Режимы роста гетероэпитаксиальных структур

Методы самоорганизации

Технология низкоразмерных систем

Лекция 3

Устройства обмена данными

Модем. Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (МОдулятор + ДЕМодулятор). При этом под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных (цифровые или аналоговые сигналы). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируемым телефонным каналам связи.

Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом (протоколом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом обеспечивается удаленная связь между компьютерами и обмен данными между ними.

К основным потребительским параметрам модемов относятся:

- производительность (бит/с);

- поддерживаемые протоколы связи и коррекции ошибок;

- шинный интерфейс, если модем внутренний (ISA или PCI).

От производительности модема зависит объем данных, передаваемых в единицу времени. От поддерживаемых протоколов зависит эффективность взаимодействия данного модема с сопредельными модемами (вероятность того, что они вступят во взаимодействие друг с другом при оптимальных настройках). От шинного интерфейса в настоящее время пока зависит только простота установки и настройки модема (в дальнейшем при общем совершенствовании каналов связи шинный интерфейс начнет оказывать влияние и на производительность).

Более перспективными по сравнению с традиционными методами с применением литографии оказались методы прямого получения с использованием эффектов спонтанного образования наноструктур. Эти эффекты относятся к широкому классу фундаментальных явлений самоорганизации в конденсированных средах.

Метод получения квантовых одно- и нуль-мерных структур опирается на рассмотренные ранее методы МЛЭ и газофазной эпитаксии из МОС. Различают три режима роста гетероэпитаксиальных структур, схематически изображенных на Рис. 3.1:

Рис. 3.1 Схематическое изображение трех режимов роста для гетероэпитаксиальных систем: Франка—ван дер Мерве (FM), Фолмера—Вебера (VW) и Странского—Крастанова (SK).

1) Франка—ван дер Мерве (Frank—van der Merve, FM) — реализуется послойный (двумерный) рост материала В на подложке из материала А, материалы А и В согласованы по постоянной решетки;

2) Фолмера—Вебера (Volmer—Weber, VW) — имеет место островковый (трехмерный)

рост материала В на подложке А;

3) Странского—Крастанова (Stranski—Krastanow, SK) — на первых этапах роста реализуется послойный рост материала В на подложке А с образованием смачивающего слоя, а затем происходит переход к росту трехмерных островков из материала В на покрытой подложке; материалы А и В рассогласованы по постоянной решетки.

В гетероэпитаксиальных системах, согласованных по постоянной решетки, режим роста определяется только соотношением свободной энергии поверхностей материалов А – γ₁ В – γ₂ и энергии границы раздела γ₁₂. Под свободной энергией поверхности понимается сила, действующая со стороны приграничных атомов поверхности. Энергия границы раздела - это энергия потенциально необходимая для преобразования молекулярной структуры пограничного слоя в молекулярную структуру внутри объёма вещества.

Когда поверхностная свободная энергия подложки γ₁ превосходит сумму поверхностной свободной энергии эпитаксиального слоя γ₂ и энергии границы раздела γ₁₂, т. е. γ₂ + γ₁₂ < γ₁, тогда осаждаемый материал В смачивает поверхности подложки А и возникает режим Франка—ван дер Мерве. Изменение величины γ₂ + γ₁₂ относительно γ₁ приводит к переходу от режима Франка—ван дер Мерве к режиму Фолмера–Вебера. В этом случае материал В не смачивает материал подложки А.

В гетероэпитаксиальной системе при наличии рассогласования по постоянной решетки между осаждаемым материалом В и подложкой А на первых этапах рост может происходить послойно. Однако более толстый слой осажденного материала имеет и большую упругую энергию. Тогда возникает тенденция уменьшить упругую энергию путем образования изолированных островков. В этих островках происходит релаксация упругих напряжений и соответствующее уменьшение упругой энергии. Так возникает режим роста Странского–Крастанова. В конечном итоге на подложке образуются островки, промежутки между которыми заполнены тонким смачивающим слоем.

Рис. 3.2 Равновесная фазовая диаграмма гетероэпитаксиальной системы с рассогласованием решеток в осях. Q - количество осажденного материала; ε₀ - рассогласование решеток.

Рассмотрим фазовую диаграмму (Рис. 3.2). На ней по одной из осей отложено рассогласование решеток осаждаемого материала и подложки ε₀ = ∆a/a, а по другой — количество осажденного материала Q (количество монослоев). Термодинамический анализ показал что можно выделить области параметров, которые напоминают или полностью аналогичны, приведенным выше режимам роста. В настоящее время известны следующие типы наноструктур, выращиваемых с использованием эффектов самоорганизации:

1) Структуры на микроскопически упорядоченных фасетированных поверхностях;

2) Упорядоченные массивы трехмерных когерентно напряженных островков в гетероэпитаксиальных рассогласованных системах;

3) Периодические структуры плоских доменов (например, островков монослойной высоты);

4) Структуры с периодической модуляцией состава в эпитаксиальных пленках твердых растворов полупроводников.

Достоинством способов получения наноструктур на основе самоорганизации является то, что структуры появляются как бы сами собой, без применения специальных приемов технологии микроэлектроники и, в частности, без применения литографии.

Ниже рассмотрим более подробно структуры на микроскопически упорядоченных фасетированных поверхностях и упорядоченные массивы трехмерных когерентно напряженных островков.

Дата добавления: 2014-01-11