Статья

Название статьи ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В СИСТЕМЕ Ga-As-O В УСЛОВИЯХ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ
Автор М.С. Солодовник
Рубрика РАЗДЕЛ III. НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 04, 2017
Индекс УДК 621.38-022.532
DOI
Аннотация Представлены результаты теоретических исследований термодинамики процессов фазообразования в системе Ga-As-O с учетом специфики условий, наблюдаемых при молекулярно-лучевой эпитаксии арсенидов металлов III группы. Представлены результаты расчетов двойных и тройных фазовых диаграмм состояний, возможных в рассматриваемой системе в заданных диапазонах температур и давлений, характерных для экспериментально наблюдаемых в технологии молекулярно-лучевой эпитаксии процессов. Проведен анализ всех возможных промежуточных и конечных продуктов реакций взаимодействия между компонентами и их формами в системе Ga-As-O. На основе анализа фазовых диаграмм и вероятных продуктов реакций определены и составлены уравнения основных и промежуточных химических реакций, протекающих в системе. Рассчитаны температурные зависимости изменений свободной энергии Гиббса ΔG(T) для всех основных и промежуточных реакций между основными компонентами рассматриваемой системы: кристаллическим GaAs (подложка), атомарным Ga и молекулярным As4 из парогазовой фазы (потоки ростовых компонент) и компонентами собственного окисла GaAs. На основе анализа изменений энергий Гиббса полученных уравнений показано, что компоненты собственного оксида GaAs вступают в химические реакции не только с кристаллическим GaAs и Ga из паровой фазы, но и с потоком молекулярного As, а также участвуют в твердофазных реакциях между собой. Установлено, что в процессах взаимодействия оксида GaAs с ростовыми компонентами и объемным материалом в качестве продуктов реакции образуются не только летучие монооксид Ga2O и молекулярный As2(As4), но и монооксид AsO, возникающий как в ходе прямого разложения As-содержащих компонент оксидной пленки, так и в процессах их взаимодействия с молекулярными потоками. Также установлено, что реакции с прямым образованием преимущественно летучими соединениями начинают до-минировать при температурах подложки выше 550°С. Это позволяет оптимизировать процесс термической десорбции окислов GaAs в технологии молекулярно-лучевой эпитаксии GaAs за счет подавления реакций с образованием Ga2O3, негативным образом влияющих на морфологию подложки путем непосредственного взаимодействия с нею.

Скачать в PDF

Ключевые слова Молекулярно-лучевая эпитаксия; арсенид галлия; собственный оксид; фазообразование; термодинамика; оксид галлия; оксид мышьяка.
Библиографический список 1. Ageev O.A., Balakirev S.V., Bykov Al.V. et al. Development of new meta-materials for advanced ele-ment base of micro- and nanoelectronics, and microsystem devices // In: Advanced Materials – Manufacturing, Physics, Mechanics and Applica-tions. Parinov, Chang, Topolov (Eds.). – Springer International Publishing Switzerland, 2016. – P. 563-580.
2. Агеев О.А., Коноплев Б.Г. и др. Исследование влияния геометрических параметров на модуль Юнга ориентированных нитевидных нанокристаллов GaAs методом атомно-силовой микроскопии // Российские нанотехнологии. – 2013. – Т. 8, № 1-2. – C. 20-25.
3. Рукомойкин А.В., Солодовник М.С. Формирование и исследование арсенид-галлиевых наноструктур на нанотехнологическом комплексе НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – C. 237-238.
4. Агеев О.А, Алексеев А.Н., Соколов И.А., Коноплёв Б.Г. Комплексный подход к технологическому оснащению центра прикладных разработок. Опыт реализации в НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – C. 207-210.
5. Алексеев А.Н., Агеев О.А и др. Тандем ЗАО «НТО» и НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ – пример успешного взаимодействия производства и науки // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2016. – № 7 (157). – С. 78-83.
6. Агеев О.А., Варзарев Ю.Н., Солодовник М.С., Рукомойкин А.В. Получение и исследование HEMT-структур на основе GaAs для СВЧ-полевых транзисторов на нанотехнологическом комплексе НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011.
– № 4 (117). – С. 13-21.
7. Агеев О.А., Балакирев С.В., Солодовник М.С., Еременко М.М. Влияние взаимодействия в системе Ga-As-O на морфологию поверхности GaAs при молекулярно-лучевой эпитаксии // Физика твердого тела. – 2016. – Т. 58, № 5. – С. 1011-1018.
8. Allwood D.A., et al. Characterization of oxide layers on GaAs substrates // Thin Solid Films.
– 2000. – Vol. 364. – P. 333-39.
9. Tanner B.K., et al. Kinetics of native oxide film growth on epiready GaAs // Materials Science and Engineering B. – 2001. – Vol. 80. – P. 99-103.
10. Vilar M.R., et al. Characterization of wet-etched GaAs (100) surfaces // Surface and Interface Analysis. – 2005. – Vol. 37. – P. 673-682.
11. Безрядин Н.Н., и др. Влияние финишной подготовки поверхности арсенида галлия на спектр электронных состояний n-GaAs(100) // ФТП. – 2012. – № 6. – C. 756-760.
12. Валюхов Д.П., и др. Исследование взаимодействия кислорода с поверхностью (110) A3B5 // Вестник СКГТУ. – 2010. – № 2. – C. 1-6.
13. Bauters J.F., et al. Oxygen-enhanced wet thermal oxidation of GaAs // Applied Physics Letters. – 2011. – Vol. 99. – P. 142111.
14. Isomura N., et al. Investigation on GaAs(001) surface treated by As-free high temperature surface cleaning method // Journal of Crystal Growth. – 2007. – Vol. 301-302. – P. 26-29.
15. Guillen-Cervantes A., et al. GaAs surface oxide desorption by annealing in ultra-high vacuum // Thin Solid Films. – 2000. – Vol. 373. – P. 159-163.
16. Агеев О.А. Солодовник М.С., Смирнов В.А. и др. Исследование режимов формирования оксидных наноразмерных структур арсенида галлия методом локального анодного окисления // Известия вузов. Электроника. – 2012. – № 2 (94). – C. 43-50.
17. Агеев О.А., Солодовник М.С., Смирнов В.А. и др. Исследование режимов локального анодного окисления эпитаксиальных структур арсенида галлия // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – C. 8-13.
18. Авилов В.И., Краснобородько С.Ю. и др. Профилирование эпитаксиальных слоев арсенида галлия методом локального анодного окисления // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 9 (170). – C. 84-93.
19. Авилов В.И., Агеев О.А. и др. Исследование режимов наноразмерного профилирования поверхности эпитаксиальных структур арсенида галлия методом локального анодного окисления // Российские нанотехнологии. – 2015. – Т. 10, № 3-4. – C. 39-43.
20. Ageev O.A., Solodovnik M.S., et al. Effect of GaAs native oxide upon the surface morphology during GaAs MBE growth // Journal of Physics: Conference Series. 2016. – Vol. 741, No. 1.
– P. 012012.

Comments are closed.