174175. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vegyület vékonyrétegek előállítására
7 174175 8 bomlását, az alaplemezt egyatomos vastagságú A réteg fogja lefedni A -0 kötést létesítve. A felületnek az A atomokkal való fedettsége leírható az (l) dpA = ^^2. (i_pA . dt) Ns egyenlettel, ahol Pa = az A atomokkal lefedett relatív felület pA = az A atomoknak a felülettel való ütközési sűrűsége, melynek alapja (a kinetikus gázelméletnek megfelelően) PA atom IO20 1 Ma =-----------------5-------------------------2mkT cm torr cm s Ns = a felületi atomok sűrűsége N,— 1015 1/cm2 tAo = a felületi 0 atomoknak az A reakciógázzal való kölcsönhatási ideje [s] k = Boltzmann-féle állandó, m = molekula tömeg, T = hőmérséklet, Ko-ban aAO = felületi reakcióvalószínűség, az A atomra vonatkoztatva O atomi felület esetében, ami megfelel a szokásos leválasztási módszerek esetében a „hozzátapadási együtthatódnak (stocking coefficient). Az a felületi reakcióvalószínűség a reakciófelület hőfokának és a reakciógáz nyomásának az összetett függvénye. Erősen változik a különböző elemektől és a kialakuló vegyületektől függően. Egyatomos gázoknál a-t nagyobbnak találtuk, mint két- vagy többatomos gázok esetében. Az (1) egyenletből megállapíthatjuk, hogy a felületeknek az A atomokkal való relatív fedettsége aszimptotikusan megközelíti az egységet a növekvő kölcsönhatási idő függvényében. Az ALE eljárás jelentős előnye, hogy a képződő vegyület gőznyomásának éppen a növekedés irányában van minimuma, mert a legerősebb kötés a felületre merőlegesen alakul ki. Ha a B atomok képeznek szilárd nagy kötési energiájú halmazállapotú kötést az oxigénnel, az alaplemezt a B atomokkal való kölcsönhatás során B atomok fogják lefedni pontosan oly módon, mint ahogyan ezt már leírtuk az O atomok és az A atomok, valamint az üvegfelület kölcsönhatásánál. A B típusú elemeknél általában nem ez az eset áll fenn, ami annyit jelent, hogy az alaplemezüveg felülete változatlanul fog maradni a B gőzzel való kölcsönhatás során. A reakció következő lépésében egy egyatomos A atomokból álló réteggel lefedett felület lép kölcsönhatásba a B atomokkal, melyek gáz halmazállapotúak. A felületet B atomok fogják lefedni az (1) egyenletnek megfelelően, most egy B atomokból álló monoréteget képezve, A-B vegyületkötéssel. Az említett A—B kötésű B monorétegre és ezen a rétegen levő B—B kötésű B atomokra érvényes gőznyomás feltételek több nagyságrenddel különböznek egymástól, és ennek eredményeként azok a B atomok, amelyek nincsenek kémiai kötésben, igen szelektíven vissza fognak párologni. A reakció lépéseit egymás után ismételve alaplemez felületét egy O—A—B—A—B—A—B—A—B— ... felépítésű réteg fogja beborítani, ahol az első 0 az alaplemez felületi atomrétege és a következő A-B rétegek negymértékben irányított AB vegyületréteget képeznek. Abban az esetben, ha a reakció minden egyes lépésében teljes fedettséget érünk el, akkor a fűm teljes vastagságát a fordulatok száma és a vegyület rácsállandója fogja meghatározni. Különböző Ai, Aj, A3,... Bt, B2, B3, elemekkel készített forrásokat alkalmazva olyan felépítésű rétegek növeszthetők, amelyek vegyületkombinációkat, szuperrácsokat, heteroátmeneteket stb. tartalmaznak. Az ALE növesztés feltételeit, mint leírtuk, az (1) egyenlet tagjaival lehet meghatározni. Teljes fedettség esetén az ® A oMa (a O (2) aA BÚA *A B ^ Ns és “BAMBIBA ^ Ns feltételeket kell biztosítani. Azokban az esetekben, amikor az A és B elem gőzei közvetlenül kölcsönhatásban vannak a reagáló felülettel, mint az 1., 2., 3., 4. és 5. ábrákon bemutatott készülékekben a Ta és Tb forráshőmérséklet (3) Ma = f(pA) = (Ta) Mb = f(Pß) = (Tb) és a pA és pB értékek között a (3) szerinti függvény kapcsolat van. Ahhoz, hogy a kémiai kötésben nem levő elemek teljes visszapárolgását biztosítsuk, mely döntő fontosságú egy önkiegyenlítő ALE folyamat során, az alaplemez T0 hőmérsékletének elegendő mértékben magasabbnak kell lenni TA és TB hőmérsékleteknél. T„ felső határát elvileg a vegyület gőznyomása határozza meg. A gyakorlatban azonban, ha üveg alaplemezt alkalmazunk, akkor T0 felső határát általában az alaplemez üvegének a lágyulási pontja határozza meg. Meg kell jegyezni, hogy a növesztett felület kristályrácsának az irányítottsága igen hatásosan minimalizálja a vegyület gőznyomását. Ezt pl. CdSe növesztése során állapítottuk meg, melyet T0 500 °C hőmérsékleten hajtottunk végre és a vegyületnek nem volt észrevehető visszapárolgása. Nyilvánvaló, hogy az ALE növesztés végrehajtható különféle típusú növesztő berendezésekkel. A lényeges paraméterek a források és az alaplemez hőmérséklete és a lépésről lépésre történő kölcsönhatás az alaplemez és a vegyület elemeinek gőzei között. Különösen a II—VI vegyületcsoport ad nagy szabadsági fokot a berendezés tervezésében, mivel a II és VI elemeknek nagy a gőznyomásuk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
