СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК И СЛОЕВ ТЕЛЛУРА
METHOD TO PRODUCE SINGLE-CRYSTAL FILMS AND LAYERS OF TELLURIUM

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при производстве изделий микроэлектроники.
Известен способ получения пленок теллура путем вакуумного напыления [1, 2].
2
3
5
Исследование структуры и свойств пленок, полученных данным методом, показало, что они сильно дефектны. Причину их дефектности удалось установить после исследований состава газовой фазы масс-спектрометрическим анализом, получаемым термическим нагревом теллура в вакууме [3]. В ней преобладающими оказались двухатомные молекулы Те и в ней же присутствуют атомы теллура и атомные ассоциаты Те, Те, концентрация которых зависит от температуры испарителя.
1
Таким образом, газовая фаза теллура, получаемая термическим нагревом его в вакууме, неоднородна по составу. Поэтому из такой неоднородной газовой фазы, как утверждает современная кинетическая теория ориентированного роста вещества, на подложках с фиксированной температурой T<450°C невозможно получить совершенной структуры пленки теллура с воспроизводимыми физическими свойствами.
2
Другим существенным недостатком метода термического вакуумного напыления является присутствие в системе кислорода в составе остаточных газов и газов натекания. Такой кислород с теллуром образует термоустойчивое соединение - парателлурид (TeO), который входит в растущую пленку теллура. Этот процесс можно записать условной реакцией:
Задача изобретения - совершенствование структуры пленок и слоев теллура.
Технический результат - в разработке способа получения пленок и слоев теллура монокристаллической структуры на ориентирующих подложках.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.
2
1
Сущность предлагаемого изобретения в том, что получают пленки и слои теллура монокристаллической структуры на гранях кристаллов путем перевода теллура в моноатомный пар и роста из него образцов монокристаллической структуры, при этом процесс осаждения проводят в атмосфере водорода при , температуре исходного теллура Т=600°С и температуре зоны подложки Т=400°C.
Учет термохимических законов позволяет предотвратить процесс, описываемый реакцией (1), если допустить присутствие в системе водорода. В таком случае наблюдается переход кислорода в менее активное состояние по отношению к теллуру в результате протекания реакции:
+
-5
2
2
2
2
Основная технологическая ценность наличия водорода в системе с теллуром не ограничивается возможностью осуществления реакции (2). Он, обладая значительной величиной электроотрицательности 2,1 по шкале Полинга и малым ионным радиусом Н=10 Å на поверхности и приповерхностном объеме твердого и жидкого теллура, обладающего относительно рыхлой структурой, образует комплексы типа (Н - Те), которые значительно ослабляют атом - атомные силы связи в пределах спиральных цепочек и Ван-дер-Ваальсовские силы связи между цепочками, находящиеся друг от друга на расстоянии 3,74 Å, упакованных в гексагоны в пределах элементарной ячейки структуры теллура. Приведенные выше комплексы в теллуре не могут накапливаться при температурах зоны тигля Т, выходят в газовую фазу в виде отдельных элементов, поскольку при Т (большей обычной температуры) соединение НТе не образуется (теплота его образования есть величина отрицательная). Таким образом, эту стадию взаимодействия водорода с теллуром при Т можно записать реакцией:
Реакция (3) отражает начальную стадию взаимодействия водорода с теллуром, а конечная стадия выхода комплексов (Н-Те), можно сказать, описывается реакцией:
2
1
Теллур, образовавшийся по реакции (4) в атомном состоянии в области тигля с температурой Т в поле градиента температуры, переносится в область подложки с температурой T, а затем осаждается на подложке.
Типичная морфология поверхности роста показана на фиг.1 и 2.
1
На фиг.1 показана морфология поверхности пленки теллура, полученной при температуре подложки T=663 К (×600).
1
На фиг.2 представлено трехмерное (3D) АСМ - изображение поверхности пленки, полученной при T=405°С на подложке из слюды - мусковит. Площадь участка поверхности 1×1 µm. На поверхности пленки четко видны фигуры роста высотой в ~6 нм.
Микрофотографии поверхностей роста пленок теллура, полученных при разных условиях на плоскости скола слюды, даны на фиг.3 и 4.
2
1
Пример 1. При осуществлении процесса напыления пленок теллура при давлении водорода в системе , Т=625°С и T=375°С скорость поступления атомов теллура на подложку превышает скорость диффузии их по поверхности подложки. Поэтому растущая пленка состоит из крупных кристалликов, разориентированных друг относительно друга (фиг.3)
2
1
1
ис
Пример 2. Процесс нанесения пленок теллура на подложку при давлении водорода в системе , Т=625°С и T=420°С сопровождается реиспарением теллура с поверхности подложки из-за того, что при T=420°С энергия активации реиспарения атомов ΔG больше энергии диффузии их по поверхности подложки. В этом случае на поверхности подложки обнаруживаются отдельные куполообразные островки теллура, которые до охлаждения находились в жидком состоянии (фиг.4).
2
3
2
1
2
2
2
1
Моноатомность и сильная разбавленность паровой фазы теллура позволяет управлять процессом формирования монокристаллической структуры растущих его пленок на ориентирующих подложках (слюда, CdTe, ZnTe, CaF, AlO и др.), как изменением Т, так и - T, при известном давлении водорода в системе. Термоактивационный процесс в системе (Н+Те) с целью получения монокристаллической структуры на ориентирующих подложках предложен впервые и позволяет получать образцы теллура с воспроизводимыми электрофизическими свойствами, которые близки к свойствам монокристаллов. Данный способ получения теллура в монокристаллическом состоянии предлагается использовать в области электронной техники. При практическом осуществлении данного способа наиболее совершенной структуры рост пленок наблюдается при Т=600°С, ΔТ=Т-T=190-200°С и давлении водорода в системе .
Таким образом, предложенный способ позволил получить пленки и слои теллура монокристаллической структуры на ориентирующих подложках с воспроизводимыми физическими свойствами.
Источники информации
1. Вигдорович В.Н., Ухликов Г.А., Чиботару Н.Н. Структура и электрические свойства конденсированных пленок теллура. // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1979. Т.15, №1. С.49-55
2. Бондарчук Н.Ф., Вигдорович В.Н., Ухликов Г.А. Структура конденсированных пленок теллура и их свойства. // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1989. Т.25, №2. С.189-194.
3. Кудрявцев А.А. Химия и технология селена и теллура. М.: Металлургия. 1968. 340 с.