Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов рида кадмия, что объясняется солитонным механизмом гетероэпитак- сии. Он предполагает послойную организацию дисперсных частиц новой фазы за счет распространения вдоль границы «дисперсная ча- стица — подложка» дислокаций в виде частицеподобных волн — ква- зичастиц, или солитонов. М ол е к ул я р н о -л у ч е в а я э п и т а кс и я М Л Э (molecular beam epitaxy — MBE ) — широко используемый метод получения металли- ческих пленок испарением вещества в вакууме. Это контролируемый процесс испарения и конденсации вещества в сверхвысоком вакууме (P < 10 –9 мм рт. ст.) с использованием чистых источников испаряемых материалов, точным контролем температуры подложки. Сверхвысо- кий вакуум и малая скорость поступления атомов на растущую поверх- ность (от 10 14 до 10 15 атомов в секунду) приводят к эпитаксиальному росту пленок посредством практически многослойного заполнения растущей поверхности, обеспечивая точное управление границами раздела фаз и химическим составом. В процессе МЛЭ возможен непо- средственный контроль состава газовой фазы (масс-спектроскопия), параметров кристаллической решетки вещества (дифракция быстрых и медленных электронов), химического состава пленки (оже-спек- троскопия), толщины (эллипсометрия). В процессе роста некоторых гетероэпитаксиальных слоев происходит поверхностная диффузия атомов с формированием массива кластеров (наноостровков, кван- товых точек) — самосборка, т. е. самопроизвольное выстраивание островков в упорядоченную структуру при определенных условиях на поверхности. Спонтанно упорядоченные наноструктуры разделя- ют на четыре класса: структуры с периодической модуляцией состава в эпитаксиальных пленках полупроводников; периодически фасети- рованные поверхности; периодические структуры плоских доменов (например, островков монослойной высоты); упорядоченные масси- вы трехмерных когерентно напряженных островков в гетероэпитак- сиальных рассогласованных слоях. Массивы квантовых точек полу- чают методом МЛЭ путем нанесения покрытий InAs толщиной более одного монослоя на подложку GaAs. Эпитаксиальной кристаллизацией получают плоские микрострук- туры заданной геометрии и наноструктуры с «узорами». Так, при со- вместном испарении нанопорошков Ag 2 O и SiO при температуре 1270 °C в результате химического взаимодействия оксидов получают- 91 2.3. осаждение и напыление на подложку ся жидкие капли серебра, покрытые тонким слоем SiO x . Постепенное охлаждение системы сопровождается кристаллизацией, возникнове- нием неравномерных микронапряжений в материале и самооргани- зацией наноузоров на поверхности сферулл. Строение спиралевид- ных узоров описывается с помощью ряда Фибоначчи. В методе кластерных ионных пучков для напыления тонких пленок используют поток заряженных жидких кристаллов. В этом ме- тоде можно управлять энергией падающих частиц. Малая скорость ро- ста пленок вследствие малого массопереноса и малый поток энергии для напыления (от 0.1 до 1 Вт·см -2 ) позволяют использовать его для малых элементов микроэлектроники. Например скорость напыления цезия с кластерами от 10 3 до 10 4 атомов составляет 4 нм/с, скорость напыления пленки серебра составляет 74 нм/с, цинка — 100 нм/с. Ионно-лучевое распыление (осаждение) кобальта с двухсеточным ис- точником ионов проводят на основе двухкаскадного самостоятель- ного разряда с холодным полым катодом. В условиях вакуума (от 10 –2 до 10 –4 Па) на небольших расстояниях ионный пучок и поток распы- ляемого материала транспортируется без рассеяния, что позволяет контролировать процесс зарождения и формирования пленок задан- ной толщины и площади. При использовании пучков нейтральных твердых кластеров малой энергии напыление сочетается с ростом самой мишени, и растущая пленка состоит из напыляемой мишени с внедренными в нее кластерами, другими методами пленки с такой структурой не получаются. Процесс взаимодействия пучка кластеров с поверхностью может быть различным. Если скорость кластеров в пучке мала по сравне- нию со скоростью звука, то жидкий кластер растекается по поверхно- сти и при оптимальном режиме образуется стабильная пленка. Дру- гой предельный случай реализуется, если скорость кластеров в пучке превышает скорость звука, тогда при столкновении кластера с по- верхностью формируется ударная волна, создающая поверхностные кратеры, которые релаксируют при остывании, и получается глад- кая поверхность. Использование кластерных пучков позволяет получать однородные тонкие пленки различных материалов (металлические, диэлектриче- ские, полупроводниковые, органические и т. д.). Прозрачные пленки с вкрапленными кластерами, имеющими близкие значения размеров, |