CC BY
13
МЕЖФАЗНЫЕ СЛОИ И ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В НИХ
УДК 537.312.9
ФОРМИРОВАНИЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК Ca3Si4 И ДВОЙНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР Si/Ca3Si4/Si(111)
ГАЛКИН Н.Г., *БЕЗБАБНЫЙ ДА., ГАЛКИН КН., ДОЦЕНКО С.А., ЧЕРНЕВ ИМ.,
**ВАХРУШЕВ А.В.
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5 Дальневосточный федеральный университет, 690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8 **Институт механики УрО РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34
АННОТАЦИЯ. Пленки Ca3Si4 и двойные гетероструктуры Si/Ca3Si4/Si(111) с различной толщиной слоя кальция (3, 30 и 76 нм) сформированы процедурой послойного осаждения кальция и кремния методами реактивной и молекулярно-лучевой (или твердофазной) эпитаксии при температуре подложки 500 оС. При малой толщине слоя кальция (3 нм) формируются двойные гетероструктуры со встроенными нанокристаллитами Ca3Si4, а при большей толщине кальция - встроенные пленки Ca3Si4. Установлено, что пленки Ca3Si4 однофазные и характеризуются широким набором пиков комбинационного рассеяния света 346, 388, 416 и 453 см-1 с малой полушириной, а также - высокой дырочной проводимостью и низкими значениями коэффициента Зеебека (20 - 60 мкВ/град).
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: кремний, кальций, силициды кальция, полупроводниковые пленки, двойные гетероструктуры, свойства пленок.
ВВЕДЕНИЕ
In situ температурные холловские измерения показали [1], что тонкие пленки Ca2Si, выращенные при температуре подложки 120 - 130 °C на предварительно сформированном двумерном слое силицида магния (Mg2Si) на атомарно-чистой поверхности имеют ширину запрещенной зоны 1,02 эВ, которая достаточно точно совпадает с данными Ca2Si, полученными из квазичастичного метода расчета зонной энергетической структуры [2]. Комплексное исследование тонких слоев Ca2Si, выращенных при 120 °С и последующим их встраиванием в матрицу кремния было проведено на подложке Si(111) и на затравочном слое Mg2Si c различной его толщиной [3]. Было установлено, тонкие сплошные слои Ca2Si разрываются на силицидные нанокристаллиты и встраиваются в монокристаллическую матрицу кремния на глубине до 20 нм в процессе осаждения покрывающего слоя кремния при 100 °С. Дополнительные исследования при повышенных температурах подложки показали, что при 500 °С происходит непосредственно на кремнии рост силицидной фазы кальция с повышенным содержанием кремния [4]. Данная силицидная фаза имеет состав близкий к Ca3Si4 и обладает непрямой запрещенной зоной 0,63 эВ [4], что близко к величине, полученной из данных ab initio вычислений [5]. Более подробные исследования межзонных переходов методом фотоотражательной спектроскопии показали [6], что в пленке с составом близким к Ca3Si4 также наблюдаются сильные прямые межзонные переходы с энергиями 0,891 и 0,914 эВ. Поэтому данные пленки могут быть интересны для создания фоточувствительных датчиков с высоким коэффициентом поглощения в диапазоне энергий до 1 эВ. Однако тонкие и толстые пленки c составом Ca3Si4 и двойные гетероструктуры (ДГС) с кремнием на их основе не выращивались и не изучались. Поскольку ДГС Si/Ca3Si4/Si интересны для планарной кремниевой технологии с целью создания оптоэлектронных приборов, то методы формирования двойных гетероструктур с хорошим кристаллическим качеством, особенности электронной структуры, оптические и электрические свойства должны быть систематически исследованы.
