doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-5-679-685


УДК 539.211, 539.25

Кинетика трансформации формы эшелонов атомных ступеней на поверхности Si(001) в условиях электромиграции

Разживина М.Э., Родякина Е.Е., Ситников С.В.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Разживина М.Э., Родякина Е.Е., Ситников С.В. Кинетика трансформации формы эшелонов атомных ступеней на поверхности Si(001) в условиях электромиграции // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 5. С. 679–685.
doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-5-679-685


Аннотация
Предмет исследования. На качество кремниевых эпитаксиальных структур значительное влияние оказывает как начальная морфология поверхности, так и ее трансформация в процессе роста. Одним из явлений огрубления поверхности кремния в процессе отжига, роста, воздействии электрического тока, и адсорбции инородного материала является формирование эшелонов ступеней. В работе приведены результаты экспериментального исследования кинетики трансформации эшелонов атомных ступеней на поверхности Si(001) в условиях электромиграции при нагреве постоянным электрическим током в направлении вниз по ступеням в интервале температур 1000–1150 °С. Метод. Отжиг образцов выполнен в сверхвысоковакуумной камере отражательного электронного микроскопа с последующей закалкой до комнатной температуры. В атмосферных условиях с применением атомно-силового микроскопа получены данные о зависимости среднего расстояния между ступенями от количества ступеней в эшелоне. Основные результаты. Установлено, что экспериментально построенная зависимость подчиняется степенному закону l  Nα, где α изменялся от –0,68 до –0,36. Подтверждено изменение потенциала упругого взаимодействия ступеней в эшелонах с ростом температуры. Практическая значимость. Результаты работы определяют понимание процесса эшелонирования Si(001) при повышенных температурах.

Ключевые слова: кремний(001), эшелоны атомных ступеней, реконструкция, электромиграция, потенциал упругого взаимодействия

Благодарности. Работа выполнена на оборудовании Центра коллективного пользования «Наноструктуры» при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 19-72-30023).

Список литературы
1. Latyshev A.V., Aseev A.L., Krasilnikov A.B., Stenin S.I. Transformation on clean Si(111) stepped surface during sublimation // Surface Science. 1989. V. 213. N 1. P. 157–169. https://doi.org/10.1016/0039-6028(89)90256-2
2. Родякина Е.Е., Ситников С.В., Рогило Д.И., Латышев А.В. Управление рельефом подложки Si(001) при термическом отжиге в вакуумной камере // Микроэлектроника. 2018. Т. 47. № 6. С. 407–413. https://doi.org/10.31857/S054412690002766-9
3. Sato M., Uwaha M., Takahashi T. Motion of step pairs during drift-induced step bunching on a Si(001) vicinal face // Journal of Crystal Growth. 2007. V. 303. N 1. P. 85–89. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2006.11.147
4. Nielson J.-F., Pettersen M.S., Pelz J.P. Anisotropy of mass transport on Si(001) surfaces heated with direct current // Surface Science. 2001. V. 480. N 1-2. P. 84–96. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(01)01010-X
5. Latyshev A.V., Litvin L.V., Aseev A.L. Peculiarities of step bunching on Si(001) surface induced by DC heating // Applied Surface Science. 1998. V. 130-132. Р. 139–145. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(98)00040-3
6. Латышев А.В., Красильников А.Б., Асеев А.Л., Стенин С.И. Влияние электрического тока на соотношение площадей доменов (2х1) и (1х2) на чистой поверхности кремния (001) в процессе сублимации // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 48. № 9. С. 484–487.
7. Pai W.W., Ozcomert J.S., Bartelt N.C., Einstein T.L., Reutt-Robey J.E. Terrace-width distributions on vicinal Ag(110): evidence of oscillatory interactions // Surface Science. 1994. V. 307-309. P. 747–754. https://doi.org/10.1016/0039-6028(94)91487-7
8. Frohn J., Giesen M., Poensgen M., Wolf J.F., Ibach H. Attractive interaction between steps // Physical Review Letters. 1991. V. 67. N 25. P. 3543–3546. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.3543
9. Redfield A.C., Zangwill A. Attractive interactions between steps // Physical Review B. 1992. V. 46. N 7. P. 4289–4291. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.4289
10. Andreev A.F., Kosevich A.Y. Capillary phenomena in the theory of elasticity // Soviet Physics - JETP. 1981. V. 54. N 4. P. 761–765.
11. Pearson E.M., Halicioglu T., Tiller W.A. Long-range ledge-ledge interactions on Si(111) surfaces. I. No kinks or surface point defects // Surface Science. 1987. V. 184. N 3. P. 401–424. https://doi.org/10.1016/S0039-6028(87)80366-7
12. Andreev A.F. Faceting phase transitions of crystals // Soviet Physics - JETP. 1981. V. 53. N 5. P. 1063–1069.
13. Leroy F., Müller P., Métois J.J., Pierre-Louis O. Vicinal silicon surfaces: From step density wave to faceting // Physical Review B. 2007. V. 76. N 4. P. 045402. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.045402
14. Alerhand O.L., Vanderbilt D., Meade R.D., Joannopoulos J.D. Spontaneous formation of stress domains on crystal surfaces // Physical Review Letters. 1988. V. 61. N 17. P. 1973–1976. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.61.1973
15. Sato M., Mori T.,Uwaha M., Hirose Y. Growth of step bunches on a Si(001) vicinal face with drift of adatoms // Journal of the Physical Society of Japan. 2004. V. 73. N 7. P. 1827-1832. https://doi.org/10.1143/JPSJ.73.1827
16. Бартон В., Кабрера Н., Франк Ф. Рост кристаллов и равновесная структура их поверхностей // Элементарные процессы роста кристаллов. М.: Иностранная литература, 1959. С. 10–109.
17. Zhao T., Weeks J.D., Kandel D. From discrete hopping to continuum modeling on vicinal surfaces with applications to Si(001) electromigration // Physical Review B. 2005. V. 71. N 15. P. 155326. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.155326
18. Rodyakina E.E., Sitnikov S.V., Rogilo D.I., Latyshev A.V. Step bunching phenomena on Si(001) surface induced by DC heating during sublimation and Si deposition // Journal of Crystal Growth. 2019. V. 520. P. 85–88. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2019.05.026
19. Sitnikov S.V., Rodyakina E.E., Latyshev A.V. Electromigration effect on vacancy islands nucleation on Si(100) surface during sublimation // Semiconductors. 2019. V. 53. N 6. P. 795–799. https://doi.org/10.1134/S106378261906023X
20. Sakamoto K., Sakamoto T., Miki K., Nagao S. Observation of Si(001) vicinal surfaces on RHEED // Journal of the Electrochemical Society. 1989. V. 136. N 9. P. 2705–2710. https://doi.org/10.1149/1.2097562
21. Родякина Е.Е., Ситников С.В., Латышев А.В. Критический размер террасы кремния (001) для зарождения вакансионных островков при высокотемпературном отжиге // Сибирский физический журнал. 2019. Т. 14. № 1. С. 77–85. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2019-14-1-77-85


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2021 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика