WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 8 03;06;11;12 Самоорганизация при осаждении пленок полупроводников в среде атомарного водорода 1 © С.Н. Ромашин,1 А.В. Седов,1 Э.В. Касаткин,2 В.Ф. Харламов 1 Орловский государственный технический университет, 302020 Орел, Россия e-mail: kharl@ostu.ru 2 Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова, Москва, Россия e-mail: elchem@cc.nifhi.ac.ru (Поступило в Редакцию 10 ноября 2003 г.) С помощью сканирующего туннельного микроскопа установлено, что осажденные в среде атомарного водорода на медные подложки пленки германия содержат наноструктуры с характерным размером 30-40 nm.

Исследованы локальная проводимость, фотопроводимость и неравновесная хемопроводимость пленок.

Наблюдалось травление германиевых и кремниевых пленок, а также фуллереновой черни атомарным водородом.

При выполнении исследований (поискового характе- (полем изображения от 5 nm до 1 µm). Изученытакже ра) предполагалось, что в процессе напыления атомов электрофизические свойства пленок. Обнаружено, что углерода, германия или кремния на положку, поме- на образцах наследуется рельеф медной подложки и щенную в среду атомов водорода, будет происходить на ряде мест, где германиевое покрытие не сплошное, удаление слабо связанных с поверхностью атомов в наблюдаются свойства, соответствующие окисленной виде летучих гидридов, что создаст предпосылки для медной поверхности. При высоком увеличении выявобразования устойчивых углеродных, германиевых или ляются практически гладкие участки с минимальным кремниевых наночастиц или наноструктур, не содержа- нанорельефом. На рис. 1 и 2 представлены типичные рещих аморфных включений. зультаты для двух образцов с минимальной (образец 1) Нелегированные кристаллы германия и кремния или и максимальной (образец 2) толщиной германиевой графит размалывали, затем порошок помещали в на- пленки.

греваемую током лодочку, находящуюся внутри проточ- СТМ изображение образца 1 (рис. 1, a) на поле ного реактора, через который непрерывно прокачива- 109.90111.32 nm имеет максимальную высоту 8.75 nm, ли атомно-молекулярную смесь водорода (PH = 50 Pa; на нем не просматривается выраженного нанорельефа nH = 1014 cm-3). Содержание примесей в водороде рав- (перепад высот в среднем 1 nm). В правой части СТМ нялось 5 · 10-3 %. Атомы H получали с помощью изображения диагностируется наличие нанодефектов тивысокочастотного разряда в молекулярном водороде. па „царапины“. Локальная туннельная вольт-ампероТемпература лодочки, измеренная термопарой, состав- метрия этого образца диагностирует неоднократные наляла 800 K. Возле лодочки помещали полированную рушения формы кривых It(Ut) (It — туннельный ток;

медную подложку, подложку из стекла, а также датчик Ut — туннельное напряжение), а именно электрический пьезорезонансных кварцевых весов чувствительностью пробой и временное подавление проводимости, что 4.4 · 10-9 g. На подложку из стекла предварительно интерпретировано как проявление запирающих свойств напыляли два алюминиевых контакта, зазор между кото- поверхностного оксида меди. Такая аномальная форма рыми составлял 5 mm. Во время опытов контролировали кривых It(Ut) выявлена и для контрольного медного электропроводность пленки, напыляемой на стеклянную образца, а ее появление зависит от диапазона развертки подложку, а также массу напыляемого вещества. В ре- туннельного напряжения. На других, „не аномальных“ жиме напыления все подложки имели темпертуру 295 K. участках поверхности кривые It(Ut) имеют нормальУстановлено, что в одних и тех же условиях скорость ный вид, как следует из рис. 1, b, на котором даны осаждения атомов на стеклянную подложку и серебря- результаты локальной вольт-амперометрии для снятого ную поверхность пьезодатчика быстро падает в ряду с максимальным разрешением фрагмента этого СТМ распыляемых мишеней: германий, кремний, графит. изображения. Игла СТМ перемещалась по образцу по Структура поверхности германиевых пленок разной линии из 18 мест с шагом по 0.0044 nm. Обработка этих толщины, напыленных на подложки из меди, была иссле- спектров позволила выявить, что локальная, не искадована на сканирующем туннельном микроскопе (СТМ) женная полем туннельная проводимость G0 для четырех в режиме I0 = const (где I0 — устанавливаемый и мест с аномальной проводимостью достигала 1-3 µS, а стабилизируемый туннельный ток) при измерении на для остальных составляла 7.3 ± 1.6nS. Учитывая, что воздухе с различным увеличением и соответственно изначально заданная, поддерживающая СТМ проводидискретностью перемещения по полю от 0.036 до 7.0 nm мость G1 = 8.42 nS, находим, что отношение G0/G134 С.Н. Ромашин, А.В. Седов, Э.В. Касаткин, В.Ф. Харламов четверть) отличается заметно повышенным наклоном, что указывает на увеличенную туннельную проводимость таких мест. В месте, соседнем с максимально проводящим, напротив, проводимость почти отсутствует (G0 = 0.001 nS, точки 15 и 16). Обработка этих спектров позволила выявить, что локальная туннельная проводимость составляла G0 = 12.605 ± 2.748 nS при такой же, как на рис. 1, заданной проводимости G1 = 8.42 nS, т. е. в полтора раза выше, чемна образце (если не учитывать аномально проводящие места). На рис. 2, c приведены как z -кооординаты всех этих мест (кривая 1), так и значения G0 (кривая 3) и видно, какие из мест обладают повышенной локальной проводимостью. Общий разброс высот этого спектра не превысил 15 nm при вышеуказанном перепаде высот СТМ изображения. Среднее значение коэффициента для данного опыта (кривая 2) составило 0.530 ± 0.018, что указывает на повышенные акцепторные свойства поверхности (вероятно, из-за пониженной концентрации свободных зарядов в Ge).

Рис. 1. Результаты изучения германиевой пленки, напыленной в среде атомарного водорода и имеющей минимальную толщину, полученные с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

близко к единице. На рис. 1, c приведены значения Gи измеренные СТМ z -координаты соответствующих точек. Общий разброс высот этого СТМ изображения не превысил 3.5 nm. Коэффициент, отражающий асимметрию переноса электрона через туннельный промежуток, для данного опыта составил 0.42 ± 0.03, что указывает на повышенные донорные свойства поверхности, по-видимому, из-за значительного легирования германия медью в ходе получения покрытия.

СТМ изображение образца 2, характерный пример которого приведен на рис. 2, a, имеет максимальную высоту 40 nm на поле 552 550 nm, на нем просматривается нерегулярный нанорельеф, отвечающий в среднем холмам высотой около 5 nm диаметром порядка 30-40 nm.

Локальная туннельная вольт-амперометрия на этом образце при сканировании „по линии“ с расстоянием Рис. 2. Результаты изучения германиевой пленки, напыленмежду точками по 5.817 nm диагностирует достаточно ной в среде атомарного водорода и имеющей максимальную регулярную форму кривых It(Ut), ряд из которых (одна толщину.

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. Самоорганизация при осаждении пленок полупроводников в среде атомарного водорода Таким образом, между образцами с различной толщиной напыленного на медную подложку германиевого покрытия по результатам измерений на сканирующем туннельном микроскопе выявлены явные отличия, указывающие на появление наноструктуры на более толстом покрытии и практически полной изоляции таким покрытием медной основы, чего еще нет в случае покрытия образца 1. Туннельная проводимость и донорно-акцепторные свойства поверхности изменяются в зависимости от толщины покрытия.

Рис. 4. Зависимость от времени уменьшения массы кремниБыла изучена неравновесная электропроводность поевой пленки вследствие ее травления атомарным водородом лученных германиевых пленок, обусловленная образопосле включения () и выключения () источника атомов ванием электронно-дырочных пар при взаимодействии водорода при различных температурах: T = 315 (1), 295 K(2).

атомарного водорода с поверхностью пленок. После m = m0 - m; m0 — начальная масса пленки; m — масса включения и выключения источника атомов H наблю- пленки в момент времени t.

даются относительно медленные изменения электропроводности. Величина неравновесной электропроводности увеличивается с ростом температуры, которую меняли, нагревая стенки реактора (рис. 3). Аналогичные данные получены при изучении фотопроводимости пленки. Эти результаты свидетельствуют о прыжковом механизме проводимости пленки, обусловленной туннелированием носителей тока между ее неоднородностями.

Было исследовано распыление германиевых и кремниевых пленок атомарным водородом. Для этого в помощью пьезорезонансных кварцевых весов контролироваРис. 5. Зависимость от времени динамического эффекта лась масса пленки, предварительно осажденной на одну реакции рекомбинации атомов водорода на поверхности фулили обе стороны пьезодатчика. Наблюдалось травление лереновой черни (1) и уменьшения массы черни вследствие ее пленок германия и кремния атомами водорода, скорость травления атомарным водородом (2) после включения () и которого возрастала с ростом температуры (рис. 4).

выключения () источника атомов водорода. T = 295 K.

Обнаружено энергичное травление атомарным водородом фуллереновой черни (продукта конденсации при осаждении паров графита, представляющего собой аморфный остаток, не содержащий фуллеренов).

На рис. 5 приведена кинетическая кривая уменьшения массы фуллереновой черни, помещенной в среду атомарного водорода, а также одновременно измеренная зависимость от времени динамического эффекта реакции H + H H2, протекающей на поверхности черни F(t) =GJ(t), где J — скорость этой реакции; G —коэффициент, зависящий от распределения по импульсам частиц газа в плоскости поверхности.

Таким образом, установлено, что осаждаемые в среде атомарного водорода пленки германия неоднородны и содержат наноструктуры с характерным размером (30-40) nm. Обнаружено распыление пленок германия, кремния и фуллереновой черни атомарным водородом.

Подбором технологических параметров, по-видимому, можно усилить процессы самоорганизации в осаждаемом в среде атомарного водорода слое германия, кремния или графита.

Рис. 3. Зависимость силы тока через германиевую пленку от Авторы выражают благодарность А.В. Куликову времени после включения () и выключения () источника (ИПХФ РАН), любезно предоставившему фуллереновую атомов водорода. T = 295 (a), 315 K(b). Цифры — номера измерений экспериментальных кривых. чернь для исследований.

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып.




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.