В данной статье изучена морфология, электронная структура, оптические и электрические свойства пленок Ca3Si4 различной толщины и двойных гетероструктур Si/Ca3Si4/Si(111), выращенных на их основе, в зависимости от толщины осажденного слоя кальция и метода роста покрывающего слоя кремния в ДГС.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Тонкие и толстые пленки силицида кальция состава Ca3Si4 выращивались в сверхвысоковакуумной камере (СВВ) "VARIAN" с базовым давлением 2-10 Тор методом реактивной эпитаксии на подложках Si (111)7*7. Для создания двойных гетероструктур поверх выращенных пленок силицида кальция выращивали слои кремния. Скорости осаждения кальция и кремния Ca (0,4 - 2,0 нм/мин) и Si (4,7 - 4,9 нм/мин) калибровались с помощью кварцевых микровесов для всех серий экспериментов. В качестве подложек и сублимационных источников кремния использовали прямоугольные полоски кремния (5*18 мм ) р-типа проводимости с удельным сопротивлением 45 Q-см. Чистоту кремниевой подложки после высокотемпературного отжига при температуре 1250 °С и концентрацию элементов в пленках определяли методами электронной ожэ-спектроскопии (ЭОС), а фазовый состав выращенных пленок и гетероструктур - методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронами (ХПЭЭ) после завершения ростовых процедур. Контроль фазового состава и концентрации выращенных структур проводили методами ХПЭЭ и ЭОС после завершения осаждения кальция (кремния) и остывания подложек до комнатной температуры.
В ходе ростовых экспериментов было выращено три серии образцов. В первой серии выращивали пленки силицида кальция методом реактивного осаждения кальция на атомарно-чистую поверхность кремния Si(111)7*7 при температуре 500 °С с различной толщиной слоя кальция: 3, 30 и 76 нм. При этом для максимальной толщины Ca в 76 нм использовали различные скорости осаждения кальция: 2,0 и 0,4 нм/мин. Во второй и третьей сериях было выращено по три образца с аналогичными толщинами слоя кальция и закрытые сверху слоем кремния толщиной 100 нм. Образцы в сериях отличались только способом роста кремния: методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) или твердофазной эпитаксии (ТФЭ) при температуре 500 °С.
Морфологию выращенных пленок силицида кальция и двойных гетероструктур исследовали методом атомной силовой микроскопии (Solver P47) в полуконтактной или контактной модах. Оптические спектры отражения и пропускания исследовали при комнатной температуре на спектрофотометре Hitachi U-3010 и Фурье-спектрометре Bruker Vertex 80v в диапазоне энергий фотонов 0,05 - 6,2 эВ (с интегрирующей сферой при 1,5 - 6,2 эВ). Спектры комбинационного рассеяния света (КРС-спектры) регистрировались при комнатной температуре на сканирующем мультимодовом микроскопе-спектрометре NTEGRA SPECTRA с использованием возбуждающего лазера с длиной волны 488 нм. Низкотемпературные исследования сопротивления образцов проводили двухконтактным методом в проточном гелиевом оптическо-электрическом криостате (RTI Cryomagnetic Systems) с системой охлаждения замкнутого цикла и с автоматической регистрацией постоянного тока и напряжения. Термоэлектрические измерения проводили в температурном диапазоне 20 - 300 °С в специальной вакуумной камере с двумя нагревателями (один - для создания градиента температуры, а второй - для нагрева образца до заданной температуры), двумя вольфрамовыми зондами и двумя прижатыми к образцу термопарами в процессе измерений.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
ФОРМИРОВАНИЕ ПЛЕНКИ Ca3Si4 НА Si(111)7x7 И ЕЕ ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА
Целью данной части работы было формирование островковой, тонкой и толстой пленок силицида кальция с составом Ca3Si4, который по данным первых исследований продемонстировал полупроводниковые свойства [4]. После осаждения 3 нм кальция на кремний образовались островки силицида кальция, что доказано методом АСМ после выгрузки образца, а также in situ - появлением на спектре ЭОС (рис. 1, а) пика кальция с энергией 299 эВ и изменением тонкой структуры ожэ-пика кремния, характерной для образования связей Si-Ca.
