RU2453874C1 - Method of forming flat smooth surface of solid material - Google Patents

Method of forming flat smooth surface of solid material Download PDF

Info

Publication number
RU2453874C1
RU2453874C1 RU2011100189/28A RU2011100189A RU2453874C1 RU 2453874 C1 RU2453874 C1 RU 2453874C1 RU 2011100189/28 A RU2011100189/28 A RU 2011100189/28A RU 2011100189 A RU2011100189 A RU 2011100189A RU 2453874 C1 RU2453874 C1 RU 2453874C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
annealing
thermoelectric
temperature
steps
Prior art date
Application number
RU2011100189/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Васильевич Ситников (RU)
Сергей Васильевич Ситников
Сергей Сергеевич Косолобов (RU)
Сергей Сергеевич Косолобов
Дмитрий Владимирович Щеглов (RU)
Дмитрий Владимирович Щеглов
Александр Васильевич Латышев (RU)
Александр Васильевич Латышев
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В.Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В.Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В.Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН)
Priority to RU2011100189/28A priority Critical patent/RU2453874C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2453874C1 publication Critical patent/RU2453874C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to micro- and optoelectronic engineering. In the method of forming a flat smooth surface of a solid material, a hole is formed on the substrate of the solid material with parts of the surface deviating in diametrically opposite directions, which ensure opposite direction of fronts of atomic stages. Thermoelectric annealing is carried out by passing electric current whose value causes resistive heating of the substrate material to temperature of activated sublimation of atoms of the top atomic layer with movement on the surface of monoatomic stages. During annealing, the working surface is cleaned from natural oxide and contaminants. The main step or main and additional steps of thermoelectric annealing are then carried out in a vacuum of 10-8 Pa. Current is passed in parallel to the working surface of the substrate during a period of time and under temperature conditions which form, on the periphery of the inner part of the hole, accumulation of monoatomic stages with high density, with the emergence of single concentric monoatomic stages uniformly distributed on the periphery of the inner part of the hole and separated by a singular terrace. Supply of electric current is cut off and temperature of the substrate is lowered.
EFFECT: obtaining atomically smooth surfaces, reducing roughness to 0,4 Å, controlling the size of the flat smooth surface and increase thereof across by 100-300 mcm.
9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии микро- и оптоэлектроники, к микроструктурной технологии, к нанотехнологии, к оптическому приборостроению, к областям техники, в частности, предъявляющим повышенные требования к гладкости обработки поверхностей материалов, таких как полупроводники, металлы, диэлектрики, включая как подложки, так и тонкие пленки, и может быть использовано при создании микро- и наноустройств, требующих атомно-гладких поверхностей, а также для изготовления диэлектрических и металлодиэлектрических зеркал, например, на основе кремния, в том числе для интерференционных микроскопов и технологических лазерных систем на основе газовых, полупроводниковых, твердотельных лазеров и других источников света.The invention relates to the technology of micro- and optoelectronics, to microstructural technology, to nanotechnology, to optical instrumentation, to fields of technology, in particular, with high demands on the smoothness of surface treatment of materials such as semiconductors, metals, dielectrics, including both substrates and thin films, and can be used to create micro- and nanodevices requiring atomically smooth surfaces, as well as for the manufacture of dielectric and metal-dielectric mirrors, for example, based on ve silicon, including interference microscope and laser processing systems based on gas, semiconductor, solid-state lasers and other light sources.

Известен способ формирования плоской гладкой поверхности твердотельного материала (патент США №6805807, МПК: 7 H01L 21/302), заключающийся в том, что подложку твердотельного материала подвергают воздействию адаптивных пучков кластеров ионов, уменьшая шероховатость поверхности, тем самым формируя гладкую поверхность с помощью последовательного травления поверхности подложки ионами аргона высоких и низких энергий, при этом подложку обрабатывают сначала пучком кластеров ионов аргона с высокой энергией для удаления неровности большого размера, с высокой скоростью травления, в течение промежутка времени, обеспечивающего достижение предела остаточной шероховатости, определяющегося энергией пучка, после чего параметры пучка перестраивают, уменьшая скорость травления, и переходят к травлению материала подложки с меньшими значениями энергии ионов до достижения следующего предела остаточной шероховатости поверхности подложки. В качестве подложки используют пластину кремния с осажденной на ее поверхности пленкой меди.A known method of forming a flat smooth surface of a solid-state material (US patent No. 6805807, IPC: 7 H01L 21/302), which consists in the fact that the substrate of the solid-state material is exposed to adaptive beams of ion clusters, reducing surface roughness, thereby forming a smooth surface using a sequential etching the surface of the substrate with high and low energy argon ions, wherein the substrate is first treated with a beam of high energy argon ion clusters to remove large irregularities, with a high etching rate, over a period of time ensuring the achievement of the residual roughness limit determined by the beam energy, after which the beam parameters are tuned to reduce the etching rate and proceed to etching the substrate material with lower ion energy values until the next limit of the residual surface roughness is reached. A silicon wafer with a copper film deposited on its surface is used as a substrate.

Приведенным способом формируют относительно гладкие поверхности, уменьшая шероховатость с Ra=100 Å до Ra=11 Å.Using the above method, relatively smooth surfaces are formed, reducing the roughness from Ra = 100 Å to Ra = 11 Å.

Недостатками указанного известного технического решения являются принципиальная невозможность получения атомно-гладких поверхностей, принципиальное наличие высокой шероховатости получаемой плоской гладкой поверхности, значительно превосходящей 0,4 Å.The disadvantages of this known technical solution are the fundamental impossibility of obtaining atomically smooth surfaces, the fundamental presence of high roughness of the resulting flat smooth surface, significantly exceeding 0.4 Å.

Известен способ формирования плоской гладкой поверхности твердотельного материала (патент США №6806199, МПК: 7 H01L 21/302), заключающийся в том, что подложку твердотельного материала подвергают термическому отжигу в атмосфере аргона. В качестве подложки используют пластину кремния. В процессе отжига происходит уменьшение концентрации дефектов роста кристалла кремния, за счет чего поверхность подложки приобретает относительную гладкость.A known method of forming a flat smooth surface of a solid-state material (US patent No. 6806199, IPC: 7 H01L 21/302), which consists in the fact that the substrate of the solid-state material is subjected to thermal annealing in an argon atmosphere. A silicon wafer is used as the substrate. During annealing, the concentration of silicon crystal growth defects decreases, due to which the surface of the substrate acquires relative smoothness.

Измерения шероховатости поверхности подложки проводились методом атомно-силовой микроскопии, величина шероховатости составила около 0,11 нм на площади 2 мкм ×2 мкм (Rms).The surface roughness was measured by atomic force microscopy; the roughness was about 0.11 nm over an area of 2 μm × 2 μm (Rms).

Недостатками указанного известного технического решения, также как и первого из приведенных аналогов, являются принципиальная невозможность получения атомно-гладких поверхностей, высокая шероховатость получаемой плоской гладкой поверхности, значительно превосходящая 0,4 Å. При реализации способа происходит загрязнение поверхности подложки при термическом отжиге в атмосфере аргона, содержащей примеси. Также в процессе отжига на поверхности формируется развитый рельеф с характерным размером Rmax=1,5 нм.The disadvantages of this known technical solution, as well as the first of the above analogues, are the fundamental impossibility of obtaining atomically smooth surfaces, the high roughness of the resulting flat smooth surface, significantly exceeding 0.4 Å. When the method is implemented, the surface of the substrate is contaminated by thermal annealing in an argon atmosphere containing impurities. Also, in the process of annealing, a developed relief is formed on the surface with a characteristic size Rmax = 1.5 nm.

Известен способ формирования плоской гладкой поверхности твердотельного материала (Appl. Phys. В. (2008) 93: 55-57), заключающийся в том, что подложку твердотельного материала помещают в оптическом ближнепольном микроскопе в хлорсодержащую атмосферу, на которую воздействуют посредством газового лазера в режиме непрерывного излучения с длиной волны 532 нм, возбуждая фотохимическую реакцию, приводящую к диссоциации молекул хлора, и генерируя на поверхности подложки оптическое ближнее поле, инициирующее неадиабатические реакции с молекулами Cl2 и приводящее к селективному травлению неровностей поверхности с формированием плоской гладкой поверхности, характеризующейся минимальной средней шероховатостью Ra=1,17 Å. В качестве подложки используют подложку кварца, полученную методом газофазного осаждения, предварительно подвергнув подложку химико-механической полировке. Диаметр подложки составляет 30 мм. При инициации неадиабатических реакций с молекулами Cl2 и селективном травлении неровностей поверхности подложки давление хлорсодержащей атмосферы поддерживают на уровне 100 Па; температуру устанавливают на уровне комнатной температуры. Время травления выбирают до 120 и более минут. Травление осуществляют в режиме сканирования по поверхности подложки.A known method of forming a flat smooth surface of a solid-state material (Appl. Phys. B. (2008) 93: 55-57), which consists in the fact that the substrate of a solid-state material is placed in a near-field optical microscope in a chlorine-containing atmosphere, which is exposed by a gas laser in the mode continuous radiation with a wavelength of 532 nm, exciting a photochemical reaction leading to the dissociation of chlorine molecules, and generating an optical near field on the surface of the substrate, initiating non-adiabatic reactions with Cl 2 molecules and leading to selective etching of surface irregularities with the formation of a flat smooth surface, characterized by a minimum average roughness Ra = 1.17 Å. The substrate used is a quartz substrate obtained by gas-phase deposition, after having subjected the substrate to chemical-mechanical polishing. The diameter of the substrate is 30 mm. When initiating non-adiabatic reactions with Cl 2 molecules and selective etching of the surface irregularities of the substrate, the pressure of the chlorine-containing atmosphere is maintained at 100 Pa; the temperature is set at room temperature. The etching time is chosen up to 120 minutes or more. Etching is carried out in scanning mode on the surface of the substrate.

Оценка поверхностной шероховатости до и после формирования плоских гладких поверхностей оценивалась с помощью атомно-силового микроскопа. Шероховатость подложек перед травлением составляла 2,36±0,02 Å. После травления подложек в течение 120 минут шероховатость уменьшалась до минимального значения 1,37 Å.Assessment of surface roughness before and after the formation of flat smooth surfaces was evaluated using an atomic force microscope. The roughness of the substrates before etching was 2.36 ± 0.02 Å. After etching the substrates for 120 minutes, the roughness decreased to a minimum value of 1.37 Å.

Недостатками приведенного известного технического решения являются невозможность получения атомно-гладких поверхностей, не говоря о возможности управления их размерами, высокая шероховатость получаемой плоской гладкой поверхности, значительно превосходящая 0,4 Å. Причины недостатков носят принципиальный характер. Формирование гладкой поверхности базируется на химическом взаимодействии материала подложки с технологической средой, что препятствует достижению нижеуказанного технического результата.The disadvantages of this well-known technical solution are the impossibility of obtaining atomically smooth surfaces, not to mention the possibility of controlling their size, the high roughness of the resulting flat smooth surface, significantly exceeding 0.4 Å. The reasons for the shortcomings are fundamental. The formation of a smooth surface is based on the chemical interaction of the substrate material with the process medium, which prevents the achievement of the following technical result.

За ближайшее техническое решение к заявляемому принят способ формирования плоской гладкой поверхности твердотельного материала (Y. Homma et. al., Phys. Rev. В, 55, 16, 1997), заключающийся в том, что на рабочей поверхности подложки твердотельного материала формируют кратеры с вертикальными стенками, после чего проводят термоэлектрический отжиг подложки. Подложку твердотельного материала подвергают ионно-лучевой обработке ионами кислорода с энергией 10,5 кэВ, приводящей к травлению материала подложки и формирующей кратеры с плоским дном размером 150 мкм ×150 мкм и вертикальными стенками, после чего подложку последовательно обрабатывают в растворах H2SO4:H2O (4:1) и HF несколько раз до удаления частиц загрязнения с поверхности, завершая обработку оксидированием в указанном водном растворе серной кислоты, затем подложку помещают в сверхвысоковакуумный сканирующий электронный микроскоп, в котором посредством пропускания постоянного электрического тока проводят ее термоэлектрический отжиг, приводящий при повышенных температурах к образованию на дне кратеров плоских гладких поверхностей - террас размером в поперечнике до 70 мкм. В качестве подложки используют подложку кремния ориентации (111).For the closest technical solution to the claimed method of forming a flat smooth surface of a solid-state material (Y. Homma et. Al., Phys. Rev. B, 55, 16, 1997), which consists in the fact that on the working surface of the substrate of the solid-state material craters are formed with vertical walls, after which conduct thermoelectric annealing of the substrate. The substrate of solid state material is subjected to ion beam treatment with oxygen ions with an energy of 10.5 keV, leading to etching of the substrate material and forming craters with a flat bottom of 150 μm × 150 μm in size and vertical walls, after which the substrate is sequentially treated in H 2 SO 4 solutions: H 2 O (4: 1) and HF several times until the particles of contamination are removed from the surface, completing the oxidation treatment in the indicated aqueous solution of sulfuric acid, then the substrate is placed in an ultrahigh-vacuum scanning electron microscope, in which By transmitting direct electric current, they conduct their thermoelectric annealing, which leads at elevated temperatures to the formation of flat smooth surfaces at the bottom of craters - terraces with a diameter of up to 70 microns in diameter. As the substrate, a silicon substrate of orientation (111) is used.

К недостаткам ближайшего технического решения относятся: невозможность получения атомно-гладких поверхностей большой площади, отсутствие возможности управления их размерами; ограничение площади получаемой гладкой поверхности максимальным значением 70 мкм в диаметре; шероховатость формируемой плоской поверхности, значительно превосходящая 0,4 ангстрема. Причины указанных недостатков заключаются в следующем.The disadvantages of the closest technical solutions include: the inability to obtain atomically smooth surfaces of a large area, the inability to control their size; limiting the area of the resulting smooth surface to a maximum value of 70 microns in diameter; the roughness of the formed flat surface, significantly exceeding 0.4 angstroms. The reasons for these shortcomings are as follows.

Ограничение в максимальном размере получаемых плоских гладких поверхностей обусловлено конечным размером кратеров, формируемых при ионно-лучевом травлении ионами кислорода, и ограниченной длиной миграции адатомов по поверхности кристалла (подложки кремния) при проведении термоэлектрического отжига.The limitation in the maximum size of the obtained flat smooth surfaces is due to the finite size of the craters formed during ion beam etching by oxygen ions and the limited length of the migration of adatoms on the crystal surface (silicon substrate) during thermoelectric annealing.

Наличие вертикальных стенок кратеров является существенным фактором в ограничении размера получаемых плоских поверхностей. Вертикальные стенки жестко определяют места встраивания моноатомных ступеней при проведении термоэлектрического отжига, вызывающего сублимацию атомов верхнего атомного слоя и передвижение моноатомных ступеней на поверхности, в результате которого и происходит формирование плоских поверхностей. Они задают границы, в пределах которых возможно перемещение и встраивание моноатомных ступеней. Таким образом, площадь, ограниченная вертикальными стенками кратеров, - площадь дна не может быть увеличена. Максимальный размер плоских гладких поверхностей оказывается ограниченным конечным размером кратеров.The presence of vertical walls of the craters is a significant factor in limiting the size of the resulting flat surfaces. Vertical walls rigidly determine the location of incorporation of monatomic steps during thermoelectric annealing, causing sublimation of atoms of the upper atomic layer and the movement of monatomic steps on the surface, which results in the formation of flat surfaces. They set the boundaries within which the movement and integration of monoatomic steps is possible. Thus, the area bounded by the vertical walls of the craters - the bottom area cannot be increased. The maximum size of flat smooth surfaces is limited by the finite size of the craters.

