолотчажнх операций и может шращдватъея дополнительными модулями.
Од!вш ¡а ведущих центров создания алшратуры МЛЭ в России является Новосибирск. Иисппуг физики полупроводников СО РАН, который первоначально специализировался на разработке установок дл2зшггакаи!кремн!ш, в последние годы создал варишггсист.ш для выращивания полупроводниковых соединений. Автоматизированная многокамерная установка молекулярно-лучевой эшпаксш1"Катунь-В" 122], разрабатакпаявНФП, состоит из модуля этпашт полупроводниковых соединений, модуля зшпашш элементарных полупроводников, металлов н диэлектриков, модуля подготовки и анализа подложек (включая послойный оже-аиализ), модулей загрузки и выгрузки подложек. Недостатками' предаожашой компоновочной схемы, на наш взгляд, является необходимость соединения по вакууму соседних модулей при роботе системы транспорта подложек, а тахже необходимость комплектования каждого технологического модуля своим модулем загрузи;.
Из зарубежных систем МЛЭ остановимся вначале на установке МЗЕ РШ-425В (фирма Perfùn Eimer, CULA [231). Роаовой модуль установки, выполненный в виде усеченной призмы, юслючает блок из 8 молекулярных источников с татями из PNB объемом 2 см3, 20 см3, 60 см3, 200 см3; машту.тятор, рассчитавши на подложку диаметром 3 дюйма и предназначенный для ее нагрева и вращения; 3 крноганели, полностью окружающие ростовой объем. Модуль комплектуется дифрактометром быстрых электронов н квадруполышм масс-спектрометром. Модуль очисжи и анализа поверхности подложек установки комплектуется устройствами для оже-спектроскопии и ионного травления. Затрузочио-транепоргное устройстю состоят из камеры ввода, кассетного устройства и транспортного механизма. Основные недостатки установки - соединение всех камер по вакууму а момент перезарядки, слабая 0а:ащг1ш0стъд)шп10ш!4£шпшсре<?сподзш невозможность наращивания установки дополнительными модулями.
Одними из лучших установок МЛЭ, выпускаемых за рубежом, являются выполненные в различных модификациях системы V80H (фирма VG Semicon, Англия [23] ) и МВБ 32Р
(фирма Piter, Франция, f23]). Усганоика V80II с горизстгтальньмрасполпжатшмодула эпитаксналмюто роста, предназначенная для обработки подложек диаметром 3" (имеются модификации с вертикальным расположением молекулярных исто'шикоз для обработки подложек диаметром 4" и 6") имеет всноем составе, кроме модуля роста, модуль очтеткин анализа подложек и загруючно-транспортса ycrpolicrsa Модуль эшпаксиалшот роста -сферическая камера с блоком из 8 молекулярных источников (тигли из PNB емкостью 40см' или крекинг-ячейки), быстродействующие атостроюппгтые заслонки, квддрупольщдй масс-спектрометр, ДЮ.ношшщюшшй датчик д ля шггроля интенсивности молекулярных потокоз. Управление режимами роста осуществляется микропроцессором. Модульочиггкл и анализа комплектуется устройствами для очистки н храпения подложек, оже и ЭСХА-спектрометрами, ДМЭ (или пампой системой для анализа поверхности типа ESCALAD). Затрузка и передача подложек производится системой, состоящей из шлюза и механизма переноса. Система транспортировки, являясь линейной позволяет наращивать установку дополнительными модулями.
Установка МВЕ 32Р также пипалняется в магистралию-модулыюм варианте и близка по своим техническим характеристикам к установке V80H. Установки двух последних фирм обеспечивают не только высококачественный и высокойроизводительный рост структур, но и являются наиболее приспособленными Для проведения научных исследований в области тонкопленочных технологий. На технические характеристики этих установок мы и ориентировались при проведетши собственных разработок аппаратуры МЛЭ.
2.1.2. Требования к установкам МЛЭ, нх элементам и задачи настоящей работы.
В конструкции установок молекуларно-лучевой эпитаксии должки быть реализованы основные преимущества МЛЭ перед другими технологиями. Такими преимуществами являются:
1) низкие температуры процесса эпитаксии (до 800°С для соединений A"'BV);
2) относительно низкие скорости роста, обычно порядка 1 мкм/час (3 А/сек);
3) возможность быстрого перекрыли одного или нескольких молекулярных пучков заело иками;
4) в процессе эпитаксиалыгого роста в методе МЛЭ основную роль играет поверхностная кинетика и рост происходит слой за слоем, прямым экспериментальным подтверждением чего являются колебания интенсивности рефлексов в картине дифракции быстрых электронов;
5) выращивание происходит в отсутствие термодинамического баланса между средой -поставщиком компонентов и твердой фазой (в отличие от технологии жидкофозной и газофазной этггаксни);
6) возможность применения различных диагностик в камере роста или смежных камерах. Из схазаиого следует, что в рптимальных условиях роста ширина границы раздела между слоями разного состава Или легирования может ограничиваться уровнем одного монослоя, а itvumma эгапаксиальных слоев может контролироваться в масштабе размера атомов. Низкая температура роста ограничивает влияние таких механизмов, как диффузия атомов основного вещества и легирующих примесей через границы раздела. Отсутствие термодинамического равновесия в процессе роста создает ситуацию, когда быстрое изменение интенсивности или химического состава молекулярных пучков мгновенно отражается на поверхности роста. Благодаря возможности пользоваться диагностиками механизмы роста МЛЭ становятся более понятными, а сам процесс - хорошо управляемым и воспроизводимым. Таким образом, концептуально процесс МЛЭ сравнительно прост и обеспечивает относительно большую простоту реализации сложных структур, поскольку в первом приближения состав И легирование слоев зависит только от соотношении молекулярных потоков, которые точно определяются температурой соответствующих эффузионных ячеек, а толщина слоев определяется интенсивностью шжжов и временем роста. Вместе с тем, при ашашт установок Шдо помнить, что МЛЭ является одной из самых сложных технологий с точки зрения оснащения и оборудования. Очевидно, что требования б оборудованию определяются физическими характеристиками эпиггаксиальиых структур, которые на этом оборудована изготавливаются.
1. Выращиваемые пленки должны иметь минимальную концентрацию электрически активной фоновой примеси. Для арсенида галлия этот уровень не должен превышать Ю1-5 см"3. Возможность выполнения этого требования определяется свойствами газошчцелениа применяемых конструкционных материалов, особенно работающих при высоких температурах, мощностью систем сверхвысоковакуумиой откачки и уровнем остаточных загрязнений в вакуумных камерах. При создании ростовых систем необходимо сгрслнпгся, во-первых, к уменьшению площади газовыделяющих поверхностей и применять материалы с малым газовыделением , во-вторых, применять технологические приемы обработки материалов, уменьшающие уровень газавыдсления и остаточных загрязнений ростовых камер, в третьих - испальзоьать мошные системы сверхвысоковакуумной откачки с высокими скоростями откачки активных газов.
2. При выращивании таких структур, как СоАя, А1хСа1_хАз, а также зп'.х соединений, легировшшых примесями п-тшш (например 51) или р-типа (например Ве), установки МЛЭ должны быть укомплектованы молекулярными источниками, тигли которых залашены шихтовыми материалами ((За, Ал, А1, Ве) с различными температурами испарения. Ддя получения необходимых га ггено1внсхяеймалекуляри1^пттжов температура тггаядолжщ изменяться в широких пределах от комнатой до некоторой предельной, определяемой конструкцией молекулярного источника. Высокие требовать предъявляются к температурной стабильности молекулярных источников, поскольку при выращивании многокомпонентных соединений таги А1х(За1.хАз величина х определяет физические характеристики создаваемых приборов и датжюподцеряаштьсясточносгыоне хуже 0,01 (стабильность интенсивности молекулярных потохов основных компонентов не хуже 1 % за несколько часов). Аналогичные соображения относятся и к стабильности источников легирующих элементов. С учетом сказанного должны быть сформулированы требования к температурным характеристикам молекулярных источников и созданы эта источники.
3.необхад[мостьформировш!иямно«х^ойиыхэга1такс1 ильных гегеросгруктур, втоло-чающих слои различного легирования и толпа пш (до нескольких (шюметроз) предъявляет жесткие требования к резкости межфазных границ. Качество границ определяется микропараметрами поверхности растущей пленки (планарность, шероховатость, разупорвдочешюаъ н т.п.), которые, в стога очередь, однозначно зависят от условии роста. Экспериментальное или модельное изучение этих зашкимосгси должно, на наш взгляд, быть сссгашгым элементом разработки ростовых систем.
4. Важнейшей характеристикой сформированной этпахезилыюй пленки является равномерность се толщины по поверхности подложки. От нее зависят физические характеристики создаваемых полупроводниковых приборов, и следовательно, выход годных. Очевидно, 'по равномерность толщины зависит от диаграммы направленности молекулярных ИСТОЧ1ШКОВ и ее изменения в процессе расходования шихтовых материалов, диа- ^ метра подложки, взаимного геометрического положения источников и подложки, ее вращения. Дшшние перечисленных параметров на равномерность толщины пленки также должно быть изучено с целью использования результатов для создания ростовых камер установок МЛЭ.
Для решения этих проблем в процессе создания нескольких модификаций установок МЛЭ был выработан комплексный подход, включаваяш в себя несколько аспектов, основными из которых являются:
1) Усовершенствование существующих технолопш обработки консгрукциошшх материалов, создание необход»!мых новых технолопш, разработка принципов технологической подготовки элементов, узлов и модулей эпитаксиальных установок (в том числе очистки, отжига, сборки, испытаний), необходимых для обеспечения соответствующих технических характеристик и внедрение этих техжпогей и принципов в производство.
2) Создание элементов, узлов, модулей и установок молекулярно-лучевой эшггакеш в целом на основе современных научных представлений о физике явлений, происходящих в процессе эгвпакслального роста.
3) Участие в решении технологических и методических задач совместно с заказчиками ш разработанных и изготовленных установках МЛЭ с целью получения информации для совершенствования существующих и вновь разрабатываемых установок.
Г5 соотатсттс!!! со скпзчнним дальнейшее изложение будет построено стедующпмо^рл-зом. Вил'¡яле кратко будут представлены результаты работ по тал алогическому сбгспечэ-¡ппо выпуска установок МЛЭ. Затем будут г иложе! ил результаты исследования физнчееттх процессов, пронеходячщх по еро.'язт гтксналыюгорлст метолом компьютерного моделирования. Далее будут рассмотрены конструкция алиментов, узлов и камер роста в целом, разработанные sa оспо1иобобтен[(я результатов компьютерногомодеянроваглш. Поо:агл-ку диагностическая аппаратура я вдается гахгним элементом установок МЛЭ, рреддазнпчен-пых для научных исследований, будут представлены различные конструкции мгугулейдняг-иосгнки, которыми комплектовались те или иные nmu пилускавшяхсч усгсшояох. Посла рассмотрения различим вариантов компоновочных схем установок будут изложены некоторые результаты .чкатлуатации установок МЛЭ в различных оргаинзанига-атгязччках.
2.1 Тсхнолопгххкогобестгсгыьче выпуска установок МЛЭ.
Развитие метода МЛЭ потребовало как от пользователей, так и от разработчики ново:» понимания проблемы сверхвысокого вакуума. Понимание вакуума как юггегралыюво даз~ дешга атмосферы остаточных газоп, применимое для алектрошшх н масс-спектрометроя, совершенно не пригодно для установок МЛЭ. Так, парциальное давление азота при выращивании структур на основе GaAs может быть любым, лишь бы не нарушалась молекуляр-постъ потоком напьм яемых материалов. В тоже время давления компонент oerarom пж газоа,, образующих фоновое легирование (кислород, окислы углерода, углеводороды) не должны превышать Ï(T'2 - 10"'^ Па. С этой связи технологической подготовке конструхциошгых материалов необходимо удел ять особое внимание. С учетом этого в НТО Академии наук был разработан ряд новых технологических процессов, в частности:
1) Разработан многоступенчатый процесстермической вакуумной обработки пакуумщта камер из нержавеющей стали. Необходимость такого процесса вызвана применением в качеств основного конструкционного материала нержавеющей стали не вакуумной плавки с большим газовьаделенисм из стенок.
2) Разработанатехнолотня высокотемпературного вакуумного отжила деталей из плана, молкбдет, питала, пираштмеского нитрида бора (PNÖ). Для этой цели были созданы высоковакуумные (Г< 10"6 мм.рт.ст.), высокотемпературные (1500-2000°С) печисбезмас-ляшЛ откачкой, что само по себе явилось серьезной технической задачей.
3) Разработана технология и оборудование для изготовления изделий из сверхчистого PNB . К началу разработки установок МЛЭ в СССР практически не изготавливался РКП приемлемого качества. Этот материал, имеющий низкую упругость пара при высоких температурах, используется в МЛЭ для изготовления тиглей н конструкционных деталей, работающих при высоких температурах. В НТО АН СССР (Экспериментальный завод аналитического приборостроения) была разработана и внедрена югаридная технология изготовления изделий из PNU. По физическим характеристикам и чистоте материал, изготовленный на ЭЗНП, удоплетпоряет требоватмям, предъявляемым для получения высоко-качествегшых этпакашьных структур.
4) Создана практически безотходная технолотя обработки деталей из нитрида бора, включшопия механические и термические операции и учтпываюиш аяизотрогвпо фижко-ыехакических свойств этого материала,
5) Разработаны и внедрены технологии электрохимического травления, очистки и промывки вакуумных деталей.
6) Разработана и внедрена технология "чистой" сборки алеМигтов и узлов устаноеох МЛЭ.
Результаты проведенных работ нашли отражение в технологических инструкциях ТИОб-109, ТИ06-217, ТИ06-95, ТИ02-51 и частично опубликованы в 117].