Образовавшиеся островки силицида кальция занимают малую долю поверхности (менее 5 % по данным АСМ). Это также следует из анализа спектров ХПЭЭ (рис. 1, б). Основной вклад дает объемный плазмон кремния 17,2 эВ, а поверхностный плазмон кремния (10,2 эВ) уменьшился по амплитуде и сместился в сторону больших энергий, что подтверждает разупорядочение поверхности кремния вследствие образования островков силицида кальция. Объемный плазмон смещен в сторону меньших энергий (16,0 эВ) и уширен с низкоэнергетической стороны, что подтверждает формирование объемного плазмона силицида кальция с положением близким к 14,6 - 14,8 эВ, а также межзонного пререхода 6,2 эВ, которые обычно наблюдаются для толстой пленки силицида кальция с составом Са^Ц [4]. Поэтому сформированные островки силицида кальция имеют состав близкий к Са^4. Увеличение толщины осажденного слоя кальция до 30 нм привело к образованию сплошной пленки силицида кальция. Это подтверждается, в первую очередь, спектром ХПЭЭ (рис. 1, б), на котором доминируют два пика: поверхностный плазмон с энергией 11,2 эВ и объемный пламон 14,8 эВ, а также межзонный переход с возросшей амплитудой при энергии 6,2 эВ, характерные для пленок Са^Ц [4]. Вклад от объемного и поверхностного плазмонов кремния отсутствует, что также подтверждает формирование сплошной пленки Са^Ц.
Рис. 1. ЭОС- (а) и ХПЭЭ- (б) спектры подложки Si(111) -7^7 с атомарно-чистой поверхностью и пленок силицида кальция (Са^4), выращенных методом реактивной эпитаксии с различной толщиной на подложках Si(111)
Увеличение толщины осажденного слоя кальция до толщины 76 нм однако не привело при температуре 500 °С к формированию сплошной пленки Са^4, как это наблюдалось ранее в нашей работе [4]. Такой характер поведения системы мы связываем с большей величиной скорости осаждения кальция (2 нм/мин), что примерно в 5 раз больше по сравнению с работой [4] (0,42 нм/мин). Это привело к изменению стехиометрии в растущем слое силицида кальция за счет низкой скорости диффузии кремния из подложки в растущую пленку силицида кальция. Данный вывод подтверждается данными ЭОС (рис. 1, а). На поверхности пленки не просматривается заметная интенсивность пика кремния, а пик кальция смещен в сторону меньших энергий на 1,0 - 1,5 эВ, что свидетельствует о неполном реагировании атомов кальция с кремнием. На спектре ХПЭЭ (рис. 1, б) отсутствует вклад межзонного перехода 6,2 эВ, характерного для Са^Ц [4]. Положение поверхностного (9,8 эВ) и объемного (12,6 эВ) плазмонов также не соответствуют силициду кальция с составом Са^Ц [4]. При этом пики имеют заметную амплитуду и малую полуширину, что свидетельствует о гладкой поверхности и однофазности выросшего силицида. Следовательно, выросшая пленка силицида имеет в приповерхностной области состав, обогащенный кальцием. Поэтому для увеличения толщины при сохранении состава и температуры подложки в 500 °С необходимо снижать скорость осаждения кальция до 0,4 - 0,5 нм/мин.
ФОРМИРОВАНИЕ ДВОЙНОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ Si/Ca3Si4/Si(Ш)
На рис. 2 представлены ЭОС и ХПЭЭ спектры для образцов с пленками силицида кальция, зарощенными кремнием методом МЛЭ, а также спектры для атомарно-чистой поверхности кремния. По данным ЭОС (рис. 2, а) видно, что для всех выращенных образцов обнаружен кальций в приповерхностном слое с примерно одинаковой концентрацией. При этом тонкая структура ожэ-пика кремния соответствует электронной структуре чистого кремния, что свидетельствует о незначительном вкладе силицидного пика кремния в зарегистрированный сигнал. По данным АСМ на поверхности образца наблюдаются небольшие области в форме проколов глубиной в единицы нанометров и размерами 100 - 200 нм, что позволяет говорить о выходе нанокристаллитов силицида кальция в приповерхностную область при росте кремния.