С другой стороны, хотя в рассматриваемом техническом решении используется самоорганизация моноатомных ступеней на поверхности подложки в процессе отжига, однако это использование производится неконтролируемым образом, без возможности управления длиной миграции адатомов по поверхности подложки. Отсутствие управления длиной миграции адатомов (длиной диффузии по поверхности террасы) обуславливает невозможность управления размером формируемой атомно-гладкой поверхности.On the other hand, although the technical solution under consideration uses the self-organization of monatomic steps on the surface of the substrate during the annealing process, this use is made in an uncontrolled manner, without the ability to control the length of migration of adatoms on the surface of the substrate. The absence of control over the length of the migration of adatoms (the length of diffusion over the surface of the terrace) makes it impossible to control the size of the formed atomically smooth surface.

Кроме того, использование химического травления при очистке поверхности подложки перед помещением ее в сверхвысокий вакуум для проведения термоэлектрического отжига с целью формирования атомно-гладких поверхностей обуславливает появление неконтролируемых микрошероховатостей по большой площади и невозможность получения атомно-гладких поверхностей большой площади.In addition, the use of chemical etching when cleaning the surface of the substrate before placing it in ultrahigh vacuum to conduct thermoelectric annealing in order to form atomically smooth surfaces causes the appearance of uncontrolled micro roughnesses over a large area and the inability to obtain atomically smooth surfaces with a large area.

Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:

- получение атомно-гладких поверхностей;- obtaining atomically smooth surfaces;

- снижение шероховатости формируемой плоской поверхности до 0,4 ангстрема;- reduction of the roughness of the formed flat surface to 0.4 angstroms;

- достижение возможности управления величиной площади формируемой плоской гладкой поверхности, включая ее увеличение до значения, превышающего 100 мкм в диаметре.- achieving the ability to control the size of the formed flat smooth surface, including its increase to a value exceeding 100 microns in diameter.

Технический результат достигается в способе формирования плоской гладкой поверхности твердотельного материала, заключающемся в том, что проводят термоэлектрический отжиг подложки, перед проведением термоэлектрического отжига на рабочей поверхности подложки твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней, при термоэлектрическом отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений, отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, затем проводят основной этап термоэлектрического отжига или проводят основной этап термоэлектрического отжига и дополнительный этап термоэлектрического отжига, весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение промежутка времени и при температурном режиме, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней, разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки, после проведения основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки меняют, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной со скоростью, сохраняющей полученное в результате проведения основного этапа термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, или после проведения основного этапа термоэлектрического отжига подачу электрического тока ограничивают и снижают температуру подложки со скоростью, сохраняющей полученное в результате проведения основного этапа термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, до температуры, которой свойственно отсутствие генерации новых атомных ступеней, но в отношении которой не прекращена электромиграция атомов, и посредством проведения дополнительного этапа термоэлектрического отжига при указанной температуре, с подачей потока атомов материала подложки на подложку, увеличивающей длину электромиграции атомов, дополнительно увеличивают размер полученной в результате основного этапа электротермического отжига сингулярной террасы в центральной части лунки, отжигая в течение промежутка времени, достаточного для получения требуемого размера, а далее охлаждают до комнатной температуры со скоростью, сохраняющей полученное в результате проведения дополнительного этапа термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер дополнительно увеличенной сингулярной террасы в центральной части лунки.The technical result is achieved in a method for forming a flat smooth surface of a solid-state material, which consists in conducting thermoelectric annealing of the substrate, before conducting thermoelectric annealing on the working surface of the substrate of the solid-state material, a hole is formed consisting of portions of the surface of the substrate deflected in diametrically opposite directions from the working surface of the substrate providing the opposite direction of the fronts of atomic steps, when thermoelectric During annealing, a constant or alternating electric current is passed, which causes the resistive heating of the substrate material to the temperature of activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer with the movement of monoatom steps along the surface, and first, preliminary, cleaning the working surface of the natural oxide of the substrate material and / or contaminants, annealing, which is the initial stage of thermoelectric annealing, then carry out the main stage of thermoelectric annealing or conduct the main n thermoelectric annealing and an additional step of thermoelectric annealing, all thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into vacuum, an electric current is passed parallel to the working surface of the substrate, for a period of time and under the temperature regime forming along the periphery of the inner part of the well, formed by sections of the surface of the substrate deflected in diametrically opposite directions relative to its size side surface, the accumulation of monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed along the periphery of the inner part of the well, separated by a singular terrace, with a controlled width located in the central part of the well, after the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate they change, the supply of electric current is stopped and the substrate temperature is reduced to room temperature at a speed that preserves the distribution of monatomic steps resulting from the main stage of thermoelectric annealing, with the absence of generation of new atomic steps, ultimately preserving the size of the singular terrace in the central part of the hole, or after the main stage of thermoelectric annealing, the supply of electric current is limited and the substrate temperature is reduced at a speed preserving the distribution of monatomic steps obtained as a result of the main stage of thermoelectric annealing, with no gene radiations of new atomic steps, to a temperature which is characterized by the absence of generation of new atomic steps, but with respect to which the electromigration of atoms has not stopped, and through an additional step of thermoelectric annealing at the indicated temperature, with the flow of atoms of the substrate material onto the substrate, increasing the length of atomic electromigration, additionally increase the size of the singular terrace obtained in the main part of the electrothermal annealing in the central part of the hole, annealing for a period of time sufficient to obtain the required size, and then cooled to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of an additional step of thermoelectric annealing, without the generation of new atomic steps, and ultimately preserves the size of the additionally enlarged singular terrace in the central part of the hole.

В способе в качестве подложки твердотельного материала используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111) или подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20" до 5°.In the method, a silicon substrate with a working surface orientation (111) or a silicon substrate with a vicinal working surface (111) with a misorientation angle of 0 ° 0'20 "to 5 ° is used as a solid state material substrate.

В способе формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней, тем, что подложку подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией от 1 до 7 кэВ в течение промежутка времени от 1 до 360 минут в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, а именно, не больше 10-3 Па, при обработке подложку вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой от 0,1 до 100 Гц, пучок ионов направляют под углом к рабочей поверхности подложки, обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно, обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения от 0°0'10” до 15°.In the method, a hole is formed consisting of portions of the substrate surface deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directions of the fronts of the atomic steps, in that the substrate is subjected to ion beam treatment with Ar ions with energies from 1 to 7 keV for a period of time from 1 to 360 minutes in a vacuum at a level sufficient to inhibit the effect of residual gas during the ion-beam treatment, namely, not more than 10 -3 Pa, the processing substrate rot yields relative to an axis directed perpendicular to the working surface of the substrate, with a frequency of from 0.1 to 100 Hz, the ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate, providing the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface, namely, providing surface sections deviated in diametrically opposite directions with a deviation angle from 0 ° 0'10 ”to 15 °.

В способе термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением не более 10-8 Па.In the method, thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum, namely, characterized by a residual pressure of not more than 10 -8 Pa.

В способе осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры от 1250°С до 1410°С в течение минуты и более.In the method, preliminary annealing is performed, which cleans the working surface of natural oxide of the substrate material and / or contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature from 1250 ° C to 1410 ° C for a minute or more.

В способе проводят основной этап термоэлектрического отжига, при котором пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение промежутка времени и при температурном режиме, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней, разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки, а именно, до температуры температурного режима от 832°С до 1410°С и промежутка времени от 8 до 14000000 секунд, с соответствием меньшей температуре нагрева подложки большего времени отжига, с уменьшением при промежуточных значениях температур указанного диапазона времени отжига пропорционально увеличению температуры.In the method, the main stage of thermoelectric annealing is carried out, in which direct or alternating electric current is passed by a value causing resistive heating of the substrate material to the temperature of activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer with movement along the surface of monatomic steps, the electric current is passed parallel to the working surface of the substrate for a period of time and at temperature conditions, forming along the periphery of the inner part of the hole formed by deflected diametrically and in opposite directions by the surface areas of the substrate relative to its working surface, the accumulation of monoatomic steps with high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatomic steps evenly distributed along the periphery of the inner part of the well, separated by a singular terrace, with a controlled width located in the central part of the well, namely, up to temperature conditions from 832 ° C to 1410 ° C and a period of time from 8 to 14000000 seconds, with the corresponding lower heating temperature under ozhki greater the annealing time, with decreasing values at intermediate temperature range of said annealing time proportional to the increase in temperature.

В способе после основного этапа термоэлектрического отжига, температурный режим в отношении подложки меняют, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной от 0,1 до 400°С/с.In the method, after the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime in relation to the substrate is changed, the supply of electric current is stopped and the temperature of the substrate is reduced to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with the absence of generation of new atomic steps, ultimately, which preserves the size of the singular terrace in the central part of the hole, namely, at a speed of 0.1 to 400 ° C / s.

В способе после основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки меняют, подачу электрического тока ограничивают и снижают температуру подложки со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, а именно, от 0,1 до 10°С/с, до температуры, которой свойственно отсутствие генерации новых атомных ступеней, но в отношении которой не прекращена электромиграция атомов, а именно, до температуры, равной от 832°С до 1100°С, и проводят дополнительный этап термоэлектрического отжига, при котором пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение промежутка времени и при температурном режиме, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней, разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки, посредством дополнительного этапа термоэлектрического отжига при указанной температуре, с подачей потока атомов материала подложки на подложку, увеличивающей длину электромиграции атомов, а именно потока, обеспечивающего скорость осаждения атомов на поверхность подложки от 0,01 до 0,02 монослоя/с, дополнительно увеличивают размер полученной сингулярной террасы в центральной части лунки, отжигая в течение промежутка времени, достаточного для получения требуемого размера, а именно, в течение промежутка времени, равного от 1 минуты до 10 часов, с соответствием большего времени меньшей температуре дополнительного термоэлектрического отжига, а далее охлаждают до комнатной температуры со скоростью, сохраняющей полученное в результате дополнительного термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер дополнительно увеличенной сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной от 10 до 400°С/с.In the method, after the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate is changed, the supply of electric current is limited and the temperature of the substrate is reduced at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, namely, from 0.1 to 10 ° C / s, to a temperature which is characterized by the absence of generation of new atomic steps, but with respect to which the electromigration of atoms has not stopped, namely, to a temperature equal to d from 832 ° С to 1100 ° С, and an additional thermoelectric annealing step is carried out, in which direct or alternating electric current is passed by a value causing resistive heating of the substrate material to the temperature of activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer with movement along the surface of the monatomic steps, electric current is passed parallel to the working surface of the substrate, over a period of time and under temperature conditions, forming along the periphery of the inner part of the hole, formed deflected in opposite directions of the surface of the substrate relative to its working surface, the accumulation of monatomic steps with a high density, with the characteristic appearance of uniform concentric monoatomic steps evenly distributed around the periphery of the well, separated by a singular terrace, with a controlled width located in the central part of the well, through an additional step thermoelectric annealing at the specified temperature, with the flow of atoms of the substrate material n a substrate that increases the length of atomic electromigration, namely, a stream that ensures the deposition rate of atoms on the substrate surface from 0.01 to 0.02 monolayers / s, further increase the size of the resulting singular terrace in the central part of the well, annealing for a period of time sufficient to obtain the required size, namely, for a period of time equal to from 1 minute to 10 hours, with the correspondence of a larger time to a lower temperature of additional thermoelectric annealing, and then cooled to room temperature temperatures at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of additional thermoelectric annealing, with the absence of generation of new atomic steps, and ultimately preserves the size of the additionally enlarged singular terrace in the central part of the well, namely, at a speed of 10 to 400 ° C /from.

В способе снижение температуры подложки или снижение температуры подложки и проведение дополнительного этапа термоэлектрического отжига с дальнейшим снижением температуры подложки до комнатной осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением не более 10-8 Па.In the method, lowering the temperature of the substrate or lowering the temperature of the substrate and carrying out an additional step of thermoelectric annealing with a further decrease in the temperature of the substrate to room temperature is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the effect of residual gases and the release of atoms of the substrate material into vacuum, namely, characterized by a residual pressure of not more than 10 -8 Pa.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.The invention is illustrated by the following description and the accompanying figures.

На Фиг.1 схематически показана последовательность основных стадий формирования плоской гладкой поверхности твердотельного материала: а) исходная стадия; б) стадия формирования на рабочей поверхности подложки области, содержащей участки поверхности, отклоненные относительно исходной рабочей поверхности подложки с заданной кристаллической ориентацией в диаметрально противоположных направлениях под одним и тем же углом, или лунки посредством ионно-лучевого травления пучком низкоэнергетичных ионов аргона, направленным под углом к рабочей поверхности подложки, помещенной в держатель, обеспечивающий вращение подложки относительно оси, перпендикулярной рабочей поверхности подложки; в) стадия очистки рабочей поверхности подложки от естественного окисла и загрязнений путем нагревания ее до 1300°С пропусканием постоянного или переменного электрического тока параллельно рабочей поверхности подложки, характеризующаяся движением на поверхности подложки ступеней в направлении от низшей террасы, наименее удаленной от нерабочей поверхности подложки, к высшей террасе, наиболее удаленной от нерабочей поверхности подложки, за счет сублимации атомов; г) стадия формирования сингулярного атомно-гладкого участка на рабочей поверхности подложки размером в поперечнике около 100 мкм при термическом отжиге, например, при температуре от 900 до 1350°С, посредством пропускания электрического тока параллельно рабочей поверхности подложки в течение промежутка времени не менее 60 секунд; где 1 - подложка, 2 - слой естественного окисла, 3 - держатель, 4 - источник ионов, 5 - вакуумная камера, 6 - отклоненные в диаметрально противоположных направлениях участки поверхности, 7 - держатели, обеспечивающие электрический контакт, 8 - источник питания, 9 - моноатомные ступени, 10 - нижняя терраса.Figure 1 schematically shows the sequence of the main stages of the formation of a flat smooth surface of a solid-state material: a) the initial stage; b) the stage of formation on the working surface of the substrate of a region containing surface areas deviated from the original working surface of the substrate with a given crystal orientation in diametrically opposite directions at the same angle, or wells by ion beam etching by a beam of low-energy argon ions directed at an angle to the working surface of the substrate, placed in the holder, providing rotation of the substrate relative to the axis perpendicular to the working surface of the substrate; c) the stage of cleaning the working surface of the substrate from natural oxide and contaminants by heating it to 1300 ° C by passing a constant or alternating electric current parallel to the working surface of the substrate, characterized by the movement of steps on the surface of the substrate in the direction from the lower terrace, the least remote from the non-working surface of the substrate, to the highest terrace, farthest from the non-working surface of the substrate, due to the sublimation of atoms; d) the stage of formation of a singular atomically smooth portion on the working surface of the substrate with a size of about 100 μm in diameter during thermal annealing, for example, at a temperature of 900 to 1350 ° C, by passing an electric current parallel to the working surface of the substrate for a period of at least 60 seconds ; where 1 is the substrate, 2 is the layer of natural oxide, 3 is the holder, 4 is the ion source, 5 is the vacuum chamber, 6 are surface sections deviated in diametrically opposite directions, 7 are the holders providing electrical contact, 8 is the power source, 9 is monatomic steps, 10 - lower terrace.

На Фиг.2 схематически показано перераспределение моноатомных ступеней (высотой 0,314 нм) на участках поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, при пропускании электрического тока, приводящего к резистивному нагреву подложки: а) изображение начального распределения моноатомных ступеней, ограничивающих террасы ориентации (111), на рабочей поверхности подложки после очистки высокотемпературным отжигом при пропускании электрического тока с верхними моноатомными ступенями (высотой 0,314 нм), граничащими с террасами шириной 0,3±0,2 мкм, и центральной, нижней, наименее удаленной от нерабочей поверхности подложки, террасой шириной d1; б) - г) - динамика процесса увеличения нижней террасы, наименее удаленной от нерабочей поверхности подложки; где 9 - моноатомные ступени, 10 - нижняя терраса, 11 - скопление близкорасположенных моноатомных ступеней, разделенных узкими террасами.Figure 2 schematically shows the redistribution of monatomic steps (0.314 nm high) on portions of the surface of the substrate deflected in diametrically opposite directions relative to the working surface of the substrate while transmitting electric current, which leads to resistive heating of the substrate: a) image of the initial distribution of monatomic steps that limit terraces orientation (111), on the working surface of the substrate after cleaning by high-temperature annealing while passing an electric current with upper monoatoms and steps (height of 0.314 nm) bordering the terraces width 0.3 ± 0.2 mm, and a central, lower, least remote from the broken surface of the substrate, terrace widths d 1; b) - d) - the dynamics of the process of increasing the lower terrace, the least distant from the non-working surface of the substrate; where 9 are monatomic steps, 10 is the lower terrace, 11 is a cluster of closely spaced monatomic steps separated by narrow terraces.

