RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 3, 2025 Получить статью →
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов
Поиск →

Выпуски

 / 

2025

 / 

Январь

←  →

Обзоры актуальных проблем


Проблемы гомоэпитаксиального роста алмаза методом CVD и пути их решения

†  а, б,  б,  б,  б,  б,  б,  б
а Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский проспект 53, Москва, 119991, Российская Федерация
б Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" "Проектный центр ИТЭР", площадь ак. Курчатова д. 1, стр. 3, Москва, 123182, Российская Федерация

К настоящему моменту CVD-технология гомоэпитаксиального роста монокристаллического алмаза уже более десяти лет испытывает серьёзные трудности. Невозможна длительная морфологически устойчивая эпитаксия кристалла: по мере роста развивается рельеф поверхности, со временем неизбежно появление поликристаллов на ростовой поверхности, обрастание поликристаллической "шубой" по краям, структурное совершенство материала не достигается. Продуктивная эпитаксия на гранях {111} невозможна из-за неизбежного двойникования. Достижением считается наращивание 1—2 мм эпитаксиального материала за один сеанс на хорошо подготовленной грани, вицинальной к (001). Чтобы заметно нарастить кристалл, приходится периодически вынимать его из реактора, обрезать поликристаллическую шубу по периметру и переполировывать ростовую поверхность для нового сеанса роста. Блестящие перспективы использования CVD-алмаза пока реализуются очень слабо. Назрела необходимость преодоления этих проблем. Стало ясно, что структурное совершенство материала неразрывно связано с достижением морфологически устойчивого эпитаксиального роста. Для анализа механизма роста монокристаллического алмаза методом CVD применена модель слоевого роста. На её основе описаны такие ключевые компоненты ростовой поверхности, как источники слоевого роста, лестница ростовых ступеней. Главными причинами морфологической нестабильности слоевого роста являются: а) положительная обратная связь из-за действия пограничного диффузионного слоя с большим градиентом концентраций ростовых радикалов; б) барьер Ehrlich—Schwoebel для перемещения адатомов через край ростовой ступени. К основным проявлениям морфологической нестабильности гомоэпитаксиального роста алмаза относятся группировка ступеней (с образованием макроступеней), меандрирование ступеней, рост холмиков и курганов, образование углублений. Показано, что эти губительные явления возникают и развиваются при эпитаксии на гранях, близких к {100}. Развитие рельефа ростовой поверхности неизбежно приводит к появлению на ней двойников, т.е. к срыву эпитаксии. Постановка диагноза морфологической нестабильности эпитаксии алмаза методом CVD позволила выдвинуть предложения по её преодолению. Они включают: а) создание контролируемых источников слоевого роста; б) подготовку лестницы ростовых ступеней путём правильной полировки ростовых граней; в) выбор оптимального угла вицинальности ростовых поверхностей; г) подбор условий пересыщения для морфологически устойчивого функционирования источников слоевого роста и развития ростовых слоёв.

Текст pdf (11 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2024.06.039692
Адрес для корреспонденции: † khmelnitskyra@lebedev.ru
Ключевые слова: синтетический алмаз, эпитаксия, CVD
PACS: 81.05.ug, 81.15.Aa, 81.15.Gh (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2024.06.039692
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2025/1/c/
2-s2.0-86000142925
2025PhyU...68....3K
Цитата: Хмельницкий Р А, Родионов Н Б, Трапезников А Г, Ярцев В П, Родионова В П, Кириченко А Н, Красильников А В "Проблемы гомоэпитаксиального роста алмаза методом CVD и пути их решения" УФН 195 3–33 (2025)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 8 декабря 2023, доработана: 20 мая 2024, 9 июня 2024

English citation: Khmelnitsky R A, Rodionov N B, Trapeznikov A G, Yartsev V P, Rodionova V P, Kirichenko A N, Krasilnikov A V “Problems in homoepitaxial growth of diamonds using CVD method and ways to solve them” Phys. Usp. 68 3–31 (2025); DOI: 10.3367/UFNe.2024.06.039692

Список литературы (333) Похожие статьи (20) ↓

  1. Р.А. Хмельницкий «Перспективы выращивания монокристаллического алмаза большого размера» УФН 185 143–159 (2015)
  2. А.А. Ширяев «Алмазная фаза углерода в космосе и возможности её обнаружения спектроскопическими методами» УФН 194 600–617 (2024)
  3. Е.А. Екимов, М.В. Кондрин «Примесно-вакансионные комплексы в алмазе: перспективы синтеза и применений» УФН 187 577–598 (2017)
  4. В.С. Вавилов «Алмаз в твердотельной электронике» УФН 167 17–22 (1997)
  5. Г.А. Малыгин «Прочность и пластичность нанокристаллических материалов и наноразмерных кристаллов» УФН 181 1129–1156 (2011)
  6. Ю.Б. Болховитянов, О.П. Пчеляков «Эпитаксия GaAs на кремниевых подложках: современное состояние исследований и разработок» УФН 178 459–480 (2008)
  7. А.А. Чернов «Слоисто-спиральный рост кристаллов» УФН 73 277–331 (1961)
  8. А.Г. Сыромятников, С.В. Колесников и др. «Формирование и свойства металлических атомных цепочек и проводов» УФН 191 705–737 (2021)
  9. И.К. Гайнуллин «Резонансный электронный обмен при рассеянии ионов на металлических поверхностях» УФН 190 950–970 (2020)
  10. Б.М. Смирнов «Металлические наноструктуры: от кластеров к нанокатализу и сенсорам» УФН 187 1329–1364 (2017)
  11. А.А. Ионин, С.И. Кудряшов, А.А. Самохин «Абляция поверхности материалов под действием ультракоротких лазерных импульсов» УФН 187 159–172 (2017)
  12. А.П. Серебров «Исследования фундаментальных взаимодействий в ПИЯФ НИЦ КИ с нейтронами и нейтрино на реакторах» УФН 185 1179–1201 (2015)
  13. А.А. Шкляев, М. Ичикава «Предельно плотные массивы наноструктур германия и кремния» УФН 178 139–169 (2008)
  14. Б.М. Смирнов «Генерация кластерных пучков» УФН 173 609–648 (2003)
  15. А.В. Латышев, А.Л. Асеев «Моноатомные ступени на поверхности кремния» УФН 168 1117–1127 (1998)
  16. М. Биро, М.А. Красильников и др. «Проблемы теории релятивистской плазменной СВЧ-электроники» УФН 167 1025–1042 (1997)
  17. В.В. Прокофьева, В.П. Таращук, Н.Н. Горькавый «Спутники астероидов» УФН 165 661–689 (1995)
  18. В.С. Воробьев «Плазма, возникающая при взаимодействии лазерного излучения с твердыми мишенями» УФН 163 (12) 51–83 (1993)
  19. О.М. Браун, В.К. Медведев «Взаимодействие между частицами, адсорбированными на поверхности металлов» УФН 157 631–666 (1989)
  20. Л.М. Блинов, Е.И. Кац, А.А. Сонин «Физика поверхности термотропных жидких кристаллов» УФН 152 449–477 (1987)

Список формируется автоматически.
© Успехи физических наук, 1918–2025
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение