Методика проведения эксперимента

2.1.1 Установка МЛЭ "Катунь"

Выращивание гетероструктур GeSi/Si(001) и CaF₂/Si производилось в установке молекулярно-лучевой эпитаксии "Катунь".

Автоматизированная многокамерная установка молекулярно-лучевой эпитаксии "Катунь" предназначена для получения многослойных эпитаксиальных пленочных структур в условиях сверхвысокого вакуума. Схема одной из трёх аналогичных камер установки показана на рисунке 2.1.

Модуль загрузки-выгрузки (МЗВ) предназначен для загрузки, выгрузки и транспортировки полупроводниковых подложек в сверхвысоковакуумную установку. В модуле так же производится первичное обезгаживание подложек. МЗВ состоит из вакуумной камеры, вакуумных насосов, двух манипуляторов с кассетами для подложек, натекателя и датчиков давления. Модуль позволяет одновременно загрузить 20 подложек диаметром до 100 мм.

Транспортный узел предназначен для перемещения рейки с подложками из МЗВ в камеру роста.

Модуль эпитаксии моноатомных полупроводников позволяет производить эпитаксиальный рост моноатомных полупроводников, тугоплавких металлов и осуществлять легирование в процессе роста. Модуль содержит в себе следующие устройства: вакуумная камера, система насосов, манипулятор с нагревателем, блок испарителей, датчик масс-спектрометра, криопанель, датчики давления, дифрактометр быстрых электронов, кварцевый измеритель толщины.

Вакуумная система нужна для создания необходимого рабочего давления в модулях и состоит из насосов форвакуумного, адсорбционного, сублимационного и магниторазрядного, обеспечивая предельное остаточное давление 1*10^-8 Па.

Манипулятор с нагревателем предназначен для захвата подложки и ориентировки ее относительно молекулярных пучков и аналитических приборов, а также для нагрева и вращения подложки во время эпитаксии. Нагрев подложки осуществляется тепловым излучением нагревателя, который окружен системой многослойных экранов для уменьшения излучения на стенки камеры. Максимальная температура нагрева подложек 1200 °С.

Рис. 2.1 Схема установки МЛЭ "Катунь"

1. Люминесцентный экран.

2. Криопанель.

3. Нагреватель.

4. Манипулятор.

5. Транспортная рейка.

6. Шиберный затвор.

7. Шлюзовая камера.

8. Кассеты с подложками.

9. Система регистрации ДБЭ.

10. Кварцевый измеритель толщины.

Блок испарителей является одним из основных узлов технологических модулей и предназначен для получения молекулярных пучков. Блок включает в себя два электронно-лучевых испарителя (ЭЛИ) Si, две молекулярных ячейки Кнудсена и криопанель. ЭЛИ позволяет получать молекулярные потоки веществ, имеющих высокую температуру испарения или требующих испарения из автотиглей из-за большой химической активности. Ячейки Кнудсена создают молекулярный поток за счет нагрева тигля с испаряемым веществом. Конструкция ячеек позволяет получать температуры на тигле испарителя в диапазоне 0 – 1300 °С, с точностью поддержания температуры .5 °С.

Для контроля за процессом эпитаксии применяется кварцевый измеритель толщины (КИТ), монополярный масс-спектрометр и система дифракции быстрых электронов (ДБЭ). При помощи масс-спектрометра контролируется состав остаточных газов в ростовой камере, а также состав и интенсивность потоков кремния и легирующих примесей. Датчик КИТ используется для измерения скорости осаждения и толщины плёнки, посредством определения собственной частоты колебаний кварца, которая изменяется при напылении полупроводниковых материалов. Сам датчик смонтирован в водоохлаждаемом корпусе для термостабилизации. Контроль структуры поверхности подложки осуществляется при помощи визуального наблюдения дифракционной картины на люминесцентном экране системы ДБЭ или путём записи рефлексов на телевизионную компьютерную систему "ФОТОН-Микро".