автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Влияние геометрических и температурных факторов на сублимационный массоперенос в микроразмерных ростовых ячейках

На правах рукописи

ЧЕБОТАРЕВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ФАКТОРОВ НА СУБЛИМАЦИОННЫЙ МАССОПЕРЕНОС В МИКРОРАЗМЕРНЫХ РОСТОВЫХ ЯЧЕЙКАХ (ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ)

05 27 06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 2007

003160557

Работа выполнена на кафедре «Общая и прикладная физика» ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент Лозовский Сергей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Трипалин Александр Сергеевич

кандидат физико-математических наук, доцент Папков Игорь Петрович

Ведущая организация: Опытно-конструкторское технологическое

бюро «Пьезоприбор», г Ростов-на-Дону

Защита состоится 1 ноября 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета К 212 304 02 при Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу. 346428, г Новочеркасск, ул Просвещения, 132, ЮРГТУ (НПИ), диссертационный зал (ауд 107 гл корп)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)

Автореферат разослан «<*-е»» сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

С А Горшков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Методы получения слоев и слоевых структур являются одной из важнейших технологических основ современной твердотельной электроники Их развитие в значительной мере обусловливает прогресс не только в области создания новых функциональных материалов электроники, но и в разработке новых конструкционных материалов для различных технических применений Существует широкий спектр методов получения слоев и структур металлов и полупроводников Среди них выделяется гибкостью и универсальностью метод осаждения из молекулярных (атомарных) потоков Метод широко применяется для нанесения покрытий и слоев, различных по техническому назначению и составу вещества В своем прецизионном сверхвысоковакуумном варианте этот метод (часто его называют молекулярно-лучевой эпитаксией - МЛЭ) является инструментом нанотехнологий Он позволяет контролируемо осаждать тонкие аморфные или кристаллические слои заданного состава и синтезировать многослойные структуры для микро-, нано-и оптоэлектроники Такая технология весьма чувствительна к остаточной газовой среде, загрязнениям из тиглей, в которых содержится расплав испаряемого вещества, и молекулярным потокам из нагретых деталей внутрикамерной оснастки вакуумных установок Использование сублимирующегося источника повышает чистоту процесса, а также при малых скоростях осаждения делает его более управляемым Применение сублимирующегося источника в условиях микроразмерной вакуумной зоны, разделяющей источник вещества и подложку, приводит к процессу зонной сублимационной перекристаллизации (ЗСП), перспективного с точки зрения целого ряда применений в технологии материалов и структур твердотельной электроники, а также в области нанотехнологий На основе этого процесса созданы методы получения эпитаксиальных и поликристаллических слоев полупроводников и металлов При этом как исследование процесса, так и применение были связаны только с наиболее простыми вариантами его реализации В то же время условия непланарных вакуумных зон, использование неоднородных по структуре и монокомпонентных по составу сублимирующихся источников, а также неоднородных тепловых полей, представляющие несомненный интерес для создания технологических применений, до сих пор систематически не исследовались В теории особенно актуальными является разработка универсальных подходов к моделированию массопереноса при ЗСП, применимых для различных по свойствам источников вещества, варьируемых температурных и геометрических условий процесса В экспериментальном плане большой интерес представляет исследование ЗСП тугоплавких металлов, применяемых для создания элементов высокотемпературной оснастки технологических установок, разработки новых композиционных материалов и методов их получения, а также исследование ЗСП в связи с задачами прецизионного нанесения и стравливания нанослоев полупроводников и металлов

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы являлось исследование влияния геометрических и температурных факторов на массоперенос при зонной сублимационной перекристаллизации полупроводниковых материалов и тугоплавких металлов в микроразмерных ростовых ячейках плоскопараллельной и цилиндрической формы, в том числе - при наличии выраженного рельефа на поверхности роста Дяя реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи

- разработать модель массопереноса при ЗСП в ростовых ячейках различной геометрии,

- разработать алгоритмы реализации компьютерного эксперимента, позволяющего анализировать влияние различных технологически значимых условий проведения процесса ЗСП,

- провести теоретические исследования влияния геометрических и температурных факторов на перенос ростового вещества в плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной ростовых ячейках,

- обосновать выбор модельных материалов для проведения экспериментальных исследований ЗСП,

- разработать методику и аппаратуру экспериментальных исследований ЗСП,

- осуществить экспериментальную проверку выводов теории о влиянии геометрических и температурных факторов на массоперенос модельных материалов при ЗСП,

- выявить области практического применения метода ЗСП

Объекты и методы исследования

Объектами теоретических исследований являлись закономерности массопереноса при сублимационном нанесении слоев металлов и полупроводников в микроразмерных ростовых ячейках различной конфигурации

Объектом экспериментальных исследований выступал метод зонной сублимационной перекристаллизации в его применении к модельным материалам с использованием плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной вакуумных зон

В качестве методов исследования были использованы имитационные методы компьютерного моделирования, методы сканирующей электронной, атомно-силовой и оптической микроскопии, методы рентгеновского энергодисперсионного микроанализа

Научная новизна

1 Разработаны универсальная атомно-кинетическая модель массопереноса при ЗСП в ростовых зонах различной геометрии и методика компьютерного прогнозирования технологических процессов осаждения слоев методом ЗСП

2 Впервые проведено исследование и выявлены закономерности массопереноса при ЗСП в цилиндрических и рельефных ростовых зонах

3 Обоснованы условия получения методом ЗСП наноразмерных эпитак-сиальных слоев

4 Впервые экспериментально исследован процесс ЗСП тугоплавких металлов, получено подтверждение теоретических зависимостей массопереноса при ЗСП в цилиндрических и рельефных ростовых зонах

5 Разработана экспериментальная методика, позволяющая за счет изменения знака скорости ЗСП на одной подложке реализовать рост и травление на-норазмерных слоев вещества

Практическая значимость. Проведенные исследования показывают, что областями практического применения результатов работы могут быть

1) компьютерное прогнозирование технологических условий процесса осаждения методом ЗСП полупроводниковых и металлических слоев с заданными геометрическими свойствами на основе разработанной универсальной атомно-кинетической модели,

2) осаждение однородные металлических, в том числе тугоплавких, покрытий на подложки сложной геометрии (рельефные, цилиндрические и т д ) с минимизацией потерь ростового вещества,

3) определение равновесного давления паров и измерение скорости сублимации высокотемпературных материалов,

4) контролируемый рост и прецизионное термотравление наноразмерных полупроводниковых и металлических слоев.

Научные положения, выносимые на защиту.

1 Универсальная атомно-кинетическая модель массопереноса при зонной сублимационной перекристаллизации в ростовых зонах произвольной геометрической конфигурации

2 Результаты теоретических и экспериментальных исследований ЗСП кремния, молибдена и графита в плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной ростовых зонах

3 Результаты теоретических и экспериментальных исследований возможности контролируемого послойного роста-травления наноразмерных слоев методом ЗСП

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе результатов подтверждается полнотой и корректностью исходных посылок, непротиворечивостью математических выкладок при теоретическом моделировании процесса, применением в экспериментах аппаратуры с высокими метрологическими характеристиками, хорошим согласием выводов теории с результатами экспериментальных исследований, а также с известными из литературы экспериментальными данными, практическим использованием результатов работы, подтвержденным соответствующими актами о внедрении

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах центра коллективного пользования «Высокие технологии» (Ростовский государственный университет, г Ростов-на-Дону, Южно-Российский государственный технический университет, г Новочеркасск, Таганрогский государственный радиотехнический университет, г Таганрог) (2005-2007 гг), научно-технических конференциях ЮРГТУ (НПИ) (2004-2007 гг ), а также на следующих конференциях

- «XII Национальной конференции по росту кристаллов», Москва, 2006,

- «XXI Российской конференции по электронной микроскопии», Черноголовка, 2006,

- «III Научно-практической конференции "Нанотехнологии - производству 2006», Фрязино, 2006,

- «XV Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, Черноголовка, 2007»

Реализация и внедрение результатов работы Результаты диссертации использованы в ряде научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Общая и прикладная физика» ЮРГТУ (НПИ) - «Разработка теоретических основ процесса кристаллизации эпитаксиальных слоев кремния, легированного редкоземельными элементами» (№ гос регистрации 01200312452, 2003-2007 гг ), «Научно-методическое, организационное и материально-техническое обеспечение развития Центра коллективного пользования Южного корпоративного университета «Высокие технологии» научным оборудованием для проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ по приоритетным направлениям Программы» (№ гос контр РИ-27 0/001/062, 2005-2006 гг), «Разработка научных основ метода получения нанослоев и структур ZnO в ультратонких ростовых ячейках» (№ гос контр 02 513 11 3349, 2007 г )

Кроме того, результаты диссертационной работы использованы

- в технологических процессах сублимационного нанесения слоев различных веществ при изготовлении электронных модулей со специальными свойствами (ФГУП ВНИИ «Градиент», г Ростов-на-Дону)

- при разработке зондовых датчиков для атомно-силовых микроскопов с нановискерным сканирующим элементом (ЦКП «Нанотехнологии» ЮРГТУ», г Новочеркасск)

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 4 публикации в сборниках тезисов докладов всероссийских конференций, 1 монография

Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена под научным руководством кандидата физико-математических наук, доцента Лозовского С В , при участии которого были определены главные задачи исследования, и обсуждены основные результаты работы

По тематике диссертации автором лично выполнено следующее построена универсальная атомно-кинетическая модель массопереноса при ЗСП, разработаны вычислительные алгоритмы и составлен пакет прикладных программ для реализации компьютерного эксперимента на основе атомно-кинети-ческой модели, проведены теоретические исследования влияния геометрических и температурных условий ЗСП на массоперенос, разработана методика экспериментальных исследований массопереноса при ЗСП в плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной ростовых зонах, проведены эксперименты по исследованию закономерностей массопереноса полупроводников и тугоплавких металлов, показана возможность использования метода ЗСП для контролируемого роста-травления наноразмерных слоев, проведена интерпретация полученных экспериментальных результатов

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы Общий объем диссертации страниц - 145, рисунков - 62, таблиц - 4, список использованной литературы содержит 156 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении проводится обоснование выбора темы диссертационной работы и ее актуальности Определены цель и задачи работы Охарактеризованы объекты и методы исследования Показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов диссертации Представлены апробация работы, ее внедрение, а также личный вклад автора Сформулированы основные положения диссертации, выносимые на защиту