раздела "крнсталиЧ-вахуум" методам компьютер! юго модел! ipoaai шя [3-6,15,18,! 9].
Как уже указывалось, МЛЭ стала уникальной технологией для производства полупроводниковых структур, позволяющей, например, получать ширину переходной области в гетеропереходах на уровне 1 моноатомного слоя. С ее помощью достигнуты рекордные результаты по подвижности носителей заряда в двумерном канале. Однако, при столь значительных практических успехах теория МЛЭ-pocia, с помощью кагорой могли бы бить предсказаны и оптимизированы технологические операции с целыо наиболее полного использования возможностей МЛЭ, интенсивно развивается лишь в последнее время.
Пожалуй, основным инструментом в исследовании ростовых процессоз при МЛЭ стал один из методов стохастического моделирования, а именно метод Мооте-Карло [24]. Большинство схем построения моделей включают следующие общие ключевые моматгы:
1) с помощью генератора случайных чисел определяется место атом (молекулы) на поверхности;
2) рассматриваются вероятное™ процессов на поверхности (миграция, испарение, возможность встраивания);
3) решается, какой именно произойдет процесс;
4) рассматриваются изменения в системе;
5) процедура продолжается, пока не осядет определенное количество частиц.
Хотя применение подобной схемы составляет основу практически всех моделей, используемых при исследовании МЛЭ-рост, расшифровки каждого из этих пунктов могут отличаться, и весьма существенно, в зависимости от конкретной задачи. Ограниченные рамки настоящей работы не позволяют дать полный обзор по различным моделям МЛЭ-роста. Поэтому в дальнейшем мы ограничимся моделями МЛЭ-pocra, обсуждаемыми в настоящей работе и начнем с физических принципов, положенных в их основу.
2.3.J. Кинетические процессы на новерх1Юстн при МЛЭ-росге соединений AmBv.
Использовшше современныхметодов 1КСледования процессов, происходящих т. поверхности при МЛЭ-росге in situ, таких ках дифракция быстрых электронов на отражение (ДБЭО), масс-спектромегрня модулировашюго пучка (МСМП) и др., позволило создать концептуальную картину, наблюдаемую при МЛЭ. На рис.1 приведены основные стадии, связанные с ростом соединений а"'В * в случае использования пучков атомарных катионов (Ga) и дкмеров анионов (As2). Первой ступенью МЛЗ-роста является приход частицы «а
случайное место поверхности подложки, которая впоследствии проходит стадии физической и химическойадсорбщи вплоть доэпнгакаиль-пого вегршпкишя.
Д ля ornicai мя процессов адсорбции молекулы аниона была предложена следующая двухступенчатая схема, осиоваишя на изучении с помощью МСМП взаимодействия А¿2 и Ga с подложкойGaAs (100) (Arthur, 1974, [26]).
А2-*- А2* (2.3.1)
A2* + 2Va Я 2А (23.2)
Ац-»А (2.3.3)
Здесь: Аг - молекула аниона в газовой фазе, Аг - физически адсорбированное состояние, Уд -вакансия аниона, А - хемимрбированше состояние, Ад - анионы, находящиеся в объеме. Fvk. 1. Основные стадии процессов на повсрнюсти Процессом диффузии из объема (233),какпо-прн МЛЭ - росп: соединений AmBv га пучют казано в [27], можно пренебречь. атаарит ыткнвимаюсул ттжюв
Скоргхлъ поступления молекул As> на поверхность определяется шггенсивностыо потока из соответствующею источника, количество физически адсорбированных димероз определяется ка"х|х|)нцнентом прилипания п фивдкорбиропанной фазе, а заселенность хсмисорбированными аннонами в данный момент времени зависит от количеств вакансий аиионон и соотношения алементо» V и Ш групп.
Подпугаму обстоит дело со встраиванием катионов. Так как для хемисорбпипатемеитов Ш группы не нужен процесс диссоциации, переход из физически адсорбированного соспоя-нияихем11ирбироп;нв10етребустлп1!1ьоднойв;1ка11сии.из1чхлтю,1ггопридоск1точнонизк1ге TeMnep'tTj'i4ixninei>TibHijrtKOJt}x{)HioieHrir¡BWHiiiiHHaAaiirjKHKffmMoe1KaKA!iWHGa1píiReH единице. Поэтому можно считать, что при температурах подложки до Та ~ 9(Ю К каздый физически ¡1деорби]ЮШ1Ннын к<гпюн находит себе хемнеорбироианное состояние.
Дальнейшее по ведение хемисорбирош! mux атомом анионов и катионов включает всеба килетическн конгролируемые акты поверхностной милиции или испарения. Причем миграция может идти как в том же слое подрешегки того или иного copra алиментов, так и пхлючать в себя скатывание атомов в подлежащий спой собственной подрешегки. Дефекты, типа дефектов замещения, вследствие малой вероятности их образования обычно не включаются в рассмотрение (Singh, Bajaj, 1986, (28). Окончзтыыдо встраивание частиц происходит при реальныхдтя МЛЭ-роси температурах подложки после нескольких кинетичесхн контролируемых актоп поверхностной миграции, если до этого не произошло переиаыре-иия. Для описания взаимосвязи процессов миграции и испарения обычно используют понятие времени жизни частицы на поверхности rKls и среднего времени между появлением частиц на поверхности А 1. Когда гк)3 < Д t , рост ие'происходнг. Для МЛЭ характерны соотношения Тщз для физически адсорбированных анионов н rKts»A\ дпяхемисор-бированнмх атомов. В схему на рис.1 не включены процессы, связанные с встраиванием примесей. Однако их влияние на рост кристалла может оказаться существенным. Так, большая концентрация кнсаорсадосодержащих молекул в атмосфере остаточных газов ростовой камеры может привести к срыву роста. Однако при контроле остаточной атмосферы с помощью масс-спектрометра в сочетании с технологически обоснованной процедурой подготовки конструкцио|шых материалов, узлов ростовой камеры, можно свести к минимуму влияние неконтролируемых примесей на процесс роста.
2.3.2 Компьютерные модели МЛЭ - роста.
Компьютерные модели роста основаны на рассмотрении взаимодействия атомарною потока катионов и молекулярного потока димеров анионов с полярной гранью (100) идеальной подложки со структурой цинковой обманки с помощью Moirre-Карло моделирования. Выбор кристаллографической грани (100) обусловлен наиболее широким применением подложек с данной ориентацией при МЛЭ-росте. Направление £1001 предлааляег собой чередующиеся слои Ga и As, каждый атом которых образует по две связи с атомами нижнего и верхнего слоя другой подрешегки. Энергетика системы "хемисорбированный атом-окружение" в данном месте на подложке определялась функциями Гамильтона, учитывающими взаимодействие ближайших и вторых соседей. Для апионов и кэтнонов гамильтонианы загасывалнсь соответственно в виде:
На=- (Ех/ ЦК)д (iKI-^—jäK-hE^f ЦК)д (lKI-S^)dKj (23.4)
Не-- (Еас/Z(1T)<5 (IK1-—-)dir + Ea:/Z(ir)(j(liri-—^dir) (13J)
где а - постоянная решетки ! Е^ - энергия связи ближайших (анион-катион) соседей, Е^ -энергия связи аиион-анион, Ец- - энергия связи катион-хдтион, ZOT > - функция, отличная от нуля лишь в занятых узлах решетки и равная в них единице. Аргументы ¿ -функций соответствовали расстояниям между ближайшими и вторыми спадами в соединениях со структурой цинковой обманки (Бехиггедг, Эндерлайн, 1990, {M¡. За нулевой уровень энергии принималась энергия взаимодействия бесконечно удаленной частицы с поасрхнп-
ciuo кристалла. Интетрпроваше проедалось r.o объему шара с радиусом, равным расскы-юио между вторыми сссэдами. _
Для описания юшегихироста быш1 использовав вцражеадямяскоростей peíстарения часшци с поверхности и поверхностной миграции. Скорость реисиарама с поверхности записывалась над:
R-R0cxp(-~) <2.3.ó)
где Ко - нредэкспоненциалышй ыножищль для десорбции, Е - энергия сипи часпгцы в данном месте поверхности в соогестсгшщ с (2.3.-Í) и (2.3-5), к-постоянная Бальцмаиа, Т5 - температура подлокхн.
Скорость поверхностной миграции можно определить ¡3 следующих соображений. Чгсбь: произошел акт миграции ш соседнее ыгао в той же подрсшетке, необходимо учитывать два фактора: вероятность того, что соседнее место вакантно, пропорциональная в Е
соотаэтсттмис (2.3.6) ехр(--г^г) ивероягп1остьперемещега1ява!аа1аа1,пропорц1ю11аль!!ая к l3
Ed
схр ( - т-=г), где - актшицшшый барьер этого процесса. Таким образом, выражение для к *s .
csopcCTsnosep^iocnioii миграции можно загшеать [25]:
D " D0 ехр (- (2-3.7)
вде D0 - предакспоиенщильный множитель для миграции, a E¡¡ - определялось обрывом половины связей на регулярной поверхности.
Физические допущения в рамках предаагаег.шх моделей были следующие:
- градиенты распределения потоков по поверхности образвд и температурного поля нагревателя подложки равны нулю (приближение к подобным условиям возможно путем корректного выбора геометрических параметров взатшого расположи ыя источников и подложки (см. раздел 2) и конструкции нагревателя);
- дассощаттвшая хемисорбцця молекул As2 активируется последовательностью из трех атомов катионов вдоль определенного направления;
- отсутствие сегрегацю! чаешц одного сорта, дефектов типа замещешш и шедрешщ в междоузлия;
- отсугствие petcoiicrpyiapra поверхности высших порядков.
Моделировать процессов роста производилось на матрицах размером 30x30 и 40x40 узлов кристаллической решетки; блок-схема программы для персонального компьютера, списывающей МЛЗ-pocr, приведена в Приложении 1. В некоторых случаях является шгге-реаюй и далее будет рассматриваться модификация метода f-ШЭ - метод мгарациошю-сги-мулировонной зпигашш (МСЭ), отличающийся от МЛЭ последовательным характером ссаадавм атомов катаонов и молекул анионов па поверхность. Компьютерная программа, о которой речь шла выше, полностью прнлржима к зтому случаю. Моделирование было построено следующим образом:
- для МЛЭ-росга: осаждеши агама катиона следовало после осаждения катичсства молекул аниона в соответствии с соотношением потоков;
- для МСЭ-росга: ia поверхность осаждалось число калганов в ссошжпташ с требованием заполнения монослоя, далее следовало количество анионов, равное произведешпо числа осажденных катионов на величину ссхэтношення потоков.
Подобная процедура продолжа елся догех пор, пока не будет осахдеао количество аючов элементов Ш группы в соответствии с требованием выращивания определенного числа
ПОЛНЫХ М0110СЛ0СВ.
Определение координат приходящей гаповерхность частицы производилосьспомощыо дзухраткого обращения к генератору случайных чисел (ГСЧ). После расчета энергии связи п соответствии с (23.4) и (2.3-5) и характеристических времен процеосоз (Z3.6) и (2.3.7), определялись относительные вероятности того или шюпо процесса. После очередного сбра-. щекпя к ГСЧ на основании рассчитанных вероятностей разыгрывалось, какое именно
событие произойдет. Далее, в предположении линейной зависимости времени процесса в шгтермле огО до характеристического времени, определялось "реальное" время 1. В случае, если I превышало «ремн выращивания монослоа, частица считалась встроилшейся. При рассмоареипимолекул(^аш101швфи:«рбпрота)нюмсоетоя111нтредпататонхз.,'гюэнерпш активации соогиегсгвующих процессов яатяются независимыми от локального окружения (ВасЬгасЬ, 1979,131].
Отсутствие прьшых экеперимагтальпых и теоретических данных по энергиям свази атома в (2.3.4) и (2.35) и величине предэкспоненциальних множителей в (2.3.6) и (23.7) припало к необходимости оценки величин из информащш об усредненных зиергетнческтс характеристиках кристаллов полупроводниковых соединений А'"йу и экспериментальных данных. Подробная процедура оценки приведши в (Цырчин, 1991, (251. Полученные величины сведены в таблицу (см.приложенне 2). Для проверкнправилыюсти предложенных моделей было проведено сравнение по коэффициенту прилипания М^ в зависимости от соотношения потоков Алг и Ся, полученному экспериментально [32) и методом компьютерного моделирования для МЛЭ-росга при температуре подложки Т5 » 600К. Разница результатов расчета и эксперимеша не превышала погрешности измерения (рис. 2).
2.3.3. Влияние условий роста на формирование границы раздела "кристалл-пакуум".
Известно, что для мнопк практических применений необходимо получение резких границ раздела, что прежде всего важно для микроэлектроники. Для того, чтобы оценить степень планарносги плеики, введен параметр статическою качества <3;
п
2С' м
(2.3.8)
где С( - средняя стелет, заполнения ¡-го слоя, п - число слоев, степень заполнения которых отлична от нуля, Кер£ - число эпнтаксиально встроившихся ютнонов, Ыс - общее число осажденных катионов. За нулевой считался слой, соответствующий подложке.
Прииспользоаании подложки ОаАэ (100), которая является полярной 1ранио, возможен выход на поверхность как катиошюго, так и анионовопо слоя. Для изучения влияния начальной шверхносги на развитие роста СаАз модели ровались две ситуации: в одномслу чае нулевым слоем считался слой ба, а в другом - слой Аз. Далее, при прочих равных условиях роста производилось "выращивание" двух монослоев и результирующие структуры оценивались с помощь» параметра <?. Результаты, приведенные на рис.3, показыаают, что начало ростового процессас поверхности, обогашешюй мышьяком, приводит к улучшению качества
границы раздела. То, что Аз - сга-билизнрованная поверхность предпотопелыш, находит подтверждение и в стандартной методике подготовки подложек, в соответствии с которой после проведения предварительной очистки на атмосфере и удаления окис-нон пленки в ростовой камере, подложка определенное время перед началом роста находится а потоке мышьяка.
