Preparation and Characterization of MBE‐grown Si/CaF2 Heterostructures

Growth and fabrication of silicon-on-insulator structures, based on heteroepitaxial growth of insulating films on Si, is an area of research that has rapidly developed in recent years. Thin CaF2 films and Si/CaF2 multilayers were prepared on {111}-oriented Si substrates by molecular beam epitaxy (MBE) and were investigated by RHEED and RBS. For epitaxial growth the Si substrates were cleaned using the ultraviolet/ozone surface cleaning method which is an effective tool to remove contaminants from the surface by low-temperature in-vacuo preheating. The growth of CaF2 on such Si{111} substrates provides epitaxial layers with a high structural perfection. When this layer system, however, is used as a substrate for epitaxial Si growth the Si layers show always twin formation. Si layers without twins could be obtained only after deposition of thin amorphous Si buffer layers at room temperature, immediately followed by Si growth at 700 °C. Die Erzeugung von SOI-Strukturen auf der Grundlage des heteroepitaxialen Wachstums von Isolatorschichten auf Si-Substraten ist ein Forschungsgebiet, welches sich in den zuruckliegenden Jahren intensive entwickelt hat. Dunne CaF2-Filme und Si/CaF2-Mehrfachschichten wurden auf {111}-orientierten Si-Substraten mit der Molekularstrahlepitaxie (MBE) aufgewachsen und mittels RHEED und RBS untersucht. Fur die Reinigung der Si-Oberflache vor dem epitaxialen Wachstum wurde die UV/Ozon-Behandlung eingesetzt, die eine effektive Methode zur Entfernung von Kontaminationen durch Heizen der Substrate im Vakuum bei niedrigen Temperaturen ist. Das Wachstum von CAF2 auf Si {111}-Substraten liefert epitaktische Schichten hoher struktureller Perfektion. Wenn jedoch diese Schichten ihrerseits als Substrat fur eine Si-Abscheidung eingesetzt werden, zeigen die erhaltenen Si-Schichten stets ausgepragte Zwillingsbildung. Zwillingsfreie Si-Filme konnten nur erhalten werden, wenn zunachst bei Raumtemperature dunne amorphe Zwischenschichten von Si abgeschieden wurden, denen sich dann Si-Wachstum bei 700 °C unmittelbar anschlos.