Дипломная работа: Выращивание плёнки GeSi и CaF2 на кремниевых подложках

Периодическая проверка знаний правил электробезопасности и ТБ у сотрудников лаборатории проводится квалификационной комиссией Института в установленные сроки 1 раз в год с выдачей удостоверения на право допуска к работе. Внеочередная проверка знаний проводится при всех случаях нарушения правил ТБ.

3.4 Требования к размещению экспериментальных установок и лабораторного оборудования, ввод его в эксплуатацию

Все экспериментальные установки и лабораторное оборудование размещаются на производственных площадях по планировкам, согласованным с главным энергетиком, инженером по ТБ и утвержденным заместителем директора по научной части. В планировках должны быть указаны в масштабе: габариты установок и лабораторного оборудования, рабочие проходы, места размещения переносных измерительных приборов, рабочие места для работников, осуществляющих управление, техническое обслуживание и наладку переносных установок и оборудования.

При размещении установок и лабораторного оборудования на производственных площадях лаборатории необходимо руководствоваться "Строительными нормами и правилами проектирования", "Санитарными нормами", "Противопожарными нормами".

Для работников, осуществляющих управление установками и оборудованием, техническое обслуживание и наладку, должны быть предусмотрены рабочие места следующих размеров:

1) С лицевой стороны, где производится работа на установке и управление оборудованием-не менее 1 м при отсутствии общего прохода и открывающихся дверей (снимающихся ограждений); не менее 1.5 м при наличии общего прохода; не менее 2 м при наличии общего прохода и открывающихся дверей (снимающихся ограждений). Расстояние следует отсчитывать от максимально выступающей точки установки, оборудования и до следующего ряда оборудования или стены.

2) С задней и боковой части оборудования, установки, где осуществляется техническое обслуживание и наладка, при отсутствии общего прохода-не менее 0.6м, при наличии общего прохода-не менее 1 м.

Энергетические подводки к установке и оборудованию должны проводиться на высоте не ниже 2м или в полу с учетом требований правил по ТБ.

Установки и нестандартное оборудование, вводимые в эксплуатацию, должны быть укомплектованы следующей документацией: функциональными блок-схемами и схемами электропитания с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации, инструкцией по ТБ при работе на установке (оборудовании), протоколами проверки защитного заземления, протоколами проверки сопротивления изоляции установки.

Ввод в эксплуатацию установок и нестандартного оборудования осуществляется комиссией в составе: заведующий лабораторией (председатель), представитель Отдела главной энергетики, инженер по ТБ.

При удовлетворительных результатах осмотра и проверки состояния оборудования, а также защитных устройств, защитных средств и экранировки комиссия составляет акт на ввод установки (оборудования) в эксплуатацию.

По результатам проведённых ростовых процессов на подложках Si (001) последующего измерения и анализа параметров образцов до и после отжига можно сделать следующие выводы:

1.  Методами низкотемпературной эпитаксии (при температурах роста 250-300 ºС) возможно получение псевдоморфных напряжённых плёнок твёрдых растворов GexSi1-x с х до 0,33 с толщинами, на порядок превышающими критические при данном несоответствии в постоянных решёток (1,2 %) для материалов гетеросистемы.

2.  Зафиксирована начальная стадия пластической релаксации плёнки GeSi, с содержанием Ge 0,32, где видно действие источников дислокаций несоответствия. Зафиксирован процесс распространения дислокационных полупетель с поверхности вглубь плёнки, а также полупетли, уже достигшие границы раздела и сформировавшие отрезки дислокаций несоответствия.

3.  В зарождении дислокаций несоответствия ключевую роль играет поверхность, поскольку источники ДН локализованы в приповерхностной области эпитаксиальной плёнки.

4.  Возможна частичная блокировка источников ДН, например при отжиге гетероструктур в атмосфере водорода. Предположительно это связывается с поверхностной миграцией атомов. Снижение плотности источников ДН позволяет выращивать плёнки с низкой плотностью (<10-6 см-2) прорастающих дислокаций.

По результатам измерения и анализа параметров гетероструктур CaF2/Si(111) можно сделать следующие выводы:

1.  На подложках Si(111) методами молекулярно-лучевой эпитаксии возможно получение плёнок CaF2 с параметрами делающими возможным их применение в приборных структурах.

2.  Установлено, что гетеросистемы CaF2/Si(111) и GeSi/Si(001) имеют сходный механизм релаксации напряжений, то есть релаксация происходит путём скольжения дислокаций.

