WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

условия блокировки поверхностных состояний атомами 4 Следует заметить, что выбор конкретных значений коэфводорода (последнее уравнение в (2)), аналогичные фициентов прилипания молекул к поверхности нескольусловиям блокировки состояний молекулами SiH3. Использование физико-химических реакций другого ти- ко произволен, так как его величина зависит от условий роста и, в частности, от состояния эпитаксиальной па, отличающихся от рассматриваемой модели только поверхности в реальном эксперименте. Однако известно, способом перевода водорода в газообразное состояние, не приводит к заметным отличиям в виде изучаемых что коэффициент захвата молекул германа поверхнозависимостей [17]. Схеме распада в форме (1) отдает стью кремния примерно в 3 раза превосходит соответпредпочтение большинство исследователей, несмотря ствующий коэффициент для молекул силана [21].

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Особенности пиролиза молекул на эпитаксиальной поверхности при росте слоев Si1-xGex... Таблица 1. Экспериментальные значения скорости роста Vgr системы при этом чаще всего связывают с пропорпленок и поверхностных концентраций водорода H, взятые из циональным заполнением атомами водорода свободных работы [5], а также соответствующие им значения параметра „болтающихся“ связей поверхностных атомов германия десорбции водорода H, рассчитанные по формуле (3) для a a и кремния, имеющих энергии активации EGe и ESi соотрассматриваемого диапазона ростовых температур ветственно. Наиболее простая и чаще всего используемая в литературе зависимость коэффициента десорбции Tgr,C Параметр x = 0 x = 0.008 x = 0.водорода с поверхности слоя Si1-xGex от состава (от x) и температуры роста Tgr имеет вид [22] 450 H 0.839 0.639 0.Vgr, /с 0.009 0.009 0.0 a a H = H[x exp(-EGe/kTgr) +(1 - x) exp(ESi/kTgr)], (4) H, с-1 0.01745 0.0226 0.a a 500 H 0.544 0.308 0.где значения EGe = 1.56 эВ, ESi = 1.755 эВ и Vgr, /с 0.045 0.078 0.H = 5.7 · 1011 с-1 получены на основе анализа данных H, с-1 0.1355 0.4001 1.по распаду моносилана [23].

Проведенные нами расчеты показали, однако, более 550 H 0.253 0.117 0.сильную температурную и концентрационную (от состаVgr, /с 0.136 0.189 0.H, с-1 0.875 2.625 6.85 ва пленки) зависимости предэкспоненциальных множителей, что приводит к заметному отклонению скорости 600 H 0.091 0.02 0.десорбции водорода с поверхности твердого раствора Vgr, /с 0.237 0.271 0.от общепринятых представлений. Далее представлены H, с-1 4.235 22.45 19.графики, полученные путем анализа имеющихся экспе650 H 0.026 0.004 0.риментальных зависимостей на базе разработанных теVgr, /с 0.279 0.3 0.H, с-1 17.45 127 100.700 H 0.001 0.001 0.Vgr, /с 0.289 0.317 0.H, с-1 470 515 403.Кроме того, для вычисления некоторых параметров модели, в частности коэффициента десорбции водорода, воспользуемся результатами имеющихся в литературе экспериментов [5]. В экспериментальной работе [5] представлены результаты измерения скорости роста пленки и концентрации поверхностного водорода для всего диапазона значений рабочих температур (450-700C) и нескольких составов слоя (x = 0, 0.008, 0.026). Пленки твердого раствора выращивались из моногидридов (силан, герман) примерно при тех же условиях, что были использованы при расчетах.

Рассмотрим прежде всего температурные зависимости параметра десорбции водорода для рабочего диапазона температур (450-700C). С этой целью используем данные работы [5] (см. табл. 1) по скорости роста пленки и зависимости концентрации поверхностного водорода от температуры. Тогда из системы уравнений (2) нетрудно получить соотношение Vgr [/с] H [с-1] =1.625, (3) H показывающее, что параметр десорбции водорода напрямую не связан со скоростью распада гидридов на эпитаксиальной поверхности.

Введение германия в слой в процессе низкотемпеРис. 1. Зависимости коэффициента десорбции водорода:

ратурной эпитаксии слоев твердого раствора заметным a — от состава поверхности Si1-xGex при Tgr = 500C; b —от образом сказывается на концентрации поверхностно- температуры роста Tgr для x = 0.026. Кривые рассчитаны по го водорода. Изменение десорбционных характеристик формулам: 1 — (4), 2 — (6), 3 — значения H из табл. 1.

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 60 Л.К. Орлов, С.В. Ивин Таблица 2. Значения параметров в формуле (5), аппрокси- ментальными данными, соответствует активационному мирующей значения скорости десорбции водорода для разных типу. Как и в случае концентрационных зависимостей, температур роста предэкспоненциальные множители имеют более сложный, чем в (4), вид, что необходимо учитывать при Tgr,C aH n bH m проведении оценок. Другой способ вычисления предэкспоненциальных множителей в выражении для десорбции 450 10.811 2.361 0 1.500 2.843 1.552 0.939 0.945 водорода с поверхности слоя Si1-x Gex, основанный на 550 0.416 1.038 1.0088 1.формуле, учитывающей миграцию водорода по поверх600 0.0419 0.208 37.518 0.ности и разность энергий связей Si-Hи Ge-H, предло650 0.123 0.245 86.961 0.жен в работе [15], однако применение его на практике 700 1.063 0.0686 285.337 0.не является простой задачей.

