Импульсное лазерное осаждение оксидов и эпитаксиальные оксидные пленки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, доктор физико-математических наук Ходан, Анатолий Николаевич

• Ходан, Анатолий Николаевич
• доктор физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Ходан, Анатолий Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Список обозначений и сокращений.

ГЛАВА I. Физико-химические проблемы формирования и роста оксидных пленок . 18 I. 1. Введение. Оксиды и оксидные пленки, перспективы их применения в оптике и микроэлектронике.

I. 2. Осаждение оксидных пленок при низких давлениях или в вакууме.

I. 3. Начальные этапы формирования пленок и эпитаксия.

I. 4. Термодинамический анализ условий осаждения оксидов из лазерной плазмы и модель формирования пленки.

I. 5. Псевдоморфизм, искажения решетки и дислокации несоответствия.

I. 6. Особенности строения поверхности оксидов.

I. 7. Эпитаксия оксидов на кремнии. Оксидные буферные пленки.

I. 8. Специфика роста оксидов при осаждении из паров или низкотемпературной плазмы.

ГЛАВА II. Методика импульсного лазерного осаждения оксидов и техника эксперимента.

II. 1. Механизм распыления материалов импульсным лазерным излучением . 94 II. 2. Взаимодействие лазерной плазмы с разряженными газами и оптимизация условий осаждения.

II. 3. Основное оборудование и приборы для импульсного лазерного осаждения.

II. 4. Дополнительное оборудование и методика контроля состава и структуры оксидных пленок.

ГЛАВА III. Формирование и рост эпитаксиальных пленок оксидов.

III. 1. Анализ физических условий осаждения пленок.

III. 2. Гомоэпитаксия оксидов.

III. 2.1. Рост пленок YSZ на подложках YSZ.

III. 2.2. Рост пленок SrTiCb на подложках SrTiCb.

III. 2.3. Рост пленок ЬаАЮз на подложках ЬаАЮз.

III. 3. Гетероэпитаксия. Оксидная система ZrC>2 - СеОг - ЬагОз:.

III. 3.1. Эпитаксия оксидов ЬаАЮз, СеОг и БгТЮз.

III. 3.2. Пленки Cei.xLax02-x/2 на подложках SrTiCb и ЬаАЮз.

III. 3.3. Пленки ZrixCex02 на подложках ЬаАЮз и YSZ.

III. 3.4. Пленки Zri-xCex02 на кремниевых подложках.

ГЛАВА IV. Многослойные функциональные оксидные структуры.

IV. 1. Гетероструктуры на основе ВТСП пленок УВагСизО?:.

IV. 1.1. Использование буферных слоев Zrj.xCex02 и Cei.xbax02-x/2 для монокристаллических подложек Si(001), ЬаАЮз, SrTiCb и MgO. 236 IV. 1.2. Влияние условий роста пленок SrTiCb на резонансные свойства фильтров ГВЧ, изготовленных на основе ВТСП гетероструктур

IV. 1.3. Туннельные барьеры Cei.xLax02-x/2 и SIS переходы Джозефсона 262 IV. 1.4. ЬазЫЬСЬ - перспективный материал для оксидных гетероструктур.

IV. 2. Гетероструктуры на основе Lao,67Sro,33MnCb:.

IV. 2.1. Туннельные барьеры Cei.xLax02-x/2 и SrTiCb в устройствах на магниторезистивном эффекте.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Импульсное лазерное осаждение оксидов и эпитаксиальные оксидные пленки»

Актуальность

За последние 20 лет наиболее яркие и неожиданные открытия в области физики и химии твердого тела были сделаны на оксидных системах. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости и эффекта гигантского магнетосопротивления еще раз показало, что в оксидных системах можно обнаружить практически все физические явления, характерные для твердого состояния. Большое число отечественных и зарубежных публикаций свидетельствует об интенсивных исследованиях способов получения оксидных материалов и пленок, изучению их физических и химических свойств. Высокая интенсивность этих исследований обусловлена не только необходимостью развития фундаментальных научных представлений в области физики твердого состояния, но и, в не меньшей степени, важными научно-прикладными аспектами использования оксидных материалов в современных отраслях науки и техники, таких как микроэлектроника, энергетика, радиолокация и связь. По этой причине, изучение оксидных систем, развитие более полных и детальных представлений о процессах формирования, роста и фазовой стабильности оксидных пленок, остаются важными и актуальными научными направлениями.