Исследование влияния температуры подложки и соотюшй-ния потоков на формирование растущей поверхности (ММ позволило установить наличие двух областей на эависиыостяк 04П\) (рис.4).
0.75
0Ц5
ь
Т
1 * 3*^/^64
2 &ВЮО«С1ЛЬ ЫХГЭДИЦИОГП! прилипши Аз 2 от аша-теми шпжа при Г|« 600К X • тмшагсрное мшшровшнс о • эалсримекталыше дтнные (32 )
СД5
^•ctcS.
SOS
7Ш Ш SOO Шс. 3. Q ■ I (Ts) npsi ссогнйшеши потоков
При низких температурах диии поверхностной миграции атомов Ga невелика и их расположение в слое в большой степени случайно. При повышении температуры растет длина поверх! юсгной миграции, и на поверхно-• сти образуются двумерные кластеры,
что в свою очередь увеличивает вероятность диссоциативной хсмисорбцин AS2 и, следовательно, более упорядоченной морфологии поверхности. При повышении температуры работают два Т; К механизма: с одной стороны, продсит-
.' жается роегдликы поверхностной миг-
рации Ga, с другой стороны - становится заметным процесс испарения молекул анионов, что приводит к наличию обширного апато на зависимостях Q=f (Т5). Из зависимостей шрис.4 можно сделать еще один важный вывод о предпочтительности МСЭ для формирования сверхрезких трашщ. Увеличение Q в случае МСЭ определяется последовательным характером направления мспеку-лгрных пучков ГО к V груш, что исключает распространение росла одновременно на несколько счоев. Кроме того, при МСЭ появляется возможность получения одинаковых с МЛЭ с точки зрения планарностн слоев при существенно более !шзких температурах.
Волге liamos представление о слиянии условий роста ш михрореяьеф поверхности выращиваемой пленки было получено в результате исследования зависимости параметра планарности от соотношения потоков при фиксированной температуре подложки (рис.5). На зависимости для МЛЭ существует минимум, объясняемый тем, что при повышении растет вероятность связывания атомов Ga молекулами А$2 в верхшос слоях, я то
л a q время как существуют еще иезапшшея-
4 " ? ные участки нижних слоев ('пене наблю-
дается в методе МСЭ), и подобная нерегулярность указывает на начало образования еще одного слоя. Д альнейшее увеличение соотношения потоков приводит к росту общего количества молекул AS2, в то время ках количество разрешенных состояний для актов диссоциативной хе-. мисорбции мышьяка остается постоянным , что ведет к ¡асыщешао пеличшш Q ш зависимости Q=f (J^/ÍGa ) ■
При оптимальных с точки ajseiiwa ачшшрности условиях роста выбранных на основании изложенных выше результатов расчетов, били исследованы некоторые динамические характеристики МЛЭ-роста бинарных соединений АИВУ. Эт характеристики изучались для вицшшльной поверхносга (100), разориешпро-ваикой ixa 0,95° по направлению к (110), с помощью параметра рааупорядоченностп S (I), предлаашшшгго собой олошосп. моноатомных ступеней ¡и поверхности
S(t) = 2 S dij(t)/N (23.9)
' j
где t - время, ó ¡¡ - функция, равная единице в случае отсутствия у поверхностного катиона с координатами (i,j) соседавтомжеслое вдоль выбршшогонапраалеши (параллельно фаиице террасы) и нулю в протшиом случае, N - число ячеек в слое.
0,7
0,5
ОД
toa
Пе.4. Заиетхссга Q-f(Ts)
--млэ l-jas^ga-l
----МСЭ a-J^/Jca^lO
ТЕ К
Обнаружено, «rro S(t) о&пздаег осциллирующим характером в широких шггеркиах температур подложки и соотношений потоков л может бить поставлен в соотмлетт« с срсмгтнл.ш мтснмсстамн интенсивности рефлексов картин ДБЭО в процессе рост. (Максимуму шггелснвиосш ДБЭО соответствует минимум SO) )• На рис.6д в кячесгеа
примера представлено одно из семейгга
(1.8
0,7 0,6 05 0,4
■НСЗ
млз
зависимостей SO) при соотношении потоков, равном трем. Прифихсиропящом отношении потоков существует кретт:-ческая температура исчезновения сс-цидляцнй. При ncmumeumt отношения потоков осщьглации аосстипялттаотся. Изучение SИ), которому, как уже говорилось может быть поставлено в сост-клствие изменение интенсивности рефлексов ДБЭО, может иметь easaiot практическое значение при конструировании ростовых камер. Обиаружешиа
^ _ Л * » "lUUlll 1 -.w y V «— —
■ (И нами существенная зависимосп» S(t) íjt
Л€. 5. Завшишт Q-Ш м2 "с* ) «оккряного места на подложке (.япрь
ni« Tj-SCBK днмость предварительной установки
поддожхитаким образом, чтобы область, граничащая скраем подложки, небылазахвачена гучкомпысокознергетичесдазлестрспоз. Кроме того, должна быть предусмотрена возможность перемещения электронного пучка по поверхности подложки
Ллрчду с S (!) изучались временные зависимости шероховатости поверхности a (t) пра различных соотношениях потоков н температурах подожки, конкретные результаты (рис.6, б) показывают хорошее согласие с аналтгтнческой теорией полнслойдаго роста 133) и могут быть i гагальзопа» м, ш раду с изложенными выше, для оптимизации технологически ргжимоа выращивания структур с заданными свойствами.
Sit)
АДаа^
зоо,
, , -г -г i- t
Рис. 6, а. Результаты коыпыотгриого иапеля-релаиш дщ GaAs при Ja», /-»Ga-3
.С
t.C
Рис. 6. б.
1 2 3 -S (!)xitCiA>гркТ,- 1ЯЖа
■ - чпеломх рпнгкж? ¡ааяяпкоаэп шдажашй 1331
13.4. Ободной модели расчета неравномерности стоя в методе МЛЭ
(юаимиое роаюложао« маласудярнш источников и гшяохт [3|.
В роосмотренних выше ыоделвх и расчетах ю их основе мы оперировали с ыихропар»-метрами растущей пленки. Не менее важную ятя шнетрунроваяяя информацию дохно получить из рассмотрения геометрии взаимного расположении ыаюсу.ириых иоочияита а
\
подложка Ог нее зависит такая важная характеристика щюцссса роста, как рапномернгхт. слоев 1,0 толщине. Одним из просгейшюс путей решения этой проблемы могло бы быть удаление подложи от источников молекулярных пучкоптак, чтобы изменение шггенсивно сти .молекулярного патока по поверхности подложки было пренебрежимо мало. Однако 'гахой путь приводит к резкому снижению коэффициента использанаиия дорогостоящих расходуемых материалов. Введение в установки N1113 манипуляторов с вращением образца позволяют снизить остроту проблемы. Вместе стем модельный расчет и егоэкспернменталь-
ное апробирование показали, что оптимальный результат может быть получен путем сочетания вращения и правильного взаимного положения тиглей и подложки. Расчет производится для установок МЛЭ, предназначенных для выращивания моей на основе А,11ВУ на подвджке диметром 40 мм. Фиксированными параметрами были диаметр цилиндрического тигля и расстояние от апертуры тигля до оси вращения образца (рнс.7). Расчет коэффициента неравномерности производился та основании диаграммы иалракченно-сти. Расчет диаграммы напроатенносги для цилиндрического источника производился при следующее допущениях: молекулярный источник-кнудсенопский; молекулы представляют собой идентичные точечные массы; силами взанмоден-Расчтш^с1ри"ттоуаг1кяложка" спз^а между молекулами можно пренебречь; 1 - тигсль, 2 - поуюдха.
распределение молекул по скоростям - максвел-лонское; газ изотропен.
При этих допущениях можно показать [3], что выражение для интенсивности нотой • частиц в единицу времени с плошади лг2 для кнудсенопского источника:
I = 1,118 -1022 ~ • ссев • С( 1/с!,©) (23.10)
Здесь Р - давпеше пара над поверхностью расплата в источнике,- молекулярная масса, величины Ь к © определяют геометрию системы (рис.7), С 0/(1,в) -коэффициент, учитывающий изменеште формы диаграммы направленности при разном коз^фнцпетгге опустошения тигля К (определяемом как отношение разности полного и иенщшого кшол-вениа тигля 1 к диаметру тигля (1).
Для вычисления неравномерности толщины выращиваемого слоя была принята следующая модель росга:
- коэффициент прилипания См для не слишком высоких температур подложки (до ООО°С) всегда равен 1, а козффициетприднпаштя Аз зависит от заселенности поверхности агорами и может быгь равен 0 при отсутствии ва на поверхности, либо близок к 1 при отсутствии иа поверхности атомов А$;
- температура галлиевопо источника равна 123 6 К;
- рост производится в Аз - стабилизированном режиме;
- в растущем слое отсутствуют структурные дефекты;
- неравномерность толщины выращиваемого слоя по поверхности подложки ие должна превышать 1% .
Для ¡»счетной геометрии "тшель-Оа-подложха", приведенной на рчс.7, выражение доя диаграммы направленности имеет вид:
!в-1мку>-0X5(^+0) (1/Нп>2 (23.11)
• да 1в - интенсивность потока частиц в рассматриваемой точке образца, или, переходя к терминам массы Са, осаждаемой на подложке, можно записать
М=^1В (23.12)
гжЯ - молекулярная масса, Ь'д - чисто Авопщро.
4.Э-2«3 .
Üc. 5.кхзф^'-цднпз ¡: У Cr
апусгапаватяят: I.k-a2,Zk»CL5,ll!»l(4!(»li
Пг. !!X Ззвхимост гетлчжш учгстжа HïBisCTpa X, на кслороД^S уш в
Повицт гяалопгао« ptc.9
Осахдесмм в единицу времени из едкш-.цу плоиад! масса с точносшо до размерного коэффициента прсдааялгег собой тавд!к1угыравда;за>103ш1ми1,ип связи с этим {»счет готся да хозф}из*и-cirra неравномерности по осаждаемой ьиссе, который определялся как
Mm^llliPJa. . J00% (2.3.13)
Результаты рзс^гга нрслслтк/ш та рисунках 8-11. Из данных ил рнс.8 следу-ст, «гто при угаличгпин впроне>:одктргс-i!is;pciiti3 области подложки, па которой неравномерность осаждаемой пасах us преюскодт-зсетдиаоГюеличшлл.Этосви-дятгльсгоуеготсм^погфмработесневри-таиощеДся подаозкхой следует mftqxm» в> 20°. Учет изменения запалпгния ягглз (рнг.9) подтверждает, что игкмевмшй коэ^эфцщгентнерагнгомерноспкгахсдггсз п интерзачеуглев ©<»2^025°. Яадбата-шая зона аикио-альпой ¡критомерпогт
i! отсутствкз c|xmxcfílíjí доспдпстся g д'з-
nasouà Q~ 23-24® (раеЛС). То сбагоа-
ТСЛ-СТГО, 41'} '^pO.PKGM^piïCCTb — 1% П случить Ш ШЩЧО:':каХ il > 20 ВССЬУЭ ЕЗ-труд-читслыш, с5м}дитс2 esç5îibî3m ера-
щениа образца. Учет вращения кркедэт к тему, чю начиная с углов 12,5a и finîtes иеринаксрпоск» растущего слоя гз пр:-
Опустошения (рнс,П). Одайко, i-ххсдэ ш TpcSonaiKîii увелетешм евгффмргсая пепшйаогйшг раайдужьм Ьйггрггаясз, угсл 1biri^ï*/V?;: случая траП'.л'П'Ну^с^т tto^nôxtitîs*
oawnmi: 1. k-OJ, 1 k-1,3.к-1.5
В настоящем разделе уместным является рассмотрение вопроса о температурной ста-билшссш молекулярных iicro'UiiiKQE. Из (2.3.10) видно, что основной вклад вукраалсние ясяичшюй потока вноагг записикость РОЛ, для которой существует эмпирическое выражение (Foxon, Joyse, 1977, [32]):
: log'Г- С
(2.3.М)
logP(T) =7jr + В !
да А, В, С константы, специфические для различных алемеитоп. Тек, для Са они рашш соетаетсгаешю -11021,9;7; 15,'12.Сучегомэгого,дифференцируя (2.3.14)получим:
+
3,04 Т
(2.3.15)
Р(Т) ciT Т2
Для тпгагепой температуры источника Ga, для которой произподклея предыдущий расчет Т"12351С-
с!Р
= 0,022 dT
(2.3.16)
Тагам образом, ддя стабилизации молекулярного потока с точностью 1% стабильность исючикка г.о темкратурс должна быть не хуже 03 К.
2.3.5.Требования к роегогмм адлердм установок МЛЭ и их адвентам.
IIaocsю¡^I«нpeзyльтатolшpoадelDШxмcййtыIькзl^crlepимclпcпkmжнoa|v)p^^yдиpo-кпь ряд ьешшых требований, которые необходимо учитывать при разработке роповых сим»;. Jia рис.12 представлена схема типичной ростоаой камеры с входящими в ее состан ачгыешамн. Ооданшштребоанотмн, предшгигмь'мн к самой камере, яглпотсд мини-ыалы:сс газозыделенпе из стенок, возможность размещения всех алемемтон к обеспечение игобходкмоП геометр*иг их взаимного расположения исоогеелсташ с23 А. Для получений ыаиямашюн ¡кцшомеркостн пленки потолщннзпрк диаметре подложки 40 им (подложки такого диаметра наиболее широко используются в стране) угод между нормалью г. поверхности подложиt л осью источшиса должен состапляп, 12.5° при расстояния между центром апертуры нсптепикаирлссксстмоподлояжн 1G5 мль Д ля получения минимальной
неравномерности талщшм~1 % по ди-
аметру подложки должна быть обеспе-чеш! возможность ее вращения. Реализм и и зпгх требований ссущеетлена з различных консгрукщих ростовых камер (раздел 2.4.1).
