Кацюба А.В.   Ван Ю.   Двуреченский А.В.   Камаев Г.Н.   Володин В.А.  

Получение пленок CaSi2 с планарной поверхностью выращенных методом радиационного воздействия на структуру CaF2\Si(111)

Докладчик: Кацюба А.В.

Получение пленок CaSi2 с планарной поверхностью выращенных методом радиационного воздействия на структуру CaF2\Si(111)
А.В. Кацюба1, Ю.Ван2, А.В. Двуреченский1,2, Г.Н. Камаев1, В.А. Володин1,2.
1 ФГБУН Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова,
Новосибирск, 630090, пр. к. Лаврентьева, 13
2 Новосибирский государственный университет, Новосибирск, 630090, ул. Пирогова, 2
тел:+7 (383)333-27-71, факс: +7 (383)333-27-71, эл. почта: kacyuba@isp.nsc.ru

Для получения эпитаксиальных пленок CaSi2 на Si, используют нанесение атомарного Ca, и нагрев подложки, что приводит к взаимодействию Ca с Si [1]. Нами при исследовании роста пленок CaF2 на Si(111) методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) в условиях одновременного облучения электронным пучком с энергией 20 кэВ с плотностью тока 50мкА/м2 было обнаружено, что на границе подложки кремния и эпитаксиальной пленки CaF2 наблюдается радиационно-стимулированный рост пленки CaSi2 [2].
В данной работе показано, что применение метода твердофазной эпитаксии (ТФЭ) на начальном этапе эпитаксии CaF2 и подпыление Si, с одновременным облучением электронами, позволяют получать объемные островки с планарной поверхностью, дальнейшее облучение приводит к разрастанию этих островков, при этом в связи с послойным механизмом роста обеспечивается  качественная планарная поверхности CаSi2.
 
Рис.1. СЭМ фотография  облученной области: а)облучение во время роста с использованием метода ТФЭ. б) Дополнительное облучение поверхности после роста 5 мин. с характерным масштабом 20мкм,  2мкм. в) Фото сплошной пленки CaSi2, дополнительное облучение поверхности после роста 10мин.
Исследование процессов зарождения и роста кристаллов CaSi2 в условиях воздействия электронного пучка, как непосредственно при эпитаксиальном росте CaF2, так и после формирования пленки CaF2, на Si(111) выявило проблему высокой шероховатости поверхности: Средняя шероховатость поверхности в зоне облучения в условиях роста пленки CaF2 составляет 6-8 нм и 25-30 нм в условиях облучения пленки CaF2 после ее формирования. У исходной пленки CaF2 шероховатость поверхности не превышает 1 нм. Поэтому нами был предложен и реализован метод твердофазной эпитаксии (ТФЭ), который заключается в нанесении тонкого слоя CaF2 (2нм) на подложку Si при комнатной температуре и последующим отжигом этой пленки с целью ее кристаллизации, после чего происходит продолжение роста при ростовой температуре 550oC с последующим повторением перечисленных операций подпыления Si. “Метод с подпылением Si на CaF2 в процессе облучения пучком электронов”. При использование этого метода на поверхности формируются отдельные объемные островки CaSi2 имеющие шестигранную огранку при этом рост происходит послойно, что обеспечивает шероховатость на поверхности островка менее 1 нм. Рис.1.в
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FWGW-2022-0011).
Литература
1.  J.F. Morar, M. Wittmer, Growth of epitaxial CaSi2 films on Si(111), J. Vac. Sci. Technol. A 6 (1988) 1340, https://doi.org/10.1116/1.575697.
2. Aleksey V. Kacyuba,Anatoly V. Dvurechenskii, Gennady N. Kamaev, Vladimir A. Volodin, Aleksey Y. Krupin, Radiation-Induced epitaxial CaSi2 film growth at the molecular-beam epitaxy of CaF2 on Si, Materials Letters, 268(2020) https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127554


К списку докладов