Уникальные научные установки

Установка молекулярно-лучевой эпитаксии для изучения начальных стадий роста тонких пленок (УНУ МЛЭ-ИНСРТП)

УНУ создана в 2017 году

Адрес
  • Центральный
  • 119333, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 59
Руководитель работ
  • 👤Григорьев Юрий Васильевич
  • 📞 (499) 1356120
  • ygrigoriev@mail.ru
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
нет000.00
Базовая организация

Федеральное государственное учреждение «Федеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника» Российской академии наук»

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Установка оснащена встроенным масс-спектрометром и дифрактометром быстрых электронов и позволяет изучать поверхностные процессы на начальных стадиях роста плёнки, на различных подложках. Вакуумная часть обеспечивает поддержку средствами безмасляной откачки сверхвысокий вакуум (10-8 Торр), а система держателей, шиберов и шлюзов позволяет не нарушать вакуум при смене образца. Установка оснащена тремя источниками молекулярных пучков

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

В составе ЦКП «Структурная диагностика материалов» ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН имеется исследовательский и измерительный комплекс молекулярно-лучевой эпитаксии, предназначенный для исследований начальных стадий образования тонких пленок на поверхности различных материалов, которые, в том числе, могут быть использованы для разработки прецизионных детекторов рентгеновского излучения. Следует отметить, что наиболее «продвинутые» (развитые) методики выращивания плёнок основаны как раз на использовании метода молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Главные и принципиальные ее отличия от типичной технологической установки МЛЭ состоят в том, что она оснащена дополнительным оборудованием, которое делает ее уникальной, а именно помимо метода анализа поверхности с помощью метода дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭ), которая даёт информацию о структуре кристалла, совершенстве и характере неоднородностей поверхности (в том числе о ступенях, изломах, двумерных островках и т. д.). В данной установке потоки десорбции с поверхности кристалла регистрируются специально встроенным масс-спектрометром, что позволяет непосредственно измерять временные характеристики переходных процессов на поверхности кристалла. Используемый в УНУ масс-спектрометр “QMG 511 Balzers” связан с ПК, который посредством специально разработанных программ собирает информацию от масс-спектрометра и управляет заслонками молекулярных пучков, падающих на подложку. Использование данной установки позволяет проводить исследование и определение закономерностей процессов роста плёнок (появление островков, их разрастание, плотность ступеней, скорость их движения, плотность изломов на ступенях и т. д.), позволяет получать множество типов наноструктур на специально приготовленных поверхностях (позволяет задавать условия выращивания необходимых наноструктур с требуемыми свойствами, как для производства детекторов радиоактивного и инфракрасного излучения, тензо- и термопреобразователей, матричных элементов для рентгеновской томографии, так и для изготовления экспериментальных образцов приборов нового поколения). В данной УНУ реализуется при использовании масс-спектрометрии совместно с модуляцией падающих потоков (МСМПП) возможность получения информация о скоростях поверхностных реакций (таких как адсорбция и диффузия - играющих важнейшую роль в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии). Необходимо отметить, что этот метод является неразрушающим, поскольку не воздействует на образец. Масс-спектрометр регистрирует молекулы, уходящие с поверхности в процессе роста и при модуляции падающих пучков позволяет контролировать скорость роста, соотношение интенсивностей реагирующих потоков и скорости поверхностных реакций, стехиометрию и состояние поверхности, как в процессе её подготовки, так и в процессе роста кристалла. Совместное применение МСМПП и ДБЭ дает возможность одновременного измерения многих характеристик процессов на изменяющейся поверхности растущего кристалла на атомном уровне: адсорбции и диффузии частиц, времени миграции перед встраиванием в решетку кристалла и т.д. Большое значение имеет определение зависимости этих параметров от совершенства и характера неоднородностей подложек, возможность получения атомно-гладкой поверхности и (или) заданных 2-D структур. УНУ «МЛЭ-ИНСРТП» позволяет определять условия для роста кристаллических слоёв на разных гранях (подготовка поверхности, интенсивности потоков и температура кристалла), выявить закономерности появления дефектов в растущей плёнке и, соответственно, вырабатывать рекомендации по улучшению качества эпитаксиальных плёнок, в том числе и 2-D структур заданного рельефа, используемых, как для производства детекторов радиоактивного и инфракрасного излучения, тензо- и термопреобразователей, матричных элементов для рентгеновской томографии, так и для изготовления экспериментальных образцов приборов нового поколения. Таким образом, учитывая использование комплекса методик и состав дополнительного оборудования на имеющейся в Центре установке УНУ «МЛЭ-ИНСРТП», делает её уникальной для применений в области контроля за процессами роста тонких пленок, в том числе на начальных стадиях роста.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • Исследование и понимание закономерностей процессов роста плёнок (появление островков, их разрастание, плотность ступеней, скорость их движения, плотность изломов на ступенях и т. д.);
  • Получение наноструктур на специально приготовленных поверхностях (позволит задавать условия выращивания необходимых наноструктур с требуемыми свойствами, как для производства детекторов радиоактивного и инфракрасного излучения, тензо- и термопреобразователей, матричных элементов для рентгеновской томографии, так и для изготовления экспериментальных образцов приборов нового поколения).

Наиболее значимые научные результаты исследований

Исследованы процессы конденсации и испарения поликристаллических пленок теллура, которые были получены из молекулярного пучка Te2 на поверхности сапфира. Экспериментально показано, что при росте пленки в неравновесных условиях десорбция теллура превышает равновесную. В случае, когда интенсивность падающего потока ниже равновесной, десорбция также ниже равновесной. Получены оценки элементарных параметров процесса, в том числе скорости десорбции и степени заполнения в адсорбционном слое. Приведены данные исследований поверхностных процессов при молекулярно-лучевой эпитаксии CdTe методом масс-спектрометрии in situ. Для измерения кинетических параметров использовались модулированные молекулярные пучки Cd и Te2. Эксперименты проведены при температуре кри¬сталла в диапазоне 600-730 К. Результаты обработаны по модели, в которой процессы конденсации и испарения происходят через стадии адсорбции и десорбции. Скорость десорбции составила для Te2 2-10 c-1, для Cd > 30 с-1. Определены значения энергии активации процесса испарения CdTe Ea = 1.1 эВ, энергии десорбции Ed(Cd) = 1.0 эВ и Ed(Te) = 0.6 эВ. Получены оценки величин заполнения адсорб-ционного слоя - n(Cd) < 0.01 и n(Te) = 0.1-1 Те.

119333, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 59
📷

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий