Если растворимость двух срастающихся веществ друг в друге очень мала или совсем отсутствует, то роль переходного слоя могут выполнять отдельные несовершенства реального монокристалла подложки. Известно, что по границам субзерен и дислокациям имеет место повышенная растворимость, которая и обеспечивает реальный контакт и перенос информации о структуре подложки в растущий авто- или гетероэпитаксиальный слой. В случае полного отсутствия растворимости срастающихся веществ друг в друге решающее значение приобретает структурно-геометрический фактор, на основании которого можно оценить возможность или невозможность ориентированного нарастания.
Применительно к процессу эпитаксии величина несоответствия может быть определена следующим образом:
(1.1)
где аС, аП – межатомные расстояния соответственно слоя и подложки.
Поверхность, через которую осуществляется совершенное сопряжение атомов обоих веществ (аС = аП), определяется как когерентная поверхность раздела. Эпитаксия возможна при срастании веществ с подобной и различной кристаллической решеткой, однако в обеих структурах должны быть параллельные атомные плоскости, в которых расположение атомов идентично или подобно, а разность межатомных (Dа) расстояний не превышает 15%.
Фазовые превращения в бинарной системе могут быть вызваны изменением температуры или давления. Однако возможен и другой путь изменения фазового состава. На рис. 1.3, а показано, что состояние, определяемое фигуративной точкой О, можно получить, меняя не только температуру в системе, но и состав при постоянной температуре. Во втором случае система переходит из одного фазового состояния в другое за счет изотермической диффузии компонентов.
Рис. 1.3 Диаграмма состояния (а) и распределение концентрации компонентов при изотермической диффузии (б) в системе эвтектического типа с ограниченной растворимостью вблизи компонентов
Рассмотрим общие закономерности процессов, протекающих при изотермической диффузии компонентов на примере бинарной системы эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии – случай диффузии компонента А в объем компонента В (рис. 1.3 а). Пусть компонент А поступает на поверхность при температуре Т1. Вначале в приповерхностных участках создается слой ненасыщенного β-твердого раствора, толщина которого возрастает со временем. Концентрация компонента Аплавно уменьшается от поверхности в глубь образца В.
К некоторому моменту t1на поверхности достигается концентрация насыщения Сβ. Дальнейшее поступление атомов А приводит к пересыщению β-твердого раствора. При критическом пересыщении на поверхности начнется перекристаллизация β®α. Кристаллы α-твердого раствора могут расти только на поверхности пересыщенного β-раствора, т.е. α-раствор начинает выделяться в виде тонкого слоя. В дальнейшем толщина его будет увеличиваться и фронт перекристаллизации β®α будет перемещаться в глубь образца.
При выделении α-фазы пересыщение β-твердого раствора уменьшается, состав его приближается к Сβ. Как в наружном слое β-твердого раствора, так и в слое α-твердого раствора концентрация компонента А плавно снижается по мере удаления от поверхности. В зоне перехода от слоя α- к слою β-твердого раствора имеет место скачок концентрации (рис. 1.3 б).
Кристалл α-твердого раствора сначала имеет состав, близкий к Сa. В дальнейшем концентрация в нем компонента А повышается. При длительной диффузии может произойти полная перекристаллизация β-твердого раствора в α-твердый раствор.
Таким образом, в системах эвтектического типа с ограниченной растворимостью вблизи компонентов при изотермической диффузии зависимость концентрации вещества от координаты всегда претерпевает разрыв, обусловленный ограниченной взаимной растворимостью при температуре диффузии.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.