автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии выращивания полупроводниковых гетероструктур методом МОС-гидридной эпитаксии на основе программного комплекса

На правах рукописи

Арбенин Дмитрий Евгеньевич

Совершенствование технологии выращивания полупроводниковых гетероструктур методом МОС-гидридной эпитаксии на основе программного комплекса

05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (химическая промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 ОКТ 2010

Москва-2010

004611970

Работа выполнена в ФГУП НИИ «Полюс» г. Москва и на кафедре Информационных технологий государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московской государственной академии тонкой химической технологи» им. М.В. Ломоносова

Защита состоится 26.10.2010 в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 в Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова по адресу Москва, проспект Вернадского, 86

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ (Москва, проспект Вернадского, 86)

Реферат разослан «26» сентября 2010 г.

Научный руководитель -

д.т.н. проф. Бурляева Елена Валерьевна

Официальные оппоненты

д.т.н. проф. Акчурин Рауф Хамзинович к.т.н. Якушев Сергей Андреевич

Ведущая организация

Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»

Ученый секретарь диссертационного с< доктор технических наук

Колыбанов К.Ю.

Общая характеристика работы Актуальность работы. Основные элементы большинства современных приборов оптоэлектроники, микрофотоэлектроники, солнечной энергетики, твердотельной электроники создаются на основе полупроводниковых гетероструктур, выращиваемых методами эпитаксиальной технологии.

Необходимость расширения возможностей приборов требует, в первую очередь, совершенствования основных элементов, а следовательно, и их технологии производства. Для эпитаксиальной технологии можно выделить два основных пути модернизации. Первый - применение новых компонентов, обладающих лучшими свойствами, в качестве основы гетороструктур или разработка более совершенных методов создания гетороструктур. Второй - совершенствование применяемых методов. Во втором случае актуальными направлениями в улучшении характеристик выращиваемых гетероструктур, а также в повышении эффективности производства являются:

• Разработка новых источников, позволяющих снизить загрязнение слоев различными фоновыми примесями.

• Разработка высокопроизводительного оборудования с применением элементов оснастки, также позволяющих снизить загрязнение слоев.

• Совершенствование технологических режимов с выбором оптимальных условий выращивания.

В связи с выполнением значительного количества расчетов и необходимостью учета большого числа факторов в исследованиях, возникает потребность в применении специализированных компьютерных программных систем, позволяющих проводить вычислительные эксперименты, снижая трудоемкость поставленных задач.

Цель работы - подбор и совершенствование технологических режимов газофазной эпитаксии путем разработки специализированного программного комплекса (СПК). Для достижения цели решаются следующие задачи:

1. формализованное описание задачи совершенствования эпитаксиальной технологии на основе системного анализа технологических процессов;

2. разработка архитектуры СПК, обеспечивающей осуществление вычислительных экспериментов по выращиванию полупроводниковых гетероструктур;

3. разработка алгоритмов, реализующих отдельные функции СПК;

4. реализация СПК на основе разработанной архитектуры и алгоритмов;

5. применение СПК для совершенствования эпитаксиальной технологии.

Научная новизна:

^ на основе системного анализа технологических процессов газофазной эпитаксии выполнено построение формализованного описания задачи совершенствования технологических режимов; S разработана архитектура СПК, обеспечивающая осуществление вычислительных

экспериментов по выращиванию полупроводниковых гетероструктур; J разработаны алгоритмы:

/ описывающие эмпирически установленные зависимости 1 характеристик выращиваемых эпитаксиальных слоев от контролируемых входных параметров процесса эпитаксии для слоев следующего состава: GaAs, GaAs<Zn>, GaAs<Si>, GaAs<C>;

динамического изменения параметров процесса эпитаксии в ходе имитационного эксперимента; S описывающие поведение узлов установки с учетом возможности возникновения

нестандартных ситуаций в ходе имитационного эксперимента; S построения графических моделей эпитаксиальных гетероструктур на основе

результатов эксперимента; S описывающие исследования гетероструктур применительно к моделям. Практическая значимость. Основным практическим результатом работы является СПК, реализованный для установки «Сигмос-130» ФГУП НИИ «Полюс» и обеспечивающий:

• выбор оптимальных технологических режимов в результате вычислительных экспериментов, что позволяет экономить расходные материалы, время и средства;

• повышение квалификации персонала, что позволяет уберечь от износа и сохранить работоспособность дорогостоящего оборудования.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», (Кисловодск, 2006,2009 г.; Ставрополь, 2009 г.), «Interactive systems: The problems of Human-Computer Interaction», (Ульяновск, 2003, 2005, 2009 г.), «Process Control» (Kauty nad Desnou, Czech Rebublic, 2008 г.), Российских научно-технических конференциях «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2003, 2007, 2008 г.), «ФАГРАН» (Воронеж, 2006, 2007 г.), «Наукоемкие химические технологии» (Москва, 2003, 2005, 2006, 2009 г.), «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2003 г.).

Разработанный программный комплекс награжден золотой медалью выставки «Образовательная среда», Москва, ВВЦ, 2004 г.

Публикации. Полученные в работе результаты опубликованы в 12 печатных работах, в т.ч. в 5 статьях в изданиях по перечню ВАК и 7 тезисах научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 4 главы, заключение, список литературы (88 наименований). Основной текст изложен на 186 страницах и содержит 82 рисунка и 12 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе выполнен системный анализ технологических процессов газофазной эпитаксии. Дано определение эпитаксии как первой стадии планарной технологии - методов выращивания тонких монокристаллических слоев полупроводниковых материалов путем их осаждения на подложке. Рассмотрены общие черты методов и область применения технологии. Уделено внимание важным для понимания особенностей эпитаксиапьной технологии вопросам: типы кристаллических решеток, различие свойств моно- и поликристаллов, анизотропия свойств кристаллов, выращивание подложек с требуемыми свойствами, закономерности роста кристаллов и типы дефектов.

Рассмотрены особенности основных методов эпитаксии. Наиболее перспективным методом для создания полупроводниковых гетероструктур для приборов последнего поколения является разновидность метода газофазной эпитаксии (ГФЭ, С У О) - ГФЭ с применением металлоорганических соединений - МОСГФЭ (МОСУО), благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими методами эпитаксии:

• возможность получения многослойных (более 50-и слоев разного состава) и тонкослойных (до 10 А) эпитаксиапьных гетероструктур с требуемыми свойствами;

• достижения в повышении чистоты исходных компонентов (в том числе МОС) и выращиваемых слоев;

• быстрое развитие и относительно низкая стоимость высокопроизводительного технологического оборудования.

