Методика выращивания КНС-структур

Слои кремния на сапфире выращивают в модифицированной вакуумной установке ВУП-4 (вакуум ~(2,8 – 6,0)·10^(-7) Торр). Откачка подколпачного объема осуществляется паромасляным насосом с полифиниловым эфиром в качестве рабочей жидкости, с использованием азотной ловушки.

Сапфировая подложка размещается на нагревателе, выполненном из танталовой ленты (рис.11). Нагрев подложки до температуры отжига 1200 – 1400°C производится радиационным излучением от танталовой ленты, которая нагревается пропусканием через нее тока до 200А, при этом тантал разогревается до температуры 1700°C. Испарение материала нагревателя происходит незначительное. Размеры нагревателя превышают размеры подложки, благодаря чему происходит более однородный нагрев сапфира. Подвод напряжения к нагревателю осуществляется по охлаждаемым токовводам, что уменьшает разогрев деталей, не участвующих в процессе роста и, следовательно, воздействие нежелательной примеси на качество растущего слоя сводится к минимуму.

Источником паров кремния служит резистивный испаритель, вырезанный из монокристалла кремния, сечением 3,5мм×1мм. Источник крепится молибденовыми держателями, установленными на водоохлаждаемых токовводах. Разогрев испарителя до температуры сублимации кремния производится непосредственным пропусканием через него тока. Температура подложки определяется по графику, прокалиброванному по току через нагреватель. Температура источника контролируется оптическим пирометром.

Рисунок11. Схема нагревателя подложки и испарителя: 1– подложка; 2 – источник

кремния; 3 – танталовый нагреватель; 4 – держатель источника; 5 – водоохлаждаемые токовводы;

Расстояние между источником и подложкой составляет 3 см. В пространстве между испарителем и подложкой размещается заслонка, выполненная из листового молибдена, которая позволяет резко прерывать рост слоя.

После достижения в рабочем объеме давления 3,0·10^(-7) Торр проводится отжиг сапфировой подложки при температурах 1200 – 1400°C в течение 20–30 мин, при этом давление в рабочем объеме обычно возрастает до 1,5·10^(-6) Торр из-за нагрева окружающих деталей. Высокие температуры отжига (~1400°С) необходимы для удаления с поверхности подложки загрязнений, таких, как углерод.

По окончании отжига источник кремния разогревается до температуры 1350°C, температура подложки снижается до заданной (450 – 750°С), экран между источником и подложкой открывается после стабилизации температуры. Осаждение слоя кремния проводится в течение 1–60 минут.

После окончания роста слоя проводится плавное снижение температуры подложки. Напуск воздуха в камеру возможен только после охлаждения всех деталей установки и КНС-структуры до комнатной температуры.

Структурное совершенство полученных слоев исследуется методом дифракции ускоренных электронов на отражение на электронографе. Электронограммы, формируемые на люминесцентном экране электронографа, можно зафиксировать с помощью видеокамеры. Картинка с видеокамеры оцифровывается с помощью видеоадаптера с телевизионным входом и программы. В результате оцифровки формируются графические файлы.