На Фиг.3 представлены: а) изображение рабочей поверхности подложки кремния (111) с атомно-гладкой поверхностью, полученное с помощью оптической микроскопии, на котором скопление близкорасположенных моноатомных ступеней ограничивает участок с атомно-гладкой поверхностью; б) топографическое изображение участка атомно-гладкой поверхности, полученное методом атомно-силовой микроскопии, на котором нижняя терраса, наиболее удаленная от рабочей поверхности подложки, представляющая сформированную атомно-гладкую поверхность, ограничена атомными ступенями; где 10 - нижняя терраса, 11 - скопление близкорасположенных моноатомных ступеней, разделенных узкими террасами.Figure 3 presents: a) an image of the working surface of a silicon (111) substrate with an atomically smooth surface, obtained using optical microscopy, in which the accumulation of closely spaced monatomic steps limits the area with an atomically smooth surface; b) a topographic image of a portion of an atomically smooth surface obtained by atomic force microscopy, in which the lower terrace, the most distant from the working surface of the substrate, representing the formed atomically smooth surface, is limited to atomic steps; where 10 is the lower terrace, 11 is a cluster of closely spaced monatomic steps separated by narrow terraces.

Способ обеспечивает формирование плоской атомно-гладкой поверхности с контролируемой шероховатостью и латеральным размером в результате организации на ступенчатой поверхности подложки твердотельного материала, например, кремния с кристаллической ориентацией (111), морфологических особенностей в виде концентрических моноатомных ступеней с контролируемой плотностью на единицу площади, ограничивающих широкую (более 100 мкм в диаметре) террасу с шероховатостью не более 0,4 ангстрема (Ra).The method provides the formation of a flat atomically smooth surface with controlled roughness and lateral size as a result of the organization on the stepped surface of the substrate of a solid material, for example, silicon with a crystalline orientation (111), of morphological features in the form of concentric monatomic steps with a controlled density per unit area, limiting a wide (more than 100 microns in diameter) a terrace with a roughness of not more than 0.4 angstroms (Ra).

Реализация способа и достижение указанного технического результата базируются на отказе от традиционного подхода к получению гладкой поверхности химическим воздействием на материал подложки технологической среды, переходе к использованию процесса самоорганизации моноатомных ступеней на поверхности подложки при термическом отжиге подложки путем пропускания через подложку электрического тока, причем использование процесса самоорганизации осуществляется контролируемым образом, что и обеспечивает получение на рабочей поверхности подложки твердотельного материала требуемых особенностей рельефа. Возможность контроля в отношении получения требуемых особенностей рельефа - широких террас (около 100 мкм в диаметре и более), характеризующихся шероховатостью не более 0,4 Å, ограниченных концентрическими моноатомными ступенями, достигается путем управления температурным режимом подложки при термоэлектрическом отжиге за счет контролируемого изменения величины пропускаемого через подложку электрического тока. В частности, при появлении требуемой ширины сингулярной террасы - сформированной плоской атомно-гладкой поверхности в результате резистивного нагрева материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя и передвижения по поверхности моноатомных ступеней температуру подложки уменьшают до комнатной путем контролируемого уменьшения величины пропускаемого электрического тока, соответствующего условию сохранения требуемого распределения атомных ступеней на подложке и, как следствие, сохранения сформированной атомно-гладкой поверхности требуемой площади. Достижение указанной шероховатости, не более 0,4 Å, обеспечивается проведением предварительного кратковременного термоэлектрического отжига, осуществляемого перед основным термоэлектрическим отжигом, формирующим атомно-гладкую поверхность. Предварительный отжиг проводят для очистки поверхности от естественного окисла и загрязнений, обеспечивающих наличие шероховатости в той или иной степени.The implementation of the method and the achievement of the indicated technical result are based on the rejection of the traditional approach to obtaining a smooth surface by chemically affecting the substrate material of the technological environment, the transition to the use of self-organization of monatomic steps on the surface of the substrate during thermal annealing of the substrate by passing electric current through the substrate, and the use of the self-organization process is carried out in a controlled manner, which ensures receipt on the working surface solid-state substrate the required features of the relief. The possibility of control with respect to obtaining the required relief features - wide terraces (about 100 μm in diameter or more), characterized by a roughness of not more than 0.4 Å, limited by concentric monoatom steps, is achieved by controlling the temperature regime of the substrate during thermoelectric annealing due to a controlled change in the transmitted through an electric current substrate. In particular, when the required width of the singular terrace appears - a formed flat atomically smooth surface as a result of resistive heating of the substrate material to the temperature of activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer and movement along the surface of the monatomic steps, the substrate temperature is reduced to room temperature by a controlled decrease in the transmitted electric current corresponding to condition for maintaining the required distribution of atomic steps on the substrate and, as a consequence, maintaining the a preformed atomically smooth surface of the required area. The achievement of this roughness, not more than 0.4 Å, is provided by a preliminary short-term thermoelectric annealing, carried out before the main thermoelectric annealing, forming an atomically smooth surface. Preliminary annealing is carried out to clean the surface of natural oxide and contaminants, ensuring the presence of roughness to one degree or another.

Возможность вышеупомянутой контролируемой самоорганизации моноатомных ступеней, обуславливающей требуемое распределение атомных ступеней на подложке и получение атомно-гладких поверхностей требуемой площади, обеспечивается за счет управления длиной диффузии адатомов подложки посредством температуры подложки или посредством сочетания температуры подложки и подачи дополнительного потока атомов материала подложки на последнюю. Физика процесса на примере подложки кремния с ориентацией рабочей поверхности (111), в частности, подложки с вицинальной поверхностью (111) с углом разориентации менее 1°, заключается в следующем.The possibility of the aforementioned controlled self-organization of monatomic steps, which determines the required distribution of atomic steps on the substrate and obtain atomically smooth surfaces of the required area, is provided by controlling the diffusion length of the substrate adatoms by means of the temperature of the substrate or by combining the temperature of the substrate and supplying an additional stream of atoms of the substrate material to the latter. The physics of the process on the example of a silicon substrate with the orientation of the working surface (111), in particular, a substrate with a vicinal surface (111) with a misorientation angle of less than 1 °, is as follows.

Подложку (1), прошедшую стандартную химическую обработку, удаляющую частицы загрязнения (отмывка в дистиллированной воде, изопропиловом спирте и петролейном эфире) и подвергнутую в вакуумной камере (5) ионно-лучевому воздействию, формирующему лунку, содержащую участки поверхности подложки, отклоненные относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях (см. Фиг.1а) и б)) для обеспечения противоположной направленности фронтов атомных ступеней, в условиях сверхвысокого вакуума вакуумной камеры (5) (см. Фиг.1в) и г)) подвергают термоэлектрическому отжигу, включающему предварительный отжиг и основной отжиг (см. Фиг.1в) и г)), а также при необходимости сочетающийся с подачей потока атомов материала подложки к ее поверхности и дополнительный отжиг, путем пропускания через подложку (1) электрического тока. Последнее вызывает резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя и передвижение по поверхности моноатомных ступеней. Температуру подложки (1) контролируют по величине пропускаемого тока, который калибруют с помощью термопары при низких температурах (менее 800°С) и с помощью оптического пирометра при высоких температурах (более 800°С). Критериями чистоты поверхности подложки служат наличие обратимого сверхструктурного перехода (7×7)-(1×1) при температуре 830°С, отсутствие центров торможения ступеней при движении ступеней в процессе сублимации, а также отсутствие на дифракционной картине дополнительных рефлексов.A substrate (1) that has undergone standard chemical treatment that removes contamination particles (washing in distilled water, isopropyl alcohol and petroleum ether) and subjected to ion-beam exposure in a vacuum chamber (5) to form a well containing sections of the substrate surface deflected relative to the working surface substrates in diametrically opposite directions (see Fig. 1a) and b)) to ensure the opposite direction of the fronts of atomic steps, under ultrahigh vacuum vacuum chamber (5) (see Fig. 1 c) and d)) are subjected to thermoelectric annealing, including preliminary annealing and main annealing (see Fig. 1c) and d)), and also, if necessary, combined with the flow of atoms of the substrate material to its surface and additional annealing by passing through the substrate (1) electric current. The latter causes resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer and the movement on the surface of monatomic steps. The temperature of the substrate (1) is controlled by the magnitude of the transmitted current, which is calibrated using a thermocouple at low temperatures (less than 800 ° C) and using an optical pyrometer at high temperatures (more than 800 ° C). The criteria for the purity of the substrate surface are the presence of a reversible superstructural transition (7 × 7) - (1 × 1) at a temperature of 830 ° C, the absence of centers of inhibition of steps during step motion during sublimation, and the absence of additional reflections in the diffraction pattern.

Очищенная от посторонних примесей и окисла рабочая поверхность подложки кремния с ориентацией (111) представляет собой систему периодически расположенных моноатомных ступеней высотой 0,314 нм. Под моноатомной ступенью понимается непрерывная линия, разграничивающая две полуплоскости, с разницей высот в одно межплоскостное расстояние. Если через подложку кремния с такой поверхностью пропустить электрический ток величиной, достаточной для ее резистивного нагрева до температуры около 1000°С, активируемая при этом сублимация атомов верхнего атомного слоя (адатомов) вызывает передвижение моноатомных ступеней на поверхности.The working surface of the silicon substrate with the (111) orientation, purified from foreign impurities and oxide, is a system of periodically arranged monatomic steps with a height of 0.314 nm. By a monoatomic step is meant a continuous line delimiting two half-planes, with a height difference of one interplanar distance. If an electric current is passed through a silicon substrate with such a surface to a value sufficient to resistively heat it to a temperature of about 1000 ° C, the sublimation of atoms of the upper atomic layer (adatoms) activated in this case causes the movement of monatomic steps on the surface.

Процесс сублимации подразделяется на несколько стадий: первоначально атом локализован в изломе ступени, затем он отрывается из излома, диффундирует вдоль края ступени, отрывается от ступени и становится адатомом. Адатом диффундирует по террасе в течение времени жизни τs, после чего сублимирует. Уравнение, описывающее поверхностную диффузию адатомов по террасе, имеет вид:The sublimation process is divided into several stages: initially, the atom is localized in the kink of the step, then it breaks out of the kink, diffuses along the edge of the step, breaks away from the step and becomes an adatom. The adatom diffuses on the terrace during the lifetime τ s , after which it sublimates. The equation describing the surface diffusion of adatoms along the terrace has the form:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где ρ(r,t) - плотность адатомов;where ρ (r, t) is the density of adatoms;

1/τs - коэффициент, характеризующий вероятность процесса отрыва атома от террасы при испарении;1 / τ s - coefficient characterizing the probability of the process of atom detachment from the terrace during evaporation;

Ds - коэффициент диффузии адатомов по поверхности террасы.D s - diffusion coefficient of adatoms on the terrace surface.

В уравнении (1) не учтен эффект кластерирования адатомов, так как объединение двух и более адатомов на поверхности при сублимации является маловероятным процессом.In equation (1), the effect of clustering of adatoms is not taken into account, since the union of two or more adatoms on the surface during sublimation is an unlikely process.

Процесс сублимации в условиях обмена адатомами между ступенью и террасами сопровождается движением ступеней в направлении вышележащих террас. Сдвиг параллельных, равноотстоящих друг от друга ступеней на расстояние, равное ширине террас, соответствует удалению одного монослоя атомов с поверхности кристалла.The process of sublimation in the conditions of exchange of adatoms between a step and terraces is accompanied by the movement of steps in the direction of overlying terraces. The shift of parallel steps equally spaced from each other by a distance equal to the width of the terraces corresponds to the removal of one monolayer of atoms from the surface of the crystal.

Если расстояние между ступенями больше диффузионной длины адатома (d>λs), то скорость перемещения атомной ступени υ описывается выражением:If the distance between the steps is greater than the diffusion length of the adatom (d> λ s ), then the velocity of the atomic step υ is described by the expression:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где W - энергия активации процесса сублимации;where W is the activation energy of the sublimation process;

Р - давление паров в газовой фазе;P is the vapor pressure in the gas phase;

P0 - равновесное давление паров в газовой фазе;P 0 - equilibrium vapor pressure in the gas phase;

k - постоянная Больцмана;k is the Boltzmann constant;

T - температура;T is the temperature;

λs - диффузионная длина адатома;λ s is the diffusion length of the adatom;

ν - характерная частота тепловых колебаний решетки.ν is the characteristic frequency of the thermal vibrations of the lattice.

При d<λs, когда размер террас мал по сравнению с диффузионной длиной адатома, скорость перемещения ступеней пропорциональна расстоянию между ступенями:For d <λ s , when the size of the terraces is small compared with the diffusion length of the adatom, the speed of the steps is proportional to the distance between the steps:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где W - энергия активации процесса сублимации;where W is the activation energy of the sublimation process;

Р - давление паров в газовой фазе;P is the vapor pressure in the gas phase;

P0 - равновесное давление паров в газовой фазе;P 0 - equilibrium vapor pressure in the gas phase;

k - постоянная Больцмана;k is the Boltzmann constant;

T - температура;T is the temperature;

d - расстояние между ступенями;d is the distance between the steps;

ν - характерная частота тепловых колебаний решетки.ν is the characteristic frequency of the thermal vibrations of the lattice.

При этом определяющее значение для скорости перемещения конкретной ступени имеет величина нижележащей, прилегающей к ней террасы. Формирование на поверхности области, где ступени, сближаясь, образуют участок с высокой плотностью их расположения за счет того, что одни из них передвигаются быстрее других в сторону верхних террас, базируется на пропорциональности скорости перемещения ступеней от ширины нижележащих прилегающих к ним террас. Чем меньше величина нижележащей прилегающей террасы к конкретной ступени, тем меньше скорость перемещения последнейIn this case, the value of the underlying terrace adjacent to it is of decisive importance for the speed of movement of a particular step. The formation on the surface of the region where the steps approaching form a site with a high density of their location due to the fact that some of them move faster than others towards the upper terraces, based on the proportionality of the speed of the steps from the width of the underlying adjacent terraces. The smaller the size of the underlying adjacent terrace to a particular step, the lower the speed of movement of the last

Последнее выражение позволяет определить энергию активации процесса сублимации W=4,2±0,2 эВ. Полученная величина близка к энтальпии сублимации кремния.The last expression allows us to determine the activation energy of the sublimation process W = 4.2 ± 0.2 eV. The obtained value is close to the enthalpy of sublimation of silicon.

В результате термоэлектрического отжига во внутренней части лунки, образованной участками поверхности подложки, отклоненными относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, полученной после ионно-лучевого воздействия, формируется система концентрических двумерных отрицательных островков, представляющих собой ямки травления глубиной в одно межплоскостное расстояние (см. Фиг.1г), Фиг.2, схематическое представление рельефа поверхности - на Фиг.2а)). В центральной части лунки (см. Фиг.2а)) локализован зародыш двумерного отрицательного островка, появившийся, когда нижняя терраса (10) достигла критического размера. Теоретический анализ зарождения отрицательных двумерных островков в процессе сублимации атомов кристалла показывает, что зарождение макровакансии на поверхности происходит при условии:As a result of thermoelectric annealing in the inner part of the well, formed by portions of the substrate surface deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, obtained after ion-beam irradiation, a system of concentric two-dimensional negative islands is formed, which are etching pits with a depth of one interplanar distance (see Fig.1d), Fig.2, a schematic representation of the surface topography - Figa)). In the central part of the hole (see Fig. 2a), the embryo of a two-dimensional negative island is localized, which appeared when the lower terrace (10) reached a critical size. A theoretical analysis of the nucleation of negative two-dimensional islands during the sublimation of crystal atoms shows that the nucleation of macrovacancy on the surface occurs under the condition:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где l - расстояние между ступенями;where l is the distance between the steps;

γ - коэффициент линейного натяжения;γ is the linear tension coefficient;

λS - диффузионная длина адатома,λ S is the diffusion length of the adatom,

kB - константа Больцмана;k B is the Boltzmann constant;

Т - температура.T is the temperature.