В настоящее время оксидные пленки являются частью технологии цифровых и аналоговых интегральных схем, модулей памяти, сенсоров и других устройств. Несмотря на впечатляющие успехи в развитии технологии микроэлектроники, физические и химические процессы, сопровождающие формирование и эпитаксиальный рост оксидных пленок, остаются изученными недостаточно. В известной степени актуальность научных и прикладных исследований оксидов определяется прикладными задачами: это создание принципиально новых электронных устройств, использующих уникальные свойства этих материалов, либо необходимость в улучшении рабочих характеристик уже существующих элементов памяти, интегральной оптики, сенсоров и других.

Цель работы

Цель работы заключалась в изучении влияния условий импульсного лазерного осаждения на формирование, рост, структуру и свойства оксидных пленок. Для достижения этой цели решались следующие научно-методические задачи:

1. Разработка аппаратуры и экспериментальных методик осаждения оксидов, обеспечивающих стабильное воспроизведение таких параметров, как количество осажденного вещества, состав (стехиометрия) и степень заполнения монослоя. При этом максимальная точность осаждения и контроля атомарных слоев, необходимая при создании туннельных гетероструктур и метастабильных псевдокристаллов, должна быть хуже 0,1 монослоя;

2. Изучение особенностей процесса импульсного лазерного осаждения перовскитных и перовскитоподобных оксидов, и, в частности, влияния температуры и парциального давления кислорода на формирование структуры эпитаксиальных пленок, их стехиометрию, содержание макро- и микро- дефектов.

3. Основываясь на результатах исследований структуры эпитаксиальных оксидных пленок, их химической активности и диффузионных свойств, провести поиск оксидных систем, обеспечивающих оптимальное качество буферных, барьерных или переходных слоев в многослойных функциональных оксидных гетероструктурах.

4. Разработать методику получения на поверхности монокристаллического кремния (001) Si эпитаксиальных оксидных буферных слоев, обладающих достаточно совершенной структурой и низкой степенью шероховатости поверхности, пригодные для последующего осаждения многослойных эпитаксиальных оксидных гетероструктур.

5. Найти оксидные системы, пригодные для использования в качестве туннельных барьеров в многослойных гетероструктурах ВТСП - диэлектрик - ВТСП (SIS), обладающих большим удельным сопротивлением по отношению PrBa2Cu3Ox, и улучшающих функциональные свойства переходов Джозефсона. Для этих оксидов найти условия осаждения, обеспечивающие формирование тонких ~ 2 - 8 нм, однородных эпитаксиальных пленок на поверхности УВагСизСЬ.х с любой ориентацией.

6. Оптимизировать структуру и функциональные свойства многослойных гетероэпитаксиальных пленок с двойным слоем Lao^SrojMnOj, разделенным туннельным барьером. Исследовать особенности строения гетероструктур, обладающих максимальной величиной эффекта туннельного магнитосопротивления. Объекты исследования

Объектами экспериментальных исследований являлись, как однослойные, так и многослойные пленки оксидов, осажденные на монокристаллические подложки с помощью импульсного лазерного распыления оксидных и металлических мишеней.

Для выращивания функциональных гетероструктур использовались следующие керамические мишени: УВа^СщО^ - высокотемпературный сверхпроводник; Lab.xSr,,Mn02 - ферромагнетик с высокой поляризацией спина электронов проводимости; РгВа?СщОу, -изолирующий материал, изоструктурный УВагСизО?.*, используемый в качестве барьерного слоя в переходах Джозефсона.