Молекулярные источники должны быть вьнюлнеии из материалов, газо-вцяйленнс которых при тагреве не вноагг легирующих примесей в растущий «ой 1см.раздел 2.2.]. Конструкция ис-точннкоп должна позволять получение максимальных температур тигля при минимальной рассеиваемой мощности. При работе с такими шюгговыми материалами, как As, Ga, Al, Si, Be максимальная температура тигля должна бьпъ не менее 1200°С. Результаты ксм-пьнэтерного моделирования покяжигн, что молекулярный источник датам бь.гь управляемым по величине потока С аысокой точностью и степенью стабилизации (не хуже 1 % за несколько ча-соа). Поскатысу шпомшат» потока определялся температурой нлочиизд, (2.3.4, [7]) &п галлия npsi Т-1236К
Г.Й. ¡2. Qce>a тагагава ростовой клмгфц утшвки Ш1Э. 1 - pxrcais алууинля кшерз 3 - ьгатекулчршх ucroimiiisfs- с аасггзозмй
3 - gpi.xxiSiS£.Tb шлгежуда^ш/х iscro^fiissa
4 - жраяяж®, pscrasso с5«эа $ - МЕяаюунгс^ с деретrsww гкадаеги
6 - isisaraosnp Cacrpjs акжграаа
7 - tzsa&yBm&sseSi юшгаяор %- Егавдад^Евйагй jsrr4a* Cfsj&n&o ma
для стабилизации потока с точностно 1% стабильность по температуре должнд быт;, не хуже 0у5К.
Диаграмма напрацленнагш молекулярных источников (см. раздел 2.3.4) должна' бить mCiwbii0H[ipHUM[«t6<frreitiiuTX)iiuxttaapM:w0H. Д.ляф(>рл11(р01£»»шрезк1пс грл1»щра.адела должна б|,пъ предусмотрю вшможность перекрытия молекулярных потоков с помощмо бистродейсгвуетш'х заслонок. Компыолернысэкспернменли подншмикерост показывают, чгпо время срабатывания заслонок должно быть i is более 0,1 -0,2 сек.} le менее cepi-езним является требование надежной [xiCotij Заслонок. ДляЗ-х-4-хлстнейработыусш!ОвкиМ.ПЭ, особенно при чзстичном использовании режима миграцнонно-стимулировлннонэшпаксии, ресурс безаварийной работы заслонок дол кен биты ie менее 10000 срабатываний.
Манипулятор с держателем подложки должен обеспечить установку подложки в положение рост, ее прогрев и вращение. Из опьпа предыдущих разработок, подтвержденного компьютерными экспериментами, следует что максимальная температура подложки должна бытьне менее 800°С и точность ее поддержания не хуже 0,5-1 "С. Для обеспечения необходимой равномерности выращиваемых слоев градиент температуры по поверхности подлолс-ки, определяемый конструкцией нагревателя, не должен превышать 1 -2° С/см. Манипулятор с держателем подложки должен обеспечивать ресурс безаварийной работы в режиме постоянного вращения горячей подложки не менее 500 часов.
Элементы диагностики в ростовой камере - дифрактометр быстрых электронов, КЕадрупольный масс-анализатор, ионизационный датчик потоков - должны иметь сверхвы-соковакуумное исполнение и по своим техническим характеристикам позвалятъ проведение контроля всех олапов роста.
Ростовая камера должна иметь мощную систему получения и поддержания сверхвысокого вакуума (Р < 1СГ8 Па) необходимого спектрального состава, кроме того, дополнительно должно быть обеспечено криоэкранирооание пространства вокруг подложки для уменьшения паразитных потоков на ее поверхность от нагретых элементов и стенок камеры. Качество ростовой системы в конечном inore зависит оттого, насколько полно удовлетворены перечисленные выше требования. К этому стремились и мы при разработке последовательного ряда модифнкаши") ростовых камер.
2.4. Конструкции ростовых камер [1,2,7,14,171.
На рис.13 представлен разрез ростовой камеры разработанной в Научно-техническом обьединентм установки МЛЭЭП1301. Камера имеет форму усеченной призмы, выбршшую в целях удобства размещения функциональных узлов, входящих в установку. В камере имеются флатщы с сверхвысоковакуумным уплотнением, выполненные в стандарте С-31, н
предназначайте для установки:
- блока из 8 молекулярных источников, 8 заслонок и азотной крношшели;
- дифрактомегра быстрых электронов;
- манипулятора образца;
- квадрупольиого масс-спектрометра;
- ионизационного датчика;
-гелиевого криогенного сверхвысоковакуумногонааха;
- ттанового сублимационного насоса;
- шиберного клапана стыковки с системой перезарядки;
Pic. 13. Гсстова-j юмсщ - датчиков остаточного давления.
устал»киЭП1301. Уплотнение осуществляется прокладками га отожжен-
ной меди толщиной 2 мм, покрытыми серебром.
В камере установлена несъемная азотная криопапель, окружающая ростовой объем. Конструкция криопанели такова, что все механизмы и геплоаыяеля ющне алеметгы, кроме поверхности подложки, вынесены из ростовою объема.
В процессе эксплуатации первого опытною oó¡tuui установки ЭП1301 ее ростовая камера была усовершенствована. Внутренняя крнопансль была выполнена съемной. Изменены фгтлцы для стыковки с более мощной системой епсачкн. Вместе с тем, анализ конструкции росювой камеры ЭП1301 по результатом испытаний покажи, что выбранная форма
lis. ¡4 Picraaas кшера устатакж ЗП12С1 и ЭЛ1302.
í Pecio: камерц установок ЭШ232,ЭП12аЗиЭШЗОЗ.
камеры не валяется оптимальной. Большая площадь внутренней газоиыделяющей поверхности камера, .значительная суммарная длти ы сварных швов требо-шиш большой скорости откачки и увеличивали вероятность микротсчей. В следующей конструкции ростовой камеры, реализованной в установках молекулярной эпигахсии ЗП1201 и ЭГП302 (рис.М), зш педосгагки сведены к минимуму выбором сферической формы камеры. Такая камера имеет и два раза меньшую внутреннюю поверхность и и четыре раза меньшую суммарную дтнну сиарних швов и удобна, в силу своей симметрии, для расположения функциональных элементов. По этой же причине в камере значительно слабее проявляются термические деформации во время технологических отжигш и про-греаов. Как и в предыдущей конструкции, в камере имеюгся фланад для усгановки всех фуикщюиалышх ачементов, а также введены окна для проведения ал-лнпсометрнчсскнх измерений и пирометрирокивы поверхности подложки.
В установках МЛЭ следующих модификаций ЭШ202 (¡303) и ЭП1203 сохранен сферическая форма камеры (рис. 15), как полноегаосебя оправдав-шля в эксплуатации. В этих установках осуществлен перевод всех фланцевых соединений га международный слищарттииа "Коифпат" и изменена форма внутренней азотной криопаисли вследствие полного изменения конструкции ростового манипулятора.
2.4.1. Шшэтуляторы образца
&1ахашулггоруобрдадвроа<)вой1ш,)срепрщид11(жт11!аж11аяра'1ь: ои должен принять подложку от ыашшулкгора перезарядки, закрепиться в правильном положении отиоа цельно молекулярных пуков, точно удерживать подложку в этом положюшн или, если это необходимо, обеспечить се вращение. Кроме того, конструкция манипулятора должна обеспечивать прогрев подлогам до температур £00°С и поддержание температуры со стабильностью пе хуже ±0^°С. В конструкции манипулятора первой устанопш МЛЭ ЭШ 301 все эти функции реализованы (рис.13). Всетру1Щ10сямеха1В1чес1аюдеталима51ииул>гго1>авыз1ссс1ш за П££$еяы_росгоаого объема,, что при дсокпьчишой системе сиерхвысококисуумиой откачки первой установки улучшило условия роста, Выесгес'гем.какввд-110 из рис.13, в данной инструкции ростовой камеры, образец с печкой размещался в шахте крисгсшели, что требовало от манипулятора дополнительного движения для выводаобразца из шахлы перед поворотом к перезарядке. Перехват образца осущесг-.влялсяпрукапщымзахватомитребо-вал большой точности совмещения осей ростового и перезарядочиого
__манипуляторов. Эти технические ре-
"V4^?- У _f-' шеиия усложнили конструкцию и
bsc. 1& Мшкпуллор с исиккзыом передачи обрезая снизили надежность механизма, что
рсотвой sauqai уяиа-аЭП1202,ЭП1203 нЭШЗОЗ. сказалось на эксплуатационных ха-
puciepiюшках ЭГП 301. В установках ЗПШ1, ЗТШ02 ксшоруюш* ресгозого машшула-
тсра бы/и суржсгееюю изменена и упрощена (рис. 14). Движение пдоль оси перестало быть рабочим и приобрело хярлкгср ¡ссшровочшго, необходимого лгапь для совмещения с ыая.глулатсрсм нсрезарздяи За ест г.ынося пружин захвата из горячей зим удалось позмжп. надежность работы механизма перехвата сбразнсп. Удаление печки манипулятора от crciios: хриеиакаш улучшило вакуумные условия в ростовой обт<мс и снизило рхход жидкого азота.
Ссгчршенстиогкшие процессов очистки и полггяозхиуаиов установок позволило ввести наишулэтор образца в parraron обьем без ухудшения качества выращиваемых слога. В установках МЛЭЭП1203, ЭП1303, (гке зга реалшогкаю.мапнпуля'юр образу потсргшссое кшичеиие как манипулятор и превратился во вспомогагеяьиыЛ механизм (рпс.16), осуществляющий функции приема образна от манипулятора перезарядки и передачи его на держатель образца, который имеет возможность вращешм и расположен вблизи печки. Это позволило за счет распределения функции упростить гашемтику работы механизмов и повысить их надежность. Примененный здесь байонетный захват образца дал возможность снизить требования к точности совмещения осей манипуляторов и облегчил» проведение операции передачи образца.
2.42. Молекулярные источник!!.
Нсточшю1.чатскулярат>1хяучгдаиа1та;оттяода МЛЗ. Принцип их действия прост и оспозаа на испарении расходуемого материала из нагретого до определенной температуры тигля (лчейха Кнудсеиа). Вместе с тем необходимость пату чеши спектрально чисти молекулярных потеков предъявляет жесткие требования к конструкта источников и применяемым материалам. Молекулярный источгавс, которым комплекговалдсь первая установка МЛЭЭП1301, представлен на рис.17,а.
Этот источит: имел прополочный тагпялопый нагреватель, который в веде двойной спиралл устанами-алса между тиглем ч наружным стаканом из пнролитяческого гопрцца бора. 'Гшыь объемом 1С см3 имел п донной част углубление, я которое упирался подпру-. тш;!В1ый королек кош ротирующей вальфрам-рснисвоГС термопары. Источник имел пер-гоиачйлыю 3 танталовых цилиндрцчсских ЗЕрагп, предварительно отожженных в вакууме цри Т1* ТЯСОРС. Электрические выводы были организованы через 4-х'ко1ПП8ППКй поколь. Мсяяоолыш температура !200°С достигалась при штост ¡а нагревателе 300 Вт. При
модернизации установки ЭП1301 перед
i,-, -
€
I
6
Fis. Í7. í-.Vx?apy;:uu;t мсаскулгрнг« нсточяикга
а) успиквдп 3íT 1301;
б) устагалгакЭПШ иЭП1302;
в) установок ЭГТ1202, ЭГ11203, ЭП1303.
ее выпуском на заводе в конструкцию был сведен четвертый экран, выводы термопары и нагревателя были раззгдегта га 2 разные цоколи, Это позволило повыагп. точность измерения температуры я с.тг-З'Ш) мощность при максимальной темп»-ратурсдо230 Вт.
Для установок ЭП1201, ЭПШЗбыл разработан новый легочкик (рис. 17,6), 5 который имел плоский нагреватель, вырубленный из татацовой фольги и закрепленный между двумя кольцами из шролитнческого шитрдяд бора. Количество экранов было увеличено до б. Конструкция крегпиа® к фтзгщу через стойки из мигала. Проведенные измепеаяа позволили снизить мощность при температуре 1250°С до 230 Вт. Следует отметить, что молекулярные источники установок ЭП1301, ЭП1201, ЭП1302 создавали достаточно большую тепловую га-грузку на криоплкгяь источников, что
приводило s большому расходу зквдкого азота. Этот факт был учтен при разработке малз-куларного источника для установок ЭП1202, ЭПJ 303, ЭП ! 203 (рнс. 17,в). 13 конструкцию для сникшие нагрузки на криопанель введен контур водяюго охлаждения, катачестао •пипаловых экранов доведено до 7 и применен новый конусный тигель из PNB с отбортоской. Принятые меры существенно улучшили знергетические характеристики исто'впю), а котором максимальная температура Ï25CPC достигается при мощности 1ш шгрсгитале 200 Вт. Do всех разработанных моделях установок МЛЭ источники в количестве 8 нпук уетанаилива-готся в блоке молекулярных источников на (щели юм фланцу На этом же фланце располагается азотная криопанель юо'шиков, водяная рубашка <даа установок ЭП!202,ЭШ203, ЭП1203), быстродействующие (т^ид < 0,2 сек) тшевмоуправляемиезаслонкм для казздого источника, п также ото для шфометрирования образщк Блок молекулярных ютошшхов расположен под углом 25° к горизонтали, а ось каждого из источников ссютаклзет ушл 12,5° с нормалью к поверхности подложки.
2.4.3. Квадрупошыаш масс-спектрометр, дифрактожтр быстрых алагфса юн, датчик Байприа-Альперта.