Оценим правую часть неравенства, описываемого выражением (4). При температуре подложки около 1100°С на поверхности кремния (111) коэффициент линейного натяжения ступени γ≈0,39 эВ/атом, следовательно, отношение γ/kBT≈3. Таким образом, диффузионная длина адатома λS в указанных условиях примерно в три раза меньше критического размера террасы, при котором происходит зарождение двумерного островка. Далее, используя данное соотношение, можно оценить длину миграции адатома по поверхности кремния (111) в зависимости от температуры: λS≈(2/3)Т. Чем больше температура подложки (1), тем больше длина диффузии адатома и больше скорость перемещения ступеней (см. выражение (2)), пока ширина нижележащих террас больше диффузионной длины адатома.We estimate the right-hand side of the inequality described by expression (4). At a substrate temperature of about 1100 ° С on the silicon (111) surface, the linear tension coefficient of the step is γ≈0.39 eV / atom, and therefore, the ratio γ / k B T≈3. Thus, the diffusion length of the adatom λ S under these conditions is approximately three times less than the critical size of the terrace at which the nucleation of a two-dimensional island occurs. Further, using this ratio, we can estimate the length of migration of the adatom over the silicon (111) surface depending on the temperature: λ S ≈ (2/3) Т. The higher the temperature of the substrate (1), the greater the diffusion length of the adatom and the greater the speed of the steps (see expression (2)), while the width of the underlying terraces is greater than the diffusion length of the adatom.

С другой стороны, увеличение длины диффузии адатома при повышении температуры подложки путем увеличения величины пропускаемого электрического тока конкурирует с усилением сублимации адатомов при упомянутом повышении температуры, в результате конкуренции расстояние, на которое мигрирует адатом при повышении температуры, уменьшается. Благодаря сублимации адатом не успевает мигрировать на террасе на большое расстояние, хотя потенциально его длина диффузии значительна. Среднее перемещение адатома λs по поверхности кристалла описывается соотношением Эйнштейна:On the other hand, an increase in the diffusion length of an adatom with increasing substrate temperature by increasing the transmitted electric current competes with an increase in the sublimation of adatoms at the temperature increase, as a result of competition, the distance the adatom migrates with increasing temperature decreases. Due to sublimation, the adatom does not have time to migrate over a large distance on the terrace, although its diffusion length is potentially significant. The average displacement of the adatom λ s along the surface of the crystal is described by the Einstein relation:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где DS - коэффициент поверхностной диффузии адатома,where D S is the coefficient of surface diffusion of the adatom,

τS - среднее время жизни атома в адсорбированном состоянии.τ S is the average lifetime of an atom in an adsorbed state.

Уменьшение длины диффузии при увеличении температуры обычно связывают с уменьшением времени жизни адатома за счет более интенсивного сублимационного оттока атомов с поверхности кристалла. Получаем, что и варьирование длины диффузии адатома, и интенсификация сублимационного оттока адатомов с террасы ускоряют передвижение по поверхности моноатомных ступеней, обеспечивая формирование более плотного расположения ступеней при узости их террас. Таким образом, плотность ступеней во внутренней части лунки (см. Фиг.2) определяется температурой подложки.A decrease in the diffusion length with increasing temperature is usually associated with a decrease in the lifetime of the adatom due to a more intense sublimation outflow of atoms from the surface of the crystal. We find that both varying the length of the diffusion of the adatom and intensifying the sublimation outflow of adatoms from the terrace accelerate the movement of monatomic steps on the surface, providing a more dense arrangement of the steps with the narrowness of their terraces. Thus, the density of the steps in the inner part of the hole (see Figure 2) is determined by the temperature of the substrate.

При достижении требуемого размера сформированной атомно-гладкой поверхности в центральной части лунки, окаймленной моноатомными ступенями, расположенными с той или иной плотностью по периферии лунки, во избежание зарождения новых моноатомных ступеней температуру подложки снижают, достигая режима, при котором падает длина диффузии адатома.Upon reaching the required size of the formed atomically smooth surface in the central part of the well, bordered by monatomic steps located with one or another density on the periphery of the well, in order to avoid nucleation of new monatomic steps, the temperature of the substrate is reduced, reaching a mode at which the diffusion length of the adatom decreases.

Формирование области подложки с требуемой плотностью моноатомных ступеней по периферии внутренней части лунки, как показано вышеприведенными рассуждениями, осуществляется на основе использования контролируемого изменения диффузионной длины адатома от температуры при термоэлектрическом отжиге и ничем более. В предлагаемом способе имеется возможность управления распределением моноатомных ступеней пор периферии во внутренней части лунки таким образом, что на поверхности подложки формируются террасы с размером от 0,1 до 300 мкм.The formation of the substrate region with the required density of monatomic steps along the periphery of the inner part of the well, as shown by the above reasoning, is based on the use of a controlled change in the diffusion length of the adatom from temperature during thermoelectric annealing and nothing more. In the proposed method, it is possible to control the distribution of monoatom steps of the pores of the periphery in the inner part of the well so that terraces with sizes from 0.1 to 300 microns are formed on the surface of the substrate.

Кроме возможности управления длиной диффузии адатома за счет температуры подложки, что приводит к увеличению максимального размера плоской атомно-гладкой поверхности до 100 мкм, существует возможность управлять длиной диффузии адатомов, подключая к температурному фактору подачу потока атомов материала подложки, в частности, кремния, что дополнительно увеличивает длину диффузии адатомов. Указанное увеличение длины диффузии происходит в результате увеличения времени жизни адатомов при осаждении кремния. Время жизни адатома увеличивается, поскольку уменьшается вероятность аннигиляции адатома с поверхностными вакансиями и устанавливается квазиравновесная поверхностная концентрация адатомов.In addition to the ability to control the diffusion length of the adatom due to the temperature of the substrate, which leads to an increase in the maximum size of a planar atomically smooth surface to 100 μm, it is possible to control the diffusion length of adatoms by connecting the flow of atoms of the substrate material, in particular, silicon, to the temperature factor, which additionally increases the diffusion length of adatoms. The indicated increase in the diffusion length occurs as a result of an increase in the lifetime of adatoms during the deposition of silicon. The lifetime of an adatom increases because the probability of annihilation of an adatom with surface vacancies decreases and a quasi-equilibrium surface concentration of adatoms is established.

Благодаря тому, что предлагаемое техническое решение физически базируется на температурной зависимости диффузионной длины адатома, возможности варьирования последней путем использования того или иного температурного режима при термоэлектрическом отжиге подложки либо сочетании температурного режима с подачей на поверхность подложки, например, кремния потока атомов кремния с целью получения требуемого размера атомно-гладкой поверхности, снимается свойственное прототипу ограничение в максимальном размере получаемых плоских гладких поверхностей, обусловленное конечным размером кратеров, формируемых при ионно-лучевом травлении ионами кислорода.Due to the fact that the proposed technical solution is physically based on the temperature dependence of the diffusion length of the adatom, the possibility of varying the latter by using one or another temperature regime during thermoelectric annealing of the substrate or by combining the temperature regime with the flow of silicon atoms to the substrate surface, for example, to obtain the desired the size of the atomically smooth surface, the restriction inherent in the prototype is removed in the maximum size of the obtained flat smooth x surfaces, due to the finite size of the craters formed by ion beam etching by oxygen ions.

Кроме того, при одних и тех же исходных размерах дна кратеров и лунок, которые формируют ионно-лучевым травлением материала подложки, способ, приведенный в качестве прототипа, обеспечивает значительно меньшие размеры формируемых атомно-гладких поверхностей по сравнению с предлагаемым способом. В предлагаемом техническом решении размер исходных лунок не влияет на конечный результат. При одном и том же исходном размере дна или размере лунки, подбирая соответствующий температурный режим проведения термоэлектрического отжига подложки, а также сочетая подбор температурного режима отжига с подачей на поверхность подложки потока атомов материала подложки, возможно получение различных площадей атомно-гладких поверхностей.In addition, with the same initial dimensions of the bottom of the craters and holes that form the ion-beam etching of the substrate material, the method shown as a prototype provides significantly smaller dimensions of the formed atomically smooth surfaces compared to the proposed method. In the proposed technical solution, the size of the source wells does not affect the final result. With the same initial bottom size or hole size, choosing the appropriate temperature regime for thermoelectric annealing of the substrate, as well as combining the selection of the temperature regime of annealing with the flow of atoms of the substrate material onto the substrate surface, it is possible to obtain different areas of atomically smooth surfaces.

Итак, способ формирования плоской атомно-гладкой поверхности твердотельного материала включает следующее (см. Фиг.1).So, the method of forming a flat atomically smooth surface of a solid-state material includes the following (see Figure 1).

Во-первых, получение исходной лунки, состоящей из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих наличие противоположно направленных фронтов ступеней (см. Фиг.1б)).Firstly, obtaining the initial hole, consisting of sections of the surface of the substrate, deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing the presence of oppositely directed fronts of the steps (see Fig.1b).

Подложку (1), прошедшую первичную стандартную химическую обработку, с которой удалены частицы загрязнения, но присутствует слой естественного окисла (2), устанавливают в держатель (3) (см. Фиг.1а)) для проведения ионно-лучевой обработки от источника ионов (4). Источник ионов (4) и подложку (1), закрепленную на держателе (3), размещают в вакуумной камере (5). Уровень вакуума в вакуумной камере (5) устанавливают достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, а именно, не больше 10-3 Па.The substrate (1), which underwent the initial standard chemical treatment, from which contaminants were removed, but a layer of natural oxide is present (2), is installed in the holder (3) (see Fig. 1a)) for ion-beam treatment from an ion source ( four). The ion source (4) and the substrate (1), mounted on the holder (3), are placed in a vacuum chamber (5). The vacuum level in the vacuum chamber (5) is set sufficient to suppress the influence of residual gases during ion-beam treatment, namely, not more than 10 -3 Pa.

Осуществляют получение исходной лунки, состоящей из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих наличие противоположно направленных фронтов ступеней (см. Фиг.1б)). Подложку (1) подвергают ионно-лучевому воздействию, вызывающему травление материала подложки (1), при этом держатель (3) обеспечивает вращение подложки (1) относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой от 0,1 до 100 Гц. Пучок ионов направляют под углом к рабочей поверхности подложки (1), чтобы обеспечить размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности. В частности, обеспечить наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6) (см. Фиг.1в)), с углом отклонения от 0°0'10” до 15°. Травление материала подложки (1) осуществляют, в частности, низкоэнергетичным пучком ионов аргона с энергией от 1 до 7 кэВ в течение 1÷360 минут. Возможно использование и других пучков ионов, например, кислорода, как в прототипе.The initial well is made, which consists of sections of the surface of the substrate deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, ensuring the presence of oppositely directed fronts of the steps (see Fig. 1b). The substrate (1) is subjected to ion radiation, causing etching of the substrate material (1), while the holder (3) provides rotation of the substrate (1) relative to the axis directed perpendicular to the working surface of the substrate, with a frequency of from 0.1 to 100 Hz. The ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate (1) to provide the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface. In particular, to ensure the presence of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions (see Fig. 1c)), with an angle of deviation from 0 ° 0'10 ”to 15 °. The etching of the substrate material (1) is carried out, in particular, by a low-energy beam of argon ions with an energy of 1 to 7 keV for 1 ÷ 360 minutes. You can use other ion beams, for example, oxygen, as in the prototype.

Далее, для проведения термоэлектрического отжига подложку (1) с присутствующим на ее рабочей поверхности естественным окислом и изготовленной лункой, характеризующейся наличием отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6), устанавливают, зажимая ее для надежного электрического контакта, в токопроводящих (металлических) держателях, обеспечивающих электрический контакт (7), которые соединены с источником питания (8) (см. Фиг.1в)).Further, to conduct thermoelectric annealing, the substrate (1) with natural oxide present on its working surface and a well made, characterized by the presence of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions, is mounted, clamping it for reliable electrical contact, in conductive (metal) holders providing electrical contact (7), which are connected to a power source (8) (see Fig.1B)).

Проводят термоэлектрический отжиг, включающий предварительный отжиг, основной отжиг (см. Фиг.1в) и г)), а также дополнительный отжиг, путем пропускания через подложку (1) электрического тока. Подложку (1) с присутствующим на ее рабочей поверхности естественным окислом и изготовленной лункой, характеризующейся наличием отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6), вместе с держателями, обеспечивающими электрический контакт (7), помещают в вакуум вакуумной камеры (5) с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге. Указанный уровень вакуума, в частности, характеризуется остаточным давлением не более 10-8 Па.Thermoelectric annealing is carried out, including preliminary annealing, main annealing (see Fig. 1c) and d)), as well as additional annealing, by passing an electric current through the substrate (1). The substrate (1) with natural oxide present on its working surface and a well made, characterized by the presence of surface sections deviated in diametrically opposite directions (6), together with the holders providing electrical contact (7), are placed in a vacuum in a vacuum chamber (5) with a level sufficient to suppress the effect of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum during thermoelectric annealing. The indicated vacuum level, in particular, is characterized by a residual pressure of not more than 10 -8 Pa.

Проводят термоэлектрический отжиг, при котором через подложку (1) пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Сначала осуществляют предварительный отжиг с целью очистки подложки (1) от поверхностных естественного окисла и загрязнений (см. Фиг.1г)), кратковременно пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры от 1250°С до 1410°С в течение минуты и более. Температуру при этом контролируют по величине пропускаемого тока от источника питания (8). Величины пропускаемого тока калибруются в интервале низких, до 800°С, температур с помощью термопары, в интервале высоких, более 800°С, температур - с помощью оптического пирометра. Критерием чистоты поверхности служит наличие обратимого сверхструктурного перехода (7×7)-(1×1) при температуре 832°С, отсутствие центров торможения ступеней при движении их в процессе сублимации, а также отсутствие на дифракционной картине дополнительных рефлексов.Thermoelectric annealing is carried out, in which constant or alternating electric current is passed through the substrate (1), causing the resistive heating of the substrate material to the temperature of activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface. First, preliminary annealing is carried out in order to clean the substrate (1) from surface natural oxide and contaminants (see FIG. The temperature is controlled by the magnitude of the transmitted current from the power source (8). The values of the transmitted current are calibrated in the range of low, up to 800 ° C, temperatures using a thermocouple, in the range of high, more than 800 ° C, temperatures - using an optical pyrometer. The criterion for surface cleanliness is the presence of a reversible superstructural transition (7 × 7) - (1 × 1) at a temperature of 832 ° C, the absence of centers of inhibition of steps during their movement during sublimation, and the absence of additional reflections in the diffraction pattern.

При очистке важно наличие сублимационного процесса при термоэлектрическом нагреве подложки (1), за счет чего осуществляют удаление естественного окисла и загрязнений. Ступени на поверхности подложки кремния (подложки (1)), например, с ориентацией (111) осуществляют передвижение по поверхности в сторону вышележащих террас вследствие сублимационного процесса, заключающегося в отделении атомов материала подложки (1) от ступени, миграции их на террасу, отделении их от террасы и выходе их с поверхности в окружающее подложку (1) пространство вакуумной камеры (5).When cleaning, it is important to have a sublimation process during thermoelectric heating of the substrate (1), due to which the removal of natural oxide and contaminants is carried out. Steps on the surface of a silicon substrate (substrate (1)), for example, with a (111) orientation, move along the surface towards overlying terraces due to the sublimation process of separating atoms of the substrate material (1) from the step, migrating them to the terrace, and separating them from the terrace and their exit from the surface into the surrounding substrate (1) the space of the vacuum chamber (5).

