росту,надструктур моношаровий острівця, що утворюється на поверхні, може невідповідати надструктур підкладки. U.Kohler [13], вивчаючипроцеси зародження та росту Si на Si (111) методом СТМ виявив, що наідеальної поверхні Si (111) - (7x7) утворився моношаровийострівець може мати крім (7x7)надструктур, ще (5x5) і(9x9). В [16] використовуючи ДМЕ, показано,що для Si (111) з разоріентаціей не гірше 0.05градусів в процесі росту, після покриття десятьма моношарами на зростаючуповерхні в температурному діапазоні 650-870 К (380-600 В° C) присутня суміш двохнадструктур (5x5) і (7x7), а при температурах росту вище 870К (600 В° C) спостерігається тільки надструктур(7x7). Причому інтегральна інтенсивністьсверхструктурних рефлексів залежить від температури строго певним чином.
Дослідження зародження Si на майже ідеальної поверхні Si (111) - (7х7) показало, що зародження острівців відбуваєтьсяпереважно на метастабільних реконструкціях і дефектах поверхні вжеутворилися острівців, тому на ідеальній поверхні (7х7) другиймонослой починає утворюватися задовго до завершення першого. Потім острівцідвумонослойной висоти зростаються, після чого йде звичайний пошаровий ріст.
Аналізуючи розміри іщільність острівців в плині або після зростання можна визначити деякіпараметри поверхні, наприклад, такі як енергію активації поверхневоїдифузії. Однак значення цієї енергії в різних роботах коливається від 0.5 до 2еВ, але більшість авторів при моделюванні і розрахунках інших енергетичнихпараметрів поверхні використовують значення 1еВ.
У роботі відмічено щоосвіту острівців на поверхні Si (111) залежить від напрямку сходинки, на якій зароджуються острівці.Для ступенів з напрямком зароджуються на поверхні острівці розташовуютьсяприблизно на рівній відстані один від одного і від краю сходинки. Для ступенів знапрямком на верхній терасі ступені, що зародилися у краю сходинки острівці,не мають зони збіднення з цією ступінню (див. Рис.1). Відмінність цих щаблів полягаєв тому, що для щабля атоми знаходяться в ступені мають одну обірвану зв'язок,а для щабля два обірвані зв'язки.
Острівці, що зароджуютьсяна терасах, завжди мають напрями сторін такі ж, як для щаблів, тобтоатоми стоять на краю острівців мають по дві обірвані зв'язки.
Малюнок 1 Зародженняострівців на терасах з різними напрямками ступенів
Епітаксия Ge на Si (111)
Інтерес до епітаксіїгерманію на кремнії обумовлений як з технологічної, так інауково-дослідної точок зору. Наприклад, виготовлення GaAs фотоприймачів на дешевих кремнієвихпідкладках, через невідповідність їх постійних грат вимагає перехідного шару.Отримання бездефектних Ge шарів можевирішити цю проблему, тому що GaAs і Ge мають близькі значення постійнихрешіток (0.569нм і 0.566нм відповідно).
В даний час сильнозріс інтерес до прямого одержання низькорозмірних GeSi структур [19,20]. Такосвіту тривимірних острівців, наприклад германію на кремнії, відповідноз механізмом зростання Странського-Крастанова [21], може бути використане дляотримання шару квантових точок. При створенні таких структур важливо знатипроцеси відбуваються на поверхні в процесі росту.
Початкова стадія роступри кімнатній температурі на поверхні Si (111) - (7х7) характеризується вбудовуванням атомів Ge в ступені поверхні і зародженнямдвовимірних острівців переважно на кордонах сверхструктурних доменів. Зростання Ge йде пошарово до товщини плівки три монослоя, подальшийнизькотемпературний зростання веде до утворення аморфної плівки [22]. Притемпературі поверхні більше 350 В° C після третього монослоя починається утворення тривимірних острівців [7].Зупинка зростання на трьох монослоях і відпал при температурі більше 300 В° C веде до того, що атоми германію зтретій монослоя переходять в срелаксірованние острівці [5].
Вивчаючигетероепітаксіальний зростання Ge на Si (111) автори [5] визначили енергіюактивації поверхневої дифузії (1.2 еВ) і показали, що вона не залежить відшвидкості росту в інтервалі швидкостей 0.03-0.14 монослоя/сек.
