Тонкие плёнки на поверхности твёрдого тела

p-n- переход)

Остальная часть объема - балласт, снижающий коэффициент полезного действия

Использование пленочных структур
с толщиной слоев в доли микрона

Крайне важным является начальный этап,
задающий направление процессам роста.

Широкие перспективы

Пленки находятся в состоянии далеком от термодинамического равновесия

В массивных полупроводниковых приборах полезная часть сосредоточена в узком
слое (например, p-n- переход)

механизма роста пленок

Послойный рост или рост по механизму Франка-ван-дер-Мерве
(FM, Frank – van der Merve)

Последовательно, слой за слоем.

Появление частиц в следующем слое
возможно только при условии полного
завершения предыдущего

Морфология пленок определяется кинетикой роста

Зависит от

Особенностей взаимодействия частиц
с поверхностью и друг с другом.

Условий роста

крупными
блоками, имеющими определенное
кристаллографическое строение

2. Другой - диаметрально противоположный - островковый или
рост по Фольмеру-Веберу (VW, Volmer-Weber)

Образование зародышей

Размеры блоков определяются
условиями формирования

Определенные физико-химические
свойства.

При первой возможности стремятся объединиться и образовать кластеры,
или присоединиться к уже существующим

Пленки имеют мелкокристаллическую структуру

Температура подложки, ее чистота,
величина потока частиц, направление
пучка, вакуумные условия и т.д.

островков только после завершения
формирования первого монослоя

Механизм роста определяется
соотношением поверхностных энергий.

При квазиравновесном процессе

Δ = σf + σi - σs

σf - поверхностная энергия пленки

σs - чистой поверхности подложки

σi - энергия межфазовой границы раздела.

Франк-ван-дер-Мерве или Странски-Крастановой
в зависимости от того, выполняется условие
для последующих слоев или нет.

Механизм Фольмера-Вебера

Δ < 0 (σf + σi < σs).

Δ > 0

поверхностной энергии неизвестны.

σf в случае пленки может значительно отличаться от σ для массивного вещества

Еще хуже с определением величины σi.

Необходимо учитывать энергию, связанную с имеющимися напряжениями
в пограничных слоях из-за несоответствия контактирующих решеток.

Наиболее удобный метод
определения механизма
роста - оже-спектроскопия

Зависимости интенсивностей пиков,
соответствующих атомам адсорбата
и атомам пленки,
от количества осажденного материала

Индексы: S - поверхность, А - пленка

электронов от поверхности образца.

Механизм Франка – ван дер Мерве

Поток оже-электронов от атомов подложки при отсутствии адсорбированных частиц

Ослабляется поток первичных электронов, из-за поглощения в слое адсорбата

Поглощение оже-электронов подложки в слое адсорбата

Основная причина

- длина свободного пробега электронов, θ - доля поверхности, покрытая пленкой
d – толщина монослойного покрытия,

Поток с участков,
покрытых монослойной
пленкой адсорбата.

Поток с чистых
участков поверхности

Оже-сигнал уменьшается линейно

рост II слоя.

С двумя монослоями

От участков с
одним монослоем

Оже-сигнал также меняется линейно, но наклон меньше

IS(θ) представляет собой ломаную линию

Излом - завершение застройки очередного монослоя

Для оже-электронов адсорбата аналогично

I1 – интенсивность
оже-электронов
от одного монослоя

Зависимость - ломанная линия

располагаться в соответствии
с распределением Пуассона

Пусть т независимых испытаний, в каждом вероятность события А равна р

При малых р

В данном случае р=1/п0,

При средней толщине покрытия θ
вероятность обнаружения на поверхности
структуры в k атомных слоев

Вероятность, что событие А появится k раз

Формула Пуассона

по – число адсорбционных центров.

m = числу адсорбированных частиц n

подложки
с увеличением покрытия по экспоненте

Аналогичное выражение и для тока
оже-электронов от атомов пленки.
Экспоненциальный рост с
увеличением концентрации адсорбата.

Интенсивность пучка оже-электронов от атомов подложки