-0,0012 Рис. 2
ЭОС- (а) и ХПЭЭ- (б) спектры подложки Si(111) -7x7 с атомарно-чистой поверхностью и ДГС Si/Ca3Si4/Si(111), выращенных методом реактивной эпитаксии Са с различной толщиной и МЛЭ кремния на подложках Si(111)
При этом на спектре ХПЭЭ (рис. 2, б) наблюдается лишь сдвиг поверхностного плазмона в положение 8,5 эВ, а объемный плазмон кремния практически не смещается и не уширяется. То есть можно говорить о создание двойной гетероструктуры, в которой нанокристаллиты силицида кальция с составом Са^4 (из данных рис. 1) встроены в матрицу кремния. Увеличение толщины слоя осажденного кальция до 30 нм и его заращивание кремнием привело к увеличению плотности проколов на поверхности кремния и их латеральных разеров до 200 - 300 нм. Это сопровождалось появлением на спектре ХПЭЭ (рис. 2, б) пика межзонного перехода 6,2 эВ и сдвигом поверхностного плазмона в положение 12,0 эВ, а также - уширением объемного плазмона кремния с низкоэнергетической стороны, что свидетельствует в пользу вклада от объемного плазмона Са^4 с энергией 14,6 - 14,8 эВ [4]. Увеличение толщины осажденного кальция до 76 нм и осаждение кремния методом МЛЭ привело к увеличению площади проколов на поверхности образца, их латериальных размеров (300 - 500 нм) и их глубины до 20 - 30 нм. На спектре ХПЭЭ появился межзонный переход 6,2 эВ, характерный для Са^4 [4], а также уширенный поверхностный (11,3 эВ) и уширенный объемный плазмон (16,8 эВ), свидетельствующий о вкладе объемного плазмона Са^4 при 14,6 - 14,8 эВ. Следовательно осаждение кремния на пленку силицида кальция, обогащенного кальцием привело к преобразованию данного силицида в Са^Ц под слоем кремния.
Третья серия образцов была закрыта кремнием методом твердофазной эпитаксии (ТФЭ) при тех же выбранных толщинах кальция. Рост кремния поверх островков Са^4 (3 нм) привел к формированию сплошной пленки кремния без следов кальция по данным ЭОС в приповерхностной области (рис. 3, а). При этом в спетре ХПЭЭ (рис. 3, б) наблюдается формирование межзонного перехода (6,2 эВ), характерного для Са^4 [4], слабое смещение поверхностного плазмона (11,0 эВ) и неизменное положение объемного плазмона. Поэтому в данном случае также сформировалась ДГС со встроенными нанокристаллитами Са^Ц. Увеличение толщины слоя кальция до 30 нм привело к появлению ожэ-сигнала от кальция (рис. 3, а). По данным АСМ в пленке кремния наблюдались проколы с незакрытой поверхностью силицида. Такая же картина наблюдалась и для пленки кальция толщиной 76 нм. Для обеих гетероструктур в спектрах ХПЭЭ (рис. 3, б) наблюдались незначительные сдвиги поверхностного и объемного плазмонов и малая амплитуда межзонного перехода 6,2 эВ. Для толщины слоя кальция 30 нм их интенсивность была выше, а полуширина меньше, чем для встроенной пленки силицида с толщиной кальция 76 нм. Но поскольку спектры ЭОС и ХПЭЭ для образца с толщиной кальция 76 нм были записаны только после осаждения кремния при комнатной температуре (рис. 3, а, б), а после отжига был получен только обзорный спектр ЭОС с большим значением пика кальция и кремния, то отжиг образца привел к образованию проколов в пленке крения с большой общей площадью. Следовательно можно говорить об ухудшении кристаллического качества выращенных ДГС с ростом толщины встроенного слоя силицида кальция. По данным АСМ пленки кремния являются поликристаллическими и состоят из зерен с размерами 100 - 200 нм.