В первой главе на основе обзора литературных источников рассмотрено развитие исследований сублимационного осаждения слоев при малых расстояниях между источником и подложкой и приведены общие сведения о методе зонной сублимационной перекристаллизации (ЗСП) Показана недостаточная изученность массопереноса при ЗСП (только для простейших случаев формы ростовой зоны и перекристаллизуемых веществ) Проведена сравнительная характеристика методов осаждения слоев, родственных ЗСП по признаку геометрических условий в ростовой зоне и по механизмам массопереноса газофазной сэндвич-эпитаксии, метода квазизамкнутого объема, зонной перекристаллизации градиентом температуры, молекулярно-лучевой эпитаксии Отмечено, что ЗСП является предельным случаем кристаллизации из молекулярных пучков

Установлено, что систематические исследования переноса вещества при ЗСП в ростовых зонах сложной геометрической конфигурации в широком диапазоне температур не проводились

Анализ литературных источников выявил три взаимодополняющих подхода к моделированию массопереноса интегральный, диффузионный и атомно-кинетический Показана перспективность использования атомно-кинетического подхода как универсального способа моделирования массопереноса при ЗСП, том числе в ростовых зонах сложной геометрии

На основе литературных данных проведен выбор элементарных веществ, которые целесообразно применять для осаждения слоев методом ЗСП Выявлена целесообразность исследования ЗСП как метода создания защитных тугоплавких покрытий (Мо, Та и др), а также метода управляемого выращивания наноразмерных слоев

Анализ литературных данных позволил сделать вывод об актуальности диссертационной работы и сформулировать основные задачи исследования

Вторая глава посвящена разработке атомно-кинетической модели массопереноса при ЗСП, позволяющей теоретически исследовать влияние геометрических и температурных факторов на кинетику процесса

В общем случае метод зонной сублимационной перекристаллизации характеризуется использованием неравномерно нагретых сублимирующегося источника 1 и подложки 2 произвольной геометрической конфигурации (рисунок 1) и выполнением условий

V(.)eG, 3 ST = (J'b(G\)-T"(G2))>0

(1) (2) (3)

где Dmax-наибольший продольный размер ростовой зоны, /тах- максимальное расстояние между источником 1 и подложкой 2, определяемое вдоль вектора у (ï и j взаимно ортогональны), T " (G, ) и 7"' (G2) - распределение температуры на поверхностях источника G\ и G2 подложки, Xq - длина свободного пробега молекул при имеющемся в вакуумной зоне давлении

В вакуумной микроячейке (ростовой зоне) 3 происходят процессы массо-переноса, включающие перенос основного вещества тел 1 и 2, перенос примесей, растворенных в них, и перенос вещества из внешней среды 4 Указанные процессы проявляются, во-первых, в перемещении фазовых границ 1 и 2, во-вторых, в захвате обеими поверхностями примесей друг друга, а также примесей из внешней среды, в-третьих, в выносе части основного вещества и примесей за пределы ростовой зоны Перенос основного вещества и примесей от источника к подложке преобладает над остальными процессами, если выполняется условие (3), что технологически обеспечивается более высоким нагревом тела 1 по сравнению с остальными частями ростовой ячейки Управление распределением температуры на поверхностях G\ и G2 осуществляется использованием нагревателей различной конструкции и системой экранов

В гл 2 показано, что анализ массопереноса при ЗСП целесообразно проводиться на основе атомно-кинетической модели и метода имитационного компьютерного моделирования стохастических систем Модель массопереноса базируется на методе Монте-Карло Массоперенос при ЗСП обусловлен следующими процессами 1) испусканием атомов или молекул сублимирующейся поверхностями источника G] и слоя на подложке G2, 2) переносом практически не сталкивающихся между собой атомов (молекул) через ростовую зону, 3) взаимодействием атомов с поверхностями вакуумной ячейки G| и G2 В модели пренебрегается взаимодействием атомов между собой в объеме ростовой ячейки Поверхностная диффузия атомов также считается слабым фактором по сравнению с массообменном за счет атомарных (молекулярных потоков) Мас-

соперенос моделируется путем расчета траекторий движения атомов в вакуумной зоне, определения места и вероятности их захвата поверхностью растущего на подложке слоя

?

Рисунок 1 Схема ЗСП в ростовой зоне произвольной конфигурации

При разработке модели предложен способ разбиения поверхности произвольной формы на элементарные ячейки да, Получена формула для определения количества атомов Ы,, испарен-

ных с поверхности произвольной ячейки Ж, Л', =/!,/? (1ттгк1\) °5 ехр - —] 6'г,

где 4 - предэкспоненциальный множитель Ленгмюра, Д - коэффициент сублимации, т, - масса атома, А - постоянная Больцмана, г, - температура поверхности ячейки, Е,- энергия активации процесса сублимации, 81- время моделирования

Получена система уравнений и предложен способ расчета траектории движения атомов в ростовых зонах произвольной конфигурации При расчете траектории частицы задаются входные параметры, определяющие направление движения горизонтальный <рг и вертикальный <рв углы Горизонтальный угол срг между проекцией вектора направления движения атома г и произвольно выбранной осью, определяющей начало отсчета угла, изменяется в пределах О < <рг < 2/т Вертикальный угол % между нормалью к плоскости элементарной ячейки п и вектором направления движения атома г изменяется в пределах О < <рв < При моделировании используется косинусоидальный закон распределения атомов по направлениям при их испускании испаряющей поверхностью и зеркальный закон при переотражении атома от поверхностей С, и С2 Учитывается вероятность непосредственного вылета атома за пределы вакуумной зоны Для моделирования случайных событий (испарение, конденсация, отражение) использовался метод статистических испытаний

Для получения косинусоидального закона распределения атомов по направлениям построены специальные генераторы псевдослучайных чисел

(р=п-1 аггсозь1\-£Л 0<£ <1, т. " 4 Координаты места взаимодеиствия атома с по-

роги- 9, 0 < 5 < 1,

„ Г? = Я, + м

верхностью С2 находят из решения следующей системы уравнении <

1/(С2) = 0

где а - коллинеарный вектор с коэффициентами !ру,ау,аг}, которые находятся из \stna. х'-соъф, У = 0, , „ ,

\ , 1 (уравнение прямой в собственной системе координат,

[соэр, у г =0,

связанной с отдельной ячейкой Ж,) и

' х = х0,+х' С05(^(Г', Г)) + У , Г)) + г' со ¡¡(¿(к', 7))

У = Уо,+ х' + У ,])) + г' cos(Z(í',7)) (формулы преобразования

г = :0, +х' со&иСг',к)) + У <х>&(г(]',к)) + г' сое(Д £',£))

прямоугольных координат в пространстве, определяющие траекторию движения в общей системе координат), / - параметр

В результате расчета по атомно-кинетической модели формируются массивы данных мис,,)} и (С2), Л'^Л)), содержащие информацию о распределении испаренных и конденсированных Л'ко„ атомов, анализ которой позволяет рассмотреть влияние геометрических и температурных факторов на массоперенос при ЗСП

В гл 2 приведены результаты исследования массопереноса в ростовых зонах различной геометрии плоскопараллельной, цилиндрической, рельефной (рисунки 2-5) Сформулированы основные допущения, использованные при моделировании переноса вещества в таких ячейках Установлена слабая линейной зависимость скорости ЗСП от геометрических параметров плоскопараллельной и цилиндрической ростовых зон (рис 1 и 4)

ПК

О 01 0 02 0 03

004 005

0,8 1,2 16 №

Рисунок 2 Зависимость относительной скорости роста слоя У/У0 от ^^ в плоскопараллельной

ростовой зоне 1 -в широком диапазоне ^,

2 -в области малых значений ^ (условия ЗСП) / - толщина, Я - радиус ростовой зоны

Рисунок 3 Радиальное распределение скорости роста слоя в плоскопараллельной

¿/ = 0,03 Ук = 0,003 (условия ЗСП)

ростовой зоне 1 (условия ЗСП) 3 4-

ук = 0,3 2-

Ук = 10.6-^ = 2

Рисунок 4 Зависимости относительной скорости

V (Л-г) I

роста слоя — от •

К

! цилиндрическои

Л , Л _

ростовой зоне 1--= 1 2--= 03,

Ь Ь

з- - = 0 03,4- - = 0 003 I ь

((Я —г) -толщина, Ь - длина ростовой зоны)

= 0 04

04 06 2/1-

^ л ,

~ь =

Рисунок 5 Продольное распределение скорости ЗСП в цилиндрической ростовой зоне

,.^Л = 09.2 ^ = 05,3-(^1.014-^ = 001,

I

(Я-г)

= 0 001 -интегральный

коэффициент массопереноса)

Рисунок 6 Зависимость относительной скорости ЗСП от перепада температуры между источником и подложкой 1 - 7=450 К, 2 - Т=1180 К, 3 - 7=1670 К

Теоретически установлено, что методом ЗСП возможно получение однородных по толщине слоев при практически полном переносе ростового вещества 85-90% - в плоскопараллельной зоне (рис 2) и 93-99% - в цилиндрической (рис 4) Показано, что для плоскопараллельной и цилиндрической ростовых зон практически можно пренебречь наличием распределения скорости роста вдоль поверхности подложки (рис 3 и 5) Установлено при этом, что метод ЗСП обеспечивает рост более однородных по толщине слоев на подложках, имеющих выраженный рельеф поверхности, по сравнению с методом МЛЭ При ЗСП на взаимно перпендикулярных элементах рельефа поверхности подложек возможно осаждение достаточно равномерного слоя с изменением его толщины не более 4% Это достигается при толщинах вакуумной зоны I ~ ОД Я (здесь Я - характерная для данного рельефа высота его элементов)

Исследована зависимость скорости ЗСП от перепада температур дТ между источником и подложкой плоскопараллельной ростовой зоны (рис 6) Показано, что при малых величинах 5Г скорость пропорциональна ЗТ, а при перепаде температур 5Г > 0,1 Т скорость процесса ЗСП совпадает со скоростью сублимации вещества со свободной поверхности в вакуум (V ) Проведено моделирование эффекта снижения температуры в периферийных областях ростовой зоны

Метод ЗСП, используя контролируемую сублимацию с низкой скоростью, способен обеспечивать получение нанослоев вещества В гл 2 проанализированы температурные условия для управляемого роста и прецизионного травления