Этнздементы диагностики практически асегда входив состав ростовьк систем, так как позволяют получать важнейшую информац ию о процессе элитакаалыюто j ¡оста соединения a'"BV и использовать ее для контроля технологического процесса. Во всех мод11фикдцн4лс установок МЛЗ, разработанных НТО АН СССР, используется квадрупалышй масс-спектрометр МС7303, серийно выпускавшийся Объединением. Специально для установок МЛЭ разработай вариант MC73Û3 п сверхвысоковакуумном исполнении.
Основные характеристики прибора таковы:
диапазон массовых чисел 1-350
разрешающая способность на уровне 10% высош пиков R«*M
чувствительность по азоту, не менее
Системы автоматизации jcex установок МЛЭ имеют в своем составе соответствующие аппаратные и программные средства, обеспечивающие регистрацию и обработку масс-спск-троа, а также проведещ)е коштчесгвешюго шшиза.
В качестве дифрахтометра быстрых алейронов использовался разработанный в НТО АН СССР и серийно выпускавшийся на ряде приборостроительных предприятий прибор ДЭ1201 ско1с7руклш1шм1!шменещ{ями,требуелтым1!дляр;1бот1^всверхаысокомвакууме. Электронная пушка дифрактом^тра работает в диапазоне энергий 10-25 кэВ и тшеет фокусное расстояние 250 мм при токе на образце не менее 1(Н А и диаметре пятна в фокусе не более 0,3 мм, Следует отметить, что как МС7303, ток и ДЭ1201 используются и качестве комплектующих изделий и другими предарияшями-разработчиками и изпжшггелями установок МЛЭ.
Датчик Байярда-Альперта представляет собой ионизационный манометр открытого типа, предназначенный дм измерения и калибровки интенсивности молекулярных потоков.. Датчик работает в диапазоне дадлений 10"2 - 10"®' Па.
Все перечисленные алеметы диагностики позволяют полностью шпролироватъ процесс эпигаксиалыюго роста пленок и управлять режимами роста.
14.4. Система сверхтшооковахууш юн ргкачкн.
В систему входит комплекс откачцых средств, обеспечивающий откачку ростовой камеры от атмосферного давления до даалеиия менее 1 -lO"® Па. С помощью форвакуумных механического и сорбциоиного цеолитового насосов камера откачивается до остаточного давления -1Сг2 Па. Одни или несколько мапиггоразрадных насосов НМД-0,4 доводят давление в камере до НО"6-10"7 Па. Сверхвысокий вакуум ПО"8 Па достается использованием титанового сублимационного насоса с охлаждаемыми жидким азотом криопанеля-ми. Скорость откачки первого такого насоса, разработанного для установки ЭП 1301 .составляла -Х00 л/сек. Опытная эксплуатация установки показала, что этого недостаточно, и в следующих мсдофисациях установок МЛЭ используется титановый сублимационный насос с расчетной скоростью отхдчхи 40000 л/сек. Это позволяет поддерживать сасрхвысокмй вакуум в камере в процеосе роста. Все разработанные установки МЛЭ имеют возможность
подключения догкшпггелыгьгс средств откачки, ili гример, турбомсмисуляркьгх или гелла-E1IX крногмшшс шетсоз (необходимых при работе с таим злеые.чтпмн, как, чзпример, фак{к:р). В ! ITO АН СССР доя этих целей разработан ряд гелиевых илсссоа, которые могут поставлена! потреб: ¡тел:о по стделышм заказам. Устройство няпускя газоз позв.атггг напускать в ростовую каперу сухой азот или другие паи во время кратковремемгкя всхригнй для загрузки sunt замены иапекулпртл источников. Раз^елегтепопакууыумггду рсспияй камерой м камерой перезарядки образцов осуществляется птибгртлт слздкжи-я с кетадлическш« уплотнением и проходным отверстием Ду50 (для vcrfiüßroK ЗЛ1301, ЭП1302,ЭЛ1201)'нДу100 (дляустановок ЭП1202, ЗП1303, ЗГИ 203)!
2.5. Дгапюстц'гест.'зя аппаратура установок МЛЭ [9-13].
Как у»» указывалось, установки МЛЭ, предназначенные для кзучиых »хледовалпЛ, должны бтъ оснащены аппаратурой для реализации измерители п.гу. методих, необхддаялг для понижения scex аспектов процесса зпнтакаалыюго роста. Возможность палучгняа палкой информации о физико-химических свойствах поверхности и припсвгряюсгкой облает твердых тел путем i цучешя длектроши=jx спектров с выделен! влх участков поверхности и дифракционных пилений пр.ч взаимодействии электронов с монокристаллами, показана автором а работах [9- !0]. Элементы выработанного здесь подхода жпмкояаки пта разработке модулей диагностики, которыми комплектуются рмливдые установки МЛЭ.
2.5.1. Модуль днягноетаки nosepíiiocni методами ехшшрукхцей оже-злггятряакгЛ
сцсхтрсгкста (я, д; «фракции меялеитах электроне» п яторгти uwteoíi МЛСОСПСКТрОМеТрМИ.
Первый вариант такого модуля (na p:¡c21 обозначен Д|) 'был рззрлбдтгн з НТО АЛ СССР для установки МЛЭ ЭП1301. Сснозу его состеплейт киасигагический знергсанллгг-здтор , рплjvióoiaiiи!ранее з Научно-техническом обвдшкшг,! акцкалшо для цглеД сштрукхцейоке -электронной спектроскопии. Подобным энергэг.излкзаторок компягс-луюлга также установки ЗГИ302 иЭП1303. Схематическое изображениеаиатазэтора нри-иэд=но аа рис.) 8. Логарифмическая форма анализирующих поверхностей, поворот»? устройство на входе зиергоаиплнззторз позволяют обеспечить при Сравнительно высоком пропускании (до 5%) высоксс предельное разрешение (0,2%), большое фокуслое расстояние - до 20 мм и значительный размер фокального isma (до 2 мм в диаметре). Дюагэон анализируем»« энергий составляет 20-2500 л В, отношение сигнал-шум по пику серебра при пэ-стаииной времени синхронного детектора 1 с и токе электронного пучка 1 • 10^ A ¡ts ые!ке 100. Дгеи_етр электронного зонда лстрооиюйвэиерппиалшагар растропой алехтронной пушки составляя1 — 5 G-' 5 икы при энгрпт 5 хзВ. Имелся ::a:i.ic:':-ноегь получения ¡собрала'-« пов«рх>го> cns образца во вторичных, поглощенных и оже-атектронах. Модуль комплектуется также гдгктронноА пушкой скользящего падения, ршзгалозхш юЯ вис эиергххиплквтора, рз&та-иадгй в диапазоне энергий 500-3000 эВ при токе на образец до SO tcxA я дизделре пучяя да 0,5 юа. В адноы из варищгез жпалиецнз дча повышения npocrpftisreesasoro р»рsusxzss
EipsaicsixBiS МЛ., Га.чь Л.Н., Галдь Р.Н., Гапншз Ю.К., Мап/шо A.A., Угиж К.Г., Халкк ПЛ., Чепарухк» й.В. Автор«« СЕЯДСТй.чмггбо S" W6T4 er 4.03^1 f. "Э^бгэтгсстзткчктй сп«тромп-р з«(рга< мряг(нки< «егкй".
Г:-^. JS Ki^smiüMfsxHA -.Cfí-w¡п^гт^
модуль коншймуетсв разработанной в НТО АН СССР атехтрснной пушхой иаклс.цгого падения г. диаметром пучка 1-3 мкм [II]. Для очистки поверхности образа," перед, мхледо-вивйкм, а также для реализации послойного озке-анализа попользуется разработаюш для гпк целен растровая иошш пушка с ^¡фферашяальлой откачкой, работающая на ионах V в диапазоне их энергии £00-3000 эВ с диаметром пучка до 0,5 мм, размером растра 4x4 мм и мол вешо тока «¡а образце до 2С0 мкА/см2 [12]. При швтельной сборке к гсетройке кзазжошчеехкй энергоанализатор обладает доводы» высолили э-ютлуа гиаюшшми характеристиками. 11а рис.1, 2,3 Приложения 3 представлены, соатвстсгегш», ожс-спектри охиапсшкиотигвгы.тктшшгослсудалсшйош^^^ атзх^еучасцжатектрасбразиларсеиидапшшя.па^та^
, Например, первые дед из приведенных спектров более инс^ормашчиы, ссли ерляша, их с дашмми из кпалога оже-спскгров под редакцией Мс Сшгс .
Для анализа кристаллической структур;.: поверхности исследуем!-:; иО^ицоз в состав ¡.'.одула Bixi.cn специально разработанный для этих цела"! днфрадтомстр медленных агект-ропоз (ДМЭ). 0:1 прздсгапляет собой 4-х сеточный знерпм!шлиз.тп>р с злдержпкисицеч пола,! и углом сбора вторичных ачехтронов -120°. Дифрасто.чеф мажет работать и двух режимах: 1) при задерживающем потенщшле иа 0,95 ир как ДМЗ о диапазоне энергий 20-500 эЗ; 2) как алектрешгьш спектрометр вторичных ачектроноя с разрешением в Д!итозо!1г эпертй 20-1000 эБ. 1 Ьбьлюдение картины ДМЭ производится со стороны полупрозрачного грОБОдащего экрана - коллектора, что позволяет избеасагыщ изображай!!! тег и: от образца.
Третьей основной методикой в рассматриваемом модуле диагностики пвллггея иорич-но-гюшцщ масс-слектрометрия (ВИМС). Методика реализована ¡и бдзг кщдрупальиах) масс-спектрометра МС7303 со специально разработанной а:егсмон транспортировки вторичных конов н ионного мнкрозонда с дуоплазмотронным источником ионоз. II установках ЭШ301 и ЭП1302 элементы ВИМС роспатапнотся в той же вакуумной камере, что и 0же-а!!ал;тториД^1Э.Ду0а1гам0тр0Щ1ын1101И1ыЙ№!кр030ВД110зза,тяет рпбогагьсионаяи Аз*, 02+ при их знерпш ст 3 до 15 кэВ, диаметре пучка ионов на образце 40 мкм при зигрпш 15 кэВ и максимальном токе ! мхА. Система автоматизации усталовсй Ш1Э нозвашл осуществлять схагигровашю ионным пучком по поверх!¡ости образца н получать изображение его поверхности го вторнчшяхионах. Б качестве примера на рис_5 приложения 3 приведен участок ВИМС-спехтра тестового образца алюминия, полученный на одшй из первых установок МЛЗ ЭП1301. Спектр зарегистрирован при энергии 15 хэВ и токе первичных конса Лг+—0,3 мхА. При максимальном усилении регистрирующего трагсга амнлшуда пика Аг* в Ю5 раз превышает уроаеиь шума при иеоптимальном взаимном расположат!» ¡¡сгоч-киха 1ШЯ, образца и приемника. Манипулятор образца в модуле имеет5 стелена!свободы - перемещение в 3-х взаимно перпешийулгрных плоскостях на расстдашю +12,5 им; вращение вокруг штока ¡олниттулятора на 360° и поворот образца вокруг оси, лежащей в плескосш образца, га угол +10°. Имеется возможность нагрева образца до ТМС00°С идя охлаждения до температуры, близкой к температуре жидкого азота рутем установки на каннпулятор сменного (мока.
Система ааерхвысоковахуумной отдал модула состоит кз форвакуумиш насосов, шпшгоразрвдного насоса НМД-0,4 и титанового сДЗлнмаииомюго насоса с охлаздасмыка гцдким азогоы ернотиелами и расчетной скоростью откачки -4000 л/сек, что позволяет уверенно получать н затем проводитьвзмерения в вакуума < 1 -Ю"3 Па.
Модули днашоешка для установок ЗП1301 и ЭШ302 идентичны по составу элементов с тем что & последней элементы ког!структиЕ!ю модернизированы и шмашго их
Езаззлное расаслсошше (м. модуль Д рисД2).
Лп{сг Е1ес№» ЭрссГлисору Кс1 сгслсе МашЫ. А Ьоок о! 51апс1аг<) $рсс(га |ог ШспЦПаИоп гад 1пгсгртсийоп Ы Лщсг Е1сс1гоп Зрссихвсору Оа(а. Тсхзл 1пЛг. 1ос. О. Е. Мс Сшгс. Пеана Рпза.
2.5,2. Модуль днзп юсп па i noccpxi юсги методами peí rrrei юзекой фотоалеетро! п юн (ЗСХЛ) спектроскопии, сжаш1ру1оща4оясе-:ийхтро111гойсгюетроо«>геис 11 ДМЭ.
Модуль разработан специально для установки MJI3 ЭШЗОЗ (модуль Д1 на рис.23), но можег Curtí исиальлояан и и других a темах. Он првдгтапляег собой сферическую вакуумную камеру с расположенными ia ней алсменгамм. Аппаратура для реализации методов сканирующей оже-электропной спектроскопии и ДМЭ в этом модуле аналогична применявшейся в ЭШ302. Основной в этом модуле ядляеггея методика рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (илиспектросхопин (ЭСХЛ) .гткспомощыоэне^гоанализатораизмсртотсагзнерпт asan электронов, эмиггтнрованных из атомов, находящихся a пркповерхиостой облает нослсдушого образна, под юздсйстюмхарактер1«яическо^
несть се для аналюа эгапашилышх структур очешднл. Во-периых, это патаосгыо иеразру-шшошлй метод исследования, поскольку зондирование поверхности производится мягким рентютовекпм излучением малой тггенсигаюеги (о отличие err методов, да-применяется ссгросфокуа [рованный олектрошшй пучок и возможны нарушения приповерхностной области вследствие локальных перегревов, не говоря уже о ночных пучках). А во-вторых, метод дает картину химических связей атт>-моз щ поверхности образца, а с применением ионного травления и на границах раздела стоез различного состава и структуры. В-третьих, в ЭСХА гораздо легче реализуются методы количественного алементнего анализа а оотлчпе от электронной оже-слектросхопкн, ще эта задача усложняется необходимостью учета обратно рассеянных алепропоз.