В большинстве случаев метод МОСГФЭ в настоящее время базируется на использовании металлоорганических соединений элементов третьей группы (Аш) (метальные или этильные производные) и гидридов элементов пятой группы (Ву). Осаждение соединений типа А"'ВУ в таком случае основано на следующих реакциях: А"'(СНз)з + ВУН3 = АП,ВУ + ЗСН4, Аш(С2Н5)3 + ВУН3 = АШВУ + ЗС2Н6.

Процесс эпитаксиального осаждения при МОСГФЭ происходит в условиях, далеких от термодинамического равновесия, и характеризуется необратимостью протекающих во время процесса химических реакций.

Приведены классификация полупроводников и важнейшие свойства, определяющие их применение в современном приборостроении: электропроводность, поглощение излучения, люминесценция, изменения свойств, обусловленные изменением состава полупроводников или внешними воздействиями.

Дана сравнительная характеристика установок для газофазной эпитаксии: серии А1Х компании «А1ХТЯО^ Ав» и «Сигмос-130» ФГУП НИИ «Полюс». «Сигмос-130» -установка исследовательского типа с модульной структурой и горизонтальным кварцевым реактором прямоугольного сечения; высота и ширина реакционной камеры 15 мм и 150 мм соответственно. Графитовый подложкодержатель рассчитан на 12 подложек диаметром 40 мм. Нагрев реакционного объема осуществляется с помощью ИК-изл учения.

Далее рассмотрены методы построения моделей, в особенности вычислительный эксперимент, как комплексный метод исследования и описания сложных систем.

Сформулированы основные этапы подготовки и осуществления вычислительного эксперимента:

• описание поведения системы;

• построение теорий и гипотез, которые могут объяснить наблюдаемое поведение;

• использование этих теорий и гипотез для предсказания возможного будущего поведения данной системы и оценки различных стратегий, обеспечивающих ее функционирование.

Рассмотрены основные виды, функции и области применения вычислительных экспериментов. Показаны преимущества компьютерных программных комплексов по сравнению с другими видами исследовательских и обучающих систем: наглядность, относительно низкие стоимость и затраты труда на разработку, возможности работы на удаленных компьютерах и участия большого числа кадров одновременно. Дан обзор современных программных систем, представленных различными организациями для промышленности и других областей науки и техники, их особенности и функции. Исследование решений в области создания программных систем показало, что аналогов представляемого в работе комплекса, разработано не было.

Вторая глава посвящена построению формализованного описания задачи совершенствования эпитаксиальной технологии.

Вначале обосновано применение эмпирически установленных зависимостей в качестве основы при описании взаимосвязей параметров МОСГФЭ.

Представлены задачи компьютерного моделирования процесса эпитаксии: отработка оптимальной конструкции промышленного и исследовательского оборудования эпитаксии, выбор наилучших условий проведения процессов, позволяющих точно достичь

заданных характеристик получаемых эпитаксиальных структур, разработка материапосберегающих технологических режимов, синтез новых соединений, в том числе МОС, применяемых в процессах эпитаксии.

Показаны преимущества и трудности, возникающие при моделировании газофазной эпитаксии с учетом термодинамики и кинетики, а также закономерностей газодинамики и тепло- и массопереноса в используемом оборудовании:

• с точки зрения термодинамики и кинетики - громадный объем экспериментального материала по термодинамическим свойствам соединений, многие из которых мало изучены, и возможным механизмам протекания химических реакций с их участием;

• исследование процессов газодинамики, тепло- и массообмена предполагают учет огромного количества факторов, в том числе особенностей конструкции каждой конкретной установки для газофазной эпитаксии;

• в каждом случае для математического описания конкретного процесса используются сложные и громоздкие зависимости, которые не всегда позволяют получить конкретное решение.

На этом фоне представлена возможность устранения перечисленных трудностей путем построения расчетной модели МОСГФЭ на основе зависимостей между характеристиками эпитаксиальных слоев и параметрами процесса газофазной эпитаксии, установленных экспериментальным путем:

• определение интересующих закономерностей в изменении характеристик эпитаксиальных слоев в зависимости от изменения контролируемых входных параметров процесса, совершенствование и разработка технологических режимов, проведение имитационных экспериментов во времени на основе относительно простой расчетной базы при посредстве основополагающих физико-химических соотношений и без необходимости исследования процессов, происходящих во внутренней системе установки и в реакторе;

• точность расчетной базы в первую очередь определяется точностью экспериментально полученных данных и во многих случаях превосходит точность прогнозов термодинамики, кинетики, и газодинамики, особенно, учитывая неравновесные условия проведения процесса газофазной эпитаксии;

• наличие экспериментальных данных по термодинамике, кинетике и газодинамике процесса позволит сопоставить точности моделей в исследованной области входных параметров и, при необходимости, расширить границы прогноза по входным параметрам;

Преимущества расширения возможностей системы при использовании эмпирической основы расчетной модели МОСГФЭ:

• расширение программы на другие модели установок с учетом неизменности метода эпитаксии потребует лишь количественных изменений в экспериментальных зависимостях - их коэффициентов; в то время как при использовании моделей газодинамики потребуется изменение всей модели;

• применение других химических компонентов во многих случаях потребует также лишь количественных изменений в модели; при качественном же изменении модели трудоемкость задачи будет значительно ниже, чем при использовании термодинамических и кинетических моделей.

Далее проанализированы и формализованы взаимосвязи параметров процесса МОСГФЭ. Анализ теоретических основ метода МОСГФЭ и конструкции установки позволил выявить основные параметры процесса эпитаксии, влияющие на характеристики выращиваемых полупроводниковых слоев и поддающиеся учету при проведении экспериментов.

На основании результатов анализа были собраны и структурированы необходимые экспериментальные данные для разработки расчетной модели определения характеристик эпитаксиальных слоев нелегированного GaAs и легированного примесями Zn, Si и С. Обработка графических зависимостей, а также, при необходимости, переход к их аналитической форме проводились в программном пакете Microsoft Excel.

Ниже приведены полуэмпирические зависимости, составившие основу расчетной модели. Принятые обозначения: Т — температура роста (К); Ра - парциальное давление i-ого компонента в реакторе (Па), где С - компонент; Р - давление в реакторе (Па).

Скорость роста (rGaAs, нм/мин) нелегированного GaAs с применением реагентов TEGa и AsHj, а также легированного Zn и Si, определяется на основании зависимостей (1) и (2).

Без учета скорости парогазовой смеси в реакторе:

Т

ГО.А, = Г0 Х Р-ГЕс/ X РА*ш" * fa")" 0),

I

где Го, а, Ь, с — константы, равные соответственно: 2.8, 0.99, 0.06 и 1.8; Tt = 298 К -температура при нормальных условиях;

И с учетом скорости парогазовой смеси, но без явного учета температуры роста и давления ASH3:

гс„А, = к х Р-гео. хф"2 (2).