При выращивании пленок SrTiOx, обладающих нелинейной зависимостью диэлектрических свойств от напряженности электрического поля, в качестве мишени применялись монокристаллы (001) БгТЮз.

Детальные исследования процесса формирования и роста перовскитных и перовскитоподобных оксидов при импульсном лазерном осаждении были проведены на трех оксидах: ЬаАЮз, БгЛОз, и YSZ (Zr02 ~ 9 % Y2O3), причем в качестве мишеней и подложек использовались идентичные монокристаллы. Выбор этих материалов был обусловлен, прежде всего, тем, что они широко применяются при выращивании оксидных гетероструктур в качестве подложек, функциональных слоев и туннельных барьеров, кроме того, зависимость диэлектрических свойств БгТЮз от содержания дефектов и напряжений до настоящего времени остаются изученными недостаточно.

Исследования гетероэпитаксиального роста различных оксидов проводились при осаждении на монокристаллические подложки ЬаАЮз, ЭгТЮз, YSZ и Si. Наибольшее внимание было уделено оксидной системе ZrC>2 - СеОг - ЬагОз, которая обладает широким и практически непрерывным диапазоном изменения постоянной решетки. Полученные результаты использовались для оптимизации состава пленок в различных гетероструктурах, для изучения влияния температуры и различий параметров решетки на структуру и свойства эпитаксиальных пленок. На подложках YSZ и ЭгТЮз изучались условия стабильного эпитаксиального роста пленок Zri.xCex02 (0,04 < х < 0,19), а на подложках ЭгТЮз и ЬаАЮз -для пленок Cei.xLax02-x/2 (0<х<0,4). Детальные исследования структуры и физических свойств тонких пленок Ceo^Lao^iOi^s, Ceo,6Lao,40i,8 и SrTi03 проводились с целью их практического применения в качестве туннельных барьеров в гетероструктурах на основе УВа2Сиз07.х. или Lai-xSrxMn03, а также для функциональных устройств на электромагнитных и спиновых эффектах.

Вырастить функциональные оксидные гетероструктуры на подложках из монокристаллического кремния возможно, как правило, только при использовании буферных слоев, ограничивающих влияние диффузии и химического взаимодействия. С этой целью изучались эпитаксиальные буферные пленки Zri-xCex02 с различным химическим составом: 0,04 < х < 0,19. Наилучшее результаты на подложках (001) Si были достигнуты при осаждении пленок Zro^sCeo^C^ (х = 0,12) из мишеней сплава Zr-12 %Се при низких парциальных давлениях кислорода. Пленки, выращенные из металлических мишеней, обладают более совершенной структурой по сравнению с пленками того же химического состава ZfyssCeo.^Cb, но выращенных с использованием керамических мишеней.

Для технологии туннельных переходов требуются материалы, имеющие высокое удельное сопротивление, обладающие параметрами решетки максимально приближенными к параметрам функциональных оксидов (УВагСизС^, Lai-xSrxMn03), а механизм формирования и роста пленок не должен приводить к увеличению атомную шероховатости поверхности более постоянной решетки. Перечисленными качествами обладают эпитаксиальные пленки Cei.xLax02-x/2 (0.2 < х < 0,4) и La3NbC>7, которые впервые были использованы в настоящей работе для создания туннельных и изолирующих барьеров в многослойных гетероструктурах. Тонкие однородные пленки этих материалов открывают определенные перспективы для улучшения туннельных характеристик переходов Джозефсона (B.Josephson), трансформаторов Джайевера (I.Giaever) и устройств спинтроники. Научная новизна

Научная новизна работы заключается:

- в исследовании особенностей начальных стадий формирования и специфики роста оксидов на монокристаллических подложках при импульсном лазерном осаждении;

- в применении физических моделей и критериев для оптимизации условий импульсного лазерного осаждения оксидных пленок для различных давлений кислорода;