Дифракція швидкихелектронів
Дифракція швидкихелектронів на відображення (ДБЕ) є поширеним методом аналізуструктури поверхні плівок в процесі МЛЕ. Велике поширення цьогометоду пов'язано з простотою використання методики і наявність великого вільногопростору перед зразком. Ще однією з переваг ДБЕ є те, щоза великої відмінності по енергії між пружно розсіяними електронами і фономнепружного розсіяння і достатність енергії первинних електронів дляпорушення світіння люмінесцирующего екрану, в ДБЕ (на відміну від дифракціїповільних електронів) відсутня необхідність ретельної енергетичноїфільтрації і повторному прискоренні.
Крім того, ДБЕ дозволяєбезперервно стежити за зростанням епітаксійних плівок на поверхні, внаслідоктого, що фронтальна частина зразка стає доступною для испаряющихсяджерел. Великий інтерес до МЛЕ, як до способу вирощування матеріалів длянапівпровідникових приладів, надав стимулюючий вплив на застосування ДБЕ.
Крім поліпшеногодоступу до поверхні, забезпечуваного геометрією ДБЕ, в порівнянні з ДМЕ, цейметод володіє і іншими перевагами при вивченні епітаксійного росту іпроцесів на багатошарових поверхнях. Зокрема, використання падіння змалими кутами ковзання робить цей метод чутливим до мікрорельєфуповерхні. Якщо ДМЕ (зазвичай при нормальному падінні) виділяє добревпорядковані області поверхні з орієнтацією, близькою до середньої орієнтаціїповерхні, то електрони при ковзному падінні будуть проникати вшорсткості на поверхні, якщо вона є мікроскопічно гладкою.Очевидно, що це підвищує вимоги до більш ретельного приготуваннязразків для дослідження методом ДБЕ, але в той же час означає, що цейметод може виявити зміни в морфології поверхні. Наприклад, якщоепітаксиальний зростання призводить до зростання острівців на поверхні, то картинаковзного відбиття від плоскої поверхні, яка спостерігалася у відсутностіострівців, зміниться картиною містить дифракційні рефлекси від тривимірнихоб'єктів. Це може використовуватися, наприклад, для визначення критичноїтовщини псевдоморфного плівки, і визначення орієнтацій граней острівців [19].
З іншого боку, ДБЕмає певні недоліки при вивченні двумерно симетричних структур длявипадку мікроскопічно-гладкої поверхні. Наприклад, для виявлення повноїдвовимірної періодичності, зразок необхідно обертати навколо нормалі доповерхні. Зміна періодичності в площині падіння не призводять дозмінам періодичності дифракційної картини.
Крім аналізу структуриповерхні плівок, реєстрація осциляцій дзеркально-відбитого пучка швидкихелектронів від поверхні зростаючої плівки дає можливість вимірювати швидкістьросту плівок і контролювати їх склад і товщину. Аналізуючи характеросциляцій можна вивчати реалізовані механізми росту, визначати параметриповерхневої дифузії і вбудовування адатомів [23].
Осциляції інтенсивностімають місце при реалізації двумерно-шарового зростання. За рахунок періодичногозміни шорсткості, інтенсивність дзеркального рефлексу осцилює відстежуючигладкість поверхні. Однак зі збільшенням товщини плівки вихідна поверхняз атомно-гладкими терасами трансформується в поверхню зі стаціонарноюступенем шорсткості. Це в свою чергу веде до загасання амплітудиосциляцій. Перша причина такої трансформації полягає в тому, що в мірузростання плівки по двумерно-шарів механізму, тобто за рахунок освіти ірозростання двовимірних зародків, дворівнева поверхню, характерна дляідеального двумерно-шарового зростання, стає багаторівневою. Друга причина вдесинхронізації зародження двовимірних зародків на різних терасах. Використовуючиреєстрацію осциляцій, автори [24] запропонували ідею синхронізації освітидвомірних зародків, розширивши тим самим можливості методу МЛЕ.
Амплітуда осциляцій і їхформа залежать від азимута і кута падіння електронного пучка, тобто від такзваних дифракційних умов. В умовах резонансу дифрагованого хвилязазнає багатократне віддзеркалення від атомних площин паралельнихповерхні і має максимальну чутли...