где К = 1000 — константа; f— скорость движения парогазовой смеси в реакторе, м/с;

Процесс легирования GaAs углеродом осложняется протеканием побочных реакций травления, т.к. в качестве соединения поставщика атомов С выступает ССЦ. В

этом случае расчет скорости роста слоя осуществляется на основе соотношений (1) и (2)

за вычетом компоненты, определяемой травлением (г^ооА!), нм/мин):

£

гчо«А*> = к, X Пссн" х г0.мЬ< Х п«1)" х

где пссм, Пд5нз - мольные расходы СС14 и АзНз соответственно, моль/мин; ке, ас, Ье, се, Еас — константы, равные 1.150x10"', 0.42, I, -0.05, 0.77 соответственно; кь — константа Больцмана.

Фоновая концентрация (п, см"3) и подвижность (рл, см2/(Вхс)) носителей заряда в случае выращивания нелегированного ваАз определяется на основе соотношений (4) и

(5):

п = п0 х (1 + (I)")ь х (1 + Л")Ь1 х (1 + (1154Щ.)-»)« (4),

М 2 "аяМ.ЦП

где п0 = 5.140x10й, Т, = 856.0, Т2 = 973.0, а = 92.80, Ь = 0.05950, а, = 64.80, Ь, = 0.2130, Ра5нз(1)= 15.00, а2 = 1.500, Ь2 = 0.4840 - постоянные коэффициенты;

Д„ = Мо х (1 + Л" )'Ь х (1 + Л" )"ы х (1 + (Л^-)(5), М Ч "ляММП

где ро = 7188, Т, = 900.0, Т2 = 1275, а = 300.0, Ь = 0.007260, а, = 10.20, Ь, = 3.870, РА5нз(и = 220.0, а2 = 13.20, Ь2 = 0.001520 - постоянные коэффициенты.

Концентрация атомов легирующей примеси ([X], см"3) для С, Zn и 51, а также концентрация носителей заряда в предположении ее равенства концентрации атомов и преимущественного расположения атомов в узлах соответствующих подрешеток вычисляются из уравнения (6):

[X] = Кх х Рх" х РТШа" х Р^1" х ехр(-^_) (6),

кь х 1

где X - примесь, Рх - парциальное давление лигатуры, Па; кь - константа Больцмана; Ех -энергия активации внедрения примеси (эВ), Кх, ах, Ьх, ух - константы, для каждой из примесей соответственно: для 81: -1.4, 9.6х1023, -0.4, -0.02, 0.9; для Ъ<л. 2.4, 1.3хЮб, 0.002, 0.5,1.1; для С: 2.1,2.7*10*, 3.9, -0.2,0.6.

Уравнение (7) для оценки подвижности носителей заряда в слоях ОаАэ п- и р-типа проводимости в зависимости от уровня их легирования было получено на основании обработки литературных данных:

р = ц0х(1 + ах10Т (7),

где ц = др - подвижности электронов и дырок соответственно, см2/(Вхс); 10" -концентрация электронов и дырок, см'3; до, а, у - постоянные, равные соответственно для

измерений подвижности при температуре 300 К: 9400, Ю'13'70, 0.1800 для электронов и 400.0, Ю"17-10, 0.4000 для дырок.

Далее описаны устройства контроля входных и рабочих параметров процесса и механизмы их функционирования, методы и оборудование для исследований характеристик эпитаксиальных гетероструктур, в частности, в случае контроля качества продукции. Выбраны оптимальные диапазоны варьирования входных параметров процесса. Приведен перечень наиболее вероятных сбоев в работе установки и нестандартных ситуаций: единичный сбой, поломка измерительного устройства; единичный сбой, поломка узла; единичный сбой, поломка управления; истощение запаса компонента; изменение примесного состава компонента; утечка компонента. Также описаны методы устранения перечисленных проблем.

Формализация описания задач, решаемых с помощью СПК, выполнена в рамках стандартизированной в России методологии функционального моделирования, позволяющей отобразить структуру, функции и информационные потоки в виде комплекса графических диаграмм, связанных отношениями абстрагирования-детализации.

Обобщенная диаграмма, описывающая две основные функции СПК: совершенствование технологических режимов и обучение персонала, показана на рис.1. При декомпозиции этой диаграммы выполняется детализация каждой из представленных функций.

Докуимпцма (г*ор*г*чк«и<)

Рис.1, Обобщенная диаграмма - основные функции СПК.

Совершенствование технологических режимов осуществляется специалистом на основе имитационных экспериментов с учетом стадий подготовки к эксперименту и последующей обработки результатов. При этом последовательно выполняются информационные процессы, представленные на функциональной диаграмме на рис.2.:

Алгоритмы: расчета параметр« процесса и характеристик слое»

дииамтеского изменения екоднык параметрое процесса; функционировании устаювки; вспомогательчне

Рис.2. Модель, описывающая информационные процессы при совершенствовании технологических режимов.

1. предварительный анализ режимов выращивания на основе справочной информации включающей экспериментальные данные;

2. уточнение режимов и составление программы имитационного эксперимента;

3. выполнение имитационного эксперимента и формирование полного описания процесса МОСГФЭ с учетом временного фактора;

4. обработка результатов эксперимента, позволяющая сделать выводы об оптимальности режима выращивания, произвести дополнительную корректировку входных параметров процесса.

По результатам имитационного эксперимента, при необходимости, возможен возврат к предшествующим процессам, что отображается на диаграмме с помощью обратных связей от блока 4 к блокам 2 и 3.

Функциональная диаграмма, описывающая последовательность информационных процессов при обучении, представлена на рис.3.

мэможмый элементный с ос та» и ограничения Л о характеристикам ело«*

Рис.З. Модель, описывающая информационные процессы при обучении.

В процессе обучения персонала под руководством специалиста обучаемому предоставляются возможности:

• ознакомиться с конструкцией, особенностями и функциями установки «Сигмос-130» и исследовательского оборудования на основе графический моделей, особенностями процесса МОСГФЭ и методами исследования полупроводниковых структур;

• провести эксперимент, в том числе работая непосредственно с узлами установки, на основе графической модели ее схемы; для случая обучения введены специальные режимы имитационного эксперимента, предполагающие возникновение неполадок в работе оборудования с возможностью их устранения;

• наглядно оценить результаты проведенного эксперимента на основе графической модели полупроводниковой структуры.

Декомпозиция наиболее сложного и объемного блока 3 (рис.2.) представляет поставленные и последовательно выполняемые оператором и СГЖ задачи на стадии проведения имитационного эксперимента с учетом информационных потоков (рис.4.).

Рнс.4. Декомпозиция блока «Проводить имитационный эксперимент МОСГФЭ в

реальном времени».

