WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Для оценки уровня механических напряжений в структуре 3C-SiC/Si от величины прогиба была использована широко известная методика Стони подробно описанная, например, в работе. Расчеты по данной методике проводятся в предположении однородности напряжений по толщине пленки и при условии, что её толщина значительно меньше толщины подложки. Величина рассчитанных таким образом механических напряжений в слое составляла 1 ГПа и более, в зависимости от условий получения и толщины слоев SiC. Полученные результаты свидетельствуют об уменьшении механических напряжений в слоях на пористом материале по сравнению со структурами, полученными на немодифицированных подложках КЭФ 15, что свидетельствует о более эффективной релаксации напряжений на границе раздела слой/подложка.

В третьей главе предложено использовать структуры 3C-SiC/Si(100) в качестве активных элементов датчиков давления и интерферометрических микрофонов. Основные преимущества 3C-SiC:

1. Высокая химическая стойкость позволяет вытравливать мембраны без использования стоп слоев и защитных маскирующих покрытий, создает возможность эксплуатировать приборы в условиях агрессивных сред;

2. Существует возможность локально изменять проводимость материала мембраны, и, следовательно, формировать в мембране активные приборы;

3. В 3С-SiC наблюдается тензоэффект, что дает возможность использовать мембрану как активный элемент.

Представлена методика изготовления мембран двух типов: плоских и гофрированных. Процесс формирования гофрированной мембраны состоит из следующих последовательных технологических операций: изготовления гофра и меток совмещения на лицевой и обратной сторонах кремниевой подложки методом жидкостного химического травления; газофазного осаждения пленки SiC на лицевой и обратной стороне подложки; формирования маски для анизотропного травления мембраны с обратной стороны подложки; жидкостного анизотропного травления мембраны; разделения пластины на кристаллы.

В соответствии с методикой, подробно описанной в работе, проведена оценка величины встроенных механических напряжений слоев. Методика заключается в измерении прогиба центра мембраны в зависимости от приложенного давления и вычисления по линейному участку полученной зависимости значений напряжений. Проведено сравнение чувствительности карбидокремниевых мембран с мембранами из нитрида кремния (Si3N4). Результаты измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты измерений механических напряжений и чувствительности карбидокремниевых мембран

материал мембраны

тип мембраны

размер, мм

толщина, мкм

механические напряжения, МПа

чувстви­тельность, нм/Па

3C-SiC

деформи­рованная

1,5

0,58

28

14

3C-SiC

плоская

1,5-1,8

0,6

30-530

0,8-14

3C-SiC

гофри­рованная

1,5

0,8

-

17

Si3N4

плоская

1,5

0,6

-

0,5

Наиболее качественные из полученных плоских мембран характеризуются высокой чувствительностью (порядка 14 нм/Па) и высокой прочностью (критическое давление до 90кПа). Значение внутренних напряжений составляет ~30 МПа. Для сравнения у нитридных мембран с толщинами того же порядка чувствительность ~ 0,5 нм/Па, т.е. в 30 раз хуже.

Полученные результаты показывают, что для плоских мембран чувствительность уменьшается с увеличением значения внутренних напряжений. Максимальная чувствительность достигнута на гофрированных мембранах, несмотря на большую, по сравнению с плоскими мембранами, толщину. Это позволяет заключить, что на основе структур SiC/Si возможно получение мембран с более высокой чувствительностью, чем у мембран из Si3N4.

В четвертой главе рассматривается возможность использования гетероструктур 3C-SiC/Si для фотоприемников, фотовольтаических преобразователей и транзисторных структур с широкозонным эмиттером.

В главе приводятся результаты исследований диодных свойств изотипных и анизотипных гетероструктур 3С-SiC/Si с буферным слоем, изготовленным методом карбидизации монокристаллического кремния и карбидизацией нанопористого кремния.

Представлена технология формирования гетероструктур 3C-SiC/Si, включающая нанесение алюминиевых контактов на лицевую и обратную стороны структуры методом магнетронного напыления, фотолитографию по металлу со стороны эпитаксиального слоя для формирования контактных площадок, формирование мезаструктур методом реактивного ионно-плазменного травления.

Показано, что структуры с изотипными гетеропереходами не обладают выпрямляющими свойствами, ни на самом гетеропереходе, ни на контакте металл-карбид кремния. В тоже время анизотипные гетероструктуры обладают диодными свойствами с максимальными обратными напряжениями до 200 В.

а

б

Рис. 6. Прямая (а) и обратная (б) ветви ВАХ образца с буферным слоем на основе карбидизированного нанопористого кремния

На рис. 6 представлены прямая и обратная ветви ВАХ структуры n-3C-SiC/p-Si с карбидизированным нанопористым буферным слоем. Далее в главе приводятся результаты анализа вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик анизотипных и изотипных гетероструктур, проводятся оценки диффузионных потенциалов анизотипных гетероструктур. Их значения составили 0,79…0,92 эВ. Анализ процессов транспорта носителей заряда в гетероструктурах n-SiC/p-Si показал, что наиболее вероятным механизмом электронного транспорта в анизотипных гетероструктурах является эмиссионно-рекомбинационный. Далее в главе приводятся результаты сопоставления теоретических и экспериментальных ВАХ для исследуемых образцов структур n-SiC/p-Si. Показано, что теоретическая зависимость ВАХ прямой ветви анизотипной гетероструктуры хорошо согласуется с экспериментально полученной и, следовательно, может быть описана в рамках эмиссионно-рекомбинационной модели.