- в использовании относительно низких парциальных давлений кислорода с целью изменения условий формирования оксидных пленок, улучшения качества эпитаксии и повышения эффективности высокотемпературного отжига;

- в развитии модельных представлений о механизме формирования структуры оксидной пленки в поверхностных слоях; структурного упорядочения и кристаллизации под тонким "квазижидким" поверхностным слоем;

1. Показано, что условия переноса в поверхностном оксидном слое оказывают существенно большее влияние на качество эпитаксии и структуру растущей пленки, чем разность между постоянными решетки пленки и подложки. Понижение симметрии элементарной ячейки растущей пленки и искажения параметра решетки в направлении роста, как правило, не связаны с эпитаксиальными напряжениями и не являются упругими. Конечная структура оксидных пленок в большей степени определяется повышенной стабильностью структурных дефектов при отсутствии границ зерен, высокой энергией образования границ и влиянием эпитаксии на изменение термодинамики системы - этим оксидные системы отличаются от материалов с преимущественно ковалентной или металлической связью.

2. Установлено, что применение низких парциальных давлений кислорода влияет на характер роста пленки, способствуя переходу от двумерно-трехмерного (3D/2D) роста к двумерному (2D) росту, при этом заметно снижается рельеф на поверхности роста, вплоть до величины постоянной решетки. Последующий отжиг в кислороде значительно улучшает структурные характеристики пленок и, как правило, позволяет получить пленки с более совершенной структурой, по сравнению с выращенными при повышенных парциальных давлениях кислорода и отожженных в идентичных условиях.

3. Показано, что структура и качество эпитаксии оксидных пленок существенно улучшается при использовании мишеней из металлического сплава Zr - Се и низких парциальных давлений кислорода. По сравнению с условиями осаждения из оксидной керамики, продукты распыления сплавов, обладая меньшей средней массой частиц, большей подвижностью и большей химической активностью, формируют пленки с меньшим содержанием протяженных структурных дефектов и более гладкой поверхностью роста.

4. Впервые получены пленки следующих оксидов: ЬазИЬОу, Cei.xLax02-x/2 (0<х<0,45) и Zri.xCex02 (0,04 <х<0,19) и изучены условия, при которых обеспечивается их стабильный эпитаксиальный 2D рост.

5. Развиты и дополнены модельные представления о начальных стадиях формирования и роста оксидов в условиях импульсного лазерного осаждения. Практическая ценность работы

1. Предложенные в настоящей работе критерии оптимизации физических условий осаждения оксидов успешно использовались для достижения стабильного эпитаксиального роста пленок различных оксидов, применялись при создании многослойных функциональных гетероструктур — основы для элементов устройств спинтроники, квантовых измерителей магнитных полей, эталонов напряжения, генераторов эталонной частоты, быстрых перестраиваемых фильтров в диапазоне 1-10 ГГц и других.

2. Разработанная в настоящей работе методика осаждения оксидных буферных слоев позволила получить многослойные функциональные гетероструктуры на кремниевых подложках. Этим было доказано, что в технологии оксидной электроники могут успешно применяться доступные и относительно дешевые монокристаллические подложки Si(001) большого диаметра.

3. Результаты исследований физических свойств пленок SrTiCb на подложках ЬаАЮз были использованы при разработке и создании элементарных аналоговых устройств для диапазона 1-6 ГГц на основе ВТСП: фильтров, резонансных ячеек и мультиплексоров, обладающих рекордным сочетанием высокой избирательности с широким диапазоном перестройки частоты.

4. На пленках ЬазЫЬСЬ и Cei-xLax02-x/2, впервые использованных в качестве барьерных слоев в гетероструктурах сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (SIS), были продемонстрированы гораздо лучшие туннельные характеристики по отношению к РгВа2СизОх. Это позволяет рекомендовать эти материалы для дальнейшего использования в технологии SIS переходов, в том числе и для поверхности УВагСизСЬ с повышенными индексами.