При проведении эксперимента оператор последовательно решает следующие задачи: 1. выбор одного из шести режимов:

• полностью автоматическое проведение процесса МОСГФЭ по заданной с управляющего компьютера программе поста предполагает: проведение подготовки и очистки установки, заполнения резервуаров, переключение узлов установки в ходе эксперимента без участия оператора;

полуавтоматический режим - автоматически выполняется программа роста; замену резервуаров, управление на стадиях подготовки и очистки установки оператор должен производить, работая с графической моделью схемы узлов установки;

• ручной режим - все действия, в том числе по исполнению программы роста, осуществляются оператором на основе графической модели схемы узлов установки;

4-6 режимы повторяют первые три соответственно, однако при выборе одного из последних трех режимов в процессе выращивания будут генерироваться ошибки и сбои в работе установки.

2. в автоматическом и полуавтоматическом режимах - создание программы роста с управляющего компьютера; в ручном режиме - ввод параметров процесса с помощью элементов управления узлами на схеме установки;

3. наблюдение за ходом процесса выращивания, контроль работы установки в соответствии с выбранным режимом, своевременное исправление неполадок.

Информационные процессы, соответствующие элементам каждой из рассмотренных задач, подробно описаны в диссертационной работе с помощью функциональных диаграмм.

На основе результатов функциональной декомпозиции была разработана структура СПК, представленная на рис.5. СПК состоит из модулей, каждый из которых обеспечивает выполнение ограниченного набора функций. Такая структура в совокупности с обеспечением максимальной интеграции задач совершенствования технологии и повышения квалификации персонала позволяет легко адаптироваться к работе с СПК.

Имитировать проведение процесса МОСГФЭ в реальном времени

Рис.5. Структура программного комплекса.

Далее рассмотрены возможности и особенности среды программирования и разработки Borland Delphi, обоснован выбор Delphi в качестве среды разработки программной системы. Delphi позволяет быстро создавать широкий спектр приложений для операционных сред Microsoft Windows вплоть до сложных игр, мультимедийных программ и многоуровневых систем управления предприятиями, благодаря комбинации нескольких важнейших технологий:

• высокопроизводительный компилятор в машинный код;

• широкие возможности языка ObjectPascal, обеспечивающие независимость от конкретных аппаратных средств и позволяющие строить хорошо структурированные многофункциональные программы;

• объектно-ориентированная модель компонентов, обеспечивающая максимальное реиспользование кода объектов без необходимости повторного прописывания стандартных свойств, процедур и функций;

• визуальное построение приложений из готовых программных прототипов пользовательского интерфейса и обработки данных, с учетом автоматической генерации стандартной части кода; возможность создания новых прототипов;

• масштабируемые средства для построения баз данных большинства существующих форматов.

Далее подробно рассмотрены алгоритмы СПК, в том числе, расчетный алгоритм (рис.6.), предполагающий поиск на основе эмпирически установленных зависимостей: 1) выходных параметров процесса в соответствии с заданными входными, 2) входных параметров в соответствии с заданными выходными.

В первом случае вывод выходных и рабочих параметров процесса МОСГФЭ осуществляется без выполнения операции сравнения. Принятые обозначения, неотмеченные ранее: Pci, па, xq, Vci - парциальное давление в реакторе (Па), мольный расход (моль/с), мольная доля в общем потоке (дол.ед.), объемный расход (м3/с) для ¡-ого компонента соответственно, где С - компонент; Ри "Л - давление (Па) и температура (К) в ¡-ой подводящей ветви соответственно; V/III - отношение давлений поставщиков компонентов V и 111 групп (дол.ед.); d - толщина слоя (м); t - время роста слоя (с); Н, W -высота и ширина реакционной камеры (м); Vo, По - суммарные потоки по объему (м3/с) и по количеству вещества (моль/с) соответственно, Алгоритмы разработаны с применением нотации «Процесс» (класса workflow методологии SADT) в согласовании с нотацией IDEF0.

ТрИЗумгы* 11»р>мгтры процссст, Шр||1СТ?|>»СП1М11 С.-КХП, точность

Рис.6. Алгоритм действий по определению параметров процесса МОСГФЭ.

Глава третья посвящена описанию разработанного СПК.

На рис.7, представлена диаграмма, описывающая управляющие взаимосвязи между модулями СПК, в соответствии с которыми определяется положение каждого модуля в иерархии.

Рнс.7. Иерархия модулей СПК.

Далее описаны отдельные модули, входящие в состав СПК. Приведены планы действий оператора в случаях работы с СПК в исследовательском и обучающем режимах.

Модуль «Установка» создан с целью ознакомления с конструкцией установки «Сигмос-130» и функциями ее блоков. Содержит трехмерную графическую модель установки, представляющую ее блочную структуру и основные элементы блоков, а также краткое описание основных элементов. Позволяет осуществить переход к модулям исследования из соответствующих блоков установки.

Модуль «Справочная информация» позволяет ознакомиться с кратким описанием установки «Сигмос-130» и исследовательского оборудования, методами и методиками исследования, закономерностями процесса МОСГФЭ, экспериментальными данными относительно взаимосвязи параметров процесса МОСГФЭ с теоретическим обоснованием наблюдаемых закономерностей, возможными неполадками в работе установки и методами их устранения. Дает возможность выбора первого приближения по условиям роста на основе графических зависимостей для проведения расчетов и имитационных экспериментов.

Рис.8. Графический интерфейс модулей: «Установка» (слева вверху), «Оценка параметров процесса и характеристик слоев» (слева внизу), «Справочная

информация» (справа). Модуль «Оценка параметров процесса и характеристик слоев» предполагает возможность определения параметров газовой фазы в реакторе и подводящих ветвях, скорости роста, подвижности и концентрации носителей заряда, толщины и времени роста для слоев различного состава на основе заданных входных параметров процесса -параметров состояния в реакторе и подводящих ветках, расхода компонентов. Интерфейс перечисленных выше модулей показан на рис.8.

Ыяавар^

&»■»

'ВЙ^вйи-'В—»—»

Р0, Пл ю. с

'ТЛ.

»«-151 ¡060000.0 |о.гв <.ИО»/« к?

Эрегп» роста РО.Па 10,1 УЗ ..ОЛЬ/»

6ь>берите с» Л |НЮ!» к»

[СаА1. петров «ы'ип Л1 (64000,0 и. к? '

; Л

Рис.9. Графический интерфейс модуля «Эксперимент, управляющий компьютер».

('•опционная кммро

Подечипп

)007874,00 (0770.00 ¡0000.015 ТТороидтри лроц*еЪ<> . г. ... У/Ш.

_ шч/мнн .; .. . ,

)00:00;00 ¡000029.0 1007.30? [р0127.25497

хароттф

см2/в*е ''_ ' ■

00441в.в")И.ЗбОё«15 (ОООООО.О"

Твгогмттю их'аТ

> 630 «С).