В заключении подведены итоги проделанной работы и сформулированы основные результаты исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

  1. Разработана и изготовлена установка CVD эпитаксии, позволяющая проводить подготовку интерфейса и осаждение слоев 3С-SiC на Si при температурах до 1400°С.
  2. Определены оптимальные условия карбидизации монокристаллического кремния и нанопористого кремния.
  3. Экспериментально установлено, что скорость роста при CVD эпитаксии 3C-SiC монотонно уменьшается с ростом температуры. Такой характер зависимости объясняется обеднением газовой фазы ростообразующими компонентами за счет гетерогенной кристаллизации и увеличением вклада гомогенной кристаллизации в области подложки. При этом влияние гомогенной кристаллизации наиболее заметно при максимальных температурах эпитаксии и значениях потока моносилана.
  4. Показано, что при осаждении карбида кремния в температурном диапазоне от 1200 до 1390°С при скорости потока водорода 5,5 л/мин и соотношении Si/C на входе в реактор 0,26 в интервале температур 1200 -1300°С наблюдается рост преимущественно поликристаллических слоев с включениями монокристаллической фазы. В интервале температур 1300-1350°С наблюдается рост текстурированных пленок 3C-SiC, а при 1390°С наблюдается рост монокристаллического 3C-SiC.
  5. Установлено, что уменьшение потока пропана при фиксированном потоке моносилана ведет к изменению структуры слоя от монокристаллической до поликристаллической. Соотношение потоков пропана и моносилана на входе в реактор изменялось от 1,3 до 0.
  6. Определен диапазон оптимальных температур подложки, позволяющий получать слои карбида кремния с минимальным уровнем механических напряжений. Минимальные значения напряжений независимо от метода подготовки буферного слоя соответствуют диапазону температур роста 1350 - 1370°С.
  7. Изготовлены образцы гетероструктур на основе композиции 3C-SiC/Si. Установлено, что для получения гетеропереходов, с высоким коэффициентом выпрямления (более 105) необходимо формировать мезаструктуры методом реактивного ионно-плазменного травления.
  8. Проведены исследования вольт-амперных характеристик образцов, изготовленных на подложках n-Si и p-Si. Показано, что структуры с изотипными гетеропереходами не обладают выпрямляющими свойствами, ни на самом гетеропереходе, ни на контакте металл-карбид кремния. В тоже время анизотипные гетероструктуры обладали диодными характеристиками с максимальными обратными напряжениями до 200 В.
  9. С использованием известных моделей токопереноса в гетероструктурах и результатов измерений ВАХ показано, что наиболее вероятным механизмом электронного транспорта в анизотипной гетероструктуре n-SiC/p-Si является эмиссионно-рекомбинационный.
  10. Исследование значений остаточных напряжений в 3C-SiC мембранах показало, что для плоских мембран чувствительность уменьшается с увеличением значения внутренних напряжений. Максимальная чувствительность была достигнута на гофрированных мембранах, несмотря на большую, по сравнению с плоскими мембранами, толщину.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Из перечня изданий, рекомендованных ВАК:

  1. Методика эпитаксиального наращивания кубического карбида кремния на кремнии по технологии CVD / Матузов А.В., Ильин В.А., Казак-Казакевич А.З., Петров А.С. // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2007. № 3. С. 22-26.

и другие:

  1. Оборудование и технология CVD-эпитаксии карбида кремния / А.В. Матузов, А.В. Афанасьев, В.А. Ильин, А.В. Каманин, В.В. Лучинин, А.С. Петров, Б.В. Пушный // IV Международная научная конференциия «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», 19-24 сентября 2004 г. Кисловодск : [сб. докл.] Кисловодск. 2004. С. 252-253.
  2. A.V. Matuzov, M.A. Kuznetsova, A.Yu. Savenko. Silicon carbide on silicon substrate structures investigation by means of focused ion beam (Исследование структур карбида кремния на подложках кремния с использованием остросфокусированного ионного пучка) // Physics of Electronic Materials : 2nd International Conference Proceedings, Kaluga, Russia, May 24-27, 2005. Volume 2 / Ed. K.G. Nikiforov. Kaluga : KSPU Press, 2005. P. 49-51.
  3. Получение эпитаксиальных слоев кубического карбида кремния на подложках кремния методом газо-фазной эпитаксии / А.В. Матузов, Н.М. Коровкина, М.А. Кузнецова, А.Ю. Савенко // 7-я Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, 5-9 декабря 2005 г. Санкт-Петербург: [сб. матер.] Санкт-Петербург. 2005. C. 35.
  4. Влияние водородного травления на морфологию поверхности пористого кремния / А.В. Матузов, Н.М. Коровкина, Б.Б. Логинов // 9-я Научная молодежная школа по твердотельной электронике, нанотехнологии и нанодиагностики, 27-28 мая 2006 г. Санкт-Петербург : [сб. матер.] Санкт-Петербург. 2006. C. 44.
  5. Особенности морфологии полупроводниковых структур на пористом кремнии / А.В. Матузов, Ю.М. Канагеева, А.И. Максимов // 10-я Научная молодежная школа по твердотельной электронике, нанотехнологии и нанодиагностики, 24-25 мая 2007 г., Санкт-Петербург : [сб. матер.] Санкт-Петербург. 2007. C. 36.
  6. Эпитаксиальные слои кубического карбида кремния на кремнии по технологии CVD. Получение, свойства, применение / А.В. Матузов, В.А. Ильин, А.С. Петров, В.П. Растегаев // Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии : сборник докладов VIII Международной научной конференции, 14-19 сентября 2008 г., Кисловодск, 2008.
    Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»