Вивчення особливостей гетероепітаксії з рідкої фази у системі GaSb-InAs, що утворює гетероперехід ІІ роду. Умови, що забезпечують планарність гетеромежі і епітаксійного шару та вимоги до методу епітаксії. Алгоритм для процесів тепломасопереносу.
Аннотация к работе
Порівняно із методами молекулярно-променевої епітаксії та методами газофазної епітаксії епітаксія з рідкої фази займає виграшне положення у таких важливих критеріях як продуктивність, ціна устаткування та малі витрати на систему захисту навколишнього середовища. На основі математичного моделювання нестаціонарних процесів тепло-та масопереносу визначити можливості керування умовами росту, розробити та практично реалізувати технологічні режими отримання планарних гетероепітаксійних шарів GASB на неізоперіодній підкладці INAS при застосуванні охолодження підкладки потоком газу. Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що - Вперше запропоновано використання охолодження підкладки потоком газу для керування процесом епітаксії з рідкої фази, розроблено та експериментально перевірено модель тепломасопереносу для керування процесами епітаксійного росту за допомогою зміни теплових потоків у підкладці; Вперше визначено величини необхідного переохолодження розчину-розплаву у процесі росту (5,8 ЄС для орієнтації (100) та 7,8 ЄС для орієнтації (111)) і швидкості росту епітаксійного шару GASB на підкладках INAS (2,5-3,5 нм/с для орієнтації (100), 22-31 нм/с для орієнтації (111)) під час гетероепітаксії з рідкої фази, що мають бути присутні до релаксації механічних напружень в епітаксійному шарі для забезпечення планарної поверхні останнього при температурі початку епітаксії 450 ЄС. У роботах, виконаних у співавторстві, особисто Баганову Є.О. належать такі наукові результати: визначення умов стійкості підкладки INAS при контакті з розчином Sb у розплаві Ga [1, 3, 17, 18]; розробка математичної моделі та компютерної програми розрахунку процесів тепломасопереносу при використанні методу імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву та визначення технологічних режимів для гетероепітаксії GASB/INAS [2, 3, 8, 13 - 18, 20]; розробка моделі і реалізація компютерного алгоритму розрахунку розподілу напружень у гетеросистемі [4, 19, 20] та визначення умов росту і технологічних режимів, що забезпечують планарність гетероепітаксійного шару GASB на підкладках INAS [5, 8, 20, 21], проведення вирощування [20]; теоретично обґрунтовано необхідність повторів циклів епітаксії у методі імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву [9], запропонування введення у методі ІОНРР шару газу контрольованої товщини між підкладкою та теплопоглиначем та теоретичне обґрунтування наявності оптимальної для відтворюваності шарів товщини цього шару [10]; запропонування нового методу РФЕ з охолодженням підкладки потоком газу, що подається ззовні [11], проект та практична реалізація касети зі спеціальним тепловим вузлом для застосування цього методу [12], розробка математичної моделі та компютерної програми розрахунку процесів тепломасопереносу при використанні зазначеного методу, розрахунок режимів та проведення вирощування [6, 7, 21 - 23].Проаналізовано особливості РФЕ у неізоперіодній системі GASB-INAS, такі як можливість часткового розчинення підкладки при ізотермічному контакті із нерівноважним до неї розчином-розплавом, вплив механічних напружень в епітаксійному шарі на умови росту. Показано, що різка зміна умов кристалізації при релаксації пружних напружень у гетероепітаксійному шарі вимагає від методу епітаксії можливості керування процесом на субмікронному рівні для забезпечення квазірівноважних умов росту. Створення переохолоджень на фронті кристалізації досягається внаслідок теплообміну між підкладкою і теплопоглиначем (ТП), що має вигляд графітової пластини товщини ZA, яка початково розташована у зоні реактора з температурою ТА0, нижчою за температуру насичення розчину-розплаву Tf, а при епітаксії розміщується над тильною стороною підкладки. Кварцова пластина 20 напрямляє газ уздовж підкладки та зменшує товщину його потоку для більш ефективної теплопередачі між підкладкою та газом-охолоджувачем. Оцінки часу розвитку процесу збурення показали, що при рості на підкладці орієнтацією (100) збурення розвивається за 22 с, а на підкладці орієнтацією (111) - за 2,5 с.За допомогою моделювання процесів тепломасопереносу проаналізована можливість керування у методі імпульсного охолодження насиченого розчину-розплаву такими параметрами епітаксії як температурно часові профілі на фронті кристалізації, швидкість росту і товщина епітаксіального шару, відтворюваність товщини епітаксійних шарів, що отримані циклічним повтором операцій цього методу. Показано, що використання метода ІОНРР при гетероепітаксії структур GASB/INAS доречно для отримання тонких шарів, що не потребують багаторазового повторення циклів ІОНРР. Запропоновано і практично реалізовано нову методику рідкофазної епітаксії, що дозволяє керувати процесом епітаксії шляхом охолодження підкладки потоком газу. Розроблено математичну модель і компютерний алгоритм, що дозволяє визначати необхідні теплові потоки у підкладці для отримання необхідних температурно-часових профілів на фронті кристалізації і швидкостей росту епітаксійного шару, а також часову залежність витрат газу-охоло