Поверхность Si в потоке O2

Энергетические параметры модели.

SiO2 в алмазоподобной решетке.

SilSim3D, часть вторая.

SilSim3D, часть первая.

Вычислительные эксперименты проводятся на написанном в нашей группе программном комплексе SilSim3D. Это трехмерная Монте-Карло модель, в которой могут присутствовать частицы до 7 различных химических сортов.

Решеточная модель – когда атомы сидят строго в узлах кристаллической решетки. Её использование значительно увеличивает скорость вычислений, и позволяет моделировать относительно большие времена.

Моделируется приповерхностный слой полупроводника. Это означает, что вдоль оси Z, по вертикали, у нас имеется с одной стороны полубесконечный кристалл, с другой – полубесконечное пустое пространство. Вдоль двух других осей действуют циклические граничные условия.

Частицы способны совершать элементарные события – диффузию в пределах трех координационных сфер, адсорбцию из внешнего потока, десорбцию с поверхности и химические реакции. Каждое элементарное событие описывается некоторой вероятностью, определяемой собственным энергетическим барьером для данного события.

Оказалось, что основной структурный элемент диоксида кремния – тетраэдр SiO₄ – прекрасным способом умещается в алмазоподобной кристаллической решетке. Тетраэдрический угол при этом становится постоянным и равен 109°.

Мы задаём, что в рассматриваемой системе могут присутствовать следующие химические сорта частиц: кремний, кислород, SiO и O₂.

Прежде, чем использовать модель для изучения процессов формирования кремниевых наноструктур, мы настраиваем её (то есть определяем её энергетические параметры) исходя из известных экспериментальных фактов и расчетов другими методами. В используемом программном комплексе требуются такие параметры, как энергии диффузии, энергии сублимации, энергии активаций химических реакций. Всего набирается достаточно большое число параметров, и не все из них доступны в литературе, поэтому проводятся дополнительные вычислительные эксперименты по определению неизвестных энергий. Поиск значений этих энергетических барьеров является важной и крайне трудоёмкой задачей.

Одной из таких работ было получение параметров модели для соответствия критическим условиям при переходе от окисления к травлению. На вицинальную поверхность пускался поток молекулярного кислорода. Вицинальная – такая поверхность, которая отличается от нужной ориентации на очень маленький угол, и поэтому на ней присутствуют широкие ровные террасы, разделённые моноатомными или биатомными ступенями. Так вот, в зависимости от давления кислорода и температуры происходит либо травление, либо окисление поверхности кремния.

За ходом эксперимента можно наблюдать при помощи дифракции на быстрых электронах. Интенсивность сигнала характеризует заполненность верхнего монослоя поверхности атомами, соответственно по колебаниям сигнала видно, что и с какой скоростью происходит на поверхности.

Если давления и температуры недостаточно для роста окисла, то травление кремния происходит с образованием вакансионных островков. При еще меньших значениях их появление прекращается и начинается движение атомных ступеней, которое сопровождается выглаживанием поверхности.

Дата добавления: 2014-01-05