методом ЗСП наноразмерных слоев На примере кремния получена теоретическая зависимость скорости роста-травления нанослоев от перепада температуры ДТ (рис 7)

Третья глава носит методический характер и посвящена описанию экспериментального оборудования, выбору модельных материалов, методик получения и исследования Рисунок 7 Зависимость скорости роста свойств слоев, осаждаемых методом

(травления) эпитаксиальных слоев кремния V ЗСП от величины разности температуры между источником и подложкой ДГ

Сформулированы основные требования к экспериментальному технологическому оборудованию, обеспечивающему воспроизводимые условия проведения процесса ЗСП Получение эпитаксиальных слоев и осаждение защитных покрытий проводилось в универсальной промышленной вакуумной установке ВУ-1А, адаптированной к условиям ЗСП Процесс проводился при остаточном давлении в рабочей камере установки Ю-2 - 10~3 Па Применение относительно низкого вакуума возможно благодаря характерному для ЗСП эффекту защиты микроразмерной ростовой зоны между источником и подложкой от попадания в нее молекул остаточных газов

Описаны разработанные конструкции нагревательных устройств, обеспечивающих проведение экспериментов в плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной ростовых зонах при температурах на источнике до 1700 К (для кремния) и 2800 К (для молибдена)

Существенная особенность процесса ЗСП заключается в температурной взаимосвязи близко расположенных источника и подложки и совместный их прогрев на начальной стадии, что нашло отражение в температурно-временных режимах процесса осаждения слоев

Далее обоснован выбор материалов источников и подложек, используемых для экспериментальных исследований В качестве материалов источников для исследования влияния геометрических и температурных факторов на кинетику массопереноса при ЗСП применялись кремний, углерод и молибден Такой выбор позволил охватить широкий температурный диапазон проведения процесса ЗСП и изучить особенности переноса вещества в ростовых зонах различной геометрии (плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной) Кроме того, эти модельные материалы широко применяются в технологии производства полупроводниковых материалов и приборов электронной техники

Для исследования кинетики ЗСП в плоскопараллельной ростовой зоне и экспериментальной демонстрации возможности прецизионного стравливания и управляемого наращивания наноразмерных слоев использовались пластины Si толщиной 0,8-1,5 мм и диаметром 76 мм Ленточные молибденовые источники применялись для изучения массопереноса в рельефных ростовых зонах и отработки технологии изготовления композиционных нагревателей «графит-молибден» Проволочные источники из молибдена с длинами 5-25см и диаметрами 0,3-3мм применялись для изучения массопереноса в цилиндрических кри-сталл-лизационных ячейках Приводится методика подготовки источников

Обоснованы критерии выбора подложек для экспериментальных исследований В качестве подложек использовались пластины кремния КДБ-12 ориентацией (100) диаметром 76 мм и толщиной 360 мкм, пластины с прямоугольным глубинным рельефом из высокочистого графита Описана методика препарирования подложек

Для определения свойств осаждаемых слоев применялся комплекс взаимодополняющих средств исследования - методы металлографии на основе оптической микроскопии (цифровой оптический микроскоп Olimpus ВХ51), методы сканирующей электронной микроскопии (СЭМ Quanta 200), рентгеновский

энергодисперсионный микроанализатор EDAX Genesis, атомно-силовой микроскоп Solver HV

Толщина эпитаксиальных слоев кремния определялась на основе измерения максимального размера дефектов упаковки, наблюдаемых с помощью оптического и электронного микроскопов, а также измерения глубины максимального дефекта упаковки на ACM Solver HV Эти методики приводят к одинаковым количественным результатам Измерение толщины покрытий, осаждаемых при ЗСП на сапфировых и графитовых подложках различной геометрии, производилось по шлифу с помощью СЭМ Quanta200

Исследование наноразмерных слоев требует совершенствования аналитических методик Автором диссертации предложен метод изготовления наносен-соров для атомно-силовой микроскопии Этим методом были изготовлены, а затем апробированы в атомно-силовом микроскопе сенсоры с карбоновым на-новискерными чувствительными элементами В роли чувствительного элемента сенсора выступают ноноразмерные иглы, электрон-стимулированное выращивание которых производится непосредственно на острие зондов Иглы имеют радиус кривизны менее 10 нм, что позволяет добиться повышенного разрешения при исследовании морфологии поверхности исследуемых образцов (обеспечивается разрешающая способность АСМ не хуже 0,3 нм)

В гл 3 изложены результаты экспериментального исследования эффекта электрон-стимулированного роста нановискеров, проведеного автором с помощью СЭМ Quanta200 и приставки энергодисперсионного микроанализа Описан разработанный автором метод электрон-стимулированного наращивания нано-игл на острие зондового датчика

В четвертой главе изложены результаты экспериментального исследования закономерностей массопереноса кремния, молибдена и графита при ЗСП в плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной ростовых зонах, приведены результаты эксперимента, демонстрирующего возможность управляемого роста и прецизионного травления наноразмерных слоев методом ЗСП, рассмотрены вопросы практического применения ЗСП

Исследовано влияние на массопе-ренос в плоскопараллельной ростовой зоне ее толщины / и планарных размеров R, температуры источника Т и перепада температуры между источником и подложкой <5Г Полученные экспериментальные зависимости скорости ЗСП от геометрических факторов (рис 8) позволили уточнить условия для исследования влияния температурных факторов кинетику ЗСП радиус ростовой зоны/? =38 мм, толщина вакуумной микро-

1 МКМ

Рисунок 8 Экспериментальная зависимость скорости ЗСП кремния от толщины плоскопараллельной ростовой зоны

1 - Г =1670 К ЗТ =250 К Я =38 мм,

2 - Т =1590 К <57" =240 К Я =38 мм, 3- Г =1590 К, <£Г =240 К, Л =10 мм

ячейки /<70 мкм, остаточное давление в вакуумной камере Р = 10'Л Па. Для сопоставления теоретической и экспериментальной зависимостей У(ЗГ) функция скорости исследована при температуре источника i'~1670 К. Экспериментальные точки в координатах 1 (здесь v0= 25,5 мкм/ч - максимальная скорость сублимации кремния при данной температуре источника) хорошо согласуются с теоретической кривой.

Проведено изучение структурных свойств полученных при ЗСП эпитак-сиальных слоев кремния. Слой были получены на подложках диаметром 50-76 мм при толщинах вакуумных зон / = 20-400 мкм, температурах источника Т -1440-1670 К и перепаде температуры между источником и подложкой 0Г — 150-250 К, давлении остаточных газов 10"2 - 10"' Па, Полученные в этих условиях слои кремния с ориентацией (100) и (HI), как правило, имели зеркально-гладкую поверхность. Их монокристалл и чность подтверждалась характером электронограмм (наблюдались лишь кикуд и-полосы и кикучи-лпнии). АСМ-изображения соответствовали гладкой, бездефектной поверхности. На периферии подложки формируется пленка с развитым микрорельефом, что обусловлено снижением эффекта локального вакуума вблизи края ростовой зоны и возрастанием влияния остаточных газов на механизм роста слоя.

Установлено, что при ЗСП существует проблема предэпитаксиальной очистки поверхности подложки in situ. Неполное удаление адсорбированных на поверхности подложки загрязнений может приводить к появлению характерных для этого метода дефектов слоев: дефектов упаковки (обусловленных, по-видимому, следами оксидных пленок на подложке) и поверхностных каплевидных дефектов, связанных с локальными микроскопическими загрязняющими поверхность частицами.

Изучение дефектов проводилось методами атомпо-силовой и сканирующей электронной микроскопии с использованием приставки энергодисперсионного анализа. Для АСМ исследований использовались специально изготовленные наносенсоры с Карбоновым вискером.

На поверхности эпитаксиальных слоев обнаружены также образования, имеющие каплевидную форму и размер от I до 10 мкм. Элементный микроанализ каплевидных образований показал наличие Ке (5%), Сг (0,9%), Ni (0,7%). Для экспер я ментального получения нанос-лоев необходимо Необходимо существенна уменьшить молекулярные потоки примесей в ростовую зону от деталей высокотемпературной оснастки.

Установлено также, что при использовании нагревательного элемента в виде плоской спирали из высокочистого графита приводит к постепенному образованию на тыльной поверхности источника кремния углсродосодсржащей пористой пленки (рис. 9).

Рисунок 9 ЭМ-изображен не поверхности пленки, образующейся на кремниевом ЗСП-источнике

Это негативно сказывается на стабильности термических условий процесса, так как она меняет оптические свойства поверхности источника и нарушает градуировку термоузла Естественно предполагать карбидообразование на графитовом нагревателе и 'последующий сублимационный перенос карбида кремния на более холодную поверхность кремниевого источника с образованием указанной пленки В диссертации предложено блокировать этот процесс покрытием поверхности графитовой основы деталей высокотемпературной оснастки слоями тугоплавких металлов, например, молибдена

Экспериментальное исследование массопереноса в ростовых зонах цилиндрической симметрии проводилось с использованием цилиндрических источника (в виде проволоки из модельного металла - молибдена) и подложек большего диаметра, образующих коаксиальную систему Размеры цилиндрической вакуумной зоны варьировались в пределах длина - от 5 до 25 см, диаметр источника - от 0,5 до 3 мм, толщина ростовой зоны (радиальное расстояние между поверхностями источника и подложки) - от 300 до 1200 мкм Экспериментами подтверждена предсказанная на основе расчетов атомно-кинетической модели независимость скорости ЗСП от толщины цилиндрической ростовой зоны при в диапазоне малых значений / < 850 мкм Варьирование температуры при толщинах ростовой зоны, не превышающих 850 мкм, приводит к увеличению скорости ЗСП с 38 мкм/ч при температуре источника Г =2580 К до 112 мкм/ч при температуре источника Г =2760 К, что согласуется с выводами теории (рис 10)

Установленные закономерности массопереноса при ЗСП в цилиндрической ростовой зоне могут быть практически использованы для нанесения защитных покрытий различного назначения (тугоплавких, устойчивых к воздействию агрессивных сред и т п) на внутренние стенки полых трубок

Практические применения ЗСП тесно связаны также с получением однородных по толщине покрытий из тугоплавких металлов на подложках с сильно выраженным рельефом поверхности Для экспериментального исследования таких возможностей в качестве подложек для осаждения модельного металла (молибдена) использовались плоские спирали с витками прямоугольного сечения, изготовленные из высокочистого графита Геометрические особенности ростовой зоны при ЗСП заключаются в данном случае в наличии глубинного рельефа поверхности подложки со взаимно перпендикулярными его участками

7 мкм

Рисунок 10 Экспериментальная зависимость скорости ЗСП молибдена от толщины цилиндрической ростовой зоны

1 - Г =2760 К, <57=290 К 1=25 см,

2 - Т =2760 К, 5Г =280 К, £ =15 см,

3 - Т =2760 К, <5Г =280 К, Ь =10 см,

4 - Т =2580 К, 8Г =240 К I =25 см,

5 - Т =2580 К, 6Т =220 К, I =15 см,

6 - Т =2580 К <5Т =220 К, Ь =10 см

Графитовые спирали, на поверхность которых производили нанесение покрытия, имели следующие геометрические параметры: а-5.8 мм, ¿=0,9 мм и// = 1 мм {рис. 1 I}. Эксперименты по п ©рекристаллизации молибдена проводились в диапазоне температур источника 2580-2760 К и скоростей осаждения 30-110 мкм/ч. Были нанесены слои молибдена с толщинами от 3 до 20 мк.м. Экспериментально установлено, что при скоростях ЗСП от 30 до 50 мкм/ч происходит осаждение сплошного (рис. 12) пол и кристаллического слоя с размерами зерен от I до 5 и

Рксунок "И Ростозак зона с глубинным, прямоугольным рельефом

1 - источник паров; 2- рельефная подложка

(рис. 13).