Модуль «Эксперимент, управляющий компьютер» представляет собой образ управляющего компьютера (программы) установки «Сигмос-130» со следующими функциями (см. рис.9.):

• создание программ выращивания многослойных структур с возможностью задания условий роста в формах постоянных величин или функций времени;

• проведение имитационных экспериментов МОСГФЭ в реальном времени с учетом стадий подготовки, очистки оборудования и непосредственно процесса выращивания,

• контроль процесса на основе цифровой и графической информации о входных и выходных параметрах с возможностью редактирования программы роста в любой момент времени.

Модуль «Схема установки» содержит: графическую модель схемы установки «Сигмос-130» с основными узлами; краткие пояснения, касающиеся функций и состояния узлов . Задача модуля - проведение процесса выращивания, работая непосредственно с узлами установки и следя за ходом процесса по показаниям приборов в реальном времени. Введен журнал основных событий с указанием времени происхождения. В случае возникновения неполадок в работе оборудования предлагаются возможные пути их устранения.

Рис.10. Графический интерфейс модулей: «Схема установки» (слева), «Исследование

структуры» (справа). Модуль «Исследование структуры». На основе результатов имитационного эксперимента строится трехмерная графическая модель полупроводниковой структуры с

учетом характеристик: состав и толщина слоев, однородность толщины слоев по площади подложки, дефекты роста. Полученная модель может быть исследована методами:

• поверхность и скол на электронном микроскопе 1ЕОЬ Т220;

• подвижность и концентрация носителей заряда путем измерения ЭДС Холла в геометрии Ван-дер-Пау на установке «Холл-4»,

• уровень и профиль легирования при помощи вольт-емкостных измерений с возможностью контролируемого травления на СУ—профилометре «Ро1агоп 4200».

Интерфейс двух последних модулей показан на рис.10.

В четвертой главе приведены примеры применения СПК:

Задача №1: Определить оптимальный технологический режим выращивания слоя ваАБ толщиной 200 нм с минимальной концентрацией фоновых примесей, максимальной подвижностью носителей заряда и минимальным временем выращивания. Выполнение:

1. На основании справочной информации определены следующие входные параметры процесса: давление в реакторе 7880 Па, температура в реакторе 780 °С, объемный расход водорода на перенос ТЕОа 0,21 л/мин, давление в ветке подачи ТЕОа 60500 Па, температура в испарителе ТЕба 16 °С, расход арсина и водорода на разбавление 0,32 и 19,5 л/мин соответственно.

2. По результатам проведения предварительных расчетов характеристики слоя, выращенного при таких условиях, будут следующими: подвижность носителей заряда 4203 см2/(В*с), концентрация фоновых примесей 1,570* 1015 См"3; время роста 8 мин. 30 сек. Уточнение с помощью модуля предварительных расчетов позволило оптимизировать входные параметры процесса и получить лучшие ожидаемые характеристики слоя (рис. 11., слева).

| I « 1 1 ^ [1 . »л | г » »Т | >'

Оценка параметров процесса и ирянтеристин слова ни основе 0лЙ5 (!."],[

Подсчитал рабочие | Р»отцм6нйая камере

поромвц»! процесса и[ Р. По Т, С. Н, м Ж М

. ................ ........... '

Хоракт«рмет|«)(' ¿лоп

т- -У. .М-3 «! ^

см2;В'с _ '_•

004416,8 |1,360Е*13 ¡000200,0

' Хйротрнетн»н «по* ¡1007874,00 [0770,00 ¡0000,015|0000,150

Параметры прощено

«.О *.»/<>.

НМ/МНН : ДОЛ.#Д.

. |00:0Б:54 |ОООР2Э.О [007,387 |0~0Ш.25Л97

р, По Т. С V. л/мин П. По *',. . ,

«омпошнт л/мин дал.(д. моль/мин

ТЕбо |060000,00 ¡0017.00 ¡000,25000 |000.00236 |000000,90 [1,147£-04 )1.052Е-04 А$НЗ | (ООО.ЗОООО [ТО0114,94 |1.<60£-02 |1.339ЕД2~

Н2 ; |020.00000 |007758,16 (9.853Е-01 (Э,040Е-01

00 ООП 00.0157 00.0257 «10357.

Рис.11. Результаты выполнения первой задачи: оценка оптимальных параметров (слева), результаты имитационного эксперимента (справа).

Проведение имитационного эксперимента в автоматическом режиме показало близкие к ожидаемым подвижность носителей заряда и концентрацию фоновых примесей в полученном слое, небольшие расхождения могут являться следствием контроля и динамического изменения входных параметров процесса. Расхождение по скорости роста (рис.11., справа) является следствием задержки подачи компонентов в реактор и, соответственно, наличия некоторого периода «разгона» установки перед выходом в стационарный режим. Для получения требуемой толщины время выращивания слоя было увеличено до 7 мин. 4 сек.

Задача №2: На основе предварительных расчетов выбрать технологический режим выращивания гетероструктуры, состоящей из 2-х слоев: ОаАэ толщиной 100 нм с минимальной концентрацией фоновых примесей, максимальной подвижностью носителей заряда и минимальным временем выращивания; ОаА5<81> толщиной не менее 50 нм, время выращивания не более 5 мин., концентрация атомов примеси не более 1,360*10" См"3. Процесс провести в полуавтоматическом режиме без генерации нестандартных ситуаций. Выполнение.

1. В качестве режима выращивания слоя ОаАв выбран режим, установленный при решении задачи №1.

2. Для слоя ОаАз<81> проведены необходимые действия по анализу экспериментальных данных и предварительным расчетам.

3. На основании полученных данных составлена программа роста для двух слоев (рис.12., слева), затем проведен процесс выращивания эпитаксиальной структуры.

0 Сошнкв додоммы шращиеацнн мномс/юнных арутур

Г — Лоре*™ " мданио пкод|.ын параметров

Время роста РО, Па ТО, Я. мояь/л

Выберите спой ¡00:07:03 [7871 ПО |770,00 (0,25

•Ш РЗ, Па 13, С опь/я УШ, ыояь/я

(60000,00 |17,00 10.30 • ¡20,00

то,

¡00:04:08 ¡7870,00 |7?0,00 и '

Выберите спои

|йа«1, тют« 9 ¡Ш ¡60000,00 [17,00 |о,эо [20.00

им»; |ОШ11:11

Сиаржт рода ]Тд/нц»н,1 слой| Конценгравия лр^мксл ] Подеижност^Х^-

30

я-

!15 ...................................

|>:

0- ........|............................

Рис.12. Результаты выполнения второй задачи: программа роста (слева), график скорость роста слоя - время (справа).

В ходе выполнения задачи не учтен выбранный режим проведения процесса эпитаксии и не выполнены необходимые действия по подготовке установки к процессу и своевременное извлечение выращенной гетероструктуры. Следствием ошибочных действий является несоответствие полученной структуры требуемым характеристикам, о

чем свидетельствуют длительные периоды роста слоев вне оптимальных условий вначале и в конце процесса (рис.12., справа).