Рис. 3. ЭОС- (а) и ХПЭЭ- (б) спектры подложки Si(111) -7x7 с атомарно-чистой поверхностью и ДГС Si/Ca3Si4/Si(111), выращенных методом реактивной эпитаксии Са с различной толщиной (ТФЭ) кремния на подложках Si(111)
Анализ морфологии выращенных двойных гетероструктур показывал, что для получения сплошного слоя кремния при данной температуре подложки необходимо увеличивать его толщину независимо от метода осаждения кремния: МЛЭ или ТФЭ.
ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК Са^Ь, И ДГС НА ИХ ОСНОВЕ
Рассмотрим оптические свойства выращенных пленок кальция и двойных кремний-силицидных гетероструктур на их основе. В КРС-спектре в кремниевой подложке наблюдаются два пика: основной по амплитуде 520 см-1 и пик второго порядка при 302 см-1. После роста толстой пленки CaзSi4, осажденной с малой скоростью (0,42 нм/мин) как в работе [4], в КРС-спектре наблюдаются значительные изменения.
Кроме основного кремниевого пика появилась группа четко разделенных пиков 346, 388, 416 и 453 см-1 с малой полушириной, что свидетельствует о хорошем кристаллическом
качестве пленки и об отсутствии вклада от силицида кальция другого состава. С учетом ранее проведенного анализа электронной структуры пленки силицида кальция, выращенной при тех же условиях [4], мы можем отнести выращенную пленку силицида кальция к одному типу - CaзSi4, обладающей богатой структурой активных фононных пиков в КРС-спектре за счет большого объема элементарной ячейки с гексагональной структурой (а = 0,8541 нм, с = 1,4906 нм [5]), содержащей шесть формульных единиц. Богатая структура пиков (0,87; 1,5 и 2,5 эВ) также наблюдается для данной ДГС (76 нм Са) в спектре отражения (рис. 4, в), что достаточно хорошо совпадает с данными спектра отражения для образца ДГС, выращенной при 500 °С послойным осаждением тонких слоев кальция и кремния [6]. Основной особенностью образца, как и в работе [6], является резкое увеличение поглощения в спектре пропускания (рис. 4, в, г) с одновременным увеличением отражения в области малых энергий фотонов (0,05 - 0,25 эВ). Такое поведение характерно для эффекта плазменного резонанса на свободных носителей известного для сильнолегированных полупроводников [7]. То есть пленка силицида кальция, встроенная в кремниевую матрицу обладает высокой проводимостью, что совпадает с данными работы [6]. На спектре пропускания в области малых волновых чисел (рис. 4, в) просматриваются пики фононных колебаний от верхнего слоя кремния 609 см-1 и от окисла кремния 1100 см-1 (образовался после выгрузки образца из СВВ-камеры), что дополнительно доказывает практически полное закрытие кремнием слоя силицида кальция и формирование двойной гетероструктуры.
