Molekulyar nurli epitaksiya qurilmasi

2.7. Molekulyar nurli epitaksiya qurilmasi
MBE ning mohiyatini 2.4-blok-sxemada ko‘rsatilgan asbob yordamida oydinlashtirish mumkin.U yopiq effuzion hujayralarga joylashtirilgan suyuqlikning bug‘lanishi yoki qattiq moddaning atom yoki molekula hosil bo‘lish zonasi 1da sublimatsiyalanishi natijasida hosil bo‘ladi. effuziya kamerasi isitgich bilan jihozlangan.yupqa diafragmaga ega.Tigel tayyorlash uchun yuqori toza pirolitik grafit yoki bor nitridi BN ishlatiladi..
Atomlar yoki molekulalar qayta ishlash tankidan chiqib, yuqori vakuum zonasiga o'tadi va hech qanday to'qnashuvsiz (ballistik) harakat qiladi va shu bilan to'g'ri yo'naltirilgan zarralar oqimi hosil bo'ladi.Zarralar aralashish zonasidan (II) o'tib, ko'k ranggacha cho'kadi. zona (III) va substratda kerakli moddaning yupqa qatlami olinadi.
2.4-rasm MBE qurilmasining struktura diagrammasi 1 – substrat, 2 – qoplama qatlami, 3 – bo’limlar, 4 – asosiy komponentlar uchun efüzyon teshiklari, 5 – qo’shimcha komponentlar uchun efüzyon teshiklari, I – molekulyar birikma hosil qilish zonasi, II – molekulyar birikma aralashtirish zonasi, III - substratdagi kristallanish zonasi (ko'k rang zonasi) . Ikkinchi qism yuqori sirtdagi heterostrukturaning tarkibiy qismlarining gaz aralashmasidan iborat..
Uchinchi qism o'tish qatlamida sodir bo'ladigan jarayonlar va uning geometrik o'lchamlari va o'simlikni tanlash bilan bog'liq. MBEda ishlatiladigan perfuzion teshiklar soni kerakli yupqa qatlamning tarkibi va qo'shimcha elementlarning miqdori bilan belgilanadi.Shunday qilib, har bir tirqishga yotqizilgan qatlamning bir komponenti joylashtiriladi.
Isitgichlarning harorati shunday tanlanadiki, bug'langan moddalarning bug' bosimi mos molekulyar guruh hosil bo'lishi uchun etarli bo'ladi.Bug'langan modda substratga yuqori vakuumda etarlicha yuqori tezlikda joylashadi.Isitgichlar atomlar yoki molekulalar guruhlari taqsimotining maksimallari substratda kesishadigan qilib joylashtirilgan.. donorlik olish mumkin.
Bo'limlar yordamida materialning tarkibi va qo'shimchalarning konsentratsiyasi qo'shimcha ravishda tartibga solinadi.Bu vaqtda bo'linish orqali urug'lar va boshqa zarralar oqimining oldi olinadi.U amalga oshiriladi.Yupqa tarkibining bir xilligi. sirt bo'ylab qatlam va uning kristall tuzilishi molekulyar strukturaning bir hilligi bilan bog'liq.
-birikma hosil qiluvchi atom va molekulalarning substratga adsorbsiyasi;
-migratsiya-adsorbsiyalangan hujayra atomlarining substratda sirt diffuziyasi;
- substratning kristall panjarasi yuzasida geterostruktura atomlarining joylashishi;
-panjarasiz atomlarning oraliq desorbsiyasi - sirtdan ajralishi;
- substratda kristalning ikki o'lchovli yadrolarining shakllanishi va uning keyingi qorayishi;
- kristall panjarada joylashgan atomlarning o'zaro tarqalishi. Moviy zonada sodir bo'ladigan elementar jarayonlar
2.5 da ko'rsatilgan.
MBE-zarrachalarning hosil bo'lishi jarayonida o'z-o'zini tashkil qilish jarayoni sodir bo'ladi.O'z-o'zini tashkil etishning harakatlantiruvchi kuchi minimal energiya holatiga o'tishga urinishdir.Agar atomlar yoki molekulalar birlashsa, tizimning energiyasi kamayadi, u holda bunday birikma hosil bo'ladi. yuzaga keladi.
Atomlarning sirtda adsorbsiyasi ikki bosqichda sodir bo'ladi. Birinchi bosqichda adsorbsiya kuchsiz Vander Vaals va elektrostatik kuchlar ta'sirida sodir bo'ladi.Bu fizik adsorbsiya deyiladi.Ikkinchi bosqichda xemosorbsiya, ya'ni atomlar o'rtasida meva reaksiyalari sodir bo'ladi.
Sirtdagi adsorbsiya va migratsiya natijasida atomlar kristall panjarada aniq belgilangan joylarni egallaydi.Monoatomik qatlamning o'sishi davrida (taxminan 1 sekundda) har bir atom egallangunga qadar ~106 tartibida tarqaladi. uning panjaradagi o'rni..