В установке ЭП1303 методика ЭСХА основана па лепользовашм хорошо зарекомендовавшего себя для эпос целей полусферического знергоаналнзатора (рнсЛ9), работающего п комп-лсксз евходнойэлектрои-по-огггаческой системой в режиме посгош-1 loro абг-олюп ¡oro si кргетнческого разрешения (ДВ^оэпя). Это важно нменно а методе ЭСХА, где химический анализ основан на ермлюшм абсачагаьк згачешш oirepreim^
них участках спектра. Рентгеновский источник аппаратуры ЭСХА ;шест сменные (Al, Mg) аноды, охлаждаемые проточной водой. Мощность, вьделяемая на аноде, составляем-300-600 Бт. Для анализа используются линии MgK«, (hv= 1253,6 эВ) и А1Ка (hi'« I486,б зВ). Предельное разрешение, определяемое по шнрш ¡e 3dj¡j пика серебра на его полувысоте пря возбуждешш рентгеновским излучением MgKa, состакиет 0,9 зВ. Интенсивность выходного сигнала дня 3d^/2 та та серебра при использовании стандартного канального электронного умножителя типа ВЭУ-б составляет 105 ими/сек и может быть доведега до 107 применением специально разработанного комбинированного детектора (микроканзлъная пластина + по-лунроводшпеовый детектор). Диапазон анализируемых энергий связи составляет 1500 зВ.
В качестве примера на рис.4 приложения 3 приведен ЭСХА-спектр тестового образца нержавеющей стали, получавши на установке ЭП1303. Спектр характерен тем, что имеет • большой набор пиков, соответствующих фо-юатектронам и оже-aieiяроаам для различных элементов в широком диапазоне энергий.
Модификацией метода ретгеноаской фотоалек гронной спектроскопии, позволиоаин, в дополнение к уже упоминавшимся возможностям, полнить информацию о кристаллографии и зонной структуре приповерхностной области исследуемого кристалла, является ретгеда-вскаа фотозлехтронлая спектроскопия с угловым разрешением. Метод становится еше более информативным, коща источником фотонов сгановшся аихротронное излучение, которое наляризовш ю, имеет большую интенсивность и которое ле псо перестраиваемо по длине пол! пл.
Vsk. J9. Полус^хгрячсскиц :ч
2.5,3. Модуль диагностики поверхности метода;.! злгктрот п юй спектроскопии с угловым разрешением привоебуадиншригпгеионскни I ид учение;.:, 1 снихратрашшм «злу шмем шта здеттрониым уваром.
Суть метода заключается в исследовании зависимостей вида энергетических спектров, 1гипм1апи;Осп1 отдельных групп вторичных или фсподпектронои т^ спектрах <тг взаимного положения источников излучения, исследуемого образца и энерпоуна.'нгаггора - детектора электронов. Поскольку на практике изменение положении источника излучеииа чащексега сказывается невозмолашм, метод реализуется в двух видах экспериментов:
1) При неподвижном источнике и энерголиализаторе изменяется положение исследуемого образца.
. 2) При неподвижном источнике и образце перемещается энергоаладизатор.
Эти два юда экспериментов и положены п основу разработки модуля диагностики поверхности д,аяусгановкиМЛЭЗШ301 <иа рис.21). Основным апемгнтом модуля яплкстся специально разработанный малогабаритный знергоанализатор лемнпскатного типа [13], схема которого представлена на рис.20. Обладаа высокими дисперсионными спойстоами, онергоаиализатор при малой базе (-100 мм) имеет разрешение 0,2 - 0,2 % в диапазоне зиерпш до 3000 эВ и может работать как в режиме ДЕ " соо5(, ток и « ре^лме ДЕ/Е ■=» сопя, ¡^тогабаритсадвходшалекгродоо-огтгоескы отстоим
роши о¡ые алектр01 ты с угловым , разрешением 2° при угловом
требует для получения качественных результатов ирименапш интенсивных источников иалучешш. Эшм условиям удовлетворяют источники электронов и СИ. Использование обычных источников характеристического ретптеновского излучения, применяемых в стандартных ЭСХА-спектрометрах, позволяет получить на выходе э! кргсанализатора полезный Силтл. па 1-2 порядка меньший по интенсивности, чем в этих спектрометрах. Возникает необходимость накопления спектров и их специальной обработки. Система автоматизации модуля имеет соответствующие аппаратные и программные средства д ля сбора, накопления и обработки кнформошш, а также для управления перемещением энергоанализатора. В состав модула входит растровая электронная пушка, которая, с одной стороны, позволяет проводить тих ш аы зкепериматгов с угловым разрешением при облучении образца электронами; с другой стороны, она шляется частью телепозиционера для наблюдения за взаимным положением образки и энергоанализатора. Пушка работает в диапазоне энергий 1006000 эВ с током на образец до 1 мкА. В модуле имеется также ионная пушка, основной задачей шторой является очистка поверхности образца перед исследованиями, что не всхлючаст использования ее и для прямых спектроскопических экспериментов. Схемы получения сверхкьожого вакуума во вес трех рассмотренных ысадулях диагностики поверхности вдеитячны.
перемещении знергоаиа'пш-тора с таким же шагом, «по обеспечивается специально разработанным механизмом перемещения в 2-х взаимно-перпендикулярных направлениях в диапазоне углов + 90я. Для проведении первого вида экспериментов манипулятор образна обеспечивает позмож-иосгь поворота образца как вокруг оси, перпендикулярной его поверхности, так и вокруг оси, лежащей на поверхности образца. Малый телесный угол сбора эм! птированных вторичных и фотоолекгронов (-0,02)
Рис. 20. Эхсргоошататор лолпшапюго типа.
2.5.4. Модуль ВИМ С.
В установках мачекулярно-лучевой этппкаш ЭП1301 и ЭП1302 аппаратура ВИМС яятяета составной частью модулей диагностики поверхности. С одной стороны, это удобно, иосхолъку позволяет оперативно переход!ггь от одного метода исследования к другому. С другой стороны, го время работы аппаратуры БИМС в исследовательской камере значнтсль-но повышаются гирциплыше доплатя зюнообразующих газов Лг, О2 . Это усложняет проведение иоедедогагн^Чдруптиметодат.Лргонплохоотка'пшаетсямшнггоразряштым!! и сублимационными насосами, что требует усложнения вакуумной схемы диагностических модулей. Кислород активно взаимодействует с поверхностью образца и вакуумной камеры. Поэтому и ряде случаев оправданным является вьщеление ВИМС а отдельный модуль, что и реализовано при разработке установки МЛЭ ЭП1303 (модуль Д^, рис.23). В модуле применен ионный микрозонд, конструктивно модернизированный по сравнешио с предыдущими моделями и имеющий выходные параметры, диалогичные приведенным в п. 2.3.1. В качестве млес-аналнатгора использован, как и ранее, квадрупольный масс-спектрометр МС7303 с системой транспортировки ионов. Для идентификации места попадашш ионного лучка 1И образец, контроля формы кратера, возникающего в процессе ионного травления, в состав модой введен телепозиииоиер. Конструкция манипулятора образца позволяет уста-иааяивагь образец а жестко фиксированное положение по отношению к микрозовду и приемнику ионов, что яштяется весьма сажным при проведении качественных ВИМС измерений. Система вакуумной откачки модуля cocroirr из диффузионных масляных титанового сублимационного и гурбомолекужгриого кдсосоз и обеспечивает остаточное дгвяешге в исследовательской камере в процессе эксперимента -10"6 Па.
2.5, Системы перезарядки образцов и компоновка установок МЛЭ.
Конструкция системы перезарадки образцов в значительной степени-определяется выбором компоновочной схемы установи! молекулярко-лучевои эгпггакаии. Существует три основных типа компоновочных схем установок МЛЭ. В первой из шве, которая может быть названа радиалъно-модулыюй, технолопгческие и диагностические модули располагаются вокруг центральной камеры перезарядки, из которой и происходит передача образцов. По второй схеме модули подсоединены к линейной трдпепортиойва'кууммтурованиой машегра-ли, по которой продвигается клрепоя с лодлокками и производится загрузка модулей. По третьей схеме модули могут располагаться как угодно, а перенос образцов осуществляется с помощью передвижной вакууммирошашои кяссеты-щкошггсля,
В í истоящей работе алпрсбированы пер вые дяа подхода. Рздиально-модулыгый варигтгг удобен и выгоден при количестве модулей, из превышающем 4-5 (включая и модуль перезарздш). При таком количестве модулей они располагаются бллзхо к камере перезарядки, и перезарядка может осуществлялся с помощью одного компактного телескопического манипулятора. Увеличение количества модулей мечет за собой удаление ¡к от камеры перезаряды!, и как следствие, резкое усложнение телескопического манипулятора или введение магистральных элементов перезарядки. При разработке установок МЛЭ для научных исследований, в состав которых, кроме ростового модуля, входят 1 -2 модуля днагоосш-¡3!, выгодным и с экономической точки зрешм, и из требований надежности является применение радиалмю-модульного варианта компоновки системы. Зштпаразитреализован вусланозкахМЛЭЗШЗ{)1,ЭП1302,ЭП1303,ЭП1201,ЭШ202(с?.1.удашокоиочиыесхемзд устювокт рис. 21,22,23).
Если количество исследоцательско-техиолопиеских модулей в установке МЛЭ сгапо-вигся больше 4, применение радиалыю-модулшой компоновка становится иецелессобраз-Ш;1М. ВустагговкеЭГП^ОЗттаальзорлга^епклрх^ (ргс. 2^). Этот выбор
связан с необходимостью создания исследовательско-технологачесаак комплексов в состав которых, кроме уста11огюкмалекуляр1юйэгагпжатмогуг1жод!пъидругаетсхнолопгаеские модули как, например, модули литографии, плазмохимической обработки, металлизации и диэлектрических покрытий, полной имплантации и др., а таске модула диагностики в необходимом количестве.
Рве. 21. Кшпаисвснная схема установки ыокхулхрнай эшггаадшЭШЗО!.
Рнс. 22. Коыгеаювочнда схша установки ыш1е*уляр1вй эппакски ЗП1302.
Как уже указывалось, компановка установки МЛЭ определяется выбором системы перезарадки образцов. В рамках настоящей работы было разработано несколько вариантов систем перезарадки, которыми комплектовались различные модификации установок МЛЭ.
Пк. 23. Ксяагаюеочюя схема усталою! шлосулярной элтаю« ЭП1303.
Рис.24. Кашаиаю'аашаеиаушшши шжкулгрюй звтконя ЭП1203.
В состав камеры перезарадки установок ЭП1301, ЭП1302, ЭП1201 (рис.25) кроме реефюготелсскопичсскогоыалипулэтора, вхсувп-шлюзов устройство, устройство прогрева образцов до Т-ЮОО^С электронным ударом и смотровые окна.
Вес. 21 Камера перезарядки образцов устаюкж ЭП1201, ЭП1301,3(11302. 1. Кррпус
2 Сютусвае окна.
. 3. Авкашичажий зааэт абразвд.
Ьжчше ТЕлесжаичоское >сграйст»х
3 . Кассетное устройство.
6. Мс1аиизм говерзга ресчиаго телеавшгсашго
улройэтэд.
7. Меганшм певфота юсестдго усцхАлм.
Камера перезарядки имеете с автономной системой сверяисскотаасуумноп откачки составляет модуль перезарядки. Операция загрузки производится следующим образом. Образец диаметром 43 им усгапавлкмется в шлюзовое устройство, которое после 1ермепйацяи откачивается до остаточного /уттапш 10*3-JQ-4 Па. Через Ю-Имиисткриваеясяшибертлй пл^пш i с проходным отвергшем 50 мм и реечныйтелескопический манипулятор захватывает обртзец. Псете этого образец можно или поместить п шшозозог кассетное устройство 1я 14 образцов, или, после усганоатешя и камере перезарядки в течение 20-30 ьат остаточного донлення ¡0"'- 10^па,пергдатьнспосред<лт!е1вювод)пи1змодулейусга11ов:-аг.
Камера перезарядки установок МЛЭ ЭП1202, ЭШЗОЗ (рнс.26) претерпела, поо'-двне-шио с предыдущей, существенные изменения.
5 6
R<c. 26. Камчи верегарядки обршцез установок ЭП1202 н ЭШЗОЗ. 1. Корпус. 2 Смхтраяхсюю.
3. ЕаГю1<епмй захват образца
4. Реечлсс юеасотисскее устройство.
5. Механизм isoBqxra баГюнсттюго захвата образца.
6. Механизм поворота реечного тчпескхтпчахсго ycipoficno.
В первую очередь это связано с реечным телескопическим манипулятором, в котором с целью уиеличешш надежности ври передачеобразадпружшшыпзахватззмеиепна байонет-шш. Шпбергше клапаны с метадигкеким уплощением, отдаляющие камеру перезарядки' ог модулей и шлюзового устройства, имеют ироходдое отверстие Ду 100, что позволяет при необходимости переоборудовать установки этого типа ш прием и обработку подложек д!аметром 76 им.
Камера перезарядки установки ЭП1203 (р1К.27) пргдотнмхег собой гасть вакуумной шл трали, а состав которой входят механизмы доставки сбрязиа (реечпо-тел ескопнчесхого паи), перемещаемая кассета, механизм перемещешн кассеты, шлюзспогусгройсш). Коя-струядга камеры перезарядки иезгаляет работать с образцамидшмгтром 40 я 76 мм.
p3l4?lg. Pie. 25. Камера перггзрядхи
_сСразас» уотапвгл ЗП12СЗ.