Знания коффициента десорбции водорода с поверхности недостаточно для решения системы уравнений (2).

оретических моделей. В частности, на рис. 1, a покаПоэтому прежде необходимо оценить значения коэфзан вид зависимости коэффициента десорбции водорода фициента встраивания атомов кремния rSi в слой для от состава сплава при температуре роста Tgr = 500C.

разных значений скорости распада моносилана. При Значения коэффициента десорбции водорода с поверхоценке будем исходить из уравнений, соответствующих ности H, представленные в табл. 1, на рисунке изобраросту слоя чистого кремния (x = 0). Однако простое исжены точками 3. Кривая 1, довольно плохо согласуюпользование результатов, полученных для случая роста щаяся с экспериментом, соответствует общепринятому слоя чистого кремния [17,23], приводит при построении, выражению, описываемому формулой (4).

например, температурных зависимостей поверхностных Используя полученные в табл. 1 дискретные значения концентраций для слоя Si1-xGex к ряду проблем. Очепараметра H, аппроксимируем зависимость параметра видно, что введение германия в слой меняет не только десорбции водорода с поверхности слоя Si1-xGex следускорость роста слоя, но и поверхностную концентрацию ющей формулой:

водорода вследствие заметной разницы энергий связей Si-H (1.8 эВ) и Ge-H (1.4 эВ). Это в свою очередь H [с-1] =9.43 · несомненно должно сказаться на эффективности встра1.39 1.ивания атомов кремния в растущий слой. Поэтому в aHxn exp - + 1 - bHxm exp -, kTgr kTgr системе уравнений, описывающей рост слоя кремния (5) из моносилана и используемой для расчета зависимости отличающейся от традиционно используемой в литеракоэффициента встраивания rSi от скорости распада мотуре предэкспоненциальными множителями (aH, bH — носилана SiH, представляется разумным использовать численные коэффициенты). Множители модифицироваданные табл. 1 (H, Vgr) для x = 0, но не для x = 0.

ны таким образом, чтобы добиться наилучшего соВ качестве примера, демонстрирующего характерный гласия с экспериментальными температурными зависивид зависимости rSi(SiH ), на рис. 2, a для значений мостями в широком диапазоне составов. В соотноше- 0 параметров Tgr = 700C, x = 0.026, SiH = GeH приве2 нии (5) использованы значения энергии связи водорода дены кривые, соответствующие положительным решес атомами германия Ed(Ge-H) =1.39 эВ и кремния ниям рассматриваемой системы уравнений. Вне этих Ed(Si-H) =1.82 эВ. Значения коэффициентов и покаобластей параметр rSi принимает отрицательные либо зателей степеней в формуле (5), найденные для прикомплексные значения. Анализ кривых 1, 1 на рис. 2, a веденных в табл. 1 значений температуры роста Tgr, при изменении скорости роста слоя и степени поверхпредставлены в табл. 2. Соответствующая зависимость, ностного покрытия водородом, обусловленных введениполученная путем аппроксимации экспериментальных ем атомов германия в слой, показывает существенное данных на основе формулы (5), представлена на рис. 1, a отклонение вида рассматриваемых зависимостей от ракривой 2.

нее полученных решений [17,23] для роста слоя Si из Температурная зависимость коэффициента десорбции моносилана. На зависимости rSi от скорости распада водорода для состава x = 0.026 поверхности Si1-xGex моносилана на поверхности появляется несколько облаприведена на рис. 1, b. Данные 3 соответствуют скоростей положительных решений, внутри которых поведести десорбции водорода, наблюдаемой в эксперименте ние изучаемых кривых также различно. Для SiH (табл. 1). Кривая 1 соответствует зависимости (4) с (кривая 1) с ростом частоты пиролиза величина rSi H = 4.65 · 1012 с-1, кривая 2 — зависимости монотонно падает, оставаясь близкой к 1. В левой области разрешенных значений параметра rSi (SiH < 1) H [с-1] =1.31 · 1011 4.65x1.55 exp(-1.4/kTgr) значение rSi (кривая 1 ) существенно превосходит 1.+(1 - x) exp(-1.755/kTgr). (6) На всех рисунках кривые под номерами i и i (со штрихом), описыТемпературный ход зависимости параметра десорбции вающие поведение соответствующей переменной, отвечают различным водорода, наиболее близко согласующийся с экспери- ветвям многозначного, в общем случае комплексного, решения данной Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Особенности пиролиза молекул на эпитаксиальной поверхности при росте слоев Si1-xGex... перейдем от системы уравнений (2) к уравнениям более высокого порядка относительно каждой переменной. Проводя элементарные преобразования, нетрудно получить уравнение, связывающее, например, только параметры rSi и SiH и исключающее все остальные независимые переменные. Это кубическое уравнение вида ar3 + br2 + crSi + d = 0 (7) Si Si с коэффициентами a = 3 + 2 + -, 4 24SiH 2 2 2(/3 - ) b = 2 - -, c =, 12 3 Vgr d = -, =, 27 1. 1 - - H =, =.

