Оптические свойства плёнок SiC, SiC0. 7n0. 3,Si3N4 полученных методом магнетронного напыления Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 621.315.592.9

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЁНОК SiC, SiCo.7No.3, Si3N4, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ

B.C. Захвалинский, Е.А. Пилюк, С.В. Иванчихин, М.А. Погребняк

Белгородский государственный университет, ул. Победы, 85, Белгород, 308007, Россия, e-mail: zakhvalinskii@bsu.edu.ru

Аннотация. Приведены экспериментальные результаты исследований спектров поглощения тонких плёнок SiC, SiCo.^No.^^ Si^N4 полученных методом высоко частотного магнетронного нереактивного напыления. На основе экспериментальных результатов рассчитаны ширины запрещенных зон этих пленок.

Ключевые слова: наноразмерные тонкие пленки, метод магнетронного нереактивного напыления, материалы электроники.

Введение. Карбид кремния и нитрид кремния широко применяются в различных отраслях техники благодаря своим уникальным механическим, химическим и электрическим свойствам. На основе БЮ изготавливают электролюминеецентные приборы, детекторы видимого и ультрафиолетового излучения, а также детекторы ядерного излучения. Карбид кремния обладает высокой критической напряженностью поля пробоя, превышающей 2 ■ 106 В/см, температурой Дебая ~ 1200 К, высокой механической прочностью и хорошей адгезией плёнок ко многим промышленным подложкам, устойчивостью к температурным, химическим и радиационным воздействиям [1|. Нитрид кремния нашёл широкое применение в электронике. Микро- и нано-миниатюризация электронных схем приводит к уменьшению толщины под-затворных диэлектриков и возрастанию туннельных токов утечки. Возникает необходимость замены универсального диэлектрика БЮг- По сравнению с оксидом кремния (е ~ 3,9) нитрид кремния имеет более высокую диэлектрическую проницаемость (е ~ 7) и используется в качестве диэлектрика в устройствах флэш - памяти. Кроме того, имеет широкое применение

благодаря своим уникальным механическим и биофизическим свойствам [2|.

Применение твёрдых растворов в системе БгС-К расширяет возможности практического использования этой группы материалов [3]. Технология получения объёмных и монокриетал-лических БЮ, Б1С1-^Х Б1з N4 является сложной и дорогой. Поэтому актуальной задачей является получение и исследование плёнок и плёночных приборных структур на основе этих материалов.

Эксперимент. Для нанесения наноразмерных плёнок использовали экспериментальную установку ВН-2000, УкрРосПрибор,Украина. Плёнки аморфного БЮ были получены методом нереактивного вч-магнетронного напыления из предварительно синтезированных твёрдофазных мишеней БЮ, SiC0.7N0.3j 31^4- В качестве подложки использовали пластины кварца. Толщина плёнки контролировалась по высоте ступени на краю с помощью атомно- силового микроскопа, Ьнх^га Аига, КТ-МБТ, Россия. Для исследование спектров поглощения при комнатной температуре, в интервале длин волн 180-1100 нм, был использован спектрофотометр СФ-2000.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации. в рамках Государственного задания Минобрнауки России подведомственным вузам на выполнение НИР: регистрационный номер 2.3309.2011.

Л, нм

Рис. 1. Зависимость коэффициента поглощения О от длины волны падающего света Л для плёнок БЮ, SiC0.7N0.3j Б13М4, где Л^Л2,Л3 это граничные значения длин света в начале поглощения, соответственно.

Результаты и обсуждение. Методом нереактивного магнетронного вч-напыления на подложках из оптического кварца были получены наноразмерные плёнки БЮ, SiC0.7N0.3j БАз^. Методом атомно-силовой микроскопии установлено, что их толщины составили 60, 100 и 20 нм соответственно. На основании экспериментально полученных спектров поглощения были рассчитаны и построены зависимости коэффициентов поглощения О от длины волны падающего света Л в плёнках БЮ, ЗЮ0.7М0.3, 813М4 (рис. 1).

о = Т-^, (1)

/0

где О — коэффициент поглощения, I — падающий свет, /0 — прошедший свет.

Ширина запрещенной зоны была определена по началу роста поглощения по формуле (2):

Ъс

Ед = 1гщ = -, (2)

Л0

где Ед - ширина запрещенией зоны, Л0 — граница поглощения, Ъ — постоянная Планка.

0.7 0.3

они составили 3.464, 3.023 и 3.322 эВ, соответственно. В наиболее распространённых модификациях карбида кремния БЮ (ЗС), БЮ (4Н), БЮ (6Н) ширина непрямой запрещённой зоны 2.36, 3.28 и 3.03 эВ соответственно [4|. Наиболее распространённые модификации нитрида кремния тригональная а- Б1^4 пространственная группа Р31с и гексогональную в §^N4

пространственная группа Р63 с шириной запрещённой зоны 4.0 эВ.

При осаждении из твёрдофазной мишени методом магнетронного напыления на холодную подложку как правило получаются аморфные плёнки. Наши эксперименты по получению фо-товольтаических структур на основе БЮ подтверждают это и одновременно свидетельствуют о некотором отклонении плёнок от стехиометрии твёрдой мишени [5].

Выводы. Таким образом, нами методом вч-магнетронного нереактивного напыления из предварите.льно синтезированной твердофазной мишени были получены наноразмерные пленки перспективных материалов электроники SiC, SiC0.7N0.3j Si^4 и определены ширины запрещенной зоны.

Литература

1. Полищук А. Полупроводниковые приборы на основе карбида кремния настоящее и

будущее силовой электроники /7 Компоненты и технологии. 2004. 8. С.40-45.

2. Гриценко В.А. Электронная структура нитрида кремния /7 Успехи физических наук.

2012. 182; №5. С.531-541.

3. Зацепин Д.А., Курмаев Э.З., Mocwcs А., Чолах С.О. Электронная структура аморфных

пленок Si-C-N /7 Физика твердого тела. 2011. 53; Вып.9. С.1713-1717.

4. Агеев О.А., Беляев А.Е., Болтовец Н.С., Киселев B.C., Конакова Р.В., Лебедев А.А.,

Мнленин В.В., Охрнменко О.Б., Поляков В.В., Светличный А.М., Чередниченко Д.И. / Карбид кремния: технология, свойства, применение / Под общей редакцией член-корр. НАНУ Беляева А.Е. и проф. Конаковой Р.В. / Харьков: «ИСМА». 2010. 532 с.

5. Zakhvalinskii V., Piliuk Е., Goncharov I., Simashkevieh A., Sherban D., Bruc L., Curmei N.,

Rusu M. /7 p-Si/n-SiC- Nanolayer Photovoltaic Cell, 2013.

OPTICAL PROPERTIES OF SiC, SiCo7Nos, Si^4 FILMS OBTAINED BY MAGNETRON SPUTTERING V.S. Zakhvalinskii, E.A. Pilyk, S.V. Ivanthikhin, M.A. Pogrebneak

Belgorod State University,

Pobedv St. 85, Belgorod, 308015, Russia, e-mail: zakhvalinskii@bsu.edu.ru

Abstract. Experimental results of absorption spectra study of SiC, SiC0.7N0.3, Si3N4 thin films obtained by high-frequency non-reactive magnetron sputtering. Based on the experimental results, band gaps of these films are calculated.

Keywords: nanoscale thin film, nonreactive magnetron sputtering method, electronic materials.