После проведения очистки приступают к основному отжигу. При основном термоэлектрическом отжиге через подложку (1) пропускают от источника питания (8) постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности ступеней, ток пропускают до достижения требуемых особенностей рельефа. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки (1). Пропускание электрического тока, сопровождающееся нагревом подложки (1), осуществляют в течение промежутка времени, формирующего по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности (6) подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной (нижняя терраса (10) (см. Фиг.1г) и Фиг.2)), расположенной в центральной части лунки. Рабочий диапазон температур, обеспечиваемых резистивным нагревом материала подложки, вызывающим активируемую сублимацию атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности ступеней при пропускании электрического тока, - от 832°С до 1410°С. Величина промежутка времени, требуемая для формирования по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности (6) подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопления моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки, составляет от 8 до 14000000 секунд. Причем меньшей температуре нагрева подложки (1) соответствует большее время. При промежуточных значениях температур указанного диапазона время отжига уменьшается пропорционально увеличению температуры. Ширина террас (нижняя терраса (10)) между равномерно распределенными по поверхности одиночными моноатомными ступенями (9) достигается в пределах от 0,1 до 300 мкм.After cleaning, proceed to the main annealing. During basic thermoelectric annealing, direct or alternating electric current is passed through the substrate (1) from the power source (8), causing the resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of the activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer moving along the surface of the steps, the current is passed until the required relief features. Electric current is passed parallel to the working surface of the substrate (1). The transmission of electric current, accompanied by heating of the substrate (1), is carried out over a period of time, forming on the periphery of the inner part of the hole formed by surface sections (6) of the substrate (1) deviated in diametrically opposite directions relative to its working surface, an accumulation of monoatom steps with a high density , with the characteristic appearance of single concentric monoatomic steps evenly distributed over the periphery of the inner part of the well (9), separated by a singular terrace , Controlled widths (lower terrace (10) (see. 1D) and 2)) located in the central part of the hole. The operating temperature range provided by the resistive heating of the substrate material, causing activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer with movement along the surface of the steps while passing an electric current, is from 832 ° C to 1410 ° C. The amount of time required for the formation on the periphery of the inner part of the hole, formed by sections of the surface (6) of the substrate (1) deflected in diametrically opposite directions relative to its working surface, accumulations of monatomic steps with a high density, with the characteristic appearance of uniformly distributed along the periphery of the inner part of the hole single concentric monoatomic steps (9) separated by a singular terrace, with a controlled width located in the central part of the hole, ulation from 8 to 14,000,000 seconds. Moreover, a lower heating temperature of the substrate (1) corresponds to a longer time. At intermediate temperatures of the indicated range, the annealing time decreases in proportion to the increase in temperature. The width of the terraces (lower terrace (10)) between single monatomic steps (9) evenly distributed over the surface is achieved in the range from 0.1 to 300 μm.

В отношении вышеуказанного интервала температур 832÷1410°С, используемого для осуществления этапа создания концентрических ступеней (см. Фиг.2а)), после получения ступенчатых поверхностей необходимой конфигурации в результате термоэлектрического отжига, через подложку (1) прекращают пропускать или ограничивают от источника питания (8) электрический ток, и приступают к осуществлению финального этапа формирования плоской атомно-гладкой поверхности - сохранения полученных широких сингулярных поверхностей (см. Фиг.1г), Фиг.2а)), если требуемые величины плоских поверхностей характеризуются диаметром до 100 мкм, или увеличения размера полученных широких сингулярных поверхностей с последующим сохранением (см. Фиг.2б) - г)), если требуемые величины плоских поверхностей характеризуются диаметром до 300 мкм. При этом подложку (1) охлаждают в сверхвысоковакуумных условиях, то есть также продолжают поддерживать вакуум вакуумной камеры (5) с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум при термоэлектрическом отжиге (уровень вакуума не хуже 10-8 Па). Подложку охлаждают до температуры и в режиме, при которых отсутствует генерация новых моноатомных ступеней, в одном случае, до комнатной температуры, или, в другом случае, до температуры, при которой посредством дополнительного термоэлектрического отжига, сочетающегося с подачей потока атомов материала подложки к ее поверхности и их осаждением, возможно дополнительное увеличение размера, до 300 мкм в диаметре, полученной широкой сингулярной поверхности без генерации новых атомных ступеней, например, - до 832÷1100°С и далее охлаждают до комнатной.In relation to the above temperature range of 832 ÷ 1410 ° C, used to carry out the stage of creating concentric steps (see Fig. 2a)), after receiving stepped surfaces of the required configuration as a result of thermoelectric annealing, they cease to pass through or through the substrate (1) from the power source (8) electric current, and proceed to the final stage of the formation of a flat atomically smooth surface — preservation of the obtained wide singular surfaces (see Fig. 1d), Fig. 2a)), if required in masks flat surfaces have a diameter up to 100 microns, or increasing the size of the obtained singular broad surfaces with the subsequent saving (see Figure 2B.) - r)), if the required quantity of flat surfaces have a diameter up to 300 microns. In this case, the substrate (1) is cooled under ultra-high vacuum conditions, that is, they also continue to maintain the vacuum of the vacuum chamber (5) with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum during thermoelectric annealing (vacuum level no worse than 10 -8 Pa ) The substrate is cooled to a temperature and in a mode in which there is no generation of new monatomic steps, in one case, to room temperature, or, in another case, to a temperature at which, by means of additional thermoelectric annealing, combined with the flow of atoms of the substrate material to its surface and their deposition, an additional increase in size is possible, up to 300 μm in diameter, obtained on a wide singular surface without generating new atomic steps, for example, up to 832 ÷ 1100 ° C and then cooled to room temperature Noah.

Скорость охлаждения поддерживают в первом случае сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, во втором случае - сохраняющими полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, полученное в результате дополнительного отжига распределение моноатомных ступеней. В количественном выражении скорость охлаждения составляет: при охлаждении подложки сразу до комнатной температуры - от 0,1 до 400°С/с, при охлаждении до температуры дополнительного термоэлектрического отжига, например, до 832÷1100°С - от 0,1 до 10°С/с. Данные температурные режимы охлаждения существенно ограничивают длину миграции адатомов по террасе (длину диффузии адатомов) и препятствуют появлению новых моноатомных ступеней.The cooling rate is maintained in the first case, preserving the distribution of monoatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, in the second case, maintaining the distribution of monoatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, and the distribution of monatomic steps resulting from additional annealing. In quantitative terms, the cooling rate is: when cooling the substrate immediately to room temperature - from 0.1 to 400 ° C / s, when cooling to a temperature of additional thermoelectric annealing, for example, to 832 ÷ 1100 ° C - from 0.1 to 10 ° C / s These temperature regimes of cooling significantly limit the length of migration of adatoms on the terrace (the length of diffusion of adatoms) and prevent the emergence of new monatomic steps.

После того как осуществлен выход в температурный режим, при котором прекращен процесс появления новых моноатомных ступеней, но не прекращена электромиграция атомов в режиме отсутствия генерации атомных ступеней, с целью достижения желаемого размера плоской поверхности может быть проведен дополнительный отжиг. Для проведения дополнительного отжига температуру подложки, например, кремния устанавливают, как указывалось выше, в интервале 832÷1100°С, включают источник потока атомов материала подложки, например, испаритель кремния, представляющий собой пластину кремния, закрепленную в держателях из тантала, позволяющих пропускать через нее электрический ток и, таким образом, формировать поток требуемых атомов. Через пластину кремния начинают пропускать постоянный электрический ток величиной, достаточной для получения потока кремния и осаждения его на подложку со скоростью, приводящей к уменьшению скорости сублимации кремния с подложки, и, как следствие, к увеличению времени жизни адатомов, значительному увеличению длины миграции их. В количественном выражении упомянутая скорость осаждения атомов материала подложки на подложку может составлять от 0,01 до 0,02 монослоя/сек. При этом в центре дна лунки на подложке начинает происходить увеличение размеров центральной террасы в диаметре до 100 мкм, если данная величина не достигнута в результате основного термоэлектрического отжига (см. Фиг.2). Далее, после достижения размера в диаметре 100 мкм, температура подложки может быть понижена, оставаясь равной величине указанного интервала 832÷1100°С, одновременно пропорционально уменьшают и температуру испарителя, варьируя поток и скорость осаждения атомов материала подложки на подложку так, чтобы скорость сублимации адатомов с подложки была постоянной, соответствующей случаю установления квазиравновесной поверхностной концентрации адатомов, например, равной 0,0001÷0,002 монослоя/сек. В этих условиях подложку выдерживают в течение промежутка времени, например, от 1 до 60 мин. При этом в центре дна лунки на подложке происходит увеличение размеров центральной террасы, и диаметр террасы может достигать при использовании указанных количественных значений параметров от 150 до 200 мкм (см. Фиг.2).After the temperature regime is reached, in which the process of the appearance of new monoatomic steps is stopped, but the electromigration of atoms is not stopped in the absence of generation of atomic steps mode, additional annealing can be carried out to achieve the desired size of a flat surface. To carry out additional annealing, the temperature of the substrate, for example, silicon, is set, as mentioned above, in the range of 832–1100 ° С; a source of atomic flux of the substrate material is included, for example, a silicon evaporator, which is a silicon plate fixed in tantalum holders that allow it to pass through It has an electric current and, thus, to form a stream of the required atoms. A constant electric current begins to pass through the silicon wafer to a value sufficient to obtain a silicon flux and deposit it on the substrate at a rate leading to a decrease in the rate of silicon sublimation from the substrate and, as a result, to an increase in the lifetime of adatoms and a significant increase in their migration length. In quantitative terms, the aforementioned deposition rate of atoms of the substrate material on the substrate can be from 0.01 to 0.02 monolayer / sec. At the same time, an increase in the size of the central terrace in diameter up to 100 μm begins to occur in the center of the bottom of the hole on the substrate, if this value is not achieved as a result of the main thermoelectric annealing (see Figure 2). Further, after reaching a size in diameter of 100 μm, the temperature of the substrate can be lowered, remaining equal to the value of the indicated range of 832 ÷ 1100 ° C, while the temperature of the evaporator is proportionally reduced, varying the flux and rate of deposition of atoms of the material of the substrate on the substrate so that the sublimation rate of adatoms from the substrate was constant, corresponding to the case of establishing a quasi-equilibrium surface concentration of adatoms, for example, equal to 0.0001 ÷ 0.002 monolayer / sec. Under these conditions, the substrate is held for a period of time, for example, from 1 to 60 minutes. Moreover, in the center of the bottom of the hole on the substrate there is an increase in the size of the central terrace, and the diameter of the terrace can reach, using the indicated quantitative parameters, from 150 to 200 μm (see Figure 2).

При достижении требуемого размера плоской поверхности прекращают нагрев испарителя и нагрев подложки. Далее подложку охлаждают до комнатной температуры.Upon reaching the desired size of the flat surface, the heating of the evaporator and the heating of the substrate are stopped. Next, the substrate is cooled to room temperature.

Таким образом, при дополнительном отжиге размер d нижней террасы (10) может быть увеличен до заданного размера (Фиг.2б) - г)), если последний не получен в результате основного термоэлектрического отжига, вызывающего резистивный нагрев материала подложки, сопровождающийся активируемой сублимацией атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности ступеней, с формированием по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности (6) подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопления моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением данному скоплению равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной (нижняя терраса (10)), расположенной в центральной части лунки. После достижения требуемого размера сингулярной террасы, расположенной в центральной части лунки, подложку охлаждают далее до комнатной температуры, прекращая пропускание электрического тока. Дополнительный термоэлектрический отжиг проводят в течение промежутка времени, достаточного при выбранной температуре отжига для достижения требуемого размера широкой сингулярной террасы. Соответствующий температурному интервалу 832÷1100°С конкретный временной интервал составляет от 1 минуты до 10 часов, с соответствием большего времени меньшей температуре.Thus, with additional annealing, the size d of the lower terrace (10) can be increased to a predetermined size (Fig.2b) - d)), if the latter is not obtained as a result of the main thermoelectric annealing, which causes resistive heating of the substrate material, accompanied by activated sublimation of the atoms of the upper the atomic layer moving along the surface of the steps, with the formation on the periphery of the inner part of the hole, formed by sections of the surface (6) of the substrate (1) deflected in diametrically opposite directions (1) relative to e e of the working surface, clusters of monatomic steps with a high density, with the appearance of single concentric monoatomic steps (9) uniformly distributed around the periphery of the inner part of the well, separated by a singular terrace, with a controlled width (lower terrace (10)), located in the central part holes. After reaching the required size of the singular terrace located in the central part of the hole, the substrate is further cooled to room temperature, stopping the transmission of electric current. Additional thermoelectric annealing is carried out for a period of time sufficient at the selected annealing temperature to achieve the desired size of a wide singular terrace. The specific time interval corresponding to the temperature range of 832 ÷ 1100 ° C is from 1 minute to 10 hours, with the correspondence of a larger time to a lower temperature.

В результате осуществления предлагаемого способа, например, на подложках кремния (111), получают участки поверхности, не содержащие ни одной моноатомной ступени, достигающие размеров в диаметре до 300 мкм. Указанные участки сингулярной поверхности кремния (111), не содержащие ни одной моноатомной ступени, имеют шероховатость не более 0,4 ангстрема (Ra).As a result of the implementation of the proposed method, for example, on silicon (111) substrates, surface areas are obtained that do not contain any monoatom steps, reaching sizes in diameter up to 300 microns. The indicated sections of the singular surface of silicon (111), which do not contain a single monoatomic step, have a roughness of not more than 0.4 angstroms (Ra).

В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления способа с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации.As information confirming the possibility of implementing the method with the achievement of the specified technical result, we give the following implementation examples.

Пример 1Example 1

На рабочей поверхности подложки (1) твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней (отклоненные в диаметрально противоположных направлениях участки поверхности (6), см. Фиг.1в)) (см. Фиг.1а) и б)).A hole is formed on the working surface of the substrate (1) of the solid-state material, which consists of sections of the surface of the substrate deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directions of the fronts of the atomic steps (surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions, see Fig. 1c)) (see Fig. 1a) and b)).

В качестве подложки твердотельного материала (1) используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0,1°. Подложку (1) подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией 7 кэВ в течение промежутка времени 360 минут в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, - 10-3 Па. При обработке подложку (1) вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой 100 Гц. Пучок ионов Ar направляют под углом к рабочей поверхности подложки (1), обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно, обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 15°.As the substrate of the solid-state material (1), a silicon substrate with a vicinal working surface (111) with a misorientation angle of 0.1 ° is used. The substrate (1) is subjected to ion-beam treatment with Ar ions with an energy of 7 keV for a period of 360 minutes in vacuum with a level sufficient to suppress the effect of residual gases during ion-beam treatment, 10 -3 Pa. During processing, the substrate (1) is rotated about an axis directed perpendicular to the working surface of the substrate with a frequency of 100 Hz. The Ar ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate (1), providing the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface, namely, ensuring the presence of surface sections deviated in diametrically opposite directions with a deflection angle of 15 °.