Рисунок 12 ЭМ-микрофотография молибденового слоя на рельефной графитовой подложке

Рисунок 13 АСМ-иэображение структуры молибденового покрытия

Рисунок 14 ЭМ-иэображение шлифа композиционного материала 1 - молибденовый слой;

2 - графитовая основа;

3 - переходная область

Методом рентгеновского микроанализа установлено, что на границе молибден-графит образуется переходная область из карбида молибдена (рис. 14) и ее толщина в пределах точности метода варьировалась от 0,5 до 0,8 мкм. Образование такой переходной области обуславливает хорошие адгезионные свойства молибденового покрытия. Механическая обработка композиционных нагревателей (сверление, резка) также подтверждает высокую прочность сцепления молибденового покрытия с графитовой основой,

Изучение профилей слоев на взаимно-перпендикулярных участках показало высокую однородность покрытия (в пределах 4%) и подтвердило теоретический вывод о возможности получения однородных покрытий на подложках со сложным рельефом поверхности, вытекаю-

щий из результатов вычислительных экспериментов на основе атомно-кинетической модели процесса ЗСП (глава 2)

На основе разработанной методики ЗСП изготовлена опытная партия спиралей с двусторонней мёталлизацйей и толщиной молибденовой пленки 10 мкм Образцы спиралей из композиционного материала были подвергнуты многократному термоциклированию до их эксплуатационной температуры 1700 К Все образцы показали устойчивость защитного покрытия и неизменность свойств Функциональное апробирование в составе термоузла вакуум-термической установки показало, что минимальное время эксплуатации изготовленных таким образом спиралей при типичных температурных режимах 1500-1700 К составляет не менее 120 часов Этот показатель является практически приемлемым для использования нагревателей в лабораторных и промышленных установках

Таким образом, на примере разработки методики получения покрытия молибдена на графитовых подложках со сложным рельефом показано, что предложенная в диссертации атомно-кинетическая модель массопереноса при ЗСП может использоваться как универсальный инструмент подготовки технологии нанесения слоев с заданными свойствами На основе атомно-кинетической теории разработан пакет прикладных программ, позволяющих количественно описывать технологические процессы, связанные с переносом вещества, и осуществлять компьютерное моделирование конкретных вариантов ЗСП Это позволяет значительно сократить количество натурных экспериментов и ускорить внедрение технологии в производство

Метод ЗСП в определенных условиях допускает проведение контролируемого роста и прецизионного травления нанослоев вещества Для этого необходимо независимо управлять температурами источника Г, и подложки Г,, обеспечивая наперед заданный и варьируемый перепад температуры <5Г на границах ростовой зоны

Между двумя идентичными нагревательными элементами, созданными на основе композиционного материала "графит-молибден", помещалась композиция из двух кремниевых пластин с ориентацией (111) Геометрические размеры ростовой зоны (диаметр пластин./? = 38мм, толщина зазора между ними 1 = 10мкм) соответствовали ти-

пичным условиям проведения процесса ЗСП в плоскопараллельной ростовой зоне Для получения атомарно-гладкой поверхности использовали предэпитаксиальную очистку поверхности источника и подложки После предварительного термотравления пластин при температуре 1640 К в течение 20 мин нагреватели смещались

Рисунок 15 Схема расположения ростовой зоны и системы нагревателей 1 2 - кремниевые пластины 3 4 -нагреватели

в противоположных направлениях перпендикулярно оси симметрии ростовой зоны. Этим на границах вакуумной ячейки создавался продольный градиент температуры О (рис. 15), Таким способом в центральной части полложки обеспечивались условия для плавного изменения величины ЛТ. а. следовательно, скорости и знака процесса ЗСП. АСМ-исследовання подученной па подложках переходной зоны выявили атом ар н о-гладкое плато в ее центре и тсррасоо б разный рельеф с ианосту-пенями по обе стороны от нее в направлении тангенциального градиента {рис. 16), На расстоянии - 20 мкм наблюдался переход гладкой Поверхности в группу плоских террас шириной до 1 мкм. Слева происходил рост ступеней, справа - наноразмерное стравливание поверхности. Террасы роста разделены склонами из 24 ступеней, отстоящих друг от друга на 40-70 нм. Высота ступеней составляет 3-4 нм. Таким образом, при малых значениях управляемого параметра Щ и инверсии знака этой величины ЗСП может использоваться в целях контролируемого роста-травления нанораз-мерных сдоев вещества.

Показано, что метод ЗСП может практически использоваться как инструмент исследования свойств вешества источника, например, для определения скорости сублимации и давления паров тугоплавких материалов. Сущность предложенной методики заключается в определении давления паров методом Ленгмюра из основе экспериментально получаемой температурной зависимости скорости ЗСП исследуемого вещества. Процесс ЗСП необходимо реализовать в геометрических условиях, обеспечивающих минимум потерь ростового вещества, сублимирующегося с поверхности источника, и температурных условиях, обеспечивающих практическое минимальное расхождение скорости сублимации источника и скорости ЗСП (в пределах допустимой погрешности). Эти условия и искомая скорость могут быть определены по результатам исследования кинетики ЗСП. Для апробирования методики нами проводился процесс ЗСП молибдена в вакуумной зоне цилиндрической геометрии. Источник в форме проволоки (толщина 200-300 мкм) располагался внутри достаточно протяженного цилиндра-подложки {20-25 см). Измерение исходного и конечного (после проведения процесса ЗСП) диаметров проволоки выполняли с помощью сканирующего электронного микроскопа. По разности радиусов и времени процесса определяли скорость сублимации материала. При уменьшении диаметра проволоки более 30 мкм относительная погрешность метода не превышает 3%. Таким методом были получены значения энергии активации процесса сублимации молибдена и вольфрама ЕМо — 6,5 эВ и Е„. = 9.1 эВ.

Рисунок 16 АСМ-изображения ступеней роста зпйслоя кремния в переходной области II. полученное эондовым датчиком с карбоновым нанонпокером

выводы

1 Разработана атомно-кинетическая модель массопереноса при ЗСП, позволяющая описать движение фазовых границ вакуумной ячейки и рассмотреть влияние геометрических и температурных факторов на кинетику процесса ЗСП На основе этой модели создан пакет прикладных программ и методика их использования в компьютерных экспериментах, которые позволяют заменять натурные эксперименты и обеспечивать оптимизацию технологических процессов осаждения слоев методом ЗСП

2 Теоретически показано, что геометрические условия, характерные для метода ЗСП, обеспечивают получение однородных по толщине слоев на подложках различной геометрии при практически полном переносе ростового вещества (85-99%), при этом радиальной неоднородностью скорости процесса для плоскопараллельной ростовой зоны и продольной - для цилиндрической можно пренебречь Выводы теории подтверждены экспериментально

3 Исследована зависимость скорости ЗСП от перепада температуры 8Т между источником и подложкой Скорость ЗСП пропорциональна ЬТ, и при малых величинах 8Т, существенно меньших температуры источника (57" > ОДТ), совпадает со скоростью сублимации вещества со свободной поверхности в вакуум (F —> Утах) На примере кремния показана возможность применения метода ЗСП для контролируемого стравливания и наращивания наноразмерных слоев при варьировании величины и знака ЬТ

4 Для исследования методами атомно-силовой микроскопии получаемых наноразмерных структур в диссертационной работе предложена и апробирована методика электрон-стимулированного наращивания карбоновых нановискеров на острие стандартных АСМ-зондовых датчиков, на этой основе созданы наносен-соры с радиусом закругления острия менее 10 нм и длиной тела вискера до 1 мкм, позволяющие добиться предельного разрешения АСМ

5 Разработана экспериментальная методика исследования кинетики процесса ЗСП модельных материалов (тугоплавких металлов) в диапазоне температур от 1000 К до 2800 К цилиндрической и рельефной ростовых зонах Впервые экспериментально исследован массоперенос в ростовых зонах непланарной геометрии Показано, что для цилиндрических ростовых зон при толщинах до 850 мкм и длине ростовой зоны 15-25 см, краевые эффекты проявляются незначительно, и потери вещества не превышают 3% Установлено, что способ ЗСП позволяет обеспечить однородность толщины покрытия (в пределах 4%), выращенного на поверхности подложки с глубинным рельефом при / ~ ОД Я

6 Показана возможность нанесения методом ЗСП толстых молибденовых слоев на графите Разработана методика нанесения прочных молибденовых покрытий на рельефной поверхности графитовых нагревательных элементов Установлено наличие на границе с графитовой подложкой протяженной переходной области переменного состава из карбида молибдена толщиной от 0,5 до 0,8 мкм, обеспечивающую хорошую адгезию молибденового слоя к графитовой основе Апробирование нагревателей из композиционного материала при температуре эксплуатации до 1700 К показало их высокие эксплуатационные свойства