Защищаемые положения

1. Результаты экспериментальных исследований структуры и свойств эпитаксиальных оксидных пленок, выращенных на монокристаллических подложках методом импульсного лазерного осаждения, которые показывают, что в условиях термодинамической стабильности оксидов применение пониженных парциальных давлений кислорода влияет на механизм роста пленок, улучшает их структуру, качество эпитаксии, однородность, способствует формированию пленок с атомарно плоской поверхностью.

2. Особенности гомоэпитаксии оксидных пленок ЬаАЮз, БгТЮз и YSZ, и характерные структурные изменения, связанные, главным образом, с тетрагональными искажениями в направлении роста. Эти искажения обусловлены структурными дефектами, возникающими при формировании поверхностных слоев пленки при импульсном лазерном осаждении, и не связанны с эпитаксиальными или упругими напряжениями.

3. Результаты экспериментальных исследований структуры и свойств гетероэпитаксиальных оксидных пленок, выращенных на монокристаллических подложках, методом импульсного лазерного осаждения.

4. Особенности формирования эпитаксиальных оксидных пленок на поверхности монокристаллического кремния, связанные с наличием начальной стадии, на которой восстанавливается нативный оксид SiOx в результате химической реакции с продуктами распыления мишени. Эпитаксиальный рост оксидной пленки становится возможным после полного испарения нативного оксида в виде SiO.

5. Разработка методики импульсного лазерного осаждения оксидных пленок из металлических сплавов и результаты исследований структурных отличий таких пленок от осажденных из оксидной керамики.

6. Результаты экспериментальных исследований структуры и физических свойств тонких барьерных пленок Cei.xLax02-x/2 и БгТЮз для многослойных систем на основе функциональных оксидов УВагСизОу и Lai.xSrxMn03.

7. Развитие модельных представлений о "квазижидком" состоянии тонкого слоя оксида, которое следует рассматривать как промежуточную фазу, возникающую при импульсном лазерном осаждении между поверхностью и зоной структурного упорядочения растущей пленки.

Личный вклад автора

В диссертации обобщены результаты исследований, выполненные в период с 1985 по 2004 г.г., как непосредственно автором, так и совместно с бывшими сотрудниками ИФХ

РАН: И. JI. Крыловым, Д. М. Богомоловым, Д. А. Шашковым и Н. А. Мельниковой. Часть результатов была получена во Франции в период с 1993 по 2004 г.г. в рамках нескольких программ Международного научно-технического сотрудничества с Centre d'Etudes de Chimie Metallurgique-C.N.R.S. и Unite Mixte de Physique C.N.R.S./TRT-Thales Groupe CSF (UMR0137). Совместные исследования проводились при участии французских коллег: J.-P. Contour, D. Michel, К. Bouzehouane, О. Durand, S. Guyard, R. Lyonnet и M. Mihet, в соавторстве с которыми опубликован ряд статей и представлены доклады на международных конференциях. Планирование экспериментов в ИФХ РАН и обсуждение результатов проводилось совместно с JI. П. Казанским и А. Г. Акимовым, в соавторстве с которыми также опубликован ряд статей. Определенное влияние на развитие ряда модельных представлений оказали неформальные дискуссии с сотрудниками ИФХ РАН В. Н. Черниковым, А. Е. Городецким и С. JI. Канашенко. Автору принадлежат: выбор направления исследований, постановка задач, непосредственное участие в разработке методик, создание и модифицирование нескольких установок для импульсного лазерного осаждения материалов. Результаты, составляющие основу выносимых на защиту положений, получены непосредственно автором диссертационной работы. Апробация работы

Помимо публикаций в научных журналах в виде статей, основные результаты работы докладывались и обсуждались на перечисленных ниже конференциях, симпозиумах и семинарах и опубликованы в соответствующих тезисах и трудах:

1. II Всесоюзная конференция по высокотемпературной сверхпроводимости, г. Киев,

1989г.;

2. Международная конференция "Laser Surface Micro-Processing", г. Ташкент, 1989г.;

3. Международная конференция ECASIA-91, г. Будапешт, Венгрия, 1991г.;

4. Международная конференция ICAM91 (в рамках E-MRS 1991), г. Страсбург, Франция,

1991г.;

5. V Международный семинар по оксидной электронике, г. Мэриленд, США, 1998 г.

6. Конференция ИФХ РАН "Институт физической химии на рубеже веков", г. Москва, 2000 г.

7. XIV Международный симпозиум "Тонкие пленки в оптике и электронике", г. Харьков,

Украина, 2002 г.

8. Международная конференция YUCOMAT-2003 (Yu-MRS), симпозиум "Advanced Materials for High-Technology Application", г. Герцег Нови, Черногория, 2003 г.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, и списка литературы. Общий объем работы 322 страницы, включая 111 рисунков и графиков, 23 таблицы, и список цитированной литературы из 244 названий.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Ходан, Анатолий Николаевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В работе выполнен цикл исследований по влиянию условий импульсного лазерного осаждения на процесс формирования тонких пленок и механизм роста оксидов, изучены структура и фазовая стабильность эпитаксиальных пленок в процессе роста, особенности развития морфологии поверхности в зависимости от температуры, давления кислорода и скорости осаждения.

2. На основе физической модели адиабатического расширения плазмы в среде разряженного газа проведен анализ кинетики и динамики потока продуктов лазерного распыления мишени. Соответствие между реальным процессом и модельными оценками подтвердили с точностью ±10% измерения скорости частиц лазерной плазмы. Создана программа "GrowthRate" для количественных оценок перераспределения энергии между первичным потоком и окружающим газом, а также потока на поверхность образца.

3. В экспериментах по гомо- и гетероэпитаксии оксидов методами ДЭВЭО in situ исследованы кинетика и структура поверхности роста пленок. Экспериментально показано различие в кинетике формирования первого т\ и последующих монослоев тг пленки, влияние атомной шероховатости, ступенек и микрорельефа на развитие морфологии поверхности. Для растущей поверхности оксидов характерна простая реконструкция типа 1x2, 2x1 и 2x2, что также является признаком равновесных условий эпитаксиального роста.

4. Характерной особенностью структуры тонких эпитаксиальных пленок является, либо наличие тетрагональных искажений - для оксидов с простой решеткой, либо формирование метастабильной тетрагональной фазы - для оксидов с более сложной структурой. Понижение симметрии элементарной ячейки и тетрагональные искажения решетки в направлении роста, как правило, не связаны с эпитаксиальными напряжениями и не являются упругими. Перенос в поверхностном слое оксида оказывает гораздо большее влияние на формирование структуры, чем разность параметров решетки пленки и подложки.

5. Экспериментально показано, что на основе твердых растворов оксидов Zr02 - СеОг - Ьа20з, можно вырастить эпитаксиальные пленки с постоянной решетки от 0,512 нм до 0,561 нм, что также соответствует параметрам эпитаксии от 0,362 нм до 0,397 нм. Хорошие изолирующие свойства и химическая стабильность этих материалов позволяет использовать их для создания буферных и барьерных слоев, а также для гетероструктур с точным соответствием параметров.

6. Изучены начальные этапы формирования и эпитаксиальный рост пленок Zri.xCex02 на поверхности кремния (001) Si. Исследована конечная структура пленок, особенности строения фазовых границ и прилежащих областей. Впервые было показано, что осаждение из сплава Zr-12%Ce при низких парциальных давлениях кислорода обеспечивает 2D рост, высокое качество буферных слоев и шероховатость поверхности менее 0,3 нм, что позволяет использовать поверхность буферного слоя для осаждения функциональных оксидов и гетероструктур.

