Рисунок 1 - Пример применения ПХО: Массив углеродных нанотрубок, выращенных на металлических катализаторах.
УНТ были получены из плазмы, содержащей ацетилен и аммиак в соотношении 1:3, при температуре 750 °С и при пониженном давлении.
Изменение технологических режимов модуля плазменного осаждения из газовой фазы позволяет получать нанотрубки различной длины и диаметра.
Вопросы для самоконтроля
1 Опишите химическое осаждение из газовой фазы.
2 Какова цель метода химического осаждения из газовой фазы?
3 Опишите плазменно-химическое осаждение из газовой фазы.
Рекомендуемые источники
Основные
, Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [, Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.
Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.
, Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Дополнительные
, тр., с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
Лекция 3
(1 час; 4 неделя)
Тема. Молекулярно – лучевая эпитаксия.
Вопросы
1 Эпитаксия газофазная.
2 Хлоридный метод.
3 Силановый метод.
4 Легирование.
Газофамзная эпитаксия — получение эпитаксиальных слоев полупроводников путём осаждения из паро-газовой фазы. Наиболее часто применяется в технологии кремниевых, германиевых и арсенид-галлиевых полупроводниковых приборов и интегральных схем.
Процесс проводится при атмосферном или пониженном давлении в специальных реакторах вертикального или горизонтального типа. Реакция идёт на поверхности подложек (полупроводниковых пластин), нагретых до 750 - 1200 °C (в зависимости от способа осаждения, скорости процесса и давленив реакторе). Разогрев подложек осуществляется инфракрасным излучением, индукционным или резистивным способом. Понижение температуры процесса ниже предельной для данных конкретных условий осаждения ведет к формированию поликристаллического слоя. С другой стороны, оно дает возможность снизить ширину диффузионной переходной области между эпитаксиальным слоем и подложкой, наличие которой ухудшает характеристики получаемых приборов.
Существуют два основных способа получения эпитаксиальных слоев кремния методом газофазной эпитаксии:
- водородное восстановление тетрахлорида кремния (SiCl4), трихлорсилана (SiHCl3) или дихлорсилана (SiH2Cl2);
- пиролитическое разложение моносилана.
Хлоридный метод
При использовании в качестве источника тетрахлорида кремния суммарная реакция может быть записана в виде:
SiCl4+2H2(сухой)=Si+4HCl
Реакция обратимая, и при повышении температуры и/или концентрации хлорида начинает идти в обратную сторону. Реакции восстановления трихлорсилана и дихлорсилана являются промежуточными в реакции водородного восстановления тетрахлорида кремния. Поэтому их применение в качестве источников кремния позволяет повысить технико-экономические показатели процесса. В то же время при выборе источника учитывают специфику применяемых веществ. Трихлорсилан и тетрахлорид кремния при комнатной температуре являются жидкими, а дихлорсилан - газообразным. Тетрахлорид кремния является менее опасным при хранении и транспортировке, поэтому трихлорсилан обычно используют при наличии его собственного производства.
В целом процесс водородного восстановления тетрахлорида кремния может быть описан следующей системой реакций:
SiCl4 + H2 <--> SiHCl3 + HCl;
SiHCl3 + H2 <--> SiH2Cl2 + HCl;
SiH2Cl2 <--> SiCl2 + H2;
SiHCl3 <--> SiCl2 + HCl;
SiCl2 + H2 <--> Si + 2HCl
Скорость роста слоя — 0,1-2,0 мкм/мин в зависимости от источника кремния, температуры и давления. Она пропорциональна концентрации кремнийсодержащего компонента в парогазовой фазе.
Ограничения метода: невозможно наращивать эпитаксиальную плёнку на сапфировых подложках, поскольку хлористый водород при этих условиях травит сапфир.
Газообразные примеси
Газообразные примеси в большинстве случаев позволяют строить более простую установку, однако нестабильны при хранении и высокотоксичны (фосфин, диборан, арсин)
Наиболее часто в этом качестве используется арсин AsH3.