7 Показано, что процесс ЗСП в цилиндрической ростовой зоне может использоваться как физико-технический метод определения скорости сублимации высокотемпературных веществ Vmax и равновесных давлений паровр* над твердой поверхностью Относительная погрешность измерения скорости Fmax составляет не более 3% Предложенным методом получены температурные зависимости скорости сублимации молибдена и вольфрама и энергии активации сублимации ЕМо= 6,5 эВ, Ew =9,1 эВ

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1 Лозовский С В , Демьян Р В , Трушин С А , Чеботарев С H , Зотова Т П Применение процессов ЗПГТ и ЗСП в разработке методов получения материалов для светоизлучающих структур на основе кремния// Кристаллизация и свойства кристаллов межвуз сб науч тр / Юж -Рос гос техн ун-т (НПИ) — Новочеркасск Набла, 2003 -С 49-52

2 Лозовский В H , Лозовский С В , Чеботарев С H Моделирование массопере-носа в процессе зонной сублимационной перекристаллизации при цилиндрической симметрии ростовой зоны //Изв вузов Сев -Кавк регион Техн науки -2006 -№3 -С 60-63

3 Лозовский С В , Чеботарев С H Моделирование зонной сублимационной перекристаллизации в ростовой зоне коаксиальной симметрии// НКРК-2006 тез докл XII Нац конф по росту кристалллов, 23-27 окт 2006 г, Москва, Россия -M ИК РАН,2006 - С 216

4 Кулинич В И, Бубликов Е И , Демиденко Г А , Чеботарев С H Исследование нанослоев на поверхности никеля методами РЭМ и СТМ// ЭМ'2006 тез докл XXI Рос конф по элек-тронной микроскопии, 5 июня - 10 июня 2006 г, п Черноголовка, Россия - Черноголовка Богородский печатник, 2006, - С 138

5 Чеботарев С H, Паршуков В И , Ирха В А, Валов Г В Создание модифицированных наносенсоров для атомно-силовой и туннельной микроскопии с на-норазмерным карбоновым сканирующим элементом// Нанотехнологии — производству - 2006 тез докл конф , 29-30 ноября 2006 г ,Фрязино - M Янус-К, 2006 -С 95

6 Лозовский С В , Трушин С А , Чеботарев С H Научные основы высоких техноло-гий тр центра коллект польз «Высокие технологии»/Юж Рос гос техн ун-т (НПИ) -Новочеркасск ЮРГТУ, 2006 -Вып1 - С 52-56

7 Лозовский С В , Чеботарев С H Моделирование массопереноса примесей при сублимационной перекристаллизации в цилиндрической ростовой зоне// Изв вузов Сев -Кавк регион Техн науки - 2006 - Прил №4 - С 27-34

8 Лозовский С В , Трушин С А, Чеботарев С H , Еримеев Г А Дефекты эпи-таксиальных слоев кремния как объекты электронно-зондовой микроско-пии//Научные основы высоких технологий Тр центра коллект польз «Высокие технологии»/Юж Рос гос техн ун-т (НПИ) - Новочеркасск ЮРГТУ, 2006 -Вып 1 -С 38-43

9 Чеботарев С H Электронный луч как наноинструмент// Научные основы высоких технологий Тр центра коллект польз «Высокие технологии»/ Юж Росгостехн ун-т (НПИ) -Новочеркасск ЮРГТУ, 2006 -Вып 1 -С 57-61

10 Свечкарев В П , Лозовский В H , Лозовский С В", Чеботарев С H , Минкин В И Центр коллективного пользования научным оборудованием «Высокие технологии» Южного корпоративного университета (монография)// Юж -Рос гос техн ун-т, Рос гос ун-т, Таганрог гос радиотехн ун-т, Под ред А Е Панича - Новочеркасск Набла, 2006 — 118 с Ростов-на-Дону - Новочеркасск - Таганрог, 2006

11 Чеботарев С H , Паршуков В И , Валов Г В , Ирха В А Метод наращивания карбоновых вискеров на острие кремниевых АСМ зондовых датчиков//Научные основы высоких технологий Тр центра коллект. польз «Высокие технологии»/ Юж Рос гос техн ун-т (НПИ) - Новочеркасск ЮРГТУ, 2006-Вып 2 - С 16-20

12 Лозовский СВ, Чеботарев СН, Паршуков В И Теоретическое изучение кинетики процесса зонной сублимационной перекристаллизации в коаксиаль-но-симметричной ростовой зоне// Научные основы высоких технологий Тр центра коллект польз «Высокие технологии»/Юж Рос гос техн ун-т (НПИ) -Новочеркасск ЮРГТУ, 2006 - Вып 2 -С 47-58

13 Антонова H M , Кулинич В И , Чеботарев С H Изучение защитных покрытий на основе полимерной матрицы с порошковым наполнителем методами РЭМ // РЭМ-2007 тез докл XV Рос симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, 4 июня - 7 июня 2007 г, Черноголовка, Россия - Черноголовка Богородский печатник, 2007,-С 132-133

14 Лозовский В H , Лозовский С В , Чеботарев С H Осаждение тугоплавких металлов на рельефные подложки методом зонной сублимационной перекристаллизации// Изв вузов Сев -Кавк регион Техн науки - 2006 - №4 - С 68-70

15 Лозовский В H , Лозовский С В , Чеботарев С H Предпосылки получения наноразмерных эпитаксиальных слоев методом зонной сублимационной пере-кристаллизации//Научно-педагогические школы ЮРГТУ (НПИ) - История Достижения Вклад в мировую и отечественную науку/Юж Рос гос техн ун-т (НПИ) -Новочеркасск ЮРГТУ, 2007 - Том 2 -С 1087-1093

16 Чеботарев С H, Валов Г В АСМ-исследование атомарных слоев кремния зондовым датчиком с наноразмерным карбоновым вискером// Студенческая научная весна - 2007 сб науч тр асп и студ ЮРГТУ (НПИ)// Юж -Рос техн ун-т (НПИ) - Новочеркасск ЮРГТУ (НПИ), 2007 - С 119-120

В работах, написанных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем разработка теоретической модели массопереноса при ЗСП в ростовых ячейках сложной формы [2,3,7], проектирование и изготовление внутрика-мерной технологической оснастки для проведения экспериментальных исследований [1,6,14], проведение экспериментов по контролируемому выращиванию наноразмерных эпитаксиальных слоев [15], разработка методик исследования слоев, покрытий и наноразмерных структур [1,4,5,8-11,13,16], составление расчетных алгоритмов и создание пакета прикладных программ для компьютерного моделирования сублимационного массопереноса [12]

Типография ЮРГТУ (НПИ), 346428, г Новочеркасск, ул Просвещения, 132 Заказ № 147, тираж 100 экз

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Общие сведения о методе зонной сублимационной перекристаллизации.

1.2. Развитие исследований сублимационного осаждения слоев при малых расстояниях между источником и подложкой.

1.3. Сравнительная характеристика метода ЗСП и родственных методов.

1.4. Материалы источников для ЗСП.

1.5. Модели массопереноса при ЗСП.

1.5.1. Интегральная модель.

1.5.2. Диффузионная модель.

1.5.3. Атомно-кинетическая модель.

1.6. Экспериментальные исследования и применение процесса ЗСП.

Методы получения слоев и слоевых структур являются одной из важнейших технологических основ современной твердотельной электроники. Их развитие в значительной мере обусловливает прогресс не только в области разработки новых функциональных материалов электроники, но и в разработке новых конструкционных материалов для различных технических применений. Существует широкий спектр методов получения слоев и структур металлов и полупроводников. Среди них выделяется гибкостью и универсальностью метод осаждения из молекулярных (атомарных) потоков. Метод широко применяется для нанесения покрытий и слоев, различных по техническому назначению и составу вещества. В своем прецизионном сверхвысоковакуумном варианте этот метод (часто его называют молекулярно-лучевой эпитаксией - МЛЭ) является инструментом нанотехнологий. Он позволяет контролируемо осаждать тонкие аморфные или кристаллические слои заданного состава и синтезировать многослойные структуры для микро-, нано- и оптоэлектроники. Такая технология весьма чувствительна к остаточной газовой среде, загрязнениям из тиглей, в которых содержится расплав испаряемого вещества, и молекулярным потокам из нагретых деталей внутрикамерной оснастки вакуумных установок. Использование сублимирующегося источника повышает чистоту процесса, а также при малых скоростях осаждения делает его более управляемым. Применение сублимирующегося источника в условиях микроразмерной вакуумной зоны, отделяющей источник вещества и подложку приводит к процессу зонной сублимационной перекристаллизации (ЗСП), перспективного с точки зрения целого ряда применений в технологии материалов и структур твердотельной электроники, а также в области нанотехнологий. На основе этого процесса созданы методы получения эпитаксиальных и поликристаллических слоев полупроводников и металлов. При этом как исследование процесса, так и применение были связаны только с наиболее простыми вариантами его реализации. В то же время условия непланарных вакуумных зон, использование неоднородных по структуре и монокомпонентных по составу сублимирующихся источников, а также неоднородных тепловых полей, представляющие несомненный интерес для создания технологических применений, до сих пор систематически не исследовались. В теории ЗСП особенно актуальными является разработка универсальных подходов к моделированию массопереноса при ЗСП, применимых для различных по свойствам источников вещества, варьируемых температурных и геометрических условий процесса. В экспериментальном плане боль4 шой интерес представляет, исследование ЗСП применительно к тугоплавким металлам, используемым для создания элементов высокотемпературной оснастки технологических установок, разработки новых композиционных материалов и методов их получения, а также исследование ЗСП в связи с задачами прецизионного нанесения и стравливания нанослоев полупроводников и металлов.

Цель и задачи работы. В связи со сказанным выше, целью диссертационной работы являлось исследование влияния геометрических и температурных факторов на массоперенос при зонной сублимационной перекристаллизации полупроводниковых материалов и тугоплавких металлов в микроразмерных плоскопараллельных, цилиндрических и рельефных ростовых ячейках.

Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать модель массопереноса при ЗСП в ростовых ячейках различной геометрии;

- разработать алгоритмы реализации компьютерного эксперимента, позволяющего анализировать влияние различных технологически значимых условий проведения процесса ЗСП;

- провести теоретические исследования влияния геометрических и температурных факторов на перенос ростового вещества в плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной ростовых ячейках;

- обосновать выбор модельных материалов для проведения экспериментальных исследований ЗСП;

- разработать методику и аппаратуру экспериментальных исследований ЗСП;

- осуществить экспериментальную проверку выводов теории о влиянии геометрических и температурных факторов на массоперенос модельных материалов при ЗСП;

- выявить области практического применения метода ЗСП.