3.  Наличие косвенных признаков указывают на то, что гетеросистема CaF2/Si(111) имеет стадию псевдоморфного роста.

4.  Применение высокой (1280 °С) температуры предростовой очистки позволяет добиться существенного улучшения электрических характеристик диэлектрических плёнок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Ahlgren D. C., Jagannathan B - Solid state technology 43 53 (2000)

2.  Konig V., Gluck V., Hock G. J., - Vacuum sciense technology 16 2609 (1998)

3.  Frank F. C., Van der Merve J. H. Proc. Roy. - Soc. London Ser.198 205 (1949)

4.  Matthews J. W., Blakeslee A. E. - Crystal growth 27 118 (1974)

5.  Kvam E. P., Maher D. M., Humpheys C. J. - Material res. 5 1900 (1990)

6.  Fitzgerald E. A. - Mater. science 7 87 (1991)

7.  Gillard V. T., Nix W. D., Freud L. B. - App. Physicsl 76 7280 (1994)

8.  Alexander H., Haasen P. - Solid stsate Phys. 22 27 (1968)

9.  Matthews J. W., Blakeslee A. E., Mader S. - Thin solid films 33 253 (1976)

10.   Eaglesham D. J. - Phil. Mag 59 1059 (1989)

11.   Hull R., Ben J. C. - Vac. Sci. Technol. 7 2580 (1989)

12.   Houghton D. C. - Appl. Phys. 70 2136 (1991)

13.   Г. Шиммель - Методика электронной микроскопии М. "Мир" (1972) 300 с.

14.   Д. Вудраф, Т. Делчар - Современные методы исследования поверхности М. "Мир" (1989) 568 с.

15.   Fathauer R.W. Lewis N., hall E.L., Scowalter L.J. - Electron microscopy of epitaxial Si/CaF2/Si structures. – J. of Vacuum Science and Technology B, - 1985, v. 3, No2, p. 738-739.

16.   Fathauer R.W. et.al. - Heteroepitaxy of semicondactor - on - insulator structures: Si and Ge on CaF2/Si(111).- J. of Applied Physics, - 1986, v.60, No 11, p. 3886-3894.

17.   Ishiwara H. T., - J. of Applied Physics, - 1984, v. 55, No 11, p.3556-3561.

18.   Sasaci M. et. al.- Electron difraction observation of epitaxial silicon growth on CaF2/Si(100). - Applied Physics Letters, - 1985, v. 46, No 11, p.1156-1158.

19.   Ponce F.A. - Anderson G.B., O`Keefe M.A., Showalter L.J. - Summary Ab-stract: High resolution electron microscopy of CaF2/silicon interfacees. - J. Vac. Sci. Technol. B, - 1986, v.4, No 4, p.1121-1122.

20.   Tromp R.M., LeGoues F.K., Krakow W. - Structural characterization of the CaF2/Si(111) interface by high - resolution transmission electron microscopy. - Phis. Rev. Lett., - 1988, v.61, No 19, p. 2274.

21.   Heral H., Bernard l., Rocher A., Fontane C., Munoz-Yague A. - High-resolushion electron microscopy study of (Ca,Sr)F2/GaAs grown by molecular-beam epitaxy. - J. Appl. Phys., - 1987, v. 61, No 6, p.2410-2411.

22.   Farrow R.F.C., Sullivan P.W., Williams G.M., Jones G.R., Camerun D.C. - MBE grown fluoride films: a new class of epitaxial dielectrics . - J. Vac. Sci. Tech-nol., - 1981, v. 19, No 3, p. 415 - 420.

23.   Phillips J.M., et. al. - Epitaxial growth of alcaline earth fluorides on semi-conductors. - Thin Solid Films, - 1983, v.107, No p, p.217-226.

24.   Asano T., et. al. Heteroepitaxial growth of group II fluoride films on silicon substrates. - J. Appl. Phys., - 1983, v. 22, No 10, p. 1474 - 1481.

25.   Scowalter L.J., Fathauer R., Goehner R.P., Turner L.B., DeBlois R.W., Hashimoto S., Peng J.L., Gibson J.M., Krusius J.P. - Epitaxial growth and characteriza-tion CaF2/Si. - J. Appl. Phis., 1985, v.58, No 1, p. 302 - 308.

