Моделирование явления инверсии градиента профиля алюминия при жидкофазной эпитаксии гетероструктур GaAl(P,As,Sb)

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorДомбругов, Михаил Рэмович
dc.date.accessioned2020-05-05T14:19:14Z
dc.date.available2020-05-05T14:19:14Z
dc.date.issued2019
dc.description.abstractenThe inversion of the aluminum profile gradient in the epitaxial Ga-Al-Nm (Nm=P, As, Sb) heterostructures grown by the forced cooling from a liquid phase were investigated. Simulation of the liquid phase epitaxy is carried out in the Pfann approximation in the following assumptions. The problem is one-dimensional, the epitaxial film grows in Frank–van der Merwe growth mode. The diffusion in the solid phase is frozen. The decrease in temperature is so slow that the diffusion in the liquid phase significantly exceeds the solid film growth rate. The degree of supersaturation of the liquid solution is so small that the composition of growing solid layers is determined by the equilibrium phase diagram. Given that in the liquid phase gallium predominates and the fraction of aluminum and phosphorus, arsenic or stibium do not exceed several percent, the liquid phase is considered as a dilute quasi-regular solution. The crystalline phase is considered as an ideal solid solution due to almost identical crystalline lattices in each pair GaP-AlP, GaAs-AlAs, GaSb-AlSb. Numerical calculations are carried out for growth processes in several different initial compositions of the growth solution: for Ga-Al-P – from 1500 K liquidus isoterm, for Ga-Al-As – from 1200 K and for Ga-Al -Sb – from 850 K. The results are presented in the graphs of the solid phase composition depended of the crystallization temperature and of the film layer depth, as well as on the diagram of moving the liquid phase figurative point during the growth process. Comparison of simulation results with experimental data confirms the correctness of the applied model. It is shown that at each temperature there is an inverse composition characterized by a certain content of aluminum in the solid phase. If, on cooling, the figurative point of the growth solution intersects the inverse curve then an inversion of the aluminum profile gradient occurs: the epitaxial film, which previously was growing with a decrease in the aluminum, increases further with its increase. The reason for such a phenomenon is the possible compensation of two interconnected competing factors when the growth solution cools: a decrease in the amount of nonmetal in the liquid phase and an increase in the aluminum segregation coefficient. The relationship between the inverse curve shape and the phase diagram parameters is established. The principal possibility of growing in a single technological process of Ga-Al-P and Ga-Al-As (but not Ga-Al-Sb) planar heterostructures suitable for the manufacturing of microelectronic waveguide devices is shown.uk
dc.description.abstractruИсследуется явление инверсии градиента профиля алюминия в пленках Ga-Al-Nm (Nm=P, As, Sb), наблюдаемое при жидкофазной эпитаксии методом принудительного охлаждения. Эпитаксия моделируется в приближении Пфанна. Жидкая фаза рассматривается как разбавленный квазирегулярный раствор, а твердая фаза – как идеальный раствор. Показано существование инверсной кривой, связывающей температуру с определенным содержанием алюминия в твердой фазе. Если при охлаждении фигуративная точка ростового раствора пересекает инверсную кривую, происходит инверсия градиента профиля алюминия: эпитаксиальная пленка, прежде нараставшая с уменьшением содержания алюминия, в дальнейшем растет с его увеличением. Установлены соотношения между видом инверсной кривой и параметрами фазовой диаграммы. Показана принципиальная возможность выращивания в ходе единого технологического процесса планарных гетероструктур Ga-Al-P и Ga-Al-As (но не Ga-Al-Sb), пригодных для изготовления микроэлектронных волноводных устройств.uk