SSiH FSiH 4 Здесь величины Vgr и H выступают в качестве задаваемых параметров задачи. Решение уравнения (7) в общем случае является многозначной функцией, и способы нахождения его хорошо известны. Каждое отдельное решение в зависимости от знака детерминанта может быть как действительной, так и комплексной функцией.

В рассматриваемом случае (рис. 3) каждому разрешенному интервалу значений частоты SiH (области I либо II) соответствует одно действительное положительное решение для rSi, меняющее на границах областей знак либо переходящее в комплексную плоскость с Рис. 2. Зависимости от частоты распада моносилана SiHотличной от нуля мнимой частью.

0 при Tgr = 700C, x = 0.026, SiH2 = GeH2: a — коэффициентов При расчетах мы исходили из двух моделей. В первой встраивания rSi (1, 1 ), rGe (2, 2 ) и коэффициента сегрегамодели предполагалось, что скорость встраивания атоции S (3, 3 ); b — поверхностных концентраций: 1 — SiH2, мов кремния в кристалл слабо зависит от содержания в 2 — GeH2, 3, 3 — Si, 4, 4 — Ge, 5 — fr. Кривые под пленке атомов германия, т. е. величина rSi может быть номерами со штрихами и без штрихов отвечают различным определена из уравнений, описывающих рост пленки ветвям многозначного решения системы уравнений.

чистого кремния. Значения Vgr и H при расчетах, однако, выбирались нами равными значеням Vgr и H на поверхности твердого раствора Si1-xGex (а не Si).

Более наглядно рассматриваемые области допустимых Задаваемое несколько меньшее содержание водорода решений проявляются на плоскостях (SiH, GeH ), изоб2 на поверхности Si определяет соответственно большую раженных на рис. 3 для нескольких значений температур скорость роста пленки, характерную для скорости роста роста и для двух составов слоя. Здесь же изобратвердого раствора при заданной температуре роста.

жены линии (штриховые), соответствующие условию Во второй модели предполагалось, что скорость 0 SiH = GeH, при котором отношение частот распада 2 2 встраивания атомов кремния в кристалл не зависит от моносилана и моногермана отвечает реализуемому на содержания в пленке атомов германия и определяется практике условию SiH

ряду несоответствий при анализе других характеристик Чтобы понять причины разрыва функции rSi(SiH ) на системы. В частности, возникает трудность построения рис. 2 и появление независимых областей на рис. 3, температурных зависимостей параметров системы изза несовместимости областей допустимых решений на системы уравнений (для используемой модели — соответствующего рассматриваемой переменной кубического уравнения). плоскости (SiH, GeH ) для разных температур роста.

2 Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 62 Л.К. Орлов, С.В. Ивин Рис. 3. Области допустимых действительных положительных решений системы уравнений (2) на плоскости параметров (SiH2, GeH2) для Tgr, C: 500 (a, b), 600 (c, d), 700 (e, f); x = 0.008 (a, c, e), 0.026 (b, d, f). Штриховые линии соответствуют условию 0 SiH2 = GeH2. Области I и II соответствуют различным решениям уравнений (2) при заданных значениях Vgr и H в соответствии с табл. 1.

Конкретизация значений параметра rSi и выбор ско- атомов германия rGe в растущий слой. Последний расростей распада гидридов внутри областей I либо II сматривается здесь как независимая переменная. Велина рис. 3 позволяют решить систему уравнений (2) и чина отношения коэффициентов встраивания с учетом определить как поверхностные концентрации продуктов данных по сегрегации атомов германия при росте пленпиролиза гидридов, так и коэффициент встраивания ки Si1-x Gex (обычно rSi/rGe 1) может служить доФизика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Особенности пиролиза молекул на эпитаксиальной поверхности при росте слоев Si1-xGex... Рис. 4. Температурные зависимости параметров системы (a, c) и поверхностных концентраций (b, d). На рис. a, c: 1 — rSi, 2 — rGe, 3 — S, 4 — SiH2, 5 — GeH2. На рис. b, d: 1, 1 — Si, 2, 2 — SiH2, 3, 3 — Ge, 4 — GeH2, 5 — fr, 6 — H. Расчет выполнен при 0 SiH2 = GeH2 = 0.89. Содержание Ge в пленке x: a, b — 0.026; c, d — 0.008. Кривые под номерами со штрихом — то же, что и на рис. 2.

полнительным критерием выбора физического решения ров I на рис. 3, расчеты показывают значительную разсистемы уравнений (2). ницу в величинах коэффициентов встраивания rSi и rGe.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.