Основные операции. Осаждение тонких плёнок

На рис. 1 приведена схема установки для ЛВЭ. Лазерное излучение от импульсного лазера 1 фокусируется линзой 3 на поверхности мишени 4, расположенной в вакуумной камере 2. Пароплазменный поток 5, возникающий в результате испарения мишени, осаждается на поверхности прогреваемой подложки 6, создавая на ней тонкий эпитаксиальный слой. К преимуществам ЛВЭ относятся: отсутствие нагревательных элементов внутри вакуумного объёма, возможность испарять любые материалы при сохранении стехиометрического соотношения в пароплазменном потоке, высокая мгновенная скорость роста плёнки до 10 нм/c.

Особенностью ЛВЭ является то, что пароплазменный поток своей периферией протравливает и очищает поверхность подложки и таким образом создаёт условия для постепенного врастания одной кристаллической структуры в другую и получения тонких и сверхтонких сплошных плёнок. По существу кратковременность процесса роста и низкая температура подложки обеспечивает резкую гетерограницу и сохранение параметров изготовленной в подложке ИС. При ЛВЭ поток, налетающий на подложку, по своим характеристикам отличается от равновесного, при этом энергия частиц достигает 10 эВ, что значительно больше характерных энергий потенциального рельефа поверхности и энергий, вызывающих элементарные акты кристаллизации.

Как правило, при реализации ЛВЭ расстояние между частицами конденсата сравнимо по величине с параметром элементарной ячейки. Оценки, выполненные в ряде работ с учётом энергии и плотности потока, а также тепловых свойств поверхности, показывают, что осаждаемая при ЛВЭ-плёнка первоначально находится в жидком состоянии. При этом роль потенциального рельефа поверхности и элементарных актов физсорбции и хемосорбции в процессе зародышеобразования очень мала, а связь через гетерограницу слаба. В этом случае основным механизмом кристаллизации становится ударная или взрывная кристаллизация из переохлаждённой жидкости. В этих условиях фронт кристаллизации распространяется вдоль плёнки со скоростью, превышающей скорость переползания и распространения дислокаций по плёнке. Центром кристаллизации, в принципе, может быть наиболее быстро охлаждаемый участок жидкого слоя, при этом процесс кристаллизации является самоподдерживающимся за счёт выделения энергии и захватывает весь жидкий слой.