1. Kcjnyc.
i Межагасм псрсксхзэтх кассга.
3. Мсяаишм ютяжтк* троса.
4. Механизм гвегапга ойртая.
5. ííarera.
6. ЕйгаешкЯ зазпзг c6jS3ia.
На базе разработанной нами магистральной системы перезарядки возможно построение замкнутых свервысоковакуумиых технологических комплексов различной конфигурации, позволяющих осуществлял, технологические операции по обработке подложек в orno-, акусго- и микроэлектронике без иьшсса обрабатываемых подложек на атмосферу.
2.7. Некоторые результаты опьтюйакшлуатапии разработанных устднозокМЛЭ [8,16]. ,
Первые ростовые эксперименты на установке МЛЭ ЭГП301 были начаты в ФТИ им. А-Ф.Иоффе в начале 19SS г. Тогда же были получены первые результаты * по автоэтши:-сиальному росту арсенцда галлия 1и подложках GaAs (100). Технологические параметры процесса (скорость роста —I мкм/час, температура подложки ~600°С, отношение потоков Л&4 /Ga »1, структура поверхности (2x4) As-стабнлшлрокшнм) в основном соответспю-вали общеизвестным кз литературы. Были получены иелегиропаш ¡ые слои с копнет гтрацией ноагтйла"! -1015см"3 приппявижиосгях^зхк "=Л00см2/в.с.к «=»17000 см2/пс. Было определено, что основной фоновой примесью является углерод. Полуширина линии 4<,то-люминесцеиции при 77 К составлял! ~5 мэВ.
Тогда же были начаты эксперименты по яыращивашпо слоев, содержа тих Al. Koi проль sa процессом роста осуществлялся путем регистрации изменения ишемси toen г зеркального рефлекса на карпше дифракции быстрых электронов в зависимости от времени ["«ста. Рис.28 идшссгрирует эти зависимости для соединений GaAs, AlAs, AlxGai_xAs при х « 0,25 и показывает уникальиые возможности молекулярно-лучевой эшпаксин, позволяющие получать слои моноатомной толщины.
В последующем на установке ЭП1301 в ФТИ им. А-Ф.Иоффе проводились эксперименты по эпитаксиальному выращиванию слоев арсенида галлия i и подложках Si <100)**. Возможности исследования слоев методами ОЭС, ДМЭ, ДБЭ позволили отработать процедуру подготовки поверхности Si (100), которая перед процессом роста представляла собой набор доменов с реконструированной поверхностью (2x1) и (1x2). В процессе роста сначала создавался буферный слой толщиной -1000А, а затем основной, слой толщиной 2 мкм. Исследование качества слоев методом низкотемпературной (77 К) фотлю-' минесцеиции показали определяющее значение предростовой подготовки Si (100) и первых стадий роста GaAs.
Успешно ведутся эксперименты по выращиванию эпнгас-сиальных слоев GaAs и твердых растворов на их основе в ИПТМ
i коносаом GaAs
Т. с
S Г,с
ЯъО.И
< иснослом hlfüa^ghi
14с. 2& Осцилляши ютасивюсгн зеркддыюга pajnaca ДЮ » прсцетг рхга.
* Данные любезна представлены С.А.Ннкншиниы.
V.G.Anllnov.SJ. Kohanovjki. S.A. Nildjhln, D.V.Sin|avsll. VA. Spirenkof. Initial Crowih Sum d C*A> on SI (100). Ill Imemauoiul Symposium on Molecular Beam Epitaxy, Bulpria, V.firawo, Oclobcr 198?, p_50.
АН РАН. В гтронеосесовмлггных работ ¡и уелйнопкеЭШ301 в этом институте показана еще одна интересная возмояаихпъдиатосгикн слоев в процессе их роста (наряду с ДБЭ), путем использования квадрупольного масс-спектромеггра ростовой камеры в режиме отражательг-ной мдссспектромелрин [8]. Квдфупольный масс-спектрометр устанавливался вместо одного из молекулярных источников так, чтобы его входная апертура находилась напротив поверхности. на которой происходит упитахсиальный рост. Наблюдая за процессом десорбции Оа^О1^ с перюиачально окисленной поверхности, можно было точно определить начало процесса роста. Одновременное наблюдение картины ДБЭ показало, что характерная картина также начинает появляться одновременно с пиком десорбцгш вагО . Спектр десорбции вазО1-54, с одной стороны, дает возможность калибровки температуры подложхи, с другой стороны, по его ширине можно судить о распределении температуры по ее поверхности. Эта же методика была использована для изучения десорбции Са с поверхности (ЗаАз, как функция температуры, в потоке мышьяка. Кроме лого, была исследована десорбция Са на начальной стадии росла, а также влияние А1 на скорость десорбции Са в зависимости от температуры подложки во время росла плетки.
С 1959 г. в НТО АН СССР сотрудниками ФТИ им. А-Ф.Иоффе АН СССР и НТО АН СССР на установке МЛ Э Э П1201 проводились совместные работы по отработке технологии роста эпитаксиальных слоев и созданию приборных структур на их основе. На первом этапе отрабатывалась технология выращивания автоэпитаксиальных слоев СаАх. Были получены стой 2-х типов: п - типа с минимальной концентрацией фоновой примеси 1015 см"3 и р -типа с минимальной концентрацией 5 • Ю'4 см"3. В дальнейшем эксперименты проводились с легированными слоями (и - типа, легированными и р - тага, легированными Ве).
Для чтеднесгатпспгческого образца СаАя (проведено несколько десятков ростовых экспериментов), легированного сконцентрацией носителей 5- Ю15, хаяловсхая подвггж-ностытри 77 К составляет,«^ =45000. Псслсдаваннезавиотмостей подвижности от концентрации легирующей примеаг для слоев п- и р- тшта показало хорошее соответствие теоретическим представлениям. Исследование фотощомгтесценпии показало наличие только гшка краевой фотолюминесценции при полном отсутствии примесных пиков. Ширина пика краевой люминесценции составляет 4 ко В при 77 К и уширяется вдвое при переходе к 300К.
Из получешмх результатов был сделан вывод о готовности установки МЛЭ к проведению более стекных ростовых зксперимегггов по создатпо тройных соединений. С помощ ью средал) диагностики была проведет калибровка потоков А1, ва и отработай технология управления составом в диапазоне X " 0,1 - 0,8 с точностью 0,02. Для слоев прямозошюго состава Л^зОаодАз легированных с концентрацией носителей 1016, получена подвижность ¡л " 2000. Полуширина линии краевой фотолюминесценции при 77 К составляет 15 мэВ и увеличивается до 25 мзВ при переходе к комнатной температуре.
Следующим этапом ¡табот было создание прибортгых структур. На структуре тшта ваМ (недегир., 1,2мкм)-МадСаодА? (нелешр., БОА) -А^зСаодАз (п=1 Ч018см"3,270А) - ОаАл (0=1,5-1018 см'3,150 А) бы,лпалуче11двуь1ерпнйалектрон>гыйшзсг]одрл1ж1!осп.1оалектро-нсв при 4,2 К /¿-60000 см2/в,с. и слоевой концентрацией п-3-10'2 см"2. На наличие двумерного злектрошюш газа указывает обнаружеггное отрицательное маптетосопротивле-шге и оаимляцш Шубшкопа-де Гааза. Исследования в этом направлении продолжаются.
На рис.29 схемапгчески представлена зонная диаграмма палу-проводгшковош гетеролазера, из-готовяегпгого на основе твердых растворов А1Аз - (ЗаАя [16]. Буферный слой ОаАз (81,п-6-1017 см"3) толщиной 1 мхм выращивался при температуре Т - 580°С со скоростью роста 1мкм/чяс три отношении потоков Ац /Са ~2:1. При этих условиях картина ДБЭ, регистрируемая в направлениях
X
0,4* о
А! 6амАв
! 9*
Рис. 29. Схематическое изображав« зонной диаграммы тлупровадагиияого гсгератазер!.
П10] í! [110], соответствовала сгабягааированнсй поверхности GnAs с реконструкцией (2х«0. Выращивание шпрохозоннога эмиттера А^^Сйц^Аа: Si (и-*6 ■ 1017 а.сН 1,8 мкм) начиналось при Т"58(?С, saтаг.; Т повышалась и рост происходил при оехоиструкши поверхности (3x1). В зтом же режиме осуществлялось вьтращнвашуг ьалпомдного слоя Áío^GaojíAs: Si (п-б-101 " см-3; 0,03 мкм) вплоть до активной области. Активная область представляла собой налегировашаш слой GaAs толщиной 150 А. Его выращивание пропо-далосытрипошскешюй скорости роста 0,5 мхм/часи оптимальном олютьекг.и потоков Aij к Ga. Росл дважды прерывался в течении 30 сек на обеих гетерогратшах кяакшвой ямы. Перед началом роста активного сися температура образна существенно па искалась. В ыбран-иый темературпо-потоковыи режим роста активного слоя обеспеч;шл сохранение повср-жссгаой реконструкции (2x4) б течение icero времени выращивания активного слоя.
Симметрично расположенный вддювойныл слой Al^uGaoW^s: Be (р «з-ю17 сьг3; 0,03 ыш) и широкозоппый з;.г.птер AIo^Gbo^jAs: Бе ( р «= 3 • 10'7 см"3; i ,(> мкм) выращивались при той асе температуре; что и соаттаствующие слои n-тияз. Верхний контактный слой Ю GaAs : Be ( р ■•* 3-101® см"3; 0,4 ю !> изготавливался, как и жг.>- ,1ый алой, при пониженной температуре.
Выращенные структуры использоаались при изготовлении ге«е?Л'йаеров. Из части структур бьии изготовлены контрольные образцы со сплошными контактами, все четыре rpaim которых представляли собой качееггешгые скаты. Порогошш плотность тока в таи а 4-х сколотых образцах не зависела от их размера и составляла 250-300 А/см'2 (порог генерации определялся по спектрам получения в импульсном реимме; дюггельнесть импульса сосгаалзла 100 ис,частота-5Гц). Из другой части структур бшм изготовлены попоскогие лазеры с оксидной изоляцией и ширимой полоска ¡00 и 200 леем. Мшшмальная пороговая плотность тока была получена на лазерах с длиной резонатора L« 1,2 мкм к составила 350 А/см2.
Была также измерена дифференциальная квантовая эффективность tfo (на два зеркала), которая оказалась не зависящей от ширины полоска к составляла 75-80 %.
Следует отметать, что в подавляющем большинстве работ по гстераиазерам нспильзуется высокотемпературный (при больших отношениях потоков Ai¡ и Ga) рахасм выращивания вхпшшго слоя. Так, например, в работе [29J при изготоаяешш структуры, аналогичной нашей, рост слоев твердого раствора и квантовой ямы осуществлялся при Т=500-850°С; для улучшения свойств эпшаксиальиых слоев выращивание проводилось на аицииальной поверхности с разорпентацигй Io - 6° относительно плоскосш (100). На основе этих структур были палуче.чы гетеролазеры с'пороговыми гмопюсгами тоха j260-300 А/сы^ и днффе-ренцлальной эффективностью ц} «• ЗО-С-О %. В нашей работе испатъзоваше пршодпта "наследования поверхностной структуры" при прохождешм rerepoipanvm позволило получить сравнимые здачеш« плошосги тока и более высокую (до S0%) дифференциальную эффективность гетеролазеров. Твкие параметры были получены без использования предварительной разорнапацин растущей поверхности.
Работа по создашяо лазерных гетероструктур были продолжены, в том числе с коммерческим выходом, вд установке ЭП1203 сотрудниками Центра перспективных технологий и разработок (г. Caí ser- Петербург). На установке ЭП1203 была воспроизведена технология изготовления одшочпих гетерешазеров [16] к на основе базовой гетероструктуры разработана технолог«« изготовления лазерных линеек* с J0-15 полоскали (ширит полоска -100 мкм, интервал между полосками -100 мкм). Исследования созданной структуры показали, что уже при токах накачки, в два раза превышающих пороговый, мощность, излучаемая отдельными полосками, отличалась не более чем ш 15%. Дифферешоильиаа эффективность составила 52%, а максимальная мощность - 25 Вт для линейки из 15 лазеров. Полуширина огибающей спектра излучения ш полувькоге сосгаалада - 5 нм, а расходимость светового пучка * дальней зоне в направлениях параллельном и перпендикулярном плоско-ста p-tt перехода - соответственно 12° и 50°. Мощность излучения лазерной линейки
Sume любою преломлены сотрудншоы ЦПТР С.Ю.Кдрпэдым.
сграннчшцлаеь разогревом активной облает при токах, примерно в восемь раз превышающих пороговый.
Таким образом, представленные здесь некоторые результаты эксплуатации установок МЛЭ показывают, что:
1) Установки ['.озвалятсгвыраиишатьсчоисаэдцдшмсскгшом (С-л* А!!-* А$), заданной толщины, контролируемой на уровне монослоев и с заданным урозлем легирования.
2) Низкие порош генерации и высокая дифференциальная манговая зффектипность лазерои спидетелклиуют о высоком внутреннем киантопом выходе, т.е. об отсутствии кагалов безнзлучательиой рекомбинации (отсутствие вредных примесей).
3) Хорошая воспроизводимость параметров от полоска к полоску в лазерных лдаейкях показывает !ш высокую однородт юегь структур по толщине и другим параметрам, поскольку любая неоднородность привела бы к перервепредотегапо выходной мощности между полосками.
4) Исследования кристаллического качества слоев АЮаАз и деградации лазеров, проведенные в ЦПТР, показывают высокую степень кристаллического совершенства слоев, малое количество точечных дефектов и отсутствие дислокаций.
Приведенные примеры подтверждают правильность основных технических решений, реатизогеишых при создании установок МЛЭ.