73
2.5-rasm. O'sish zonasida sodir bo'ladigan elementar jarayonlar 1- atomlarning aralashish zonasidan substratga adsorbsiyasi, 2- adsorbsiyalangan atomlarning sirt bo'ylab ko'chishi, 3- adsorblangan atomlarning kristall panjarada joylashishi, 4- termal desorbsiya, 5- hosil bo'lishi. sirt yadrolarining, 6- o'zaro diffuziya.Rasmda gaz aralashmasi atomlarining ko'tarilgan sirtdagi sirt zichligi ham ko'rsatilgan.dir nn va viii tekisliklarda geterostrukturaning normal va teskari sirtlari ko'rsatilgan. Natijada, berilgan strukturaning o'zini o'zi tashkil qilish jarayoni sodir bo'ladi.Har bir qattiq material qattiq shishish tezligi bilan qatlam shaklida o'stirilishi mumkin. Har xil materiallardagi kimyoviy bog'lanishlar har xil bo'lgani uchun atomlarning sirt diffuziyasining faollanish energiyasi har xil bo'ladi.Shu jihatdan geterochegaralarning sifati bir-biridan keskin farq qiladi.Chegara har doim normal hisoblanadi, shuning uchun harorat past bo'lgan komponentlar. birlamchi bo'lganlarga qaraganda o'sishni boshlaydi.tekis va mukammal geterochegaralarni olish uchun o'sishni to'xtatish va pulsni bostirish usuli qo'llaniladi.Bu efüzyon teshiklarning bo'linmalarini mexanik ravishda yopish orqali amalga oshiriladi. -
sirt tekislanishi, adsorblangan atomlarning sirt migratsiyasi va sublimatsiyasi.Substrat harorati berilgan strukturadagi adsorbsiya va desorblangan atomlarning nisbatini tartibga soladi.Bu nisbatni xarakterlash uchun substrat yuzasiga yopishish koeffitsientidan foydalaniladi.Bu parametr sirtda adsorbsiyalangan atomlar miqdori.harorat diffuziya tezligini ta'minlash uchun etarlicha katta bo'lishi kerak ~106. atomning sirt bo'ylab o'rtacha siljishi
x
bundaDs=Dsoexp(–Esd/T)sath diffuziyasi :Dso=a2ν,a– diffuziya yo'lining uzunligi, o'sish yuzasidagi atomlarning ekvivalent holatlari orasidagi masofa deyiladi, T - energiya birliklarida harorat, n≈1012 sek-1 - atomning sirtdagi chastotasi, ESD. sirt diffuziya-inaktivatsiya energiyasi bo'lib, yarimo'tkazgichlar uchun taxminan (1÷1,5)eV ni tashkil qiladi.Temperaturaning juda yuqori bo'lishi maqsadga muvofiq emas, chunki muzga yopishish koeffitsienti kamayadi va atomlarning fazalararo diffuziyasi kuchayadi. geterostrukturaning kimyoviy tarkibi bir jinsli emas.Ammo oʻzaro diffuziyaning aktivlanish energiyasi (4÷5)eV (yarim oʻtkazgichlar uchun) boʻlgani uchun (600÷800)ºC haroratda bu taʼsir juda kichikdir.Haqiqiy oʻlchovlar shuni koʻrsatadiki, o'nlab soatlar davomida sodir bo'ladigan o'zaro diffuziya tufayli atomning o'rtacha siljishi atomlararo masofadan kichikroq bo'ladi.
muhim shartdir.Molekulyar nur epitaksisi o‘tgan asrning 60-yillarida J.R.Artur va Alfred Y.Xoterlar tomonidan yaratilgan.G‘oya juda oddiy bo‘lishiga qaramay, bu texnologiyani amalga oshirish uchun murakkab texnik operatsiyalarni bajarish zarur.
Epitaksiya qurilmasiga qo'yiladigan asosiy talablar quyidagilardir.
1. Qurilmaning ish kamerasida gazning qoldiq bosimi juda yuqori vakuum bilan 10-8Pa (10-10mmc.s.) dan kam bo'lishi kerak.
2. Bug'langan materiallarning tozaligi 99,999999% bo'lishi kerak.
3. Moddalar oqimini tartibga solish qobiliyatiga ega bo'lgan va qiyin eriydigan moddalarni (metalllarni) bug'lanishi mumkin bo'lgan molekulyar manbaga ega bo'lish kerak.
4. MBE ning asosiy xarakteristikasi - yupqa qatlam o'sishining past tezligi (daqiqada 1000 nm dan kam).
MB usuli maskalar yordamida qurilmada lokal tuzilmalarni yaratish imkonini beradi.Yupqa varaqlar shaklidagi niqoblar to'g'ridan-to'g'ri Ga Substratga kerakli joylarda cho'ktirilishi mumkin.Toplangan niqob uchun material sifatida SiO2, Si3N4 olinishi mumkin.
MBE yuqori sifatli yupqa qatlamlarni o'stirish va geterostrukturalarni yaratish uchun eng zamonaviy hisoblanadi.Ushbu usul vakuumli termal bug'lanish va cho'ktirish usulining takomillashtirilgan variantidir.Yuqorida aytib o'tilganidek, bu erda yotqizilgan materialning toza manbalari va juda yuqori vakuum ishlatiladi va substrat harorati aniq nazorat qilinadi.Bundan tashqari, elektron Auger - spektroskopiya, massa - spektroskopiya, elektron mikroskopiya va diffraktsiya usullari.
qatlamlarni o'rganish diagnostikasi orqali kompyuter tizimi orqali jarayon parametrlarini boshqarish amalga oshiriladi.Bularning barchasi yangi nanotexnologiyalarning paydo bo'lishiga olib keldi.
Qatlamning cho'kish jarayonini kuzatish uchun sirtdan aks ettirilgan yuqori tezlikdagi elektronlarning difraksiyasidan foydalaniladi.Buning uchun energiya (10÷15) bo'lgan elektronlar qatlam o'zgaruvchan burchak ostida joylashgan substratga tushadi.Difraksiya. aks ettirilgan elektronlar ekranga yozib olinadi (2.6-rasm).Ushbu ma'lumotlar cho'kish jarayonini kuzatish uchun ishlatiladi..
Şəkil 2.6.
|