Объекты и методы исследования. Объектами теоретических исследований являлись закономерности массопереноса при сублимационном нанесении слоев металлов и полупроводников в микроразмерных ростовых ячейках различной конфигурации.

Объектом экспериментальных исследований выступал метод зонной сублимационной перекристаллизации в его применении к модельным материалам с использованием плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной вакуумных зон.

В качестве методов исследования были использованы: имитационные методы компьютерного моделирования, методы сканирующей электронной, атомно-силовой и оптической микроскопии, методы рентгеновского энергодисперсионного микроанализа.

Научная новизна

1. Разработаны универсальная атомно-кинетическая модель массоперено-са при ЗСП в ростовых зонах различной геометрии и методика компьютерного прогнозирования технологических процессов осаждения слоев методом ЗСП.

2. Впервые проведено исследование и выявлены закономерности мас-сопереноса при ЗСП в цилиндрических и рельефных ростовых зонах.

3. Обоснованы условия получения методом ЗСП наноразмерных эпи-таксиальных слоев.

4. Впервые экспериментально исследован процесс ЗСП тугоплавких металлов; получено подтверждение теоретических зависимостей массопере-носа при ЗСП в цилиндрических и рельефных ростовых зонах.

5. Разработана экспериментальная методика, позволяющая за счет изменения знака скорости ЗСП на одной подложке реализовать рост и травление наноразмерных слоев вещества.

Практическая значимость. Проведенные исследования показывают, что областями практического применения результатов работы могут быть:

1) компьютерное прогнозирование технологических условий процесса осаждения методом ЗСП полупроводниковых и металлических слоев с заданными геометрическими свойствами на основе разработанной универсальной атомно-кинетической модели;

2) осаждение однородные металлических, в том числе тугоплавких, покрытий на подложки сложной геометрии (рельефные, цилиндрические и т.д.) с минимизацией потерь ростового вещества;

3) определение равновесного давления паров и измерение скорости сублимации высокотемпературных материалов;

4) контролируемый рост и прецизионное термотравление наноразмерных полупроводниковых и металлических слоев.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Универсальная атомно-кинетическая модель массопереноса при зонной сублимационной перекристаллизации в ростовых зонах произвольной геометрической конфигурации.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований ЗСП кремния, молибдена и графита в плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной ростовых зонах.

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований возможности контролируемого послойного роста-травления наноразмерных слоев методом ЗСП.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе результатов подтверждается полнотой и корректностью исходных посылок, непротиворечивостью математических выкладок при теоретическом моделировании процесса, применением в экспериментах аппаратуры с высокими метрологическими характеристиками, хорошим согласием выводов теории с результатами экспериментальных исследований, а также с известными из литературы экспериментальными данными, практическим использованием результатов работы, подтвержденным соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах центра коллективного пользования «Высокие технологии» (Ростовский государственный университет, г. Ростов-на-Дону, Южно-Российский государственный технический университет, г. Новочеркасск, Таганрогский государственный радиотехнический университет, г. Таганрог) (2005-2007 гг.), научно-технических конференциях ЮРГТУ (НПИ) (2004-2007 гг.), а также на следующих конференциях:

- «XII Национальной конференции по росту кристаллов», Москва, 2006;

- «XXI Российской конференции по электронной микроскопии», Черноголовка, 2006;

- «III Научно-практической конференции "Нанотехнологии - производству 2006», Фрязино, 2006;

- «XV Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, Черноголовка, 2007».

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертации использованы в ряде научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Общая и прикладная физика» ЮРГТУ (НПИ) - «Разработка теоретических основ процесса кристаллизации эпитаксиальных слоев кремния, легированного редкоземельными элементами» (№ гос. регистрации 01200312452, 2003-2007 гг.), «Научно-методическое, организационное и материально-техническое обеспечение развития Центра коллективного пользования Южного корпоративного университета «Высокие технологии» научным оборудованием для проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ по приоритетным направлениям Программы» (№ гос. контр. РИ-27.0/001/062, 2005-2006 гг.), «Разработка научных основ метода получения нанослоев и структур ZnO в ультратонких ростовых ячейках» (№ гос. контр. 02.513.11.3349, 2007 г.).

Кроме того, результаты диссертационной работы использованы:

- в технологических процессах сублимационного нанесения слоев различных веществ при изготовлении электронных модулей со специальными свойствами (ФГУП ВНИИ «Градиент», г. Ростов-на-Дону).

- при разработке зондовых датчиков для атомно-силовых микроскопов с нановискерным сканирующим элементом (ЦКП «Нанотехнологии» ЮРГТУ», г. Новочеркасск).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ: 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 4 публикации в сборниках тезисов докладов всероссийских конференций, 1 монография.

Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена под научным руководством кандидата физико-математических наук, доцента Лозовского C.B., при участии которого были определены главные задачи исследования, и обсуждены основные результаты работы.

По тематике диссертации автором лично выполнено следующее: построена универсальная атомно-кинетическая модель массопереноса при ЗСП; разработаны вычислительные алгоритмы и составлен пакет прикладных программ для реализации компьютерного эксперимента на основе атомно-кинетической модели; проведены теоретические исследования влияния геометрических и температурных условий ЗСП на массоперенос; сконструирована и изготовлена аппаратура для реализации процесса ЗСП кремния, молибдена, графита; разработана методика экспериментальных исследований массопереноса при ЗСП в плоскопараллельной, цилиндрической и рельефной ростовых зонах; проведены эксперименты по исследованию закономерностей массопереноса полупроводников и тугоплавких металлов; поставлен эксперимент, демонстрирующий возможность использования метода ЗСП для контролируемого роста-травления наноразмерных слоев; проведена интерпретация полученных экспериментальных результатов.

Основной соавтор публикаций Лозовский В.Н. участвовал в развитии вопросов теории и методики эксперимента, в обсуждении результатов исследований. При содействии Ирха В.А. проведены экспериментальные исследования осаждения слоев тугоплавких металлов в рельефной ростовой зоне.

Исследование морфологии наноразмерных эпитаксиальных слоев кремния, полученных методом ЗСП, проведено при участии Валова Г.В.

Объем диссертации и ее структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы. Общий объем диссертации страниц - 145, рисунков - 62, таблиц - 4, список использованной литературы содержит 144 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана атомно-кинетическая модель массопереноса при ЗСП, позволяющая описать движение фазовых границ вакуумной ячейки и рассмотреть влияние геометрических и температурных факторов на кинетику процесса ЗСП. На основе этой модели создан пакет прикладных программ и методика их использования в компьютерных экспериментах, которые позволяют заменять натурные эксперименты при отработке технологических процессов осаждения слоев методом ЗСП.

2. Теоретически показано, что геометрические условия, характерные для метода ЗСП, обеспечивают получение однородных по толщине слоев на подложках различной геометрии при практически полном переносе ростового вещества (85-99%), при этом радиальной неоднородностью скорости процесса для плоскопараллельной ростовой зоны и продольной - для цилиндрической можно пренебречь. Выводы теории подтверждены экспериментально.

3. Исследована зависимость скорости ЗСП от перепада температуры 8Г между источником и подложкой. Скорость ЗСП пропорциональна 8Г, и при малых величинах 8Г, существенно меньших температуры источника (5Г>0ДГ), совпадает со скоростью сублимации вещества со свободной поверхности в вакуум (F —»Fmax). На примере кремния показана возможность применения метода ЗСП для контролируемого стравливания и наращивания наноразмерных слоев при варьировании величины и знака 8Г.

4. Для исследования методами атомно-силовой микроскопии получаемых наноразмерных структур в диссертационной работе предложена и апробирована методика электрон-стимулированного наращивания карбоновых нано-вискеров на острие стандартных зондовых датчиков АСМ; на этой основе созданы наносенсоры с радиусом закругления острия менее 10 нм и длиной тела вискера до 1 мм, позволяющие добиться предельного разрешения АСМ.

5. Разработана экспериментальная методика исследования кинетики процесса ЗСП модельных материалов (тугоплавких металлов) в диапазоне температур от 1000 К до 2800 К цилиндрической и рельефной ростовых зонах. Впервые экспериментально исследован массоперенос в ростовых зонах непла-нарной геометрии. Показано, что для цилиндрических ростовых зон при толщинах до 850 мкм и длине ростовой зоны 15-25 см, краевые эффекты проявляются незначительно, и потери вещества не превышают 3%. Установлено, что способ ЗСП позволяет обеспечить однородность толщины покрытия, выращенного на поверхности подложки с глубинным рельефом в пределах 4%.

6. Показана возможность нанесения методом ЗСП толстых молибденовых слоев на графите. Разработана методика нанесения прочных молибденовых покрытий на рельефной поверхности графитовых нагревательных элементов. Установлено наличие на границе с графитовой подложкой протяженной (0,5 до 0,8 мкм) переходной области переменного состава из карбида молибдена, обеспечивающую хорошую адгезию молибденового слоя к графитовой основе. Апробирование нагревателей из композиционного материала при температуре эксплуатации до 1700 К показало их высокие эксплуатационные свойства.

7. Показано, что процесс ЗСП в цилиндрической ростовой зоне может использоваться как физико-технический метод определения скорости сублимации высокотемпературных веществ Ктах и равновесных давлений паров р* над твердой поверхностью. Относительная погрешность измерения скорости Утах составляет не более 3%. Предложенным методом получены температурные зависимости скорости сублимации молибдена и вольфрама и энергии активации сублимации Е^0=6,5 эВ, Ецг =9,1 эВ.

1. Handelman Е.Т., Povilonis EJ. Epitaxial Growth of Silicon by Vacuum Subli-mation//J.Electrochem. Soc. - 1964. - V.lll, N2. - P. 201-206.

2. Юрьев В.А. Кинетика наращивания эпитаксиальных слоев кремния из близко расположенного источника // Физика конденсированных сред: Тр. Новочерк. политехи, ин-т. Новочеркасск, 1974. - Т.287. - С. 51-53.

3. Толомасов В.А., Абросимова Л.Н., Сергиевская Т.Н. Получение эпитаксиальных пленок кремния на дисках сублимацией в вакууме // Процессы роста кристаллов и пленок полупроводников. Новосибирск, 1970. -С. 219-225.

4. Дорфман В.Ф. Некоторые вопросы кристаллизации при малых расстояниях между источником и подложкой // Кристаллография. 1968. -Т.13, вып. 1. -С. 140-146.

