Si（x）GE（1-x）（100） - （2 x 1）のDisilane化学吸着：フィルム成長率に対する分子メカニズムと影響

低温では、水素脱着は、化学蒸気堆積を介したシリコンゲルマニウムフィルムの成長における速度制限プロセスであることが知られています。表面のゲルマニウムは水素脱着バリアを低くするため、Si（x）Ge（（1-x））膜成長率は表面のゲルマニウム画分とともに増加します。しかし、高温では、エピタキシャル成長速度を決定する分子メカニズムは、多くの実験的作業にもかかわらず十分に確立されていません。ディラーンはフィルムの成長に使用される重要な前駆体であるため、これらのメカニズムは不安定な吸着のコンテキストで調査します。特に、高温レジームでは、表面がゲルマニウムが増加するにつれて成長速度の低下につながる分子ステップを理解したいと考えています。さらに、シリコンシリコン結合の解離を介してディラーン吸着吸着症またはシリコン水素結合解離を介して吸着するかどうかの問題を考慮する必要があります。通常、ディラーン吸着はシリコンシリコン結合の解離を介して発生すると想定されていますが、最近の研究では、シリコン水素結合の解離がより重要であるという理論的証拠を提供しました。これらの問題に対処するために、最初の原理密度官能理論法を使用して、シリコンゲルマニウムのディジランの化学吸着障壁を計算します。計算された障壁を使用して、フィルム成長率を推定し、実験データと比較して批判的に比較します。これにより、表面のゲルマニウム含有量に対するフィルム成長率の依存性と初期吸着ステップの速度論との関係を確立することができます。シリコンシリコン結合の解離を介して不均一な化学吸着がフィルム成長速度論のデータと一致しない一般に受け入れられているメカニズムを示します。高温フィルム成長率の実験データとよく一致するためには、シリコン水素結合解離パスを含める必要があります。

At low temperatures, hydrogen desorption is known to be the rate-limiting process in silicon germanium film growth via chemical vapor deposition. Since surface germanium lowers the hydrogen desorption barrier, Si(x)Ge((1-x)) film growth rate increases with the surface germanium fraction. At high temperatures, however, the molecular mechanisms determining the epitaxial growth rate are not well established despite much experimental work. We investigate these mechanisms in the context of disilane adsorption because disilane is an important precursor used in film growth. In particular, we want to understand the molecular steps that lead, in the high temperature regime, to a decrease in growth rate as the surface germanium increases. In addition, there is a need to consider the issue of whether disilane adsorbs via silicon-silicon bond dissociation or via silicon-hydrogen bond dissociation. It is usually assumed that disilane adsorption occurs via silicon-silicon bond dissociation, but in recent work we provided theoretical evidence that silicon-hydrogen bond dissociation is more important. In order to address these issues, we calculate the chemisorption barriers for disilane on silicon germanium using first-principles density functional theory methods. We use the calculated barriers to estimate film growth rates that are then critically compared to the experimental data. This enables us to establish a connection between the dependence of the film growth rate on the surface germanium content and the kinetics of the initial adsorption step. We show that the generally accepted mechanism where disilane chemisorbs via silicon-silicon bond dissociation is not consistent with the data for film growth kinetics. Silicon-hydrogen bond dissociation paths have to be included in order to give good agreement with the experimental data for high temperature film growth rate.