logo
Лекции Марков 4 курс

Механизм процесса эпитаксии

Существуют несколько физических моделей эпитаксического роста. Впервые теория ориентированного роста на подложке (теория псевдоморфизма) была предложена в 1949 г. Франком и Ван-дер-Мерве. Согласно этой теории, система слой-подложка имеет минимальную энергию при близком соответствии параметров решеток первого молекулярного слоя растущей фазы и подложки. Предпочтительно более полное соответствие. По мере роста кристалла деформация роста уменьшается. Образуется переходный слой (псевдоморфная фаза). Последующие слои имеют неискаженную решетку, а роль подложки нивелируется.

В дальнейшем экспериментально было показано, что ориентированный рост возможен и в том случае, когда параметры решетки материала подложки и слоя сильно отличаются и даже если они относятся к разным сингониям.

Объясняется это по одной из гипотез - формированием двойников на границе раздела слой-подложка.

Согласно современным представлениям, главную роль в процессе зарождения и роста новой фазы играет структура реальной поверхности подложки.

Процесс эпитаксии имеет несколько стадий:

Как правило, скорость процесса лимитируется либо поверхностными реакциями (кинетический режим), либо диффузионными процессами (диффузные ограничения). В процессах с диффузными ограничениями растут совершенные по структуре и гладкие однородные слои. В условиях кинетического режима слои имеют сильно развитую поверхность с мозаичной структурой.

Начальная стадия роста эпитаксиального слоя состоит в формировании на поверхности системы зародышей критического радиуса. Зародыши от кластеров (скоплений атомов) отличаются тем, что они воспроизводят кристаллическую решетку осаждаемого вещества. Двумерные зародыши формируются уже при пересыщениях ~ 1%. Далее атомы, молекулы, кластеры исходной фазы, осаждаясь на подложке, мигрируют по ней, закрепляясь у зародышей, увеличивая их размеры, образуя островковую структуру. Островки сливаются в сплошной слой. Наибольшая скорость роста эпитаксиальных слоев наблюдаются на плоскостях подложки с большими индексами Миллера (грани быстрого роста). Для кубической решетки это [130] и [140]. По мере роста эти грани уменьшаются по площади и исчезают, уступая место другим граням. При этом эпитаксиальный слой меняет свою ориентацию относительно подложки, причем это может быть несколько раз за время роста пленки.