ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм роста алмазоподобных кристаллов из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" В случае кристаллов со структурами типа алмаза или сфалерита гладкими повгоримо растущими являются грани 100 , 110 и 111 . Эти грани характеризуются различными ретикулярными плотностями, различными числом и распределением свободных связей и, следовательно, должны расти с неодинаковыми скоростями. При свободном росте кристалла, например из паровой фазы или раствора, его внешняя форма определяется той характеристической гранью, которая обладает наименьшей скоростью роста. Скорость роста каждой грани определяется скоростью образования зародышей и скоростью присоединения атомов к образовавшимся зародышам. Оба эти процесса требуют преодоления некоторых энергетических барьеров, величина которых зависит от микроскопического строения гладких граней, т. е. от изменения числа ненасыщенных связей. [c.261] Допустим, что внешние условия известны и необходимо установить относительные скорости роста граней 100 , ПО , 111 на основе теории Косселя — Странского. Примем, например, что кристалл образуется методом направленной кристаллизации расплава, т. е. в условиях, когда направление роста задается оператором. [c.261] Свободная поверхностная энергия на границе кристалл — расплав, отнесенная к одному поверхностному атому по некоторым данным, принимается равной половине скрытой теплоты плавления, также отнесенной к одному атому. Учитывая ретикулярную плотность различных граней, можно построить шкалу относительных свободных энергий граней с малыми индексами и принять, что относительные скорости образования двумерных зародышей на этих гранях обратно пропорциональны размерам таких скоплений атомов, которые позволяют осуществить насыщение половины свободных связей на этих поверхностях. [c.261] Рассмотрим скорости разрастания слоев при образовании зародышей. На плоскостях 100 рост обеспечивается путем присоединения отдельных атомов. Для застройки сетки на плоскостях 110 каждый ряд начинается с двухатомного зародыша, но обеспечивается присоединением отдельных атомов. На плоскостях 111 следует различать направления распространения слоя 211 — направление легкого роста, потому что разрастание слоя в этом направлении обеспечивается присоединением единичных атомов, и 211 —направление трудного роста, так как рост обеспечивается одновременным присоединением пары атомов. [c.262] Таким образом, учитывая только ближайших соседей, можно сделать правильный вывод о том, что наиболее медленно растущими являются грани 111 , и, следовательно, они образуют огранку монокристаллов равновесной формы. [c.262] Аналогичный анализ относительных скоростей роста граней с малыми индексами Миллера кристаллов со структурой сфалерита оказывается несколько сложнее, ввиду того что имеется два сорта атомов и оси 111 являются полярными. [c.262] На рис. 5.11, а показано расположение атомов на идеальной поверхности (100). Внешний слой атомов образован либо атомами А, либо атомами В. Каждый атом А (или В) внешнего слоя связан с двумя атомами В (А) нижнего слоя двумя связями. Таким образом, каждый атом внешнего слоя располагает двумя свободными связями, которые могут быть использованы для установления связи с новым атомом этот последний после закрепления в решетке представляет опять две свободные связи для захвата нового атома. Поэтому атомы могут присоединяться к поверхности в индивидуальном порядке, т. е. без образования двумерных зародышей. Однако каждый новый слой должен состоять только из атомов одного сорта, т. е. кристалл должен в каждый момент времени селективно отбирать из смеси атомов во внешней фазе то атомы А, то атомы В. Поскольку такая селекция маловероятна, послойного роста-быть не должно, и присоединение атомов А и В происходит одновременно с нарушением гладкости поверхности, т. е. рост осуществляется распространением слоев разной высоты и по своей природе беспорядочен, а поэтому сопровождается возникновением дефектов. [c.263] Поверхности 111 образованы двойными слоями один — атомом А, другой — атомом В (рис. 5.11, в). Каждый атом одного подслоя связан с тремя атомами второго подслоя. Поэтому для установления связи с соседним двойным слоем остается только одна связь. Присоединение одного атома к такой поверхности увеличивает число свободных поверхностных связей на две единицы. Присоединение других атомов к этому первому невозможно, так как такой дополнительный атом не может иметь одновременно связь с поверхностью. Поэтому рост новой. плоскости может происходить только тогда, когда два однотипных атома первого компонента установят по одной связи с поверхностью, являясь по отношению друг к другу соседями второго порядка. Присоединение к этим двум атомам одного атома второго компонента создает устойчивую конфигурацию. Следующий атом первого компонента может теперь установить связь как с атомом второго компонента, так и с поверхностью возникает своего рода двумерный зародыш. От этого трехатомного зародыша во все стороны распространяются цепочки, которые растут в результате присоединения единичных атомов. Таким образом, на плоскостях 111 образование новых слоев требует преодоления значительных энергетических барьеров, поэтому скорость роста этих граней наименьшая, стехиометрия плоскостей 111 идеальная. При распространении нового двойного слоя возникающая ступенька соответствует плоскости [ПО] на гранях 111 А и [100] на гранях 111 В . Присоединение атомов к ступеньке (100) происходит произвольно, и, следовательно, распространение слоя при этом быстрое. Присоединение же атомов к поверхности ПО требует упорядоченного распространения цепочек, рост в этом случае медленный. [c.264] Вернуться к основной статье