Применение ДОБЭ к исследованию микроморфологии поверхности

Возросшая популярность в последние годы метода ДОБЭ связана с его чувствительностью к качеству микроповерхности. На вставке на рис. 4.11 показаны схематически рассеяния под углом скольжения на гладкой поверхности (внизу) и на поверхности с трехмерным кристаллическим островком (вверху). Трехмерные кристаллические островки, приводящие к шероховатости поверхности, сильно влияют на дифракционную картину. За счет рассеяния на микронеоднородностях поверхности меняется интенсивность и ширина рефлексов на дифракционной картине, появляются дополнительные дифракционные пятна по отношению к идеально гладкой поверхности, обусловленные дополнительной дифракцией на микронеоднородностях.

Однако, наиболее широко метод ДОБЭ применяется в молекулярно-лучевой эпитаксии для исследования осцилляций интенсивности зеркального луча отраженных электронов с целью контроля послойного роста эпитаксиальных структур. Впервые этот эффект был обнаружен в 1983 году при исследовании эпитаксиального роста арсенида галлия (GaAs). В процессе роста эпитаксиальной структуры наблюдались затухающие осцилляции интенсивности зеркального рефлекса с периодом, равным времени заполнения одного монослоя.

Качественную картину возникновения ДОБЭ-осцилляций иллюстрирует рисунок 4.13. Атомарно гладкая поверхность дает максимальное значение интенсивности зеркально отраженного луча. Образование ступенек двумерных островков высотой в один

атомный слой приводит к уменьшению интенсивности зеркального рефлекса, что связано с рассеянием отраженного луча на ступеньках, окружающих двумерные островки. Уменьшение интенсивности происходит до степени заполнения слоя атомами q = 0,5, а затем интенсивность вновь начинает расти. Рост интенсивности связан со срастанием двумерных островков и увеличению вследствие этого гладкости поверхности. При q = 1, когда поверхность вновь становится атомарно гладкой, интенсивность зеркального рефлекса близка к своему первоначальному значению. Этот цикл изменения интенсивности многократно повторяется по мере роста следующих слоев, если образование двумерных зародышей нового монослоя начинается после заполнения предыдущего монослоя. Отклонение от этого механизма приводит к возрастанию шероховатости поверхности и постепенному уменьшению амплитуды осцилляций.

Двумерные островки непосредственно наблюдались рядом исследователей методами сканирующей туннельной микроскопии и электронной микроскопии на отражение.

В большинстве экспериментальных работ для исследования эпитаксиального роста используются качественные эффекты, например, исчезновение ДОБЭ-осцилляций при переходе от двумерно-слоевого роста к ступенчато-слоевому. Дело в том, что процессы зарождения и роста двумерных островков определяются поверхностной диффузией адатомов и среднее расстояние между островками равно длине диффузии. Длина диффузии увеличивается с увеличением температуры или уменьшением молекулярного потока из источника. Выше некоторой критической температуры длина поверхностной диффузии адатомов превышает расстояние между ступенями на поверхности и рост в этом случае осуществляется по ступенчато-слоевому механизму. При таком росте не происходит периодического изменения плотности ступеней и осцилляции не наблюдаются.

Рис.4.14. Осцилляции интенсивности зеркального рефлекса при росте сверхрешетки Ge_xSi_1-x.

Следующий пример применения метода дифракции отраженных быстрых электронов связан с возможностью определения состава твердых растворов полупроводников по изменению периода ДОБЭ-осцилляций при переходе от роста чистого материала к росту слоев твердого раствора. На рисунке 4.14 показан пример осцилляций при росте сверхрешетки, состоящей из слоев Si и твердого раствора Ge_xSi_1-x. Переход к росту твердого раствора осуществляется подачей дополнительного потока Ge при постоянном потоке Si. Состав слоя твердого раствора можно определить из соотношения

,

где t₁ и t₂ - периоды осцилляций при росте слоев кремния и твердого раствора соответственно.

Дата добавления: 2014-01-11