Задача №3. Вырастить слой состава ОаАБ<гп> в одном из режимов с генерацией сбоев работы установки, предварительно оценив оптимальные условия выращивания. Выполнение:

1, Оценка условий выращивания из соображений высокой скорости роста в сочетании с высокой подвижностью носителей заряда в слое показала следующее: давление в реакторе 7870 Па, температура в реакторе 760 °С, давления в ветках подачи ТЕба и ЭЕгп 60000 Па, объемные расходы водорода на перенос ТЕба и DEZn 0,25 и 0,05 л/мин, температура в испарителях ТЕСа и 17 °С и 20 °С, расход арсина и водорода на разбавление 0,3 и 20 л/мин соответственно.

2. Принято решение проводить процесс выращивания в течение 5 мин. в ручном режиме управления с установкой.

На 5-ой минуте эксперимента возникла проблема, связанная с истощением запаса ТЕва (рис.13., справа), вследствие чего решено досрочно прекратить эксперимент с извлечением полученной эпитаксиальной структуры.

<ЙСо6(1|И» иошибк

СОЯ2£Ю (».ГОЛО

'*-"*..■ '.п. ■

11» I

щшт < г/ада

Рис.13. Результаты выполнення третьей задачи: дефекты роста (слева сверху), положение скола в структуре (слева внизу), выявление ошибки в различных модулях СПК (справа).

Изучение полученной модели (рис.13., слева) показало наличие значительного количества выраженных дефектов роста и структуры вследствие резкого значительного изменения состава парогазовой фазы. Более тщательная проверка готовности оборудования перед использованием позволила бы избежать подобной ситуации.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Публикации по теме диссертации

1. Д.Е. Арбенин, Е.В. Бурляева, A.A. Мармалюк. Выбор условий выращивания нелегированных и легированных слоев GaAs с помощью программной системы на основе эмпирической модели процесса МОС-гидридной эпитаксии. Неорганические материалы, 2010, том 46, № 1, с. 5-10.

2. D.E. Arbenin, E.V. Burlyaeva, and A.A. Marmalyuk. Optimization of Growth Conditions for Undoped and Doped GaAs Layers Using an Empirical Model of Metalorganic Vapor Phase Epitaxy. Inorganic Materials, 2010, Vol. 46, No. 1, pp. 3-7, (англ.).

3. Д.Е. Арбенин, E.B. Бурляева, A.A. Мармалюк. Программная система имитации операции осаждения полупроводниковых структур методом МОС-гидридной эпитаксии. Известия высших учебных заведений: Материалы электронной техники, 2009, №3, с. 43-47.

4. A.A. Мармалюк, Д.Е. Арбенин, Е.В. Бурляева, Алгоритмические программы подбора оптимальных условий роста при выращивании эпитаксиальных слоев на основе GaAs методом МОС-гидридной эпитаксии. Вестник МИТХТ, 2009, т. 4, № 2, с. 61-66.

5. В.Ф. Корнюшко, Е.В. Бурляева, К.Ю. Колыбанов, Д.Е. Арбенин. Применение информационных технологий при многоуровневой подготовке специалистов химико-технологического профиля. Программные продукты и системы, 2009, № 4, с. 32-33.

6. Д.Е. Арбенин. Виртуальная установка для имитации осаждения полупроводниковых структур методом МОС-гидридной эпитаксии. IX Международная научная конференция «Химия твердого тела: монокристаллы, наноматериалы, напотехнологии». Материалы конференции. - Кисловодск, Россия, 2009, с. 123-125.

7. Д.Е. Арбенин. Оптимизация процесса выращивания гетероструктур на основе GaAs для оптоэлектронных устройств. 111 Молодежная научно-техническоая конференция «Наукоемкие химические технологии-2009». Сборник тезисов докладов. - Москва, Россия, 2009, с. 58.

8. D.E. Arbenin. Virtual Apparatus for Imitational Modeling of Semiconductor Structures Growing by MOCVD. Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации». Сборник научных трудов. - Ульяновск, Россия, 2009, в 4 т. Т. 2, с. 564-565.

9. Arbenin D.E., Burlayeva E.V., Marmaluk A.A. Software system for semiconductor structures MOC-hydride epitaxy process imitational modeling. 8lh International Scientific-Technical Conference Process Control 2008. CZ. Book of Abstracts, 2008, p. 219.

10. Арбенин Д.Е. Программная система имитации процесса МОС-гидридной эпитаксии полупроводниковых структур. 15-я Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2008». Тезисы докладов. - М., МИЭТ, 2007, с. 30.

П. Е.В. Бурляева, Д.Е.Арбенин. Создание программного комплекса на базе имитационного моделирования процесса МОС-гидридной эпитаксии полупроводниковых структур. Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров: сб.статей юбилейной Международной научно-практической конференции,- Пенза, 2007, с.106-108.

12. Арбенин Д.Е. Имитационное моделирование процесса выращивания гомоэпитаксиальных структур на основе GaAs методом МОСГЭ. Микроэлектроника и информатика-2007. 14-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М., МИЭТ, 2007, с. 28.

/

Подписано в печать 21.09.2010. Сдано в производство 22.09.2010. Формат бумаги 60x90 1/16. Объем 1 п.л.

_Тираж 100 экз. Заказ № 346_

Отпечатано в ООО "Фирма БЛОК" 107140, г. Москва, ул. Краснопрудная, вл.13. тел. (495) 264-3073 Изготовление брошюр, авторефератов, печать и переплет диссертаций.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Цель работы.5

Научная новизна.5

Практическая значимость.6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРЕДМЕТНЫХ ОБЛАСТЕЙ.7

1.1 эпитаксиальная технология.7

1.1.1. Особенности формирования кристаллической структуры полупроводников.8

1.1.2. Основные группы методов зпитаксиальной технологии.20

1.1.3. Метод МОСГФЭ.23

1.1.4. Свойства полупроводников, применяемых при создании гетероструктур методами эпитаксиалыюй технологии.26

1.1.4.1. Общая характеристика.26

1.1.4.2. Классификация полупроводников.28

1.1.4.3. Основные свойства полупроводников.30

1.1.4.4. Арсенид галлия.35

1.1.5. Установки для проведения процесса эпитаксии.36

1.1.5.1. Общие характеристики различных установок.36

1.1.5.2. Особенности установок серии AIX и «Сигмос-130».39

1.2 Разработка специализированных программных комплексов.43

1.2.1. Системный анализ.43

1.2.2. Моделирование.55

1.2.2.1. Вычислительный эксперимент.64

1.2.3. Виды, функциональные возможности и области применения специализированных программных комплексов.65

1.2.3. Создаваемые решения в области специализированных программных комплексов.67