После получения лунки в результате ионно-лучевой обработки в составе отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6) (см. Фиг.1в)) проводят термоэлектрический отжиг подложки (1). При термоэлектрическом отжиге пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла (слой естественного окисла (2), см. Фиг.1а)) материала подложки (1) и/или загрязнений, отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига. Весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки (1) в вакууме, характеризующимся остаточным давлением 10-8 Па. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки (1). Предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки (1) и загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, осуществляют, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1300°С в течение 10 минут.After receiving the hole as a result of ion-beam treatment, the composition of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions (see Fig. 1c)) conduct thermoelectric annealing of the substrate (1). During thermoelectric annealing, a direct electric current is passed by a value that causes resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of activated sublimation of atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface. Moreover, first they carry out preliminary cleaning of the working surface of natural oxide (natural oxide layer (2), see Fig. 1a)) of the substrate material (1) and / or contaminants, annealing, which is the initial stage of thermoelectric annealing. All thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material (1) in a vacuum characterized by a residual pressure of 10 -8 Pa. Electric current is passed parallel to the working surface of the substrate (1). The preliminary annealing, which cleans the working surface of natural oxide of the substrate material (1) and contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, is carried out by passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature of 1300 ° C for 10 minutes.

При последующем основном этапе термоэлектрического отжига электрический ток пропускают в течение промежутка времени - 400 с и при температурном режиме - 900°С, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой (нижняя терраса (10)), с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки (см. Фиг.1г) и Фиг.2а)).In the subsequent main stage of thermoelectric annealing, an electric current is passed for a time interval of 400 s and at a temperature of 900 ° C, forming a cluster of monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed along the periphery of the inner part of the well her (9), separated by a singular terrace (lower terrace (10)), with a controlled width located in the central part of the hole (see Fig. 1d) and Fig. 2a)).

После основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки (1) меняют, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки (1) до комнатной со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной 400°С/с в первую секунду охлаждения. Снижение температуры подложки осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением 10-8 Па.After the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate (1) is changed, the supply of electric current is stopped and the temperature of the substrate (1) is reduced to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, in the final account, preserving the size of the singular terrace in the central part of the hole, namely, at a speed equal to 400 ° C / s in the first second of cooling. The temperature of the substrate is reduced in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum, namely, characterized by a residual pressure of 10 -8 Pa.

Пример 2Example 2

На рабочей поверхности подложки (1) твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней (отклоненные в диаметрально противоположных направлениях участки поверхности (6), см. Фиг.1в)) (см. Фиг.1а) и б)).A hole is formed on the working surface of the substrate (1) of the solid-state material, which consists of sections of the surface of the substrate deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directions of the fronts of the atomic steps (surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions, see Fig. 1c)) (see Fig. 1a) and b)).

В качестве подложки твердотельного материала (1) используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 5°. Подложку (1) подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией 6,1 кэВ в течение промежутка времени 300 минут в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, - 10-4 Па. При обработке подложку (1) вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой 10 Гц. Пучок ионов Ar направляют под углом к рабочей поверхности подложки (1), обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно, обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 5°.As the substrate of the solid-state material (1), a silicon substrate with a vicinal working surface (111) with a misorientation angle of 5 ° is used. The substrate (1) is subjected to ion-beam treatment with Ar ions with an energy of 6.1 keV for a period of 300 minutes in vacuum with a level sufficient to suppress the effect of residual gases during ion-beam treatment, 10 -4 Pa. During processing, the substrate (1) is rotated about an axis directed perpendicular to the working surface of the substrate with a frequency of 10 Hz. The Ar ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate (1), providing the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface, namely, ensuring the presence of surface sections deviated in diametrically opposite directions with a deflection angle of 5 °.

После получения лунки в результате ионно-лучевой обработки в составе отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6) (см. Фиг.1в)) проводят термоэлектрический отжиг подложки (1). При термоэлектрическом отжиге пропускают переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла (слой естественного окисла (2), см. Фиг.1а)) материала подложки (1) и/или загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига. Весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки (1) в вакууме, характеризующимся остаточным давлением 5×10-8 Па. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки (1). Предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки (1) и загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, осуществляют, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1410°С в течение 1 минуты.After receiving the hole as a result of ion-beam treatment, the composition of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions (see Fig. 1c)) conduct thermoelectric annealing of the substrate (1). During thermoelectric annealing, an alternating electric current is passed, which causes the resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface. Moreover, first a preliminary cleaning of the working surface of natural oxide (a layer of natural oxide (2), see Fig. 1a)) is carried out, the substrate material (1) and / or contaminants are annealed, which is the initial stage of thermoelectric annealing. All thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material (1) in vacuum, characterized by a residual pressure of 5 × 10 -8 Pa. Electric current is passed parallel to the working surface of the substrate (1). The preliminary annealing, which cleans the working surface of natural oxide of the substrate material (1) and contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, is carried out by passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature of 1410 ° C for 1 minute.

При последующем основном этапе термоэлектрического отжига электрический ток пропускают в течение промежутка времени - 14000000 с и при температурном режиме - 832°С, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой (нижняя терраса (10)), с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки (см. Фиг.1г) и Фиг.2а)).In the subsequent main stage of thermoelectric annealing, an electric current is passed for a time interval of 14000000 s and at a temperature of 832 ° C, forming a cluster of monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatomic studs uniformly distributed along the periphery of the inner part of the well Enej (9) separated singular terrace (lower terrace (10)), a controlled width situated in the central part of the hole (see. 1D) and 2)).

После основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки (1) меняют, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки (1) до комнатной со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной 390°С/с в первую секунду охлаждения. Снижение температуры подложки осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением 5×10-8 Па.After the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate (1) is changed, the supply of electric current is stopped and the temperature of the substrate (1) is reduced to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, in the final account, preserving the size of the singular terrace in the central part of the hole, namely, at a speed equal to 390 ° C / s in the first second of cooling. The temperature of the substrate is reduced in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum, namely, characterized by a residual pressure of 5 × 10 -8 Pa.

Пример 3Example 3

На рабочей поверхности подложки (1) твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней (отклоненные в диаметрально противоположных направлениях участки поверхности (6), см. Фиг.1в)) (см. Фиг.1а) и б)).A hole is formed on the working surface of the substrate (1) of the solid-state material, which consists of sections of the surface of the substrate deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directions of the fronts of the atomic steps (surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions, see Fig. 1c)) (see Fig. 1a) and b)).

В качестве подложки твердотельного материала (1) используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0°0'20". Подложку (1) подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией 1 кэВ в течение промежутка времени 360 минут в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, - 10-3 Па. При обработке подложку (1) вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой 0,1 Гц. Пучок ионов Ar направляют под углом к рабочей поверхности подложки (1), обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно, обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 0°0'10".A silicon substrate with a vicinal working surface (111) with a misorientation angle of 0 ° 0'20 "is used as a substrate of solid-state material (1). Substrate (1) is subjected to ion beam treatment with Ar ions with an energy of 1 keV for a period of 360 minutes in a vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases during ion-beam treatment - 10 -3 Pa. During processing, the substrate (1) is rotated relative to the axis directed perpendicular to the working surface of the substrate, with a frequency of 0.1 Hz. Ar direct at an angle m to the working surface of the substrate (1) providing the hole size required to obtain a desired area of a plane atomically smooth surface, namely, providing a deviation in diametrically opposite directions surface portions with a deflection angle of 0 ° 0'10 ".

После получения лунки в результате ионно-лучевой обработки в составе отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6) (см. Фиг.1в)) проводят термоэлектрический отжиг подложки (1). При термоэлектрическом отжиге пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла (слой естественного окисла (2), см. Фиг.1а)) материала подложки (1) и/или загрязнений, отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига. Весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки (1) в вакууме, характеризующимся остаточным давлением 2×10-8 Па. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки (1). Предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки (1) и загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, осуществляют, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1250°С в течение 15 минут.After receiving the hole as a result of ion-beam treatment, the composition of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions (see Fig. 1c)) conduct thermoelectric annealing of the substrate (1). During thermoelectric annealing, a direct electric current is passed by a value that causes resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of activated sublimation of atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface. Moreover, first they carry out preliminary cleaning of the working surface of natural oxide (natural oxide layer (2), see Fig. 1a)) of the substrate material (1) and / or contaminants, annealing, which is the initial stage of thermoelectric annealing. All thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material (1) in vacuum, characterized by a residual pressure of 2 × 10 -8 Pa. Electric current is passed parallel to the working surface of the substrate (1). The preliminary annealing, which cleans the working surface of natural oxide of the substrate material (1) and contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, is carried out by passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature of 1250 ° C for 15 minutes.

При последующем основном этапе термоэлектрического отжига электрический ток пропускают в течение промежутка времени - 8 с и при температурном режиме - 1410°С, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой (нижняя терраса (10)), с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки (см. Фиг.1г) и Фиг.2а)).In the subsequent main stage of thermoelectric annealing, an electric current is passed for a period of 8 s and at a temperature of 1410 ° C, forming a cluster of monoatom steps with high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed around the periphery of the inner part of the well D (9) separated singular terrace (lower terrace (10)), a controlled width situated in the central part of the hole (see. 1D) and 2)).

После основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки (1) меняют, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки (1) до комнатной со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной 385°С/с в первую секунду охлаждения. Снижение температуры подложки осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением 2×10-8 Па.After the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate (1) is changed, the supply of electric current is stopped and the temperature of the substrate (1) is reduced to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, in the final account, preserving the size of the singular terrace in the central part of the hole, namely, at a speed equal to 385 ° C / s in the first second of cooling. The temperature of the substrate is reduced in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum, namely, characterized by a residual pressure of 2 × 10 -8 Pa.

Пример 4Example 4

На рабочей поверхности подложки (1) твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней (отклоненные в диаметрально противоположных направлениях участки поверхности (6), см. Фиг.1в)) (см. Фиг.1а) и б)).A hole is formed on the working surface of the substrate (1) of the solid-state material, which consists of sections of the surface of the substrate deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directions of the fronts of the atomic steps (surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions, see Fig. 1c)) (see Fig. 1a) and b)).

В качестве подложки твердотельного материала (1) используют подложку кремния с рабочей поверхностью (111). Подложку (1) подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией 7 кэВ в течение промежутка времени 360 минут в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, - 10-3 Па. При обработке подложку (1) вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой 90 Гц. Пучок ионов Ar направляют под углом к рабочей поверхности подложки (1), обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно, обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 14°.As the substrate of the solid-state material (1), a silicon substrate with a working surface (111) is used. The substrate (1) is subjected to ion-beam treatment with Ar ions with an energy of 7 keV for a period of 360 minutes in vacuum with a level sufficient to suppress the effect of residual gases during ion-beam treatment, 10 -3 Pa. During processing, the substrate (1) is rotated about an axis directed perpendicular to the working surface of the substrate with a frequency of 90 Hz. The Ar ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate (1), providing the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface, namely, ensuring the presence of surface sections deviated in diametrically opposite directions with a deflection angle of 14 °.

После получения лунки в результате ионно-лучевой обработки в составе отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6) (см. Фиг.1в)) проводят термоэлектрический отжиг подложки (1). При термоэлектрическом отжиге пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла (слой естественного окисла (2), см. Фиг.1а)) материала подложки (1) и/или загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига. Весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки (1) в вакууме, характеризующимся остаточным давлением 10-8 Па. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки (1). Предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки (1) и загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, осуществляют, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1350°С в течение 8 минут.After receiving the hole as a result of ion-beam treatment, the composition of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions (see Fig. 1c)) conduct thermoelectric annealing of the substrate (1). During thermoelectric annealing, a direct electric current is passed by a value that causes resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of activated sublimation of atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface. Moreover, first a preliminary cleaning of the working surface of natural oxide (a layer of natural oxide (2), see Fig. 1a)) is carried out, the substrate material (1) and / or contaminants are annealed, which is the initial stage of thermoelectric annealing. All thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material (1) in a vacuum characterized by a residual pressure of 10 -8 Pa. Electric current is passed parallel to the working surface of the substrate (1). The preliminary annealing, which cleans the working surface of natural oxide of the substrate material (1) and contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, is carried out by passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature of 1350 ° C for 8 minutes.

При последующем основном этапе термоэлектрического отжига электрический ток пропускают в течение промежутка времени - 380 с и при температурном режиме - 910°С, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой (нижняя терраса (10)), с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки (см. Фиг.1г) и Фиг.2а)).In the subsequent main stage of thermoelectric annealing, an electric current is passed for a period of 380 s and at a temperature of 910 ° C, forming a cluster monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed along the periphery of the inner part of the well her (9), separated by a singular terrace (lower terrace (10)), with a controlled width located in the central part of the hole (see Fig. 1d) and Fig. 2a)).

После основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки (1) меняют, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки (1) до комнатной со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной 395°С/с в первую секунду охлаждения. Снижение температуры подложки осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением 10-8 Па.After the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate (1) is changed, the supply of electric current is stopped and the temperature of the substrate (1) is reduced to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, in the final account, preserving the size of the singular terrace in the central part of the hole, namely, at a speed equal to 395 ° C / s in the first second of cooling. The temperature of the substrate is reduced in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum, namely, characterized by a residual pressure of 10 -8 Pa.

Пример 5Example 5

На рабочей поверхности подложки (1) твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней (отклоненные в диаметрально противоположных направлениях участки поверхности (6), см. Фиг.1в)) (см. Фиг.1а) и б)).A hole is formed on the working surface of the substrate (1) of the solid-state material, which consists of sections of the surface of the substrate deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directions of the fronts of the atomic steps (surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions, see Fig. 1c)) (see Fig. 1a) and b)).

В качестве подложки твердотельного материала (1) используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0,1°. Подложку (1) подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией 7 кэВ в течение промежутка времени 360 минут в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, - 10-3 Па. При обработке подложку (1) вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой 100 Гц. Пучок ионов Ar направляют под углом к рабочей поверхности подложки (1), обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно, обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 15°.As the substrate of the solid-state material (1), a silicon substrate with a vicinal working surface (111) with a misorientation angle of 0.1 ° is used. The substrate (1) is subjected to ion-beam treatment with Ar ions with an energy of 7 keV for a period of 360 minutes in vacuum with a level sufficient to suppress the effect of residual gases during ion-beam treatment, 10 -3 Pa. During processing, the substrate (1) is rotated about an axis directed perpendicular to the working surface of the substrate with a frequency of 100 Hz. The Ar ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate (1), providing the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface, namely, ensuring the presence of surface sections deviated in diametrically opposite directions with a deflection angle of 15 °.

После получения лунки в результате ионно-лучевой обработки в составе отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6) (см. Фиг.1в)) проводят термоэлектрический отжиг подложки (1). При термоэлектрическом отжиге пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла (слой естественного окисла (2), см. Фиг.1а)) материала подложки (1) и/или загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига. Весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки (1) в вакууме, характеризующимся остаточным давлением 10-8 Па. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки (1). Предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки (1) и загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, осуществляют, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1300°С в течение 10 минут.After receiving the hole as a result of ion-beam treatment, the composition of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions (see Fig. 1c)) conduct thermoelectric annealing of the substrate (1). During thermoelectric annealing, a direct electric current is passed by a value that causes resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of activated sublimation of atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface. Moreover, first a preliminary cleaning of the working surface of natural oxide (a layer of natural oxide (2), see Fig. 1a)) is carried out, the substrate material (1) and / or contaminants are annealed, which is the initial stage of thermoelectric annealing. All thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material (1) in a vacuum characterized by a residual pressure of 10 -8 Pa. Electric current is passed parallel to the working surface of the substrate (1). The preliminary annealing, which cleans the working surface of natural oxide of the substrate material (1) and contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, is carried out by passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature of 1300 ° C for 10 minutes.

При последующем основном этапе термоэлектрического отжига электрический ток пропускают в течение промежутка времени - 400 с и при температурном режиме - 900°С, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой (нижняя терраса (10)), с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки (см. Фиг.1г) и Фиг.2а)).In the subsequent main stage of thermoelectric annealing, an electric current is passed for a time interval of 400 s and at a temperature of 900 ° C, forming a cluster of monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed along the periphery of the inner part of the well her (9), separated by a singular terrace (lower terrace (10)), with a controlled width located in the central part of the hole (see Fig. 1d) and Fig. 2a)).

После основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки (1) меняют, подачу электрического тока ограничивают и снижают температуру подложки (1) со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, а именно, со скоростью, равной 10°С/с, до температуры, которой свойственно отсутствие генерации новых атомных ступеней, но в отношении которой не прекращена электромиграция атомов, а именно, до температуры, равной 850°С. Далее посредством дополнительного этапа термоэлектрического отжига при указанной температуре, с подачей потока атомов материала подложки на подложку, увеличивающей длину электромиграции атомов, а именно потока, обеспечивающего скорость осаждения атомов на поверхность подложки 0,02 монослоя/с, дополнительно увеличивают размер полученной сингулярной террасы в центральной части лунки, отжигая в течение промежутка времени, достаточного для получения требуемого размера, а именно, в течение промежутка времени, равного 4 часам. Затем охлаждают до комнатной температуры со скоростью, сохраняющей полученное в результате дополнительного термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер дополнительно увеличенной сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной 400°С/с. Снижение температуры подложки осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением 10-8 Па.After the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate (1) is changed, the supply of electric current is limited and the temperature of the substrate (1) is limited at a rate that preserves the distribution of monoatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, namely, with at a rate of 10 ° C / s to a temperature which is characterized by the absence of generation of new atomic steps, but with respect to which the electromigration of atoms has not stopped, namely, to temperatures s equal to 850 ° C. Then, through an additional step of thermoelectric annealing at the indicated temperature, with the flow of atoms of the substrate material onto the substrate, increasing the length of electromigration of atoms, namely, the flow providing the deposition rate of atoms on the substrate surface of 0.02 monolayer / s, the size of the resulting singular terrace in the central parts of the hole, annealing for a period of time sufficient to obtain the desired size, namely, for a period of time equal to 4 hours. Then it is cooled to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of additional thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, and ultimately preserves the size of the additionally enlarged singular terrace in the central part of the well, namely, at a speed of 400 ° C / s The temperature of the substrate is reduced in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum, namely, characterized by a residual pressure of 10 -8 Pa.

Пример 6Example 6

На рабочей поверхности подложки (1) твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней (отклоненные в диаметрально противоположных направлениях участки поверхности (6), см. Фиг.1в)) (см. Фиг.1а) и б)).A hole is formed on the working surface of the substrate (1) of the solid-state material, which consists of sections of the surface of the substrate deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directions of the fronts of the atomic steps (surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions, see Fig. 1c)) (see Fig. 1a) and b)).

В качестве подложки твердотельного материала (1) используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0,09°. Подложку (1) подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией 7 кэВ в течение промежутка времени 1 минуты в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, - 10-4 Па. При обработке подложку (1) вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой 100 Гц. Пучок ионов Ar направляют под углом к рабочей поверхности подложки (1), обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно, обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 15°.As the substrate of the solid-state material (1), a silicon substrate with a vicinal working surface (111) with a misorientation angle of 0.09 ° is used. The substrate (1) is subjected to ion beam treatment with Ar ions with an energy of 7 keV for a period of 1 minute in vacuum with a level sufficient to suppress the effect of residual gases during ion beam treatment, 10 -4 Pa. During processing, the substrate (1) is rotated about an axis directed perpendicular to the working surface of the substrate with a frequency of 100 Hz. The Ar ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate (1), providing the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface, namely, ensuring the presence of surface sections deviated in diametrically opposite directions with a deflection angle of 15 °.

После получения лунки в результате ионно-лучевой обработки в составе отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6) (см. Фиг.1в)) проводят термоэлектрический отжиг подложки (1). При термоэлектрическом отжиге пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла (слой естественного окисла (2), см. Фиг.1а)) материала подложки (1) и/или загрязнений, отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига. Весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки (1) в вакууме, характеризующимся остаточным давлением 2×10-8 Па. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки (1). Предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки (1) и загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, осуществляют, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1300°С в течение 10 минут.After receiving the hole as a result of ion-beam treatment, the composition of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions (see Fig. 1c)) conduct thermoelectric annealing of the substrate (1). During thermoelectric annealing, a direct electric current is passed by a value that causes resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of activated sublimation of atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface. Moreover, first they carry out preliminary cleaning of the working surface of natural oxide (natural oxide layer (2), see Fig. 1a)) of the substrate material (1) and / or contaminants, annealing, which is the initial stage of thermoelectric annealing. All thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material (1) in vacuum, characterized by a residual pressure of 2 × 10 -8 Pa. Electric current is passed parallel to the working surface of the substrate (1). The preliminary annealing, which cleans the working surface of natural oxide of the substrate material (1) and contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, is carried out by passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature of 1300 ° C for 10 minutes.

При последующем основном этапе термоэлектрического отжига электрический ток пропускают в течение промежутка времени - 400 с и при температурном режиме - 900°С, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой (нижняя терраса (10)), с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки (см. Фиг.1г) и Фиг.2а)).In the subsequent main stage of thermoelectric annealing, an electric current is passed for a time interval of 400 s and at a temperature of 900 ° C, forming a cluster of monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed along the periphery of the inner part of the well her (9), separated by a singular terrace (lower terrace (10)), with a controlled width located in the central part of the hole (see Fig. 1d) and Fig. 2a)).

После основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки (1) меняют, подачу электрического тока ограничивают и снижают температуру подложки (1) со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, а именно, со скоростью, равной 0,1°С/с, до температуры, которой свойственно отсутствие генерации новых атомных ступеней, но в отношении, которой не прекращена электромиграция атомов, а именно, до температуры, равной 832°С. Далее посредством дополнительного этапа термоэлектрического отжига при указанной температуре, с подачей потока атомов материала подложки на подложку, увеличивающей длину электромиграции атомов, а именно, потока, обеспечивающего скорость осаждения атомов на поверхность подложки 0,01 монослоя/с, дополнительно увеличивают размер полученной сингулярной террасы в центральной части лунки, отжигая в течение промежутка времени, достаточного для получения требуемого размера, а именно, в течение промежутка времени, равного 10 часам. Затем охлаждают до комнатной температуры со скоростью, сохраняющей полученное в результате дополнительного термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер дополнительно увеличенной сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной 300°С/с. Снижение температуры подложки осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением 2×10-8 Па.After the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate (1) is changed, the supply of electric current is limited and the temperature of the substrate (1) is limited at a rate that preserves the distribution of monoatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, namely, with at a rate of 0.1 ° C / s, to a temperature which is characterized by the absence of generation of new atomic steps, but with respect to which the electromigration of atoms has not stopped, namely, to the temperature ry equal to 832 ° С. Further, by means of an additional step of thermoelectric annealing at the indicated temperature, with the flow of atoms of the substrate material onto the substrate, increasing the length of electromigration of atoms, namely, the flow providing the deposition rate of atoms on the substrate surface of 0.01 monolayer / s, the size of the resulting singular terrace is further increased by the central part of the hole, annealing for a period of time sufficient to obtain the desired size, namely, for a period of time equal to 10 hours. Then it is cooled to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of additional thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, and ultimately preserves the size of the additionally enlarged singular terrace in the central part of the well, namely, at a speed of 300 ° C / s The temperature of the substrate is reduced in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum, namely, characterized by a residual pressure of 2 × 10 -8 Pa.

Пример 7Example 7

На рабочей поверхности подложки (1) твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней (отклоненные в диаметрально противоположных направлениях участки поверхности (6), см. Фиг.1в)) (см. Фиг.1а) и б)).A hole is formed on the working surface of the substrate (1) of the solid-state material, which consists of sections of the surface of the substrate deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directions of the fronts of the atomic steps (surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions, see Fig. 1c)) (see Fig. 1a) and b)).

В качестве подложки твердотельного материала (1) используют подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным 0,1°. Подложку (1) подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией 7 кэВ в течение промежутка времени 360 минут в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, - 10-3 Па. При обработке подложку (1) вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой 100 Гц. Пучок ионов Ar направляют под углом к рабочей поверхности подложки (1), обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно, обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения 15°.As the substrate of the solid-state material (1), a silicon substrate with a vicinal working surface (111) with a misorientation angle of 0.1 ° is used. The substrate (1) is subjected to ion-beam treatment with Ar ions with an energy of 7 keV for a period of 360 minutes in vacuum with a level sufficient to suppress the effect of residual gases during ion-beam treatment, 10 -3 Pa. During processing, the substrate (1) is rotated about an axis directed perpendicular to the working surface of the substrate with a frequency of 100 Hz. The Ar ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate (1), providing the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface, namely, ensuring the presence of surface sections deviated in diametrically opposite directions with a deflection angle of 15 °.

После получения лунки в результате ионно-лучевой обработки в составе отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности (6) (см. Фиг.1в)) проводят термоэлектрический отжиг подложки (1). При термоэлектрическом отжиге пропускают постоянный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки (1) до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней. Причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла (слой естественного окисла (2), см. Фиг.1а)) материала подложки (1) и/или загрязнений, отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига. Весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки (1) в вакууме, характеризующимся остаточным давлением 6×10-8 Па. Электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки (1). Предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки (1) и загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, осуществляют, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры 1310°С в течение 11 минут.After receiving the hole as a result of ion-beam treatment, the composition of surface sections (6) deviated in diametrically opposite directions (see Fig. 1c)) conduct thermoelectric annealing of the substrate (1). During thermoelectric annealing, a direct electric current is passed by a value that causes resistive heating of the substrate material (1) to the temperature of activated sublimation of atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface. Moreover, first they carry out preliminary cleaning of the working surface of natural oxide (natural oxide layer (2), see Fig. 1a)) of the substrate material (1) and / or contaminants, annealing, which is the initial stage of thermoelectric annealing. All thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material (1) in a vacuum, characterized by a residual pressure of 6 × 10 -8 Pa. Electric current is passed parallel to the working surface of the substrate (1). The preliminary annealing, which cleans the working surface from natural oxide of the substrate material (1) and contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, is carried out by passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature of 1310 ° C for 11 minutes.

При последующем основном этапе термоэлектрического отжига электрический ток пропускают в течение промежутка времени - 10 с и при температурном режиме - 1400°С, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки (1) относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней (9), разделенных сингулярной террасой (нижняя терраса (10)), с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки (см. Фиг.1г) и Фиг.2а)).In the subsequent main stage of thermoelectric annealing, an electric current is passed for a period of time of 10 s and at a temperature of 1400 ° C, forming a cluster of monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed along the periphery of the inner part of the well her (9), separated by a singular terrace (lower terrace (10)), with a controlled width located in the central part of the hole (see Fig. 1d) and Fig. 2a)).

После основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки (1) меняют, подачу электрического тока ограничивают и снижают температуру подложки (1) со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, а именно, со скоростью, равной 9°С/с, до температуры, которой свойственно отсутствие генерации новых атомных ступеней, но в отношении, которой не прекращена электромиграция атомов, а именно, до температуры, равной 1100°С. Далее посредством дополнительного этапа термоэлектрического отжига при указанной температуре, с подачей потока атомов материала подложки на подложку, увеличивающей длину электромиграции атомов, а именно, сначала потока, обеспечивающего скорость осаждения атомов на поверхность подложки 0,02 монослоя/с, чем достигается размер террасы в диаметре 100 мкм, а затем, снижая поток, до обеспечивающего скорость осаждения атомов на поверхность подложки 0,018 монослоя/с, и, понижая температуру подложки до 900°С, дополнительно увеличивают размер полученной сингулярной террасы в центральной части лунки, отжигая в течение промежутка времени, достаточного для получения требуемого размера, а именно, в течение промежутка времени, равного 1 минуте. Затем охлаждают до комнатной температуры со скоростью, сохраняющей полученное в результате дополнительного термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер дополнительно увеличенной сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно, со скоростью, равной 350°С/с. Снижение температуры подложки осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно, характеризующимся остаточным давлением 6×10-8 Па.After the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate (1) is changed, the supply of electric current is limited and the temperature of the substrate (1) is limited at a rate that preserves the distribution of monoatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, namely, with at a rate of 9 ° C / s, to a temperature which is characterized by the absence of generation of new atomic steps, but with respect to which the electromigration of atoms has not stopped, namely, to temperatures s equal to 1100 ° C. Further, by means of an additional step of thermoelectric annealing at the indicated temperature, with the flow of atoms of the substrate material onto the substrate, increasing the length of the electromigration of atoms, namely, first, a stream providing the deposition rate of atoms on the substrate surface of 0.02 monolayer / s, thereby achieving a terrace size in diameter 100 μm, and then, reducing the flow, to ensure a deposition rate of atoms on the substrate surface of 0.018 monolayer / s, and lowering the temperature of the substrate to 900 ° C, further increase the size of the obtained of a singular terrace in the central part of the hole, annealing for a period of time sufficient to obtain the desired size, namely, for a period of time equal to 1 minute. Then it is cooled to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of additional thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, and ultimately preserves the size of the additionally enlarged singular terrace in the central part of the well, namely, at a speed of 350 ° C / s The temperature of the substrate is reduced in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the material of the substrate into vacuum, namely, characterized by a residual pressure of 6 × 10 -8 Pa.

Способом, изложенным в данном примере реализации, сформирована сингулярная терраса, представленная на фотографиях на Фиг.3. Ее размер - 200 мкм ×160 мкм (см. Фиг.3, позиция (10) на Фиг.3б)). Терраса ограничена скоплением близкорасположенных моноатомных ступеней, разделенных узкими террасами, (11) (см. Фиг.3а) и б)).By the method described in this example implementation, a singular terrace is formed, as shown in the photographs in FIG. 3. Its size is 200 μm × 160 μm (see Fig. 3, position (10) in Fig. 3b)). The terrace is limited by the accumulation of closely spaced monatomic steps separated by narrow terraces (11) (see Fig. 3a) and b)).

