Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 72 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ поверхностная энергия CaF 2 (100) выше поверх- ностной энергии Si(100), рост на таких подлож- ках осуществляется по трехмерному механизму с образованием фасетированной поверхности, представляющей собой пирамиды роста вы- сотой 20...50 нм [3]. Слой фторида должен об- ладать как можно менее развитым рельефом и однородностью по толщине, несмотря на то что при последующем эпитаксиальном выра- щивании кремния, слой кремния также стано- вится неоднородным по толщине, что ограни- чивает приборное применение таких структур. Поэтому крайне важным является разработка технологии получения слоев СаF 2 с атомарно- гладкой поверхностью. Модельные представ- ления о процессах осаждения и поверхностной миграции атомов и молекул позволяют предпо- ложить, что наиболее однородными по толщи- не являются пленки, осажденные при низких температурах, при которых процессами поверх- ностной диффузии и, следовательно, слиянием молекул в островки можно практически пре- небречь. Однако при этом пленки получаются аморфными или поликристаллическими [4]. Поэтому для получения пленок с более гладкой поверхностью целесообразно использовать ме- тод твердофазной эпитаксии (ТФЭ), который за- ключается в нанесении тонкого слоя материала порядка 3...5 нм на подложку с последующим его отжигом для кристаллизации. Целью данной работы является исследова- ние морфологии и электрофизических свойств пленок фторида кальция, выращенных на по- верхности Si(100) с использованием метода ТФЭ и без него. Методика экспериментального исследования Структуры CaF 2 /Si(100) выращивались в двухкамерной установке МЛЭ «Катунь-100». Для проведения экспериментов использовались подложки Si (100) КДБ-20 диаметром 100 мм. Перед началом роста для снятия защитного по- верхностного окисла подложки в ростовой ка- мере в условиях сверхвысокого вакуума отжи- гались при температуре 850...900 °С в течение 5...10 мин в слабом потоке Si. Нагрев подложки с защитным окислом приводит к восстановле- нию до моноокиси кремния. После отжига про- водился рост буферного слоя кремния толщи- ной ~100 нм. С целью исследования морфологии и элек- трофизических свойств гетероструктур CaF 2 /Si было подготовлено четыре группы образцов. На образцах первой группы фторид кальция выра- щивался в течение двух часов при температу- ре 530 °С. На образцах второй группы сначала фторид кальция осаждался в течение 5 мин при комнатной температуре, затем подложка нагре- валась до температуры 700 °С в течение 10 мин для кристаллизации осажденного слоя (ТФЭ), далее рост происходил при температуре 530 °С два часа. Образцы третьей группы выращива- лись при повышенной температуре 680 °С. Об- разцы четвертой группы также выращивались при повышенной температуре 680 °С, но как и во второй группе сначала осуществлялся про- цесс ТФЭ. Толщины образцов измерялись в центре пластины эллипсометрическим мето- дом. В целях минимизации влияния пучка бы- стрых электронов на морфологию пленок CaF 2 дифракция быстрых электронов наблюдалась только в течение первых 10 мин роста [5], затем пушка дифрактометра отключалась и включался механизм вращения подложки. После выращи- вания все образцы подвергались исследованию свойств поверхности методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) и растровой электронной микроскопии (РЭМ), также измерялись элек- трофизические характеристики получившихся структур. Следует отметить, что структура пле- нок фторида в пределах одной группы схожа, поэтому в данной работе приводятся экспери- ментальные данные только для одного образца из каждой группы. Результаты и обсуждение На рис. 1 показаны экспериментальные дан- ные для образцов первой группы. Из анализа ДБЭ картины (рис. 1, а ) видно, что на них при- сутствует три типа ростовых рефлексов: кольце- вые (помечены стрелкой, направленной вверх), характерные для поликристаллического роста, точечные (помечены стрелкой, направленной вниз), характерные для трёхмерного островко- вого роста и нечеткие линейчатые (помечены стрелкой, направленной вправо), характерные для двумерного монокристаллического роста.