Жидкие примеси
Жидкие легирующие примеси заливают в отдельный термостатированный дозатор барботажного типа (если примесь плохо испаряется) или испарительного типа (если хорошо испаряется), в который подают газ-носитель H2. Однако в этом случае труднее регулировать концентрацию примеси в эпитаксиальном слое.
Твёрдые примеси
Твёрдые легирующие примеси распыляются искровым разрядом и далее транспортируются в реакционную камеру водородом, либо испаряются в низкотемпературной зоне печи (для данного метода строятся двухзонные печи).
Вопросы для самоконтроля
1 Какие примеси вы знаете?
2 Какие методы вы знаете? Перечислите их.
3 Основные методы легирования.
Рекомендуемые источники
Основные
, Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [, Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.
Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.
, Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Дополнительные
, тр., с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
Лекция 4
(1 час; 5 неделя)
Тема. Методы, использующие сканирующие зонды.
Вопросы
1 Принцип работы СЗМ.
2 Электрохимическое травление.
Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ, англ. SPM — Scanning Probe Microscope) — класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трёхмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением. Сканирующий зондовый микроскоп в современном виде изобретен (принципы этого класса приборов были заложены ранее другими исследователями) Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером в 1981 году. За это изобретение были удостоены Нобелевской премии по физике за 1986 год, которая была разделена между ними и изобретателем просвечивающего электронного микроскопа Э. Руска. Отличительной СЗМ особенностью является наличие:
- зонда,
- системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам,
- регистрирующей системы.
Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от расстояния зонд-образец. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор.
Основные типы сканирующих зондовых микроскопов:
- сканирующий атомно-силовой микроскоп;
- сканирующий туннельный микроскоп;
- ближнепольный оптический микроскоп.
Принцип работы
Рисунок 1 - Схема работы атомно-силового микроскопа.
Работа сканирующего зондового микроскопа основана на взаимодействии поверхности образца с зондом (кантилевер, игла или оптический зонд). При малом расстоянии между поверхностью и образцом действие сил взаимодействия (отталкивания, притяжения, и других сил) и проявление различных эффектов (например, туннелирование электронов) можно зафиксировать с помощью современных средств регистрации. Для регистрации используют различные типы сенсоров, чувствительность которых позволяет зафиксировать малые по величине возмущения. Для получения полноценного растрового изображения используют различные устройства развертки по осям X и Y (например, пьезотрубки, плоскопараллельные сканеры).
Основные технические сложности при создании сканирующего зондового микроскопа:
- конец зонда должен иметь размеры сопоставимые с исследуемыми объектами.
- обеспечение механической (в том числе тепловой и вибрационной) стабильности на уровне лучше 0,1 ангстрема.
- детекторы должны надежно фиксировать малые по величине возмущения регистрируемого параметра.
- создание прецизионной системы развёртки.
- обеспечение плавного сближения зонда с поверхностью.
Вопросы для самоконтроля
1 Какие микроскопы вы знаете?
2 Какие вы знаете сложности при создании сканирующего зондового микроскопа?
3 Принцип работы СЗМ.
Рекомендуемые источники
Основные
, Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [, Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.
Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.
, Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Дополнительные
, тр., с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
Лекция 5
(1 час; 6 неделя)
Тема. Сканирующая туннельная микроскопия.
Вопросы
1 Сканирующие зондовые микроскопы.
2 Сканирующий туннельный микроскоп.
3 Сканирующий атомно-силовой микроскоп.
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) в современном виде изобретен (принципы этого класса приборов были заложены ранее другими исследователями) Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером из лаборатории IBM в Цюрихе в 1981 году. За это изобретение были удостоены Нобелевской премии по физике за 1986 год, которая была разделена между ними и изобретателем просвечивающего электронного микроскопа Э. Руска.
В СССР первые работы по этой тематике была сделаны в 1985 году в Институте Физических проблем АН СССР.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
