Программа лекций

Спецкурс «СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ» («Гетероэпитаксия-1»)
Раздел «Эпитаксия: механизмы роста кристаллов, энергетические аспекты, кинетика и процессы массопереноса».

1. ВВЕДЕНИЕ. Однокомпонентные и многокомпонентные системы. Термодинамика равновесие. Адсорбционный слой. Движение атомов. Поверхностная динамика решетки. Фактор Дебая-Уоллера.
   
   
2. СТРУКТУРА. Атомная структура поверхности. Морфология поверхности кристалла-подложки. Структура ступеней и изломов. Равновесная структура поверхности. Дефекты поверхности. Фазовый переход порядок-беспорядок. Упрощенная модель Косселя. Шероховатость ступеней и поверхности. Источники атомных ступеней на поверхности.
   
   
3. ДИФФУЗИЯ. Поверхностная диффузия адатомов. Диффузионная длина и длина миграции. Самодиффузия и гетеродиффузия. Химпотенциал. Поверхностное плавление. Энергия активации диффузии.
   
   
4. ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ. Энергия ступени. Анизотропия поверхностной энергии. Химический потенциал. Флуктуации ступеней. Линейное натяжение ступеней. Взаимодействие ступеней с дефектами и дислокациями. Интерпретация взаимодействия в рамках механических подобий.
   
   
5. ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ КРИСТАЛЛА. Равновесная форма кристалла. Теорема Вульфа. Форма поверхности. Адсорбция примеси. Фасетирование. Форма двумерных кристаллов.
   
   
6. ТЕОРИИ РОСТА И ИСПАРЕНИЯ. Теория Бартана, Кобреры и Франка. Швебель эффект. Зарождение новой фазы. Время жизни. Критический размер зародыша. Особенности процесса сублимации. Кинетика движения атомных ступеней: модель диффузионно-связанного движения в рамках БКФ теории и модель «быстрых ступеней». Движение изогнутой ступени.
   
   
7. НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ. Термодинамические и кинетические аспекты. Эшелоны и макроступени. Термическое выглаживание ступеней поверхности. Структура и кинетика образования эшелонов. Теории формирования эшелонов ступеней. Электромиграция и эшелонирование. Формирование анти-эшелонов. Морфологические переходы на поверхности кремния (111). Определение релаксационного времени ступени.
   
   
8. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ НА ПОВЕРХНОСТИ. Реконструкция поверхности. Фазовые структурные переходы. Примеры реконструкции на (111) и (100) поверхности кремния. Эффект смещения моноатомных ступеней при переходе (1х1)<=>(7×7). Структура (1×1) поверхности кремния (111). Формирование макроступеней при реконструкции.
   
   
9. РОСТ КРИСТАЛЛА. Модель Франка. Эффект деформации. Зарождение, атомные ступени и дислокации. Пересыщение. Коэффициент встраивания. Сегрегация, интердиффузия, буферные слои. Кинематическое построение Вульфа.
   
   
10. ЭПИТАКСИЯ. Механизмы эпитаксиального роста. Темодинамические и атомистические подходы. Современные концепции развития механизмов роста: Венейблс и Стоянов. Структурные перестройки поверхности при росте. Ступенчато-слоевой механизм роста при эпитаксии. Характеристическая длина для смены механизмов роста. Изменение микроморфологии поверхности в процессе эпитаксиального роста.
    
    
11. ГЕТЕРОЭПИТАКСИЯ. Эпитаксиальный рост германия на поверхности кремния как пример Странского-Крастанова механизма роста. Напряжения эпитаксиальных пленок, фомирование псевдоморфного слоя, дислокации несоответствия, критические толщины. Перестройки моноатомных ступеней при реконструкции. Влияние примеси на процессы роста. Применение серфактантов при эпитаксии. Процессы самоорганизации нанообъектов на поверхности.
    
    
12. Показ видеофильма «Моноатомные ступени на поверхности кремния».

Программу составил: Латышев Александр Васильевич, д. ф.-м. н.. Зав. лаб. «Электронной микроскопии и субмикронных структур» ИФП СО РАН офис к. 246, лаб. 103, 104, 105, 106, 107, 108, 208, 210, 351 термокорпус ИФП, офис, тел./факс. 33—10—80, лаб. 34—40—82, latyshev@thermo.isp.nsc.ru

Литература
1. А. А. Чернов, Е. И. Гиваргизов, Х. С. Багдасаров, В. А. Кузнецов, Л. Н. Демьянец, А. Н. Лобачев Современная кристаллография Т.3. М.: Наука, 1980.
2. Ф. Бехштедт, Р. Эндерлайн Поверхности и границы раздела полупроводников М.: Мир, 1990.
3. Б. А. Нестеренко, О. В. Снитко Физические свойства атомарно-чистой поверхности полупроводников, Киев, Наукова Думка, 1983.
4. Л. Ченг, К. Плог Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры М.: Мир, 1989.
5. A. Pimpinelli and J. Villain, Physics of crystal Growth, Cambridge University Press, 1998, 1—378.
6. M. Giesen, Step and island dynamics at solid/vacuum and solid/liquid interfaces, Progress in Surface Science 68 (2001) 1—153.
7. М. Праттон, Введение в физику поверхности, Ижевск, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» 2000, стр. 256.