Высокотемпературные атомные процессы на границе раздела кремний-вакуум при сублимации, эпитаксии, термическом травлении кислородом и осаждении золота

Диффузия и атомные реакции точечных дефектов на поверхности, границах раздела и в объеме кристаллических материалов являются ключевыми процессами, влияющими на кинетику зародышеобразования, кристаллизации, фазовых трансформаций, взаимного растворения, преципитации, имеют определяющее значение в процессах оксидирования, легирования, металлизации, высокотемпературных отжигов и ряда других технологических процессов. В связи с этим, фундаментальным исследованиями физических свойств дефектов в монокристаллическом кремнии и на его поверхности уделяется значительное внимание. Цель настоящей работы заключалась в установлении закономерностей и определении атомных механизмов процессов, протекающих на границе раздела монокристаллический кремний-вакуум в высокотемпературных процессах сублимации, термического травления молекулярным кислородом, гомоэпитаксиального роста и осаждения золота с учетом влияния диффузионных процессов, протекающих в объеме кристалла. При выполнении работы развиты методы генерации адвакансий на поверхности кремния (111) с использованием термического травления кремния молекулярным кислородом, методы высокотемпературного гомоэпитаксиального роста, а также методы формирования междоузельных атомов кремния в подповерхностной области кристалла кремния с помощью субмонослойного осаждения золота при повышенных температурах. Установлен атомный механизм массопереноса на поверхности кремния (111) в условиях генерации адвакансий, формирующихся в высокотемпературных процессах сублимации и термического травления кремния молекулярным кислородом. Определены энергетические параметры, характеризующих кинетику атомных ступеней и процессы двумерного зарождения на поверхности кремния (111) при высоких температурах. Установлено, что атомный механизм массопереноса на поверхности кремния (111) в условиях высокотемпературного осаждения кремния лимитируется диффузией адатомов кремния. Определены энергетические параметры, характеризующие процесс зародышеобразования при высокотемпературном гомоэпитаксиальном росте. Исследована морфология поверхности кремния (111) при высокотемпературном осаждении золота. Экспериментально обнаружено увеличение концентрации адатомов кремния на поверхности кристалла при субмонослойном осаждении золота на поверхность кремния (111) при повышенных температурах. Установлено, что объемная диффузия золота в приповерхностной области кремния проходит по механизму вытеснения атомов кремния из узлов кристаллической решетки ("kick-out" механизм). На основании полученных экспериментальных результатов предложена теоретическая модель, описывающая взаимосвязь диффузионных процессов на поверхности и в объеме кристалла с учётом «прозрачности» поверхности, обеспечивающей обмен точечными дефектами между поверхностью и объемом кристалла.