Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [ 32 ] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

условия роста создаются в методе газодинамического потока (см, далее).

Для теллурида свинца на NaCl характерна анизотропия срастания частиц, которая в [J29] связывается с морфологией их поверхности. Наиболее интенсивно происходит срастание в направлении [1101, в направлении [100] срастание практически отсутствует.

Влияние состояния поверхности подложки и температуры конденсации на характер срастания частиц при формировании пленки рассмотрено в [132] на примере эпитаксиального роста теллурида свинца на грани (001) KCI. При скорости конденсации 0,2-0,8 нм/с и температуре подложки 200° С на гладких участках КС1 возникали ограненные частицы с поверхностной плотностью 1-2-10 см~, срастающиеся без коалесценции. Поверхностная плотность частиц определялась в данном случае поверхностной плотностью дефектов подложки, которые декорировались зародышевыми частицами. По мере роста пленки число частиц не изменялось, что характерно для формирования пленок по механизму ПК без коалесценции [132]. На участках скоплений ступеней скола образуется в 20-30 раз больше мелких неограненных частиц, срастающихся с коалесценцией. При понижении температуры подложки до 150° С коалесценция частиц наблюдалась и на ее гладких участках [132]. В случае роста пленки по механизму ПК без коалесценции каналы между двумя срастающимися частицами и отверстия в месте контакта вершин нескольких частиц есть места образования дефектов в пленке. Для теллурида свинца на КС1 [132] это дислокации, линии которых перпендикулярны подложке, либо призматические дислокационные петли. В результате расчета плотности дислокаций в пленке РЬТе, выполненного в [132] на основании экспериментальных данных о разориентации частиц и их размерах в рамках модели простой поворотной границы, получена величина 6-10 см~, близкая к экспериментально наблюдаемой.

Экспериментальное сравнение механизмов зарождения и роста пленок теллурида свинца на NaCl при конденсации в условиях метода открытого вакуума и метода горячей стенки проведена в [72]. Температура источника паров РЬТе составляла 550-600° С,, скорость напыления - 0,1-0,3 нм/с. В методе открытого вакуума при низких температурах подложки (20-100° С) возникали хорошо ориентированные кристаллики (рис. 2.13, а), причем низкая при этих температурах подложки поверхностная диффузия адсорбированных молекул пара приводила к большой поверхностной плотности и малым размерам (10 . нм) кристалликов. Пленка становилась сплошной уже на ранних стадиях роста (при толщине около 20 нм), очевидно, предшествовавших автокоалс-ценции. В интервале температуры 160-230° С наблюдался рост зародышей с коалесценцией (см. рис. 2.13, б), но без формирования регулярных кристалликов. Наконец, при температуре-300° С интенсивная поверхностная диффузия адсорбированных:




,4 < -

>

Риз. 2.13. Микроструктура пленок РЬТе, напыленных в открытом вакууме е) (электронно-микроскопические снимки «на просвет») и методом горячей стенки при температуре стенки 600° С (г) (угольная реплика) д г Тп = 20° С, f = 3 мин; 190° С, 3 мин; 300° С, 10 мин и 240° С, 50 с соответственно температураподложки, f - время напыления)

молекул приводила к образованию больших отдельных зародышей, в результате роста которых формировался эпитаксиальный слой с прямоугольными, частично сросшимися кристалликами <см. рис. 2.13, в).

В методе горячей стенки интенсивный массообмен между паровой фазой и пленкой, характерный для этого метода, проявлялся в образовании зародышей более компактной формы (см. рис. 2.13, г). В результате при температурах подложки 190- 300° С интенсивная коалесценция островков не наблюдалась, а сплошные пленки образовывались уже на начальных стадиях роста. Эти пленки были наиболее однородными и содержали минимальное количество дефектов, таких, как дислокационные петли, малоугловые границы и поля напряжений.

Таким образом, в методе горячей стенки рост пленки происходил путем срастания частиц без коалесценции. Подобный механизм роста, как отмечалось выше, характерен для вещ;ества с вы-



сокой упругостью паров, если условия конденсации обеспечивают интенсивное реиспарение пленки, cпocoбcтвyюI[,eei огранке зародышей. Отсутствие коалесценции частиц при их срастании в случае конденсации РЬТе на NaCl способствует получению совершенной структуры, так как при эпитаксиальном росте из-за большого различия периодов решетки пленки и подложки коалесценция нарушает первоначальную ориентацию зародышей [129].

Рост пленок теллурида свинца на ВаРг. Наиболее совершенные пленки РЬТе получены на BaFg [74, 133, 134]. При этом формируется монокристаллическая структура с ориентацией (111) РЬТе II (111) BaFg. Совершенная структура плейок РЬТе на BaF объясняется двумя причинами: 1) изоструктурные кристаллы РЬТе и BaFg имеют близкие по величине постоянные решетки (см. разд. 2.2,2.3), это обеспечивает эпитаксиальный рост с минимальным содержанием в пленке дефектов, компенсируюгцих несоответствие периодов решетки пленки и подложки; 2) коэффициенты температурного расширения РЬТе и BaFg отличаются незначительно (Др;2-10® К") (для сравнения отметим, что для РЬТе на КС1 Др 2-10""К"), поэтому температурные напряжения, возникаюгцие при охлаждении системы пленка - подложка» в случае РЬТе на BaF2 невелики.

Характерно, что совершенные пленки теллурида свцнца на BaFa могут быть получены разными методами термического напыления: напылением в открытом вакууме с последуюгцим отжигом пленок [133], методом горячей стенки [74] и методом мгновенного испарения [134]. Согласно [74], необходимыми условиями получения совершенных пленок являются: а) рост в условиях, наиболее близких к равновесным; б) высокая температура подложки обеспечиваюгцая интенсивные процессы рекристаллизации в пленке, отжиг дефектов и диффузия адсорбированных частиц по подложке: в) высокая температура горячей стенки, исключающая осаждение на ней частиц паровой фазы. Согласно [74], оптимальная температура подложки порядка 500° С и скорость роста 1,1 - 2,1 нм/с. Рентгеноструктурные и электронно-микроскопические исследования показали [133], что главный дефект в пленках - одиночные дислокации, причем их плотности в неотожженных и отожженных пленках отличаются незначительно (порядка 7-.10 см-2).

Рост пленок теллурида свинца на слюде. Слюда оказывает сильное ориентирующее влияние при конденсации теллурида свинца. При температурах подложки, начиная от 20 и до 420° С,, формируется монокристаллическая структура с ориентацией (111) РЬТе II (0001) слюды [69, 135]. Эпитаксиальный характер роста пленок РЬТе на слюде даже при температуре подложки 20° С объясняется высокой подвижностью частиц, попадающих на подложку, т. е. низкой энергией активации поверхностной диффузии [135].

На ранних стадиях роста образуются плоские кристаллики треугольной формы с ориентацией (111) [112] РЬТе (0001) [010)



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [ 32 ] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0012