В середине 80-х годов, в России началось производство установок, предназначаемых для наращивания эпитаксиальных слоёв на поверхности кристалла в условиях сверхвакуума и под воздействием экстремально высоких температур. К концу 90-х годов, Россияне прекратили разрабатывать устройства МПЭ, поскольку их эффективность (качество) заметно отставало, сравнительно с Европейским или Американским производством.
В начале 21 века, учёные Санкт-Петербурга ЗАО «Научное и технологическое оборудование» снова решили разрабатывать установки для наращивания молекулярных пучков, но на этот раз они добились увеличения температуры подложки, усиления откачной системы. Тогда появились такие эпитаксиальные системы:
- STE3N2 и STE3N3, предназначенные для выращивания соединений широкозонного типа из нитридных компонентов 3 группы.
- STE3532, STE3526, А2В6, А3В5, изготовленные для эпитаксиального наращивания классических материалов.
Каждая установка наращивания молекулярных пучков имеет различную мощность, особенности, параметры:
- STE3N3. Система разработана с учётом особенностей эпитаксиального роста материалов и имеет 3 рабочих камеры, обеспечивающих широкий диапазон параметров для наращивания. В этой установке удобно работать с нитридными компонентами и осуществлять пилотное производство, опытно-конструкторскую деятельность, проводить прикладные и фундаментальные научные исследования.
- STE3N2. Данное устройство работает аналогично описанному выше. Применяя его, также можно проводить исследования, пилотное производство, осуществлять опытно-конструкторскую деятельность. Однако этот тип систем имеет небольшие габариты, сравнительно с STE3N3. У конструкции имеется 2 рабочих реактора и отсутствует камера подготовки. Ростовой реактор стыкуется напрямую к шлюзной барокамере.
- STE3532. Ростовая система этого типа, является инновационной технологией, предназначенной для наращивания молекулярных пучков, подобных А2В6 и А3В5, а также полупроводников. На устройстве можно проводить описанные выше процедуры, а также выполнять экспериментальное мелкосерийное производство эпитаксиальных кристаллов.
- STE3526. Конструкция устройства и характеристики, позволяют обрабатывать наногетероструктуры гибридного характера. Устройство имеет 2 камеры и подлежит для проведения описанных выше работ. В системе можно проводить эпитаксиальное наращивание подложки, ранее помещённой в камеру (А3В5) и имеющей предварительно выращенные буферные слои.
Наиболее распространена в промышленности конструкция STE3N2. Её преимуществами, является наличие транспортной системы. Она оснащена держателем, на который помещается исходный кристалл. В процессе работы, подложка перемещается из камеры в камеру без разгерметизации устройства, что важно при создании качественных молекулярных пучков. Ещё эта конструкция востребована, благодаря удобству в применении и малой плотности ростовых дефектов.
Наращивание эпитаксиальных молекулярных пучков
На первый взгляд эпитаксиальное наращивание молекулярных пучков не представляет сложности, поскольку в основу метода входит испарение и осаждение вещества на готовую подложку. Однако данная процедура требует определённые технические требования к эпитаксиальной системе:
- Установочный реактор должен поддерживать предельно высокий вакуум. Достигающий показателей – 10-8Па.
- Молекулярный источник должен испаряться и превращаться в тугоплавкий металл. Тогда, благодаря панели управления, специалист может регулировать плотность его потока.
- Испаряющиеся вещества должны быть идеально чистыми (99,99999%)
При таких условиях эпитаксиальное наращивание молекулярных пучков выполняется, относительно быстро, примерно 1000 нм./час.
Обычно, процесс наращивания эпитаксиальной плевы в производственных масштабах выполняется, благодаря встроенному автоуправлению, что упрощает процесс работы и снижает количество эпитаксиальных дефектов. Устройство МПЭ работает, как единый механизм. Он состоит из: 2-3 рабочих реакторов, ионного, турбомолекулярного насоса, форвакуумной установки, шлюзовой камеры, транспортной системы, тигля для разогрева подложки и подготовительной камеры, обезгаживающей исходный кристалл перед обработкой.
Специалисты вручную контролируют такие технологические особенности эпитаксиального наращивания:
- Поддерживают температуру исходного кристалла и источника, вплоть до ±0,5°С.
- Количество подаваемого аммиака (±2%).
- Проводят манипуляции с заслонками источников для регуляции формы наращивания эпитаксиальных слоёв.
Лишь в редких случаях специалистам, работающим на системе STE3N2, приходится подвергать процесс эпитаксии ручным методом. Тогда рабочие не только контролируют процедуру при помощи персонального компьютера, но и проводят регуляцию всех систем, чтобы поддерживать оптимальный уровень вакуумизации, температуры и своевременно перемещать обрабатываемый кристалл в другую камеру. Сегодня приобрести устройство STE3N2 в России довольно просто, поскольку данное оборудование является самым популярным и уже применяется на многих промышленных предприятиях.