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ ФОРМАЛИЗОВАННОГО ОПИСАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА.82

2.1. постановка задачи.82

2.2. Взаимосвязь параметров процесса эпитаксии.86

2.3. Экспериментальные данные, используемые в СПК.97

2.3.1. Нелегированные эпитаксиальные слои GaAs.97

2.3.2. Эпитаксиальные слои GaAs, легированные Zn, Si, С.105

2.3.3. Возможные неполадки при работе «Сигмос-130» и пути их устранения.115

2.4. план проведения процесса выращивания эпитаксиальных слоев. 116

2.5. Формализация задач СПК.118

2.5.1. Выбор среды реализации СПК.137

2.5.1.1. Среда разработки Borland Delphi.150

2.5.2. Алгоритмы СПК.158

ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА.165

3.1. Структура СПК.165

3.2. Загрузочный модуль.165

3.3. Управляющий модуль.166

3.4. Модуль «Оценка параметров процесса и характеристик слоев».166

3.5. Модуль «Справочная информация».167

3.6. Модуль «Эксперимент, управляющий компьютер».168

3.7. Модуль «Установка».170

3.8. Модуль «Схема установки».170

3.7. Модуль «исследование структуры».172

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА. 175

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.179

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.182

Принятые сокращения

Сокращение Расшифровка спк Специализированный программный комплекс эс Эпитаксиальный слой

ГС Гетероструктура

Введение

Актуальность работы

Основные элементы большинства современных приборов твердотельной электроники, в том числе, оптоэлектроники, микрофотоэлектроники, солнечной энергетики создаются на основе полупроводниковых гетероструктур, выращиваемых методами эпитаксиальной технологии.

Необходимость расширения возможностей приборов требует, в первую очередь, совершенствования основных элементов, а следовательно, и их технологии производства. Для эпитаксиальной технологии можно выделить два основных пути модернизации. Первый - применение новых компонентов, обладающих лучшими свойствами, в качестве основы гетороструктур или разработка более совершенных методов создания гетороструктур. Второй - совершенствование применяемых методов. Во втором случае актуальными направлениями в улучшении характеристик выращиваемых гетероструктур, а также в повышении эффективности производства являются:

• разработка новых источников, позволяющих снизить загрязнение слоев различными фоновыми примесями;

• разработка высокопроизводительного оборудования с применением элементов оснастки, также позволяющих снизить загрязнение слоев;

• подбор технологических режимов выращивания, позволяющих достичь требуемых характеристик гетероструктур.

В связи с выполнением значительного количества расчетов и необходимостью учета большого числа факторов в исследованиях, возникает потребность в применении специализированных компьютерных программных систем, позволяющих проводить вычислительные эксперименты, снижая трудоемкость поставленных задач.

Немаловажным условием совершенствования и повышения эффективности производства является подготовка квалифицированных кадров, обладающих соответствующими знаниями и умениями для продуктивной работы и надлежащего обращения с дорогостоящим оборудованием. Задачи обучения также могут быть эффективно решены применением современных систем на основе компьютерных технологий. Возможности имитации процесса эпитаксии и оборудования с необходимой степенью детализации в сочетании с информацией о тонкостях технологии позволяют в сжатые сроки приобрести требуемые объем знаний относительно технологии и навыки по работе с оборудованием.

Цель работы

Подбор и совершенствование технологических режимов газофазной эпитаксии путем разработки специализированного программного комплекса.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

1. формализованное описание задачи совершенствования эпитаксиальной технологии на основе системного анализа технологических процессов;

2. разработка архитектуры СПК, обеспечивающей осуществление вычислительных экспериментов по выращиванию полупроводниковых гетероструктур;

3. разработка алгоритмов, реализующих отдельные функции СПК;

4. реализация СПК на основе разработанной архитектуры и алгоритмов;

Научная новизна на основе системного анализа технологических процессов газофазной эпитаксии выполнено построение формализованного описания задачи совершенствования технологических режимов; ^ разработана архитектура СПК, обеспечивающая осуществление вычислительных экспериментов по выращиванию полупроводниковых гетероструктур; разработаны алгоритмы:

У описывающие эмпирически установленные зависимости характеристик выращиваемых эпитаксиальных слоев от контролируемых входных параметров процесса эпитаксии для слоев следующего состава: ваАз, ОаАз<гп>, ОаАз<8>, ОаАэ<С>; динамического изменения параметров процесса эпитаксии в ходе вычислительного эксперимента; описывающие поведение узлов установки с учетом возможности возникновения нестандартных ситуаций в ходе вычислительного эксперимента; построения графических моделей эпитаксиальных гетероструктур на основе результатов эксперимента; описывающие исследования гетероструктур применительно к моделям.

Практическая значимость

Основным практическим результатом работы является СПК, реализованный для установки «Сигмос-130» ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха» применительно к методу МОС-гидридной газофазной эпитаксии и обеспечивающий:

• подбор технологических режимов для достижения требуемых характеристик эпитаксиальных слоев с помощью вычислительных экспериментов, что позволяет экономить расходные материалы, время и средства;

• повышение квалификации персонала, что позволяет уберечь от износа и сохранить работоспособность дорогостоящего оборудования.

Работа выполнена на кафедре «Информационные технологии» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московская государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова» и на федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха».

Заключение

Ниже изложены кратко сформулированные результаты диссертационной работы.

Последовательно проанализированы:

• современное состояние методов эпитаксиальной технологии, в частности, метода МОС-гидридной эпитаксии; определены ведущие позиции этого метода в производстве полупроводниковых структур для приборов твердотельной электроники последнего поколения в промышленных масштабах.

• предлагаемые решения в области разработки и применения специализированных программных комплексов для научно-исследовательских и производственных целей, в частности применительно к эпитаксиальной технологии.

Выявлена актуальность задач совершенствования эпитаксиальной технологии и повышения квалификации персонала производств полупроводниковой продукции путем разработки СПК.

Решены задачи, поставленные при разработке СПК.

1. Построено формализованное описание задач совершенствования эпитаксиальной технологии на основе системного анализа технологических процессов и повышения квалификации персонала. Формализованное описание выполнено в рамках стандартизированной в России методологии функционального моделирования ГОЕРО и представлено в виде комплекса графических диаграмм, связанных отношениями абстрагирования-детализации и отображающих информационные процессы при решении поставленных задач с применением СПК.

2. Разработана архитектура СПК, обеспечивающая осуществление вычислительных экспериментов по выращиванию полупроводниковых гетероструктур.

3. Разработаны алгоритмы, реализующие отдельные функции СПК:

• описывающие эмпирически установленные зависимости характеристик выращиваемых эпитаксиальных слоев от контролируемых входных параметров процесса эпитаксии для слоев следующего состава: СаАэ, ОаАБ<гп>, ОаАз<8>, ОаАз<С>;

• динамического изменения параметров процесса эпитаксии в ходе вычислительного эксперимента;

• описывающие поведение узлов установки с учетом возможности возникновения нестандартных ситуаций в ходе вычислительного эксперимента;

• построения графических моделей эпитаксиальных гетероструктур на основе результатов эксперимента;

• описывающие исследования гетероструктур применительно к моделям.

4. На основе разработанных архитектуры и алгоритмов реализован СПК, применительно к установке «Сигмос-130» ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха» и методу МОС-гидридной газофазной эпитаксии и обеспечивающий:

• подбор технологических режимов для достижения требуемых характеристик эпитаксиальных слоев с помощью вычислительных экспериментов, что позволяет экономить расходные материалы, время и средства;

• повышение квалификации персонала, что позволяет уберечь от износа и сохранить работоспособность дорогостоящего оборудования.

5. В составе СПК успешно реализованы полуэмпирические модели осуществления вычислительных экспериментов МОС-гидридной ГФЭ, позволяющие:

• не затрагивать закономерности и процессы внутренней системы установки «Сигмос-130»;

• определять характеристики выращиваемых эпитаксиальных слоев в зависимости от легко контролируемых входных параметров процесса на сравнительно простой расчетной базе, обеспечивающей в то же время большую точность нежели математические аппараты термодинамики, кинетики, тепло-и массопереноса;

• расширять возможности СПК применительно к полупроводниковым слоям различного состава, в том числе к соединениям AmBv, AnBlv и их трех- и четырехкомпонентным твердым растворам, и моделям установок МОСГФЭ с минимальными затратами времени и средств.

СПК поддерживает установку и обеспечивает исправную работу на ПК серии процессоров Intel Pentium II (или более современных) с одной из установленных операционных систем Microsoft Windows 98/2000/XP/2003/Vista. Не требует большого запаса свободного пространства на жестком диске, достаточно 60 Мб.

СПК внедрен на предприятии ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха» для совершенствования эпитаксиальной технологии, а также на кафедре ММОНЭ ГОУ ВПО «Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова» в целях обучения. Применение СПК в реальных условиях к задачам подбора технологических режимов МОС-гидридной эпитаксии дало положительный результат.

СПК также рекомендован к применению при проведении научных исследований в области газофазной эпитаксии полупроводниковых структур и на предприятиях, деятельность которых связана с производством полупроводниковых элементов и оборудования на их основе, в частности, в ГОУ ВПО «Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова» г. Москва, ГОУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева» г. Москва, ГОУ ВПО "Ивановский государственный химико-технологический университет" г. Иваново, ГОУ ВПО «Казанский государственный технологический университет» г. Казань, ОАО ГНЦ РФ «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет», ФГУП «Государственный Завод «ПУЛЬСАР» г. Москва, ОАО «НИИ Полупроводниковых приборов» г. Томск.

Намечены дальнейшие пути расширения возможностей СПК:

• расширение ряда составов эпитаксиальных слоев, для которых смогут быть подобраны и усовершенствованы режимы выращивания, в том числе такая возможность будет реализована для трех- и четырехкомпонентных твердых растворов;

• использование данных, полученных при проведении вычислительных экспериментов, для определения характеристик гетероструктур, обуславливающих применение последних в полупроводниковом приборостроении;

• включение в состав комплекса разработанного ранее решения, имеющего отношение к формированию топологии поверхности полупроводниковых гетероструктур.

1. В.И. Фистуль «Введение в физику полупроводников». М., 1984, 352 стр.

2. С.С.Горелик, М.Я. Дашевский. «Материаловедение полупроводников и диэлектриков». М., Металлургия, 1988, 575 стр.

3. В.В.Пасынков, В.С.Сорокин. «Материалы электронной техники». М., Высшая школа, 1986, 336 стр.4. «Технология полупроводникового кремния». Под ред. Э.С.Фалькевича. М., Металлургия, 1992, 210 стр.

4. Материалы электронной техники № 4. «Эпитаксия кремния на цилиндрическую поверхность». A.C. Гришко, Т.Т. Кондратенко, Д.Г. Крутогин, J1.B. Кожитов, Московский государственный институт стали и сплавов. М., 2004, с. 25-27.

5. Resch-Esser U. // III-V Rev. 1997. V. 10. N. 4. P. 34-37.

6. Химическая энциклопедия. M.: Сов. энциклопедия, 1988-1992. Т. 1. 1988. 623 с; Т. 3. 1992. 639 с.

7. Schmitz D., Deschïer M., Schulte F., Juergensen H. // Mater. Sei. and Eng. 1995. В 35. P. 102-108.

8. Bedair S. M. // Ibid. P. 1052-1062.

9. Dupuis R. D., ParkJ., Grudowski P. A. et al: // J. Cryst. Growth. 1998. V. 195. N. 1-4. P. 340-345.

10. Kizuki H. // Prog. Crystal Growth and Charact. Mater. 1997. V. 35. N. 2-4. P. 151175.

11. Usui A. // Proc. IEEE. 1992. V. 80. N 10. P. 1641-1653.

12. Norman A. G., Seong T.-Y., Ferguson I. T. et al. // Semicond. Sei. Technol. 1993. N 8. P. S9-S15.

13. Suntola 7. //Appl. Surf. Sei. 1996. V. 100/101. P. 391-398.

14. Gates M. S. // Chem. Rev. 1996. V. 96. P. 1519-1532.

15. Simka H., Willis В. G., Lengyel /., Jensen К. F. //Prog. Cryst. Growth and Charact. Mater. 1997. V. 35. N. 2-4. P. 117-149.

16. Iga R., Sugiura #., Yamada T. //Semicond. Sei. Technol. 1993. N8. P. 1101-1 111.

17. Schoen O., Schwambera M, Schindler В., Schmitz D. //J. Cryst. Growth. 1998. V. 195. N. 1-4. P. 297-303.

18. V.V. Arbenina, A.A. Marmaluk, Arbenin D.E., I.V. Budkin, Govorkov O.I. Liquid Etching of Metallization Layers on GaAs/AlcGal-xAs Heterostructures with HN03+ HC1+ Clycerol Mixture. Inorganic Materials, 2008, vol. 44, № 12, pp. 1278-1284, (англ.).

19. Арбенина B.B., Мармалюк A.A., Арбенин Д.Е., Будкин И.В., Говорков О.И. Травление смесью HN03+ НС1+ глицерин слоев металлизации на гетероструктурах GaAs/AlcGal-xAs. Неорганические материалы, 2008, т.44, № 12, с.1418-1424.

20. Арбенина В.В., Мармалюк A.A., Арбенин Д.Е. Исследование закономерностей процесса травления слоев металлизации, применяемой для создания контактов к полупроводниковым гетероструктурам GaAs/AlGaAs. Физико-химические40