dc.description.abstractukВ роботі досліджені причини та закономірності явища інверсії градієнта профілю алюмінію в епітаксіальних гетероструктурах Ga-Al-Nm, що вирощуються методом примусового охолодження ростового розчину-розплаву, де Nm – неметал або напівметал 5-ї групи (P, As, Sb). Математичне моделювання процесу рідиннофазної епітаксії здійснюється в наближенні Пфанна в таких припущеннях. Задача одновимірна, епітаксіальна плівка росте пошарово за механізмом Франка – ван дер Мерве. Дифузія в твердій фазі «заморожена», затверділі шари в подальшому не перемішуються. Зниження температури настільки повільне, що швидкість дифузії в рідкій фазі значно перевищує швидкість росту плівки (повне перемішування рідкої фази). Ступінь перенасичення ростового розчину-розплаву настільки мала, що концентрації компонентів в наростаючих шарах твердої фази визначаються рівноважною діаграмою стану (квазірівноважне наближення). Зважаючи, що в рідкій фазі превалює галій, а концентрації алюмінію та фосфору, арсену чи стибію не перевищують кількох процентів, рідка фаза розглядається як розбавлений квазірегулярний розчин. Кристалічна фаза розглядається як ідеальний твердий розчин внаслідок майже тотожних кристалічних граток в кожній парі GaP–AlP, GaAs–AlAs, GaSb–AlSb. Чисельні розрахунки пошарового профілю хімічного складу епітаксіальних плівок проведені для ростових процесів при кількох різних початкових складах ростового розчину-розплаву: для Ga-Al-P – від ізотерми ліквідусу 1500 К, для Ga-Al-As – від 1200 К та для Ga-Al-Sb – від 850 К. Результати представлені на графіках залежності складу твердої фази від температури кристалізації та від глибини шару плівки, а також на діаграмі переміщення фігуративної точки складу рідкої фази в ході ростового процесу. Порівняння результатів моделювання з експериментальними даними підтверджує коректність застосованої моделі. Показано, що при кожній температурі існує так званий «інверсний» склад, що характеризується певним вмістом алюмінію в твердій фазі. Тверді розчини, де вміст алюмінію перевищує інверсний, кристалізуються надалі тільки з подальшим збільшенням алюмінію в напрямку зростання. Якщо ж зміст алюмінію в твердій фазі менше інверсного, то подальший епітаксіальний ріст відбувається зі зменшенням частки алюмінію у вирощуваній плівці. Але якщо в ході охолодження фігуративна точка ростового розчину-розплаву перетинає інверсну криву, відбувається інверсія градієнта профілю алюмінію: шари твердої фази, які до цього моменту наростали із зменшенням частки алюмінію, продовжують наростати з її збільшенням. Причиною такого явища є можлива компенсація двох пов’язаних між собою конкуруючих факторів: зменшення кількості неметалу в рідкій фазі та збільшення коефіцієнту сегрегації алюмінію при охолодженні ростового розчину. Встановлено співвідношення між формою інверсної кривої та параметрами фазової діаграми. Показана принципова можливість вирощування в ході єдиного технологічного процесу планарних гетероструктур Ga-Al-P та Ga-Al-As (але не Ga-Al-Sb), придатних для виготовлення мікроелектронних хвилеводних пристроїв.uk
dc.format.pagerangeС. 6-14uk
dc.identifier.citationДомбругов, М. Р. Моделирование явления инверсии градиента профиля алюминия при жидкофазной эпитаксии гетероструктур GaAl(P,As,Sb) / Домбругов М. Р. // Мікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал. – 2019. – Т. 24, № 1(108). – С. 6–14. – Бібліогр.: 22 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2523-4455.2019.24.1.160164
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/33256
dc.language.isoruuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/uk
dc.sourceМікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал, 2019, Т. 24, № 1(108)uk
dc.subjectжидкофазная эпитаксияuk
dc.subjectпринудительное охлаждениеuk
dc.subjectтвердые растворы А3В5uk
dc.subjectGa-Al-Puk
dc.subjectGa-Al-Asuk
dc.subjectGa-Al-Sbuk
dc.subjectинверсная криваяuk
dc.subjectпланарные волноводные структурыuk
dc.subjectрідиннофазна епітаксіяuk
dc.subjectпримусове охолодженняuk
dc.subjectтверді розчини А3В5uk
dc.subjectінверсна криваuk
dc.subjectпланарні хвилеводні структуриuk
dc.subjectliquid phase epitaxyuk
dc.subjectforced coolinguk
dc.subjectsolid solutions А3В5uk
dc.subjectinverse curveuk
dc.subjectplanar waveguide structuresuk
dc.subject.udc621.315.592uk
dc.titleМоделирование явления инверсии градиента профиля алюминия при жидкофазной эпитаксии гетероструктур GaAl(P,As,Sb)uk
dc.title.alternativeМоделювання явища інверсії градієнта профілю алюмінію при рідиннофазній епитаксії гетероструктур GaAl(P,As,Sb)uk
dc.title.alternativeSimulation of the Inversion of the Aluminum Profile Gradient at Liquid Phase Epitaxy of GaAl(P, As, Sb) Heterostructuresuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
MEA2019_24-1_p6-14.pdf
Розмір:
564.17 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.06 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 24, № 1(108)