RU1793014C

RU1793014C - Method of determination of error sign for epitaxial film and substrate parameters

Info

Publication number: RU1793014C
Application number: SU884416752A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Рандошкин; Валерий Иванович Чани
Original assignee: В/В.Рандошкин и В.И.Чани
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1993-02-07

Abstract

Изобретение относитс к области получени ; монокристаллов и эпитаксиальных пленок и может быть использовано при разработке технологии получени новых материалов методом жидкофазной эпитаксии, а также в научных исследовани х. Цель изобретени - упрощение и снижение трудозатрат в случае нанесени эпитаксиальной висмутсодержащей пленки феррит-граната на подложку со структурой граната. Способ определени знака рассогласовани параметров решетки эпитаксиальной пленки и подложки заключаетс в облучении пленки видимым светом и определении размеров кристаллических блоков в центре пленки и вблизи бе кра . Знак рассогласовани параметров решетки определ ют по соотношению размеров этих блоков . 1 табл. у ЁThe invention relates to the field of production; single crystals and epitaxial films and can be used in the development of technology for the preparation of new materials by liquid-phase epitaxy, as well as in scientific research. The purpose of the invention is to simplify and reduce labor costs in the case of applying an epitaxial bismuth-containing film of ferrite garnet on a substrate with a garnet structure. The method for determining the sign of the lattice mismatch between the epitaxial film and the substrate consists in irradiating the film with visible light and determining the sizes of crystalline blocks in the center of the film and near the edge. The sign of the mismatch of the lattice parameters is determined by the aspect ratio of these blocks. 1 tab. yo

Description

Изобретение относитс к области получени монокристаллов и эпитаксиальных пленок и может быть использовано при разработке технологии получени новых материале в; методом жидкофазной зпитаксии, а Также в научных исследовани х.The invention relates to the field of producing single crystals and epitaxial films and can be used in the development of a technology for producing new materials in; liquid phase zitaxia, and also in scientific research.

Известны способы определени знака рассогласовани параметров решетки эпи- таксиа ьной пленки и подложки путем измерени этих параметров на рентгеновском дифрактометре и их сравнени .Known methods for determining the sign of the mismatch of the lattice parameters of the epitaxial film and the substrate by measuring these parameters on an X-ray diffractometer and comparing them.

Недостатками известных способов вл ютс сложность и высока стоимость аппаратуры , вредное воздействие рентгеновского излучени на организм человека - оператора, провод щего измерени ,The disadvantages of the known methods are the complexity and high cost of the equipment, the harmful effects of x-ray radiation on the human body - the operator conducting the measurements,

Целью изобретени вл етс упрощение и снижение трудозатрат в случае нанесени зпитаксиальной висмутсодержащейThe aim of the invention is to simplify and reduce labor costs when applying zpitaxial bismuth-containing

пленки ферритграната на подложку со структурой граната.ferrite garnet films on a garnet substrate.

Поставленна цель достигаетс тем, что пленку облучают видимым светом, определ ют размеры кристаллических блоков в центре пленки и вблизи ее кра и по соотношению размеров этих блоков суд т о знаке рассогласовани параметров решетки эпитаксиальной пленки и подложки.This goal is achieved by the fact that the film is irradiated with visible light, the sizes of crystalline blocks in the center of the film and near its edge are determined, and the sign of the lattice mismatch between the epitaxial film and the substrate is determined by the ratio of the sizes of these blocks.

Сущность изобретени заключаетс в следующем.The invention is as follows.

При эпитаксиальном наращивании эпитаксиальных пленок из раствора-расплава обнаружено, что на периферии подложи на рассто нии до 200 мкм наблюдаетс заметное увеличение скорости роста пленки по сравнению с основной поверхностью структуры . Это объ сн етс более интенсивным перемешиванием раствора-расплава на таких участках за счет большей скорости пере- мещени поверхности вращающейс During epitaxial growth of epitaxial films from a melt solution, it was found that a noticeable increase in the film growth rate compared to the main surface of the structure is observed at the periphery of the substrate at a distance of up to 200 microns. This is explained by the more intensive mixing of the melt solution in such areas due to the greater speed of moving the surface of the rotating

VIVI

юYu

СА ОCA O

подложки относительно неподвижного раствора-расплава . В случае синтеза монокристаллических материалов в виде твердых растворов типа ферритгранатов (LuBi)3(FeGa)sOi2, где замещение внутри пар ионов Lu-Bi и Fe-Ga осуществл етс практически неограниченно, имеет место заметное вли ние скорости роста f на величины приведенных коэффициентов распределени substrates relative to a fixed solution-melt. In the case of the synthesis of single-crystal materials in the form of solid solutions such as (LuBi) 3 (FeGa) sOi2 ferrites, where the substitution inside the Lu-Bi and Fe-Ga pairs is almost unlimited, there is a noticeable influence of the growth rate f on the values of the given distribution coefficients

где в квадратных скобках указаны концентрации компонентов в твердой (т) и жидкой (ж) фазах соответственно.where the square brackets indicate the concentrations of the components in the solid (t) and liquid (g) phases, respectively.

Дл величин коэффициентов распрее- лени всегда выполн ютс соотношени ;For the values of the distribution coefficients, the relations are always satisfied;

K(Lu/Bi)1;K (Lu / Bi) 1;

K(Ga/Fe) 1.K (Ga / Fe) 1.

Кроме того, при увеличении скорости роста значени K(Lu/Bi) и K(Ga/Fe) всегда стрем тс к единице.In addition, as the growth rate increases, the values of K (Lu / Bi) and K (Ga / Fe) always tend to unity.

Таким образом, на периферии пленки концентрации м Felr всегда выше по сравнению с основной поверхностью структуры , Ввиду того, что размер иона BI зна- чител1.но больше Lu , а ионы Г- е и Ga + близки по размеру, то параметр решетки плеш-м аг(п) на периферии всегда выше.па- раметра аг(ц) в центре структуры или : аг(п) аг(ц).. (1) ; При синтезе эпитаксиальиых пленок первоочередным фактором, обеспечивающим качество структуры подложка-пленка, вл етс хорошее совпадение параметров решетки. В противном случае наблюдаетс механическое разрушение пленки (ее растрескивание ) за счет возникающих упругих напр жений, причем по вление трещин и ограниченных ими монокристаллических блоков лимитируетс толщиной эпитакси- ального сло .Thus, at the periphery of the film, the concentration of m Felr is always higher in comparison with the main surface of the structure. In view of the fact that the size of the BI ion is significant1. m ag (p) at the periphery is always higher. the parameter ag (c) in the center of the structure or: ag (p) ag (c) .. (1); In the synthesis of epitaxial films, the primary factor ensuring the quality of the substrate-film structure is a good match of the lattice parameters. Otherwise, mechanical destruction of the film (its cracking) due to the occurring elastic stresses is observed, and the appearance of cracks and single crystal blocks limited by them is limited by the thickness of the epitaxial layer.

При отработке технологического режима синтеза питаксиальных слоев могут быть получены пленки, относительное рассогласование F параметров решетки которых:When testing the technological regime for the synthesis of pitaxial layers, films can be obtained whose relative mismatch F lattice parameters are

as - аг агas - ag ag

где as и at - параметры решетки подложки и пленки соответственно, достаточно велико по абсолютной величине. В этом случае наблюдаетс растрескивание пленки, при- чем концентраци трещин на единицу площади (а, следовательно, и размеры блоков) нз кра х и в центре структуры существенно различаютс , причем существуют 2 случа :where as and at are the lattice parameters of the substrate and the film, respectively, is quite large in absolute value. In this case, cracking of the film is observed, and the concentration of cracks per unit area (and, consequently, block sizes) differs significantly from the edges and in the center of the structure, and there are 2 cases:

1. F 0, тогда as af.1. F 0, then as af.

В этом случае с учетом (1) абсолютна величина рассогласовани в центре будет выше, чем на периферии |Да(п) |Дэ(ц)|, а поскольку концентраци трещин на единицу площади с увеличением I Да возрастает , то наблюдаетс пониженное растрескивание на кра х пленки по сравнению с центром (размеры блоков на периферии больше).In this case, taking into account (1), the absolute value of the mismatch in the center will be higher than on the periphery | Da (n) | De (z) |, and since the concentration of cracks per unit area increases with increasing I Yes, a lower cracking at the edge is observed x films compared to the center (the sizes of the blocks on the periphery are larger).

2. F 0, тогда as аг и2. F 0, then as ar and

следовательно, концентраци трещин по кра м в этом случае выше по сравнению с центром (размеры блоков меньше).therefore, the concentration of cracks along the edges in this case is higher compared to the center (block sizes are smaller).

Таким образом, если размеры блоков поThus, if the block sizes are

кра м больше, то F 0 и наоборот.If m is larger, then F 0 and vice versa.

Пример. Эп итаксиальные пленки феррит-гранатов наблюдали в оптическом микроскопе типа МИК-8 без использовани пол ризаторов. Измерени размеров кристаллических блоков проводили в центре эпитаксиалы-юй структуры и вблизи, кра подложки, О среднем размере блоков судили по количеству п блоков, укладывающихс в поле зрени окул ра. Размер S блоковExample. Epitaxial films of ferrite garnets were observed under an MIK-8 optical microscope without the use of polarizers. The sizes of crystalline blocks were measured in the center of the epitaxial structure and near the edge of the substrate. The average size of the blocks was judged by the number of n blocks that fit into the field of vision of the eyepiece. S block size

определ ли как величину обратнуюdetermined as the reciprocal

n(S-l).n (S-l).

Результаты измерени представлены в таблице. Знак рассогласовани параметров решетки определ ли также на рентгеновском дифрактомере ДРОН-3.The measurement results are presented in the table. The sign of the mismatch of the lattice parameters was also determined on a DRON-3 X-ray diffractometer.

Как следует из представленных в таблице данных, образцы №№ 1-5 по сравнению величин Si (в центре) и S2 (на периферии пленок) можно разделить на 2 группы:As follows from the data presented in the table, samples nos. 1–5, in comparison with the values of Si (in the center) and S2 (at the periphery of the films), can be divided into 2 groups:

1) №№ 1,2, В этих материалах Si 82, а измеренные значени F составл ют F 0.1) Nos. 1,2, These materials have Si 82, and the measured F values are F 0.

2) №№ 3-5. В этих материалах Si 82, а измеренные значени F составл ют F 0. Сравнение данных в таблице позвол ет судить о достижении положительного эффекта при реализации предложени .2) No. 3-5. In these materials, Si is 82, and the measured values of F are F 0. Comparison of the data in the table allows us to judge whether a positive effect was achieved when implementing the proposal.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A method for determining the sign of mismatch of the lattice parameters of an elitaxial film and a substrate, including irradiating the film with electromagnetic radiation, and so that, in order to simplify the reduction of labor costs in the case of applying a zptaxial bismuth-containing film of ferrite garnet on a substrate with the structure of the garnet, the film is irradiated with visible light, the sizes of crystalline blocks in the center of the film and near its edge are determined and the size ratio of these

blocks are judged by the sign of the mismatch of the lattice parameters of the epitaxial film and the substrate.