Claims (9)

1. Способ формирования плоской гладкой поверхности твердотельного материала заключающийся в том, что проводят термоэлектрический отжиг подложки, отличающийся тем, что перед проведением термоэлектрического отжига на рабочей поверхности подложки твердотельного материала формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней, при термоэлектрическом отжиге пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, причем сначала осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, затем проводят основной этап термоэлектрического отжига или проводят основной этап термоэлектрического отжига и дополнительный этап термоэлектрического отжига, весь термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение промежутка времени и при температурном режиме, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней, разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки, после проведения основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки меняют, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной со скоростью, сохраняющей полученное в результате проведения основного этапа термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете, сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, или после проведения основного этапа термоэлектрического отжига подачу электрического тока ограничивают и снижают температуру подложки со скоростью, сохраняющей полученное в результате проведения основного этапа термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, до температуры, которой свойственно отсутствие генерации новых атомных ступеней, но в отношении которой не прекращена электромиграция атомов, и посредством проведения дополнительного этапа термоэлектрического отжига при указанной температуре, с подачей потока атомов материала подложки на подложку, увеличивающей длину электромиграции атомов, дополнительно увеличивают размер полученной в результате основного этапа термоэлектрического отжига сингулярной террасы в центральной части лунки, отжигая в течение промежутка времени, достаточного для получения требуемого размера, а далее охлаждают до комнатной температуры со скоростью, сохраняющей полученное в результате проведения дополнительного этапа термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер дополнительно увеличенной сингулярной террасы в центральной части лунки.1. The method of forming a flat smooth surface of a solid-state material is that thermoelectric annealing of the substrate is carried out, characterized in that before conducting thermoelectric annealing on the working surface of the substrate of the solid-state material, a hole is formed consisting of portions of the surface of the substrate deflected diametrically opposite to the working surface of the substrate directions providing opposite directions of the fronts of atomic steps during thermoelectric annealing they dispense direct or alternating electric current with a value causing resistive heating of the substrate material to the temperature of activated sublimation of the atoms of the upper atomic layer with movement along the surface of the monatomic steps, and first annealing is performed, which cleans the working surface of the natural oxide of the substrate material and / or contaminants, which is the initial stage thermoelectric annealing, then carry out the main stage of thermoelectric annealing or conduct the main stage of thermoelectric of annealing and an additional step of thermoelectric annealing, all thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into vacuum, an electric current is passed parallel to the working surface of the substrate, over a period of time and under the temperature regime, forming the periphery of the inner part of the well, formed by sections of the surface of the substrate deflected in diametrically opposite directions relative to its working surface a cluster of monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed along the periphery of the inner part of the well, separated by a singular terrace, with a controlled width located in the central part of the well, after the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate is changed , the supply of electric current is stopped and the temperature of the substrate is reduced to room temperature at a speed that preserves the resulting e the main stage of thermoelectric annealing, the distribution of monatomic steps, with the lack of generation of new atomic steps, ultimately preserving the size of the singular terrace in the central part of the hole, or after the main stage of thermoelectric annealing, the supply of electric current is limited and the substrate temperature is reduced at a rate that preserves the obtained as a result of the main stage of thermoelectric annealing, the distribution of monatomic steps, with the absence of the generation of new atoms of many steps, to a temperature which is characterized by the absence of generation of new atomic steps, but with respect to which the electromigration of atoms has not been stopped, and through an additional step of thermoelectric annealing at the indicated temperature, with the flow of atoms of the substrate material onto the substrate, increasing the length of atomic electromigration, the size of the singular terrace obtained in the main part of the thermoelectric annealing in the central part of the hole, annealing during the gap a belt sufficient to obtain the required size, and then cooled to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of an additional step of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, ultimately preserves the size of the additionally enlarged singular terrace in the central part of the hole . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подложки твердотельного материала используют подложку кремния с ориентацией рабочей поверхности (111) или подложку кремния с вицинальной рабочей поверхностью (111) с углом разориентации, равным от 0°0'20" до 5°.2. The method according to claim 1, characterized in that a silicon substrate with a working surface orientation (111) or a silicon substrate with a vicinal working surface (111) with a misorientation angle of 0 ° 0'20 "to 5 °. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют лунку, состоящую из участков поверхности подложки, отклоненных относительно рабочей поверхности подложки в диаметрально противоположных направлениях, обеспечивающих противоположную направленность фронтов атомных ступеней, тем, что подложку подвергают ионно-лучевой обработке ионами Ar с энергией от 1 до 7 кэВ в течение промежутка времени от 1 до 360 мин в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов при проведении ионно-лучевой обработки, а именно не больше 10-3 Па, при обработке подложку вращают относительно оси, направленной перпендикулярно рабочей поверхности подложки, с частотой от 0,1 до 100 Гц, пучок ионов направляют под углом к рабочей поверхности подложки, обеспечивающим размеры лунки, необходимые для получения требуемой площади плоской атомно-гладкой поверхности, а именно обеспечивающим наличие отклоненных в диаметрально противоположных направлениях участков поверхности с углом отклонения от 0°0'10" до 15°.3. The method according to claim 1, characterized in that a hole is formed consisting of portions of the substrate surface deflected relative to the working surface of the substrate in diametrically opposite directions, providing opposite directionality of the fronts of the atomic steps, in that the substrate is subjected to ion beam treatment with Ar ions energy from 1 keV to 7 for a time of from 1 to 360 minutes in a vacuum at a level sufficient to inhibit the effect of residual gas during the ion-beam treatment, namely not more than 10 -3 Pa at during processing, the substrate is rotated about an axis directed perpendicular to the working surface of the substrate, with a frequency of 0.1 to 100 Hz, the ion beam is directed at an angle to the working surface of the substrate, providing the dimensions of the hole necessary to obtain the required area of a flat atomically smooth surface, namely, providing the presence of surface sections deviated in diametrically opposite directions with an angle of deviation from 0 ° 0'10 "to 15 °. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоэлектрический отжиг проводят в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно характеризующимся остаточным давлением не более 10-8 Па.4. The method according to claim 1, characterized in that the thermoelectric annealing is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the influence of residual gases and the release of atoms of the substrate material into the vacuum, namely, characterized by a residual pressure of not more than 10 -8 Pa. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют предварительный, очищающий рабочую поверхность от естественного окисла материала подложки и/или загрязнений отжиг, являющийся начальным этапом термоэлектрического отжига, пропуская электрический ток величиной, соответствующей нагреву до температуры от 1250°С до 1410°С в течение минуты и более.5. The method according to claim 1, characterized in that annealing is carried out preliminary, cleaning the working surface of natural oxide of the substrate material and / or contaminants, which is the initial stage of thermoelectric annealing, passing an electric current of a value corresponding to heating to a temperature from 1250 ° C to 1410 ° C for a minute or more. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят основной этап термоэлектрического отжига, при котором пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение промежутка времени и при температурном режиме, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней, разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки, а именно до температуры температурного режима от 832°С до 1410°С и промежутка времени от 8 до 14000000 с, с соответствием меньшей температуре нагрева подложки большего времени отжига, с уменьшением при промежуточных значениях температур указанного диапазона времени отжига пропорционально увеличению температуры.6. The method according to claim 1, characterized in that the main stage of thermoelectric annealing is carried out, in which direct or alternating electric current is passed by a value causing resistive heating of the substrate material to the temperature of activated sublimation of atoms of the upper atomic layer with the movement of monoatom steps along the surface, electric current pass parallel to the working surface of the substrate, over a period of time and under temperature conditions, forming on the periphery of the inner part of the hole formed by the deviation areas of the substrate surface relative to its working surface in diametrically opposite directions, the accumulation of monoatom steps with a high density, with the appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed around the periphery of the well, separated by a singular terrace, with a controlled width located in the central part of the well, and namely, to the temperature of the temperature regime from 832 ° C to 1410 ° C and the time interval from 8 to 14000000 s, with less correspondence erature annealing time greater heating of the substrate, with decreasing values at intermediate temperature range of said annealing time proportional to the increase in temperature. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что после основного этапа термоэлектрического отжига, температурный режим в отношении подложки меняют, подачу электрического тока прекращают и снижают температуру подложки до комнатной со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно со скоростью, равной от 0,1 до 400°С/с.7. The method according to claim 1, characterized in that after the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate is changed, the supply of electric current is stopped and the temperature of the substrate is reduced to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, which ultimately preserves the size of the singular terrace in the central part of the hole, namely, at a speed of 0.1 to 400 ° C / s. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что после основного этапа термоэлектрического отжига температурный режим в отношении подложки меняют, подачу электрического тока ограничивают и снижают температуру подложки со скоростью, сохраняющей полученное в результате термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, а именно от 0,1 до 10°С/с, до температуры, которой свойственно отсутствие генерации новых атомных ступеней, но в отношении, которой не прекращена электромиграция атомов, а именно до температуры, равной от 832°С до 1100°С, и проводят дополнительный этап термоэлектрического отжига, при котором пропускают постоянный или переменный электрический ток величиной, вызывающей резистивный нагрев материала подложки до температуры активируемой сублимации атомов верхнего атомного слоя с передвижением по поверхности моноатомных ступеней, электрический ток пропускают параллельно рабочей поверхности подложки, в течение промежутка времени и при температурном режиме, формирующими по периферии внутренней части лунки, образованной отклоненными в диаметрально противоположных направлениях участками поверхности подложки относительно ее рабочей поверхности, скопление моноатомных ступеней с высокой плотностью, со свойственным появлением равномерно распределенных по периферии внутренней части лунки одиночных концентрических моноатомных ступеней, разделенных сингулярной террасой, с контролируемой шириной, расположенной в центральной части лунки, посредством дополнительного этапа термоэлектрического отжига при указанной температуре, с подачей потока атомов материала подложки на подложку, увеличивающей длину электромиграции атомов, а именно потока, обеспечивающего скорость осаждения атомов на поверхность подложки от 0,01 до 0,02 монослоя/с, дополнительно увеличивают размер полученной сингулярной террасы в центральной части лунки, отжигая в течение промежутка времени, достаточного для получения требуемого размера, а именно в течение промежутка времени, равного от 1 мин до 10 ч, с соответствием большего времени меньшей температуре дополнительного термоэлектрического отжига, а далее охлаждают до комнатной температуры со скоростью, сохраняющей полученное в результате дополнительного термоэлектрического отжига распределение моноатомных ступеней, с отсутствием генерации новых атомных ступеней, в конечном счете сохраняющей размер дополнительно увеличенной сингулярной террасы в центральной части лунки, а именно со скоростью, равной от 10 до 400°С/с.8. The method according to claim 1, characterized in that after the main stage of thermoelectric annealing, the temperature regime with respect to the substrate is changed, the supply of electric current is limited and the temperature of the substrate is reduced at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of thermoelectric annealing, with no generation of new atomic steps, namely from 0.1 to 10 ° C / s, to a temperature which is characterized by the absence of generation of new atomic steps, but with respect to which the electromigration of atoms is not stopped, but to a temperature equal to 832 ° С to 1100 ° С, and an additional thermoelectric annealing step is carried out, at which direct or alternating electric current is passed by a value that causes resistive heating of the substrate material to the temperature of activated sublimation of atoms of the upper atomic layer with the movement of monatomic steps on the surface , an electric current is passed parallel to the working surface of the substrate, over a period of time and under temperature conditions, forming an image on the periphery of the inner part of the hole The surface of the substrate deviated in diametrically opposite directions relative to its working surface is an accumulation of monoatom steps with a high density, with the characteristic appearance of single concentric monoatom steps evenly distributed around the periphery of the well, separated by a singular terrace, with a controlled width located in the central part of the well, through an additional step of thermoelectric annealing at the specified temperature, with a flow of at ohms of the substrate material on the substrate, increasing the length of the electromigration of atoms, namely, the flow providing the deposition rate of atoms on the surface of the substrate from 0.01 to 0.02 monolayer / s, further increase the size of the resulting singular terrace in the Central part of the hole, annealing for a period of time sufficient to obtain the required size, namely, for a period of time from 1 minute to 10 hours, with a longer time corresponding to a lower temperature of additional thermoelectric annealing, and then cooling to room temperature at a rate that preserves the distribution of monatomic steps obtained as a result of additional thermoelectric annealing, with the absence of generation of new atomic steps, and ultimately preserves the size of the additionally enlarged singular terrace in the central part of the well, namely, at a speed of 10 to 400 ° C / s 9. Способ п.7 или 8, отличающийся тем, что снижение температуры подложки или снижение температуры подложки и проведение дополнительного этапа термоэлектрического отжига с дальнейшим снижением, температуры подложки до комнатной осуществляют в вакууме с уровнем, достаточным для подавления влияния остаточных газов и выхода атомов материала подложки в вакуум, а именно характеризующимся остаточным давлением не более 10-8 Па. 9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that lowering the temperature of the substrate or lowering the temperature of the substrate and performing an additional step of thermoelectric annealing with a further decrease, the temperature of the substrate to room temperature is carried out in vacuum with a level sufficient to suppress the effect of residual gases and the release of atoms of the material substrate in a vacuum, namely, characterized by a residual pressure of not more than 10 -8 Pa.
RU2011100189/28A 2011-01-11 2011-01-11 Method of forming flat smooth surface of solid material RU2453874C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011100189/28A RU2453874C1 (en) 2011-01-11 2011-01-11 Method of forming flat smooth surface of solid material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011100189/28A RU2453874C1 (en) 2011-01-11 2011-01-11 Method of forming flat smooth surface of solid material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2453874C1 true RU2453874C1 (en) 2012-06-20

Family

ID=46681178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011100189/28A RU2453874C1 (en) 2011-01-11 2011-01-11 Method of forming flat smooth surface of solid material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2453874C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540000C1 (en) * 2013-10-01 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Method to manufacture stepped altitude calibration standard for profilometry and scanning probe microscopy
RU2649058C1 (en) * 2017-02-15 2018-03-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Method of manufacturing of a step altitude calibration standard and a step altitude calibration standard

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4906594A (en) * 1987-06-12 1990-03-06 Agency Of Industrial Science And Technology Surface smoothing method and method of forming SOI substrate using the surface smoothing method
US6455399B2 (en) * 1999-04-21 2002-09-24 Silicon Genesis Corporation Smoothing method for cleaved films made using thermal treatment
US6805807B2 (en) * 1999-07-19 2004-10-19 Epion Corporation Adaptive GCIB for smoothing surfaces
US6806199B2 (en) * 2000-03-16 2004-10-19 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for manufacturing silicon mirror wafer, silicon mirror wafer, and heat treatment furnace
RU2006116830A (en) * 2006-05-16 2007-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани Воронежска государственна технологическа академи (RU) METHOD FOR PRODUCING ATOMIC-SMOOTH GALLIUM ARSENIDE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4906594A (en) * 1987-06-12 1990-03-06 Agency Of Industrial Science And Technology Surface smoothing method and method of forming SOI substrate using the surface smoothing method
US6455399B2 (en) * 1999-04-21 2002-09-24 Silicon Genesis Corporation Smoothing method for cleaved films made using thermal treatment
US6805807B2 (en) * 1999-07-19 2004-10-19 Epion Corporation Adaptive GCIB for smoothing surfaces
US6806199B2 (en) * 2000-03-16 2004-10-19 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for manufacturing silicon mirror wafer, silicon mirror wafer, and heat treatment furnace
RU2006116830A (en) * 2006-05-16 2007-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани Воронежска государственна технологическа академи (RU) METHOD FOR PRODUCING ATOMIC-SMOOTH GALLIUM ARSENIDE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y. Homma et al. PHYS. REV. В., 55, 16, 1997. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540000C1 (en) * 2013-10-01 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Method to manufacture stepped altitude calibration standard for profilometry and scanning probe microscopy
RU2649058C1 (en) * 2017-02-15 2018-03-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Method of manufacturing of a step altitude calibration standard and a step altitude calibration standard

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5561918B2 (en) Silicon wafer manufacturing method
US5082359A (en) Diamond films and method of growing diamond films on nondiamond substrates
US7052948B2 (en) Film or layer made of semi-conductive material and method for producing said film or layer
EP3018696B1 (en) Manufacturing method for semiconductor substrate
KR100857751B1 (en) PRODUCTION METHOD OF SiC MONITOR WAFER
JP5263839B2 (en) Method for producing group III nitride crystal
JPWO2018174105A1 (en) Method for producing modified SiC wafer, SiC wafer with epitaxial layer, method for producing the same, and surface treatment method
TW201629281A (en) Surface treatment method for sic substrate
RU2453874C1 (en) Method of forming flat smooth surface of solid material
JP7161158B2 (en) Method for manufacturing diamond substrate layer
KR101299211B1 (en) Improved process for transfer of a thin layer formed in a substrate with vacancy clusters
Omi et al. Wafer-scale strain engineering on silicon for fabrication of ultimately controlled nanostructures
JP2022510159A (en) Diamond substrate manufacturing method
TW201145360A (en) Semiconductor structure made using improved ion implantation process
JP2010064911A (en) Structure having projecting part, and method for manufacturing the same
RU2593633C1 (en) Method of forming ordered structures on surface of semiconductor substrates
JP2019006629A (en) Method of manufacturing single crystal diamond, single crystal diamond composite body, and single crystal diamond substrate
Zimin et al. Inductively Coupled Plasma Sputtering: Structure of IV-VI Semiconductors
JP3439040B2 (en) Compound semiconductor surface treatment method
Latyshev et al. Monatomic steps on silicon surfaces
TWI382470B (en) Semiconductor on insulator structure made using radiation annealing
Stepanov et al. Fabrication and applications of thin silicon and germanium layers with implanted silver nanoparticles
Tan et al. Laser annealing of silicon nanocrystal films formed by pulsed-laser deposition
JP3207505B2 (en) Manufacturing method of porous silicon member
JPS5897835A (en) Semiconductor substrate and manufacture thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190112