5. Александров Л.Н., Лозовский СВ., Князев СЮ. Управление массоперено-сом легирующей примеси при зонной сублимационной перекристаллизации //Письма в жури. техн. физики. 1987. -Т.13, вып. 17. - С 1080-1084.

6. Aleksandrov L.N., Lozovskii S.V., Knyazev S.Y. Silicon Zone Sublimation Re-growth // Phys. Stat. Sol. (a), 1988. V.107. - P. 213-223

7. Лозовский СВ. Массоперенос кремния при перекристаллизации через тонкий вакуумный промежуток/ Новочерк. политехи, ин-т. Новочеркасск, 1986.- 18 с. - Деп. в ВИНИТИ 16.10.86, № 7313-В.

8. Лозовский СВ., Князев СЮ. Массоперенос примеси при перекристаллизации через тонкий вакуумный промежуток / Новочер. политехи, ин-т. Новочеркасск, 1986. - 12 с. -Деп. в ВИНИТИ 16.10.86, №7313-В.

9. Александров Л.Н., Князев СЮ., Лозовский СВ. Диффузионная модель переноса примеси при перекристаллизации через тонкий вакуумный промежуток// Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. -Новочеркасск: НПИ, 1987.-С 35-40.

10. Зонная сублимационная перекристаллизация как метод получения слоев чистых материалов (на примере кремния)/СВ. Лозовский, СР. Октябрьский, P.A. Рубцова, В.В. Макаров// Высокочистые вещества. -1988. №6.-С. 113115.

11. Лозовский СВ., Плющев Д.Ю., Князев СЮ. О массопереносе в тонком вакуумном капилляре при зонной сублимационной перекристаллизации// Вакуумная наука и техника: Тез. докл. науч.-техн. конф. с междунар. уч. -Гурзуф, 1995.-С 47.

12. Моделирование массопереноса при зонной сублимационной перекристаллизации из составного источника / В.Н. Лозовский, СВ. Лозовский, Д.Ю. Плющев, СЮ. Князев // НТ&СС97: Тез. докл. 2-го Рос. симпозиума. Обнинск, 1997.-С 34.

13. Легирование кремния эрбием в процессе эпитаксии / СВ. Лозовский, Д.Ю. Плющев, СЮ. Князев, Н.Ф. Политова // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр. Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. - С. 88-91.

14. Плющев Д.Ю., Лозовский СВ. Получение тонкопленочных сплавных металлических покрытий методом зонной сублимационной перекристаллизации //Исследование проблем совершенствования автомобильного транспорта: Сб. науч. тр. Новочеркасск: НГТУ, 1996. - С 72-75.

15. Атомно-кинетическая модель массопереноса при зонной сублимационной перекристаллизации/В.Н.Лозовский, С.В.Лозовский, Д.Ю. Плющев, С.Ю. Князев // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. №3,1999. С. 38-42.

16. Лозовский СВ., Плющев Д.Ю., Князев СЮ. О применении атомарно-кинетической и диффузионной моделей для исследования массопереноса при ЗСП // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр. Новочеркасск: НГТУ, 1996. - С. 90-93.

17. Технология тонких пленок / Под ред. Л. Майсееля, Р. Глэнга. -М.: Сов. радио, 1977. Т. 1.

18. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры / Под ред. Л. Ченга, К. Плога. М.: Мир, 1989

19. Маслов В.Н. Репродукционная эпитаксия. М.: Металлургия, 1981

20. Вакуумное нанесение пленок в квазизамкнутом объеме / Ю.З. Бубнов, М.С. Лурье, Ф.Г. Старое, Г.А. Филаретов М.: Сов.радио, 1975.

21. Epitaxial growth of SiC layers by sublimation «sandwich-method (I)» / Ju.A. Vodakov, E.N. Mokhov, M.G. Ramm, A.D. Roenkov // Krist und Techn. -1979. -V.14,N6.-P. 729-740.

22. Лозовский B.H., Лунин Л.С, Попов В.П. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов.-М.: Металлургия, 1987

23. Гегузин Я.Е., Кривоглаз М.А. Движение макроскопических включений в твердых телах. М.: Металлургия, 1972.

24. Ржанов A.B., Стенин СИ. Молекулярно-лучевая эпитаксия: состояние вопроса, проблемы и перспективы развития // Рост полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск, 1984.-4.1.-С. 5-34.

25. Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. -М.: Металлургия, 1979.

26. Эпитаксия германия из молекулярного пучка на вицинальной поверхности кремния вблизи (111) / А.И. Торопов, Л.В. Соколов, О.П. Пчеляков, СИ. Степин // Кристаллография. 1982. - Т.27, №4. -С 751-756.

27. Шенгуров Д.В., Павлов Д.А., Шабанов В.Н. Немонотонный характер зависимости сопротивления пленок поликристаллического кремния от температуры роста// Физика и технология полупроводников. 1998. - Т.32, вып.5. -С. 627.

28. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. М.: Высш. шк., 1979.

29. Zolkin A.S. Metal vapor sources for scientific research and thin film technology: Review //J.Vac.Sci.Technol. A. 1997. -V. 15, N3. -P. 1026-1031.

30. Установка для получения эпитаксиальных слоев кремния путем сублимации в вакууме/ В.А. Толомасов, JI.H. Абросимова, М.Я. Широбоков, Г.Н. Горшенин, Б.А. Закалов // Электронная техника. 1971. ~ Сер. 10., вып.45. -С. 11-18.

31. Константинов А.О., Мохов E.H. // Письма в журн. техн. физики. -1981. -вып.7. -С. 247.

32. Аникин М.М., Сыркин A.JL, Челноков В.Е. Перспективы развития сублимированной эпитаксии карбида кремния // Физика и техника полупроводников. 1994. - Т.28, вып.7. - С. 127-1230.

33. Эпитаксиальные слои и р-п-переходы, полученные методом сублимации в системе с электронным нагревом / М.М. Аникин, A.A. Лебедев, М.Г. Расте-гаева и др. // Физика и техника полупроводников. 1994. - Т.28, вып.7. -С. 1231-1234.

34. Дорфман В.Ф. Синтез твердотельных структур. М.: Металлургия, 1986

35. Anthony Th.C, Fahzenbrus A.L., Bube R.H. Growth of CdTe films by close-spaced vapor transport // J.Vac. Sei. and Technol. 1984. - V.2, N3. -P. 12961302.39.3игель P., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. М.: Мир, 1975.

36. Ключников А.Д., Иванцов Т.П. Теплопередача излучением в огнетехниче-ских установках. М:. Энергия, 1970.

37. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков JI.H. Теплообмен излучением: Справочник.-М.: Энергоатомиздат, 1991.

38. Лозовский СВ., Плющев Д.Ю., Князев СЮ. О применении атомарно-кинетической и диффузионной моделей для исследования массопереноса при ЗСП // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр. Новочеркасск: НГТУ, 1996. - С. 90-93.

39. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973.

40. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1975.

41. Иващенко В.М., Митин В.В. Моделирование кинетических явлений в полупроводниках. Метод Монте-Карло. Киев: Наук, думка, 1990.

42. Машинное моделирование при исследовании материалов. М.: Мир, 1974.

43. Binder К. Monte-Carlo computer experiments on critical phenomena and me-tastable states // Adv. Phys. 1974. - V.23, N6.

44. Binder K. Monte-Carlo calculation of the surface tension for two- and three-dimensional lattice-gas model // Phys. Rev. A. 1982. - V.25, N3. -P. 1699-1710.

45. Берд Г. Молекулярная газовая динамика. М.: Мир, 1981.

46. Liu D., Dew S.K., Brett M.J. Experimental study and computer simulation of collimated sputtering of titanium thin films over topographical features // J.Appl.Phys. 1993. - V.74(2). - P. 1339-1344.

47. Schneider M., Schuller I., Rahman A. Epitaxial growth of silicon: A molecular-dynamics simulation // Phys. Rev. B. 1987. - V.36, N2. -P. 1340-1343.

48. Dodson Brian W. Atomistic simulation of silicon beam deposition // Ibid. -V.36, N2.-P. 1068-1074.

49. Adams CD., Srolovitz D.J. Monte Carlo simulation of phase separation during thin-film codeposition //J.Appl.Phys. 1993. - V.73(3). - P. 1707-1715.

50. Палатник Jl.С., Папиров Н.И. Эпитаксиальные пленки. М.: Наука, 1971

51. А.с. 1321116 СССР, МКИ4 С 23 С 14/26. Способ нанесения покрытий в вакууме / СВ. Лозовский, А.И. Колесниченко, А.В. Балюк (СССР). № 3981071/21; Заявл. 21.10.85; Зарег. 1987.

52. Юрьев В.А., Лозовский СВ. Исследование кинетики роста эпитак-сиальных слоев кремния при перекристаллизации через тонкий вакуумный промежуток//Физика конденсированных сред: Тр. / Новочерк. политехи, инт. Новочеркасск, 1975.-Т.328.- С. 3-6.

53. Получение слоевых источников сублимирующихся металлов на основе процесса ЗСП / СВ. Лозовский, Д.Ю. Плющев, СЮ. Князев, Н.Ф. Политова // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр. Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999, - С 91-95.

54. Легирование кремния эрбием в процессе эпитаксии / СВ. Лозовский, Д.Ю. Плющев, СЮ. Князев, Н.Ф. Политова // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр. Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. - С. 88-91.

55. Хирс Д., Паунд Г. Испарение и конденсация. М.: Металлургия, 1966

56. Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1961

57. Свойства элементов / Под ред. Дрица М.Е. М.: Металлургия, 1985

58. Толомасов В.А., Абросимова Л.Н., Горшенин Г.Н. Получение эпитаксиальных пленок кремния n-типа сублимацией в вакууме // Кристаллография. 1970. - Т.15, вып.6. - С. 1233-1238.

59. Физика тонких пленок// Под ред. Г.Часса, Р.Э.Туна. М., 1966. -Т.З.

60. Попов В.П., Лозовский СВ., Ковалев Н,М. Осаждение полупроводниковых пленок на движущуюся подложку // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. - 1987.-Т.23, №11.-С. 1859-1863.

61. Ройх И.Л., Колтунова Л.Н., Федосов С.Н./ Нанесение защитных покрытий в вакууме. -М.¡Машиностроение, 1976.

62. Получение и свойства тугоплавких материалов//Под ред. Королева Ю.М.,М.:ИЦМ, 1989

63. Формалев В.Ф., Резников Д.Л. Численные методы. М.:Физматлит, 2006

64. Прикладные интеллектуальные системы. Последние достижения//Под ред. Курейчика В.М. М.:Физматлит, 2004

65. Розанов Л.И. Вакуумная техника. М.: Высшая школа, 1982.

66. Springer Handbook of Nanotechnology/Bhushan Editor. Springer-Verlag, 2004

67. Handbook of crystal growth/ed. D.T.J.Hurle. North-Holland. Amsterdam, 2005

68. Больцман Л., Лекции по теории газов. М.: Мир, 1953

69. Силин В.П., Введение в кинетическую теорию газов, М.:, Наука, 1971

70. Биндер К. Общие вопросы теории и техники статистического моделирования методом Монте-Карло //Методы Монте-Карло в статистической физике.-М., 1982.

71. Metropolis N, Ulam S.M., The Monte Carlo method. J.Amer. Statist. Assoc., 1949,44, №247,335-341.

72. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло М.: Наука, 1973.

73. Кирилин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика, М.: 1974

74. Хирс Д., Паунд Г. Испарение и конденсация, М.: Мир, 1966

75. Д.В. Сивухин Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика, Т.2. М.: Наука, 1990

76. Тер-Крикоров A.M., Шабунин М.И. Курс математического анализа, М.:МФТИ, 1997

77. Голенко Д.И. Моделирование и статистический анализ псевдослучайных чисел на ЭВМ, «Наука», 1983

78. Осаждение из газовой фазы /Под ред. К.Пауэлла, Дж.Оксли, Дж.Блочера. -М, 1970

79. Физическая кинетика и процессы переноса при фазовых превращениях / Н.В. Павлюкевич, Г.Е. Горелик, В.В. Левданский и др.; Под ред. С.И. Анисимова. Минск: Наука и техн, 1980

80. Левданский В.В., Лейцина В.Г. Угловое распределение частиц, выходящих из цилиндрического канала с испаряющейся поверхностью // Журн. техн. физики. -1991. Т.61, вып.5. - С. 134-136.

81. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика, «Высшая школа», M., 1998

82. Поляк Ю.Г. Вероятностное моделирование на ЭВМ, «Сов. радио», М., 1971

83. Беклемишев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. -М.:Наука, 1988

84. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике М.: Астрель, 2005

85. Берд Г. Молекулярная газовая динамика. М.: Мир, 1981

86. Liu D., Dew S.К., Brett M.J. Experimental study and computer simulation of collimated sputtering of titanium thin films over topographical features // J.Appl.Phys. 1993. - V.74(2). - P. 1339-1344.

87. Dodson Brian W. Atomistic simulation of silicon beam deposition // Ibid. -V.36, N2. P. 1068-1074

88. Коган M.H. Динамика разряженного газа. M.: Наука, 1967

89. Жданов В.П. Элементарные физико-химические процессы на поверхности. Новосибирск: Наука, 1988

90. Ночилла С. Закон отражения от поверхности в свободно-молекулярном потоке // Взаимодействие газов с поверхностями. М., 1965

91. Силин В.П., Введение в кинетическую теорию газов, М.:, Наука, 1971

92. Уэстон Дж. Техника сверхвысокого вакуума. М.: Мир, 1988

93. Тренделенбург Э. Сверхвысокий вакуум. М.: Мир, 1966

94. Температурные измерения: Справочник/О.А. Геращенко, А.Н. Гордов, А.К. Еремина и др. Киев: Наук.думка, 1989

95. Вредные химические вещества: Справ, изд. / Под ред. В.А. Фролова и др. -Л.: Химия, 1989

96. Практическая растровая электронная микроскопия//Под ред. Дж. Гоулд-стейна, X. Яковица, М.:Мир, 1978.

97. Физические основы рентгеноспектрального локального анализа. М.: Мир, 1973.

98. Быков В.А. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхностей. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва. 2000

99. Ковтонюк Н.Ф., Концевой Ю.А. Измерение параметров полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1970

100. Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В, Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1985

101. Дефекты в кристаллах полупроводников. М.: Мир, 1969

102. Файнштейн СМ. Обработка поверхности полупроводниковых приборов. -М.; Л.: Энергия, 1966

103. А.А.Бухараев, Н.В.Бердунов, Д.В.Овчинников, К.М.Салихов ССМ метрология микро- и наноструктур. // Микроэлектроника, т. 26, № 3, 1997

104. Чеботарев С.Н. Электронный луч как наноинструмент// Научные основы высоких технологий: Тр. центра коллект. польз. «Высокие технологии». -Новочеркасск: ЮРГТУ (ИЛИ), 2006. Вып.1. - С. 57-61.

105. Epitaxial growth of SiC layers by sublimation «sandwich-method (I)» / Ju.A. Vodakov, E.N. Mokhov, M.G. Ramm, A.D. Roenkov // Krist und Techn. -1979. -V.14,N6.-P. 729-740.

106. Anthony Th.C, Fahzenbrus A.L., Bube R.H. Growth of CdTe films by close-spaced vapor transport // J.Vac. Sci. and Technol. 1984. - V.2, N3. -P. 1296-1302

107. Левданский B.B., Лейцина В.Г. Угловое распределение частиц, выходящих из цилиндрического канала с испаряющейся поверхностью // Журн. техн. физики. -1991. Т.61, вып.5. - С. 134-136.

108. Nanbu К. Angular distributions of molecular fluxis // Vacuum. -1986. V.36, №6. - P. 349-354.

109. Bennett R.J., Parish C. Control of impurity density in homoepitaxial semicondactor layers growth by sublimation at UHV// Solid State Electronics. 1973.V.16.-P.497-501

110. Постников B.B. Получение эпитаксиальных слоев кремния сублимацией в вакууме и их исследование: Дис.канд.физ.-мат.наук. Горький:ГГУ. 1969.

111. Лозовский С.В., Авилов А.С., Ковьев Э.К. Рост эпитаксиальных слоев при перекристаллизации через тонкий вакуумный промежуток/М Всесоюз.конф. по росту кристаллов, /Тезисы докл. Ереван: изд-во АН Арм.ССР, 1985. - Т.З. - С.107-108.

112. Лозовский С.В., Чеботарев С.Н., Еримеев Г.А. Дефекты эпитаксиальных слоев кремния как объекты электронно-зондовой микроскопии// Труды центра коллективного пользования ЮКУ «Высокие технологии», вып. 1, 2006, С. 38-43

113. Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. М.¡Металлургия. - 1979.

114. Лозовский C.B., Чеботарев С.Н., Трушин С.А. О применении графита и молибдена в качестве материалов деталей высокотемпературной оснастки технологических установок// Труды центра коллективного пользования ЮКУ «Высокие технологии», вып. 1,2006, С. 38-43

115. Костржицкий А.И., Карпов В.Ф., Кабанченко М.П. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме. М.: Машиностроение, 1991.

116. Лозовский В.Н., Лозовский C.B., Чеботарев С.Н., Ирха В.А. Осаждение тугоплавких металлов на рельефные подложки методом зонной сублимационной перекристаллизации// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -2007.-№4.-С.?

117. Палатник Л.С., Ильинский А.И. Механические свойства металлических пленок//Успехи физических наук, Т.95, вып.4,1968

118. Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов C.B., Карпушов E.H. Проводящие и отражающие свойства тонких металлических пленок//ЖТФ, 2004, Т.74, вып.И. С. 102-106

119. Немец A.M., Николаев Г.И. Определение давления насыщающих паров меди, титана и ванадия методом атомной абсорбции // Журнал прикладной спектроскопии. 1973. - Т. 17, вып.4. - С. 571-578.

120. Исследование испарения никеля / В.И. Северин, Ю.А. Сапожников, A.B. Цепляева и др. // Теплофизика высоких температур. ~ 1993. Т.31, вып.5. - С. 722-726.

121. Бодров Н.В., Николаев Г.И., Немец A.M. Давление насыщающего пара жидкого кремния // Изв.АН СССР. Неорганические материалы. 1983. -Т. 19, №5.-С. 707-710

122. Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1961

123. Springer Handbook of Nanotechnology/Bhushan Editor. Springer-Verlag, 2004

124. ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

125. Лозовский В.Н., Лозовский C.B., Чеботарев С.Н. Моделирование массопе-реноса в процессе зонной сублимационной перекристаллизации при цилиндрической симметрии ростовой зоны //Изв.вузов Сев.-Кавк.регион. Техн.науки- 2006. №3. - С. 60-63

126. Лозовский C.B., Чеботарев С.Н. Моделирование зонной сублимационной перекристаллизации в ростовой зоне коаксиальной симметрии// НКРК-2006: тез. докл. XII Нац. конф. по росту кристалллов, 23-27 окт. 2006 г., Москва, Россия. М.: ПК РАН,2006 - С.216

127. Лозовский C.B., Трушин С.А., Чеботарев С.Н. Научные основы высоких техноло-гий:тр.центра коллект. польз. «Высокие техноло-гии»/Юж.Рос.гос.техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. - Вып.1. -С.52-56

128. Лозовский C.B., Чеботарев С.Н. Моделирование массопереноса примесей при сублимационной перекристаллизации в цилиндрической ростовой зоне// Изв.вузов Сев.-Кавк.регион. Техн.науки- 2006. Прил.№4. - С. 27-34

129. Чеботарев С.Н. Электронный луч как наноинструмент// Научные основы высоких технологий: Тр.центра коллект. польз. «Высокие технологии»/ Юж .Рос.гос.техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006 - Вып.1. - С.57-61

130. Лозовский В.Н., Лозовский C.B., Чеботарев С.Н. Осаждение тугоплавких металлов на рельефные подложки методом зонной сублимационной перекристаллизации// Изв.вузов Сев.-Кавк.регион. Техн.науки 2006. - №4. - С.68-70

131. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

132. ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТгг\ -лги юит I рауии I ип

133. Россия, 344010, Ростов на-Дону проспект Соколова, 96 Тел.: 32-47-70 Факс: (863-2) 32-03-45 Телетайп: 123032 ГРАД1. Час Щ? №1. На № от1. УТВЕРЖДАЮ»

134. И.В.ДРУЖИНИН В.Н.ГАНОЦКИЙ В.А.САЛО1. Председатель комиссии1. Члены комиссии :