26.   Sullivan P.W., Cox T.I. Farrow R.F.C., Jones G.R., Gasson D.B., Smith.S.S. - Summary Abstract: Growth of single crystal and polycrystalline insulating fluoride films on semiconductors by MBE. - J. Vac. Sci. Technol., - 1982, v. 20, No 2, p. 731 - 732.

27.   Phillips J.M., Gibson J.M. - The growth and characterisation of epitaxial fluoride films on semiconductors.- Mat. Res. Soc. Simp. Proc.,-1984, v. 25, p. 381.

28.   Hirashita N., Onoda H., Hagiwara S. - Electron diffraction observation of epitaxial silicon grown on CaF2/Si(100).- Appl. Phis. Lett., - 1985, v.46, No 11, p. 1056 - 1058.

29.   Fathauer R., Scowalter L.J.- Surface morfology of epitaxial films on Si substrates. - Appl. Phis. Lett., - 1984, v. 45, No 5, p. 519 - 521.

30.   Gillman J.J. - Direct measurment of the serface energies of crystal. - J. of Appl. Phys., -1960, v. 31, No 12, p.2208-2218.

31.   Benson G.C., Glaxton T.A. - Calculation of the serface energy of (110) face of some crystal pocessing the fluorite structure. – Canad. J. of Physics, - 1963, v. 41, No 8, p. 1287-1293.

32.   Preffer J., Phillips J.M., Smith T.P., Augustuniak W.M., West K.W. - Use of rapid anneal to improve CaF2/Si(100). epitaxy. - Appl. Phis. Lett., 1985, v. 46, No 10, p. 947-949.

33.   Величко А. А., Илюшин В. А., Антонова И. В., Филимонова Н. И. - влияние режимов молекулярно-лучевой эпитаксии структур CaF2/BaF2/Si(100) на морфологию поверхности и электрофизические параметры.

34.   Соколов Л. В., Дерябин А. С., Якимов А. И., Пчеляков О. П., Двуреченский А. В. – Самоформирование квантовых точек Ge в гетероэпитаксиальной системе CaF2/Ge/CaF2/Si и создание туннельно-резонансного диода на её основе. – ФТТ, 2004 т. 46, стр. 91-92.

Выращивание плёнок GeSi и CaF2 на кремниевых подложках для приборных структур.

Руководитель: в. н. с., к.ф.-м.н. ИФП СО РАН Соколов Л. В.

Кафедра: ППиМЭ

Цель работы:

1  На подложках Si(001) вырастить плёнки твёрдого раствора GeSi с содержанием германия не более 30 % и посредством отжигов в различных атмосферах зафиксировать начальную стадию пластической релаксации плёнки GeSi.

2  Изучить возможности блокировки источников дислокаций несоответствия с целью получения в дальнейшем подложек пригодных для изготовления приборных структур.

3  На подложках Si(111) вырастить плёнки CaF2, обладающих высоким структурным совершенством и электрическими параметрами, делающими возможным применение таких плёнок для изготовления приборных структур.

Результаты и выводы:

1.  Зафиксирована начальная стадия пластической релаксации плёнки GeSi.

2.  Подтверждено предположение о локализации источников генерации дислокаций несоответствия на поверхности плёнки.

3.  Исследована возможность блокировки источников дислокаций посредством отжига в атмосфере водорода.

4.  Методами молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках Si(111) выращены слои диэлектрика CaF2 с электрическими свойствами, позволяющими использовать их для приборных структур.

Таблица 1 Состав гетероструктур GexSi1-x/Si(001)

Рис. 1 Фотография поверхности образца Е9 до отжига полученная с помощью АСМ

Таблица 2 Основные параметры отжига образцов серии Е9 (температура отжига 350 °С)

* - по данным рентеновской дифракции

Таблица 3 Основные параметры отжига образцов серии F9 (время отжига 10 мин)

*- по данным АСМ

Рис. 2 ЭМ снимки поверхности образца Е9/1 после 10 мин отжига Т = 350 ° С

Рис. 6 Снимки поверхности образца F9/4 после отжига в Н2 10мин. Т = 700 ° С

Рис. 7 Фотография поверхности образца 76 (толщина плёнки CaF2 550Å) полученная с помощью АСМ.

Рис. 8 фотография поверхности образца 77 (толщина плёнки CaF2 330Å) полученная с помощью АСМ.

Таблица 4 Состав гетероструктур CaF2/Si(111)

Рис. 9 ВАХ МДП конденсаторов Si/CaF2/Al