3. выводы
3.1. Проверено компьютерное Монте-Кардомодедировагатепроцессовгпитахсюшшсго роста соедш юшш Л111!)^ с учетом внутренней геометрии ростовых агстем с цеиио изрктгя влияния условий роста га т.шкро и макропараметры формирующейся згвгткскалшой пленки. IIa основе проведенных исследований созданы молекулярные тюточшпш, манипуляторы и нагреватели, подложки, заслонки с требуемыми параметрами, ростовыз камеры и нодулд згагта ксналм того роста в целом С необходимыми для получения птлсококачесгЕсгагых структур характеристикам!.
3.2.! 1а основе разработанной концепции комплексного исследования физико-химических свойств материала путем изучения электронных спектров с выделенного учкегка покрмтсетшда!фрйщ!гошимятдатвшригаа1!модеЙ!Ятга
со:Т'!дн набор взаимозаменяемых модулей для диагностики выращиваемых зптпаксиальаых слоез, а которых в различных комбинациях реализованы тате метода исследования, res:
- скашрующая алеклрошшт оже-спекэроскотш,
- апектрошкя спектроскопия дли химического анализа (ЗСХА),
- здестрошпя спектроскопия с угловым разрешением при возбуждении ренгоягасским излучеиием, сшгкротронтшм излучением папестропньем даром,
- дифракция медленных аяектроиов,
- дифракция быстрых алектроиов,
- вторично-ионная масс-спеетромегрия со сканирующим ионяым микрозоцдом,
- телепозиционированиепри сканировании поверхности алектроштым я вилам пучхем и регистрации вторичных электронов иди ионов,
- ионное травлете для натучивипрофЕкейконцеятрацшг по глубжз методами ЗСХА и оже-спектроскопгог.
3.3. Для реализации перечислеиных в п.3.2. методик разработай рад коаструэдвй знгр-голкализатороз, иошшх и ачехтроштых пушек, ретпгеиовекпх источников, магоатулятороз образца, а также соответствующее апекгрошюе оборудование й кемгеютерпые системы упраялештя и обработки информации.
3.4. Апробировано несколько концепций компоновки установок молекуларно-лучевой эшпаксии. Показано, что для исследовательских установок МЛЭ с количеством модулей, не прсвышаюи^14!мрех>нщ1балееэкономи>шыш1цел1хообрмпым радиального варианта комноиовш модулей вокруг каыеры перезарядки, имеющей в crock составе телескопический манипулятор перезаряден и кольцевое кассегеос устройстао. Разработано несколько вариантов радиальных и магистральных камер перезаряден.
3-5. Под рукозодством и при участии автора разработана хоиструкция и освоен выпуск установок молекулярно-лучевой эпитахош нескольких модификаций - ЭШ201, ЭП1202, ЭП1203,ЭШ301,ЭП1302,ЭШЗОЗ. Результаты сошестаойоныттойз^плувташ« установок с ортшзациями-заказчикачи и начавшееся коммерческое использование установок показали обоснованность предложенных технических решений, дающих зшздггельцьш на-родаохозайствепмый эффект.
•S. ПУБЛИКАЦИИ
Основное содержание диссертации опублпксзгт в следующгос работах:
1. M Л Александров, АА.Майоров, CTO-tlimmtiL Установка молекулярной згоггагаш ЭШ302. Тезисы докладов I Всесоюзной «сснфереииш по чтердотелыюй электронике, Ленинград, сентябрь 1989г., т.В стр. 163.
2. M.L-Alcxar.drov, A.A.Maiorov. МВЕ System Designing for Scientific Research mid Technology. Ш InfefnalioiialS)TnposiutnofirBErIîu.r53na,.V.Tarnov'o, October, 89.
3. ААМайоров, А.Г.Филаретоа, ГЭ.Цырлии. Oy одной модели расега неравномерно-сп! стоя п методе молекулярно-пучковой дтаптьсаш. Сборник научных трудов "Научное приборостроение. Автоматизация научных псслсдозагаиГ.Лешшгрзд, 1988, с.73-73.
4. ААМайоров, Д.Г.Фатаретов, ГЭ.Цыр.тии. Статиспгческая модель роста Ga/4s в методе молекулярно-пучкопой зпитакски. Сбортсгк научных трудов "Научное приборостроение. Лотх)шт!!зсзд1яшу'ш1ыхиос'1едоза1аш".ле!£1и!град, 19S3, с.98-103.
5. ААМайоров, АГ.Фнларетов, Г-З.Цырлян. Моделирование формирования фронта поверхности соединений А,!'В ' в методах ьюлехулзрпо-пучковой н миграционио-сгимули-рованной згаггагаш. Труды кдардшшщгсш;сгоса£еяш01ятещаляст»ческ][хс1ран по физическим проблемам оптоалектрошжи С"Сптпаласгрош!ка-89"), Баку, октябрь 1989г., ар. 124.
6. АЛ. Майоров, А.Г.Филаретоа, Г.Э. Цьгртюг. Моделирование роста соединений
о методе миграшганно-сгимулированной згапгкак. Тезисы докладов I республиканской конференции Латвийской ССР "Численные методы моделирования технологических процессов", Рига, ноябрь I9S9г.,с.96-97,
7. Ог<ет о ПИР. ДСП. (заключит.) ff CF2SSC03312I. Технологическая и методическая отработка задач ФТИ имАФ.Иоффе на установке молекулярной эгаггаксии ЭП1301. Ру-ко:юд!ПсльЛ.Л.М11Норов. Ленинград, 19SSr~, 29с.
8. N.P.Sazoiiov, S.Yu.ShapovaJ, AAMaîorov. Application of Reflection Mass-Spectrometry for in situ growth control in MBE. Ist International Conference of Epitaxial Crystal Growth. Hungary, Budapest, April, 1990.
9. Кораблев В.В., ААМайоров. Комплект« кхледовакие кристаллической структуры и физико-химических свойств в различгък vracirax поверхности твердых тел. Письма и ЖТФ.тЛ N20,1973г., 1256-1261.
10. ААМайоров. Особенности эмксаи пггортгашх (о том числе Оже) и отраженных электронов из монокристаллов в диапазоне энергий первичных электронов 100 - 2йСО зВ. Диссертация на соискание ученой степегш кандидата физико-математических наук. Лгшгг-грзд, 1979.
11. ААМайоров, АГ.Фщиретов, НАЛслзш* В.Т.Чубаров. Сборник "Современные методы расчетов атектрашо-оптических отелем", Лзшигрзд, 193 бг.-, с-57.
12. А-А-Майоров, А.С.Смириов, НАХалик, В.Т.Чубаров. Авторское свидетельство "Источник ионов" N 1253374 от 22.04.193бг.
13. МАБережковекий, IO.K.Î оликогг, В.Ю.Катоме.чков, ААМайорои, СМ.Слспыш-ков, В.И.Феаотов, It.A.Xa'iHü, ВАПавлеяко. Асторжое сшздеггельство "Электростатический спекгрометр угловых и энергетических рааредетенкйзаргжетмх чаешц", N 1150680 отШ2Л934г.
14. Весело» Д.В., Гурьяноп Г.М., Заслазский СЛ., Майоров A.A., I Ь:китин С.Ю. Установка молекулярно-лучевой эшпаксии зшгтскспатыньлтгпирафического комплекса. Тезисы докладов V Всесоюзной конференция по физическим процессам в палущющщпи^вых гетерострукгурах, Калуга, 1990г.
15. ААМайоров, Г.Э.Цырлин. Компьютерное моделирование MПЭ-роста. Тезисы докладов I международной конференции ТТрксрптгтнь/е направления в научном пряборссг-роеиин", Ленинград, 1990, с.53.
16. Ю.В.КоЕйльчук, В.Е.Мячии, АЮ.ОСгрсэсхий, И.Ю.Русаиович, ИАСоколов, ГАФонш, В.П.Чалый, М.ИЗпшберг, МЛАлевсацдров, ААМайоров, ССГоманоа, М.В.Сгепаков. Исследование полупроводникового AiGaAs- GaAs гетеролазера, кзготонлея-ного методом молекулярно-лучевой эпипжеян. Пясьма в ЖТФ, том 17,вып-4,1991г., 6-10.
17. А-А-Майораа Разработка установок молекулярио-лучсиой зпитакснн в НТО АН
СССР. Научное приборостроение, T-I N1,1991, П4-ИУ.
IS.G.ILCMn.A.A.Maiorov.CompuierKmiutationofMota Compounds Growih. Hungary, Budapest, May, 1991.
19. AA.Manopoa, Л.Г.Филаретои, ГЭ.Цырлик. Динамика роста бинарных пац црогла-ниховых соединений в методе МПЭ: компьютерное мэд^лнрокшие. Научное
приборостроение, т.2 N4, 1992.
5.щт1РОВАН1штгга'АТУРл.
20.Л.ГДекисов, НЛ.Кузиецов, В.А.Макаренко. Оборудовав медля молекулярно-лучг-Бойэттжсин.М., ЦНИИ "Электронны", обзоры по ЭТ. Серка "Технологии, орглшшщш производства и оборудование", 1981 г., вып.17.
21.Проотест"Мап1Я1ЯЛЫ|0-к10Дулишнкош1л«сда^ "ЦНА". V/O "Eleetronintorg", SSSR, Mcs-cva. 19S9.
22. Проспект "Авгомапшгров..»ii „v: • ./.окамержи устано;:.: 1 ."зрио-лудооА эпитахаш "Кагунь-В". Международна с.,, '¿лезая выевши "An,...; и приборы для научных исслеаоаатиТ, СССР, Moaaw, i9£S.
23. Арсеинд галлия в микроэлектронике. Сб. под редакция! П., ....,:npys:a, У.Уиссмлп. М.Мир, 19SS.C.319-324. ' ■
2«!. Хеермаи Д.В. Методы компьютерного эксперимента в лсорст на е.- ой фялкс. М. Наука, 1990г.
25. Цырлни Г.Э. Компьютерное моделирование процесса!» роста iKk>>iipotA4>»>Kt>kisc соединений A1UBV в методе малгхуларно-пучхо.юй эннгмна и его разновидностях. Кап-дедатсхая диссертация. Ленинград, 1991г.
26. Arthur J.R. Surface stoichiomelry end structure of GaAs Surf.Sd, 1974, v,43.,p.449-46l.
27. Молскуяярио-лучевая эшггахспя и rerepocrnyiaypu. Под.род. Л.Чешя и Л.Плога, М.Мир, 1989г.
2S. Singh J., Bajaj К.К. Role of nunicrical simulations in the semiconductor haterostneturs technology using molecular beam episixy. SuperUtticesMicrosiriKi.-1986, v.2, N3, p.185-195.
29. Бехштедт.Ф, Эндермайн P. Поверхности и границы раздала полупроводников. М.Мир, 1990г.
30. Guinier A., Jullien P.. The Solid State from superconductors to superalloys. Oxford University press, 1989. ,
31. Bachrach RX Semiconductor surface and Crystal physics studied by MBE/Prog-Ciysta! Growth CharacL, 1979, v.2, p.l\5-144.
32. Foxon C.T., Joyse B.A. interaction kinetics of As> i id Ga on {100} GaAs surfaces. / Surf. Sci., 1977, v.64, p.293-304.
33. Дубровский В.Г. Кинетические модели poem кластеров итог uutx пленок. Автореферат на сонскшше ученой степени кандидата физ1!ко-штсматических наук. Ленинград, 1990г.
34. Pion М.; Speclit A., Appelman Н., Ebosohi Я, Begley D., Waters R., Guido Т., Staak S.; i AppLPhys., 19SS, v.63, N2, p.588-J90.
пшложениз 1.
Упрощенная блох-схсма программ компълтгсрмьга медслгй ИЛЭ в МСЭ - роста.
пншохизишг.
~~—.^Ссодшгняг Параметр ^—^ Ga As Al As [ 221
1,0 эВ 1,4 зВ
од эа 0,14 sil
Ею 0,1 эВ 0,14 эВ
«о 1Д-1015ссй-1 3,0-Ю1'6 саг'1
1>0 ЗД-íO5 саг1 1,0-10!2сск-1
10-m;
^dia 0,2 S3
/
приложение 3.
r¡
ПР1Ш0ЖП11ШЗ (процаяшее).
АКАДЕМИЯ И\УК СССР
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЗАВОД НАУЧНОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
142432, Московская обл., Ногинский р-н, п. Черноголовки. Для телеграмм «ПРИБОР»,
ТелетаАп 346662, телефон 524-50 05 Р/с №8018 я отд. Промстройбанка, г. Ногинск МФО 211383, индекс 142400 2699770 0200200
От / У // &_№ 10314- 3/
На №__
п
СПРАВКА
о внедрении результатов научно-технических разработок, выполненных под руководством к.ф.-м.н. Майорова Александра Аркадьевича.
С 1987 года на Экспериментальном заводе научного приборостроения АН СССР осуществляется серийный выпуск установок молекулярной эпитаксии, пользующихся большим спросом в научных и промышленных организациях страны, занимающихся вопросами создания новой элементной базы в микроэлектронике. Установки разработаны в НТО АН СССР коллективом сотрудников под научным руководством А.А.Майорова. • ■
На заводе выпущено установок ЭП-1301 - 3 (1937г.); ЭП-1201 - 9 (19б8-89гг.); ЭП-1302 - б (1988-89гг.); ЭП-1202 - I (1990г. ЭП-1203 - 13 (1990-91гг.). На всех этапах освоения производства установок от разработки чертежей до комплексной настройки и сдачи заказчику А.А.Майоров принимал непосредственное участие. Общий объем реализаши_^£тановок составляет 27 млн.руб., получено чистой прибыли Б^^лнй^^^
Ю. А. Илларионов _|
lDÄ—вООО
Главный
ФАП э.85 т.120 12.05.93