7. Установлено, что диэлектрические свойства пленок SrTi03, выращенных при давлении кислорода ~10"5 мм рт.ст., можно изменять с помощью высокотемпературного отжига, что было использовано для улучшения резонансных характеристик перестраиваемых фильтров на основе ВТСП гетероструктур. Достигнутое сочетание добротности Qo~ 1000, смещения резонансного пика 6 ГГц ^f > 13 % и малых диэлектрических потерь tg<5< 10"3, до настоящего времени остается в числе лучших из опубликованных работ.

8. Впервые получены пленки оксидов: Ьаз>1Ь07, Cei.xLax02.x/2 и Zri.xCex02 и изучены условия их стабильного эпитаксиального 2D роста на различных подложках. Использование барьерных слоев Cei.xLax02.x/2 в переходах Джозефсона на порядок улучшает сопротивление перехода и туннельный перенос Куперовских пар. Однако в ТМС гетероструктурах соответствие параметров эпитаксии менее важно, чем влияние подложки и эпитаксиальная стабилизация тетраэдрической структуры Ьао,78го,зМпОз. Максимальная величина эффекта ТМС ~ 450 % была достигнута на образцах с барьерным слоем SrTi03.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Ходан, Анатолий Николаевич, 2005 год

1. Методы Ц химического Щ осаждения ОБЛАСТЬ ОПТИМАЛЬНЫХ ЭНЕРГИЙ Ионно-стимулированное осаждение Химическое осаждение из плазмы разряда Ионное осаждение из паров МЛЭ с ускорением ионов Магнетронные и ионно-плазменные методы распыления Импульсное лазерное осаждение Осаждение из ионных пучков низких энергий 10 100 1000 10000 Энергия осаждаемых частиц, эВ 100000 Молекулярно -лучевая эпитаксия V; ii и п Термическое испарение 0,1 1 Рис. 1.2.

2. Диапазон доступных энергий атомов, молекул или ионов для различных методов осаждения. Наиболее характерный диапазон энергий для каждого метода выделен прямоугольником. Как показано на Рис. I. 2.1., для методов ТИ, ТАХО, МЛЭ энергия частиц обычно близка к 0,1 эВ, что примерно соответствует тепловым энергиям испарения. Дополнительная энергия, которая вносится потоком частиц в растущую пленку, увеличивает энергию поверхностных атомов и повышает "эффективную" температуру процесса, что часто

3. Влияние скорости осаждения на условия роста и морфологию пленок. Третий фундаментальный критерий скорость осаждения атомов пленки Ri, может изменяться от 1 мкм/с до 0,01 нм/с. Рис. I. 2.

4. Однако не имеет смысла устанавливать нижний предел меньше потока остаточных газов на поверхность из объема вакуумной камеры то есть минимальное Ri полностью определяется вакуумными условиями в камере. Рис. I. 2.3. 1000 ИЛО непрерывный режим u о л 100 10 Ионное осаждение из паров Ионностимулированное осаждение I 0,1 0,01 0,1 МЛЭ 10 100 1000 10000 Энергия осаждаемых частиц, эВ 100000 Рис. I. 2.

5. Соотношение между средней скоростью осаждения и энергией частиц в потоке для различных методов осаждения.

6. Базовый вакуум в рабочей камере должен быть не менее чем на порядок ниже тех значений, превышение которых ведет к недопустимому загрязнению пленки примесями. В заключение следует отметить, что при выращивании многослойных эпитаксиальных оксидных структур в лабораторных условиях наилучшие результаты были достигнуты нри использовании методов ИЛО, МЛЭ и импульсного ТАХО, которые обеспечивают надежный контроль роста пленки и условия эксперимента близкие к

7. Соотношения между потоком падающих частиц, атомов или ионов, средней скоростью осаждения (роста) нленки, потоком на поверхность остаточных газов из вакуумной камеры и плотностью ионного тока [16]. Серыми стрелками выделены характерные для метода ИЛО скорости осаждения оксидов и диапазон используемых давлений кислорода.