0,9
0,8
0,7
Ё 0,6
¿0,5 <ю
= 0,4
(С
о 0,3
0,2
0,1
- (б)
1 .1 1 /|
1 \
- 1 : /—- ;
>41 М 1 ^ч
: | ;
Ж 1 Л-'
1 1 — — ДГС, 76 нм
■ 51(111)
» ! 1
! 1 1 1 1 1 ■ 1 ■ ■ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Энергия фотонов, эВ
Рис. 4. Спектры комбинационного рассеяния света
(КРС) от кремниевой монокристаллической подложки и пленки силицида кальция с толщиной слоя кальция 76 нм на Si(111) (а) и оптические спектры пропускания и отражения от ДГС с
толщиной слоя кальция 76 нм в диапазоне энергий фотонов 0,05 - 6,5 эВ (б) и спектр пропускания того же образца (в) в области малых волновых чисел (энергий фотонов)
На рис. 5, а приведены температурные зависимости сопротивления чистой подложки и пленок различной толщины силицида кальция на кремнии. Пленки силицида кальция выращивали на высокоомной подложке КДБ-45 для уменьшения эффекта шунтирования пленки подложкой. Пленка силицида меньшей толщины кальция (30 нм) была защищена от
окисления осажденной при комнатной температуре пленкой аморфного кремния (8 нм). Видно, что сопротивление образцов на 4 - 5 порядков меньше сопротивления подложки во всем температурном диапазоне. При этом сопротивление пленки силицида кальция, не закрытой слоем аморфного кремния демонстрирует независимость от температуры во всем диапазоне, что свидетельствует о высокой концентрации носителей в выращенной пленке и неметаллическом характере проводимости в ней и подтверждается данными оптических исследований (рис. 4, в, г). В образце с тонкой пленкой силицида и защитным слоем кремния при низких температурах (менее 40 К) наблюдается вымораживание носителей, которое происходит в верхнем слое кремния.
Рис. 5. Температурные зависимости сопротивления кремниевой подложки (КДБ-45), пленок Ca3Si4 с толщиной слоя Ca 76 и 30 нм (последняя закрыта слоем кремния толщиной 8 нм) (а) и температурные зависимости коэффициента Зеебека для пленки Ca3Si4 и двойной гетероструктуры Si/Ca3Si4/Si с толщиной слоя Ca 76 нм (б)
При более высоких температурах (50 - 280 К) вклад пленки силицида кальция в проводимость является определяющим по сравнению со слоем аморфного кремния. Температурные измерения коэффициента Зеебека на пленке силицида кальция с толщиной 76 нм и на двойной гетероструктуре Si/Ca3Si4/Si показали (рис. 5, б), что в области температур 50 - 200 °С коэффициент Зеебека положительный и малый по величине (20 - 50 мкВ/град) для обеих систем и, следовательно, основными носителями ответственными за генерацию термо-эдс являются дырки. Малая величина коэффициента Зеебека коррелирует с высокой концентрацией основных носителей (дырок) по данным проводимости (рис. 5, а) и оптическим спектрам пропускания и отражения (рис. 4, в, г). Дополнительное уменьшение коэффициента Зеебека в двойной гетеросистеме по сравнению с незакрытой пленкой силицида связано с уменьшением генерации носителей в аморфном слое кремния.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследованы формирование, оптические и электрические свойства пленок Са^Ц и двойных гетероструктур со встроенными пленками различной толщины и сплошности. Установлено, что независимо от толщины осажденного слоя кальция в двойной гетероструктуре Si/силицид Са^(111) формируются нанокристаллиты или сплошной слой Са^4. Комплексный анализ данных спектроскопии комбинационного рассеяния света и оптической спектроскопии показал, что пленки Са^4 характеризуются широким набором активных КРС-пиков 346, 388, 416 и 453 см-1 с малой полушириной, которая доказывает однофазность системы и ее хорошее кристаллическое состояние. Показано, что данный силицид обладает высокой проводимостью, осуществляемой дырками, и низкими значениями коэффициента Зеебека (20 - 60 мкВ/град). Установлено, что увеличение скорости осаждения кальция при температуре подложки 500 °С приводит с ростом толщины
осажденного кальция к росту силицида кальция, обогащенного металлом, а дополнительное осаждение кремния при той же температуре обеспечивает формирование двойной гетероструктуры Si/Ca3Si4/Si(111) с максимальной толщиной осажденного кальция (76 нм).
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №. 13-02-00046_а, проекта Минобрнауки РФ № 8751 и совместного гранта ДВО РАН - УрО РАН (проект № 12-С-1-1004).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dotsenko S.A., Fomin D.V., Galkin K.N., Goroshko D.L., Galkin N.G. Growth, optical and electrical properties of Ca2Si film grown on Si(111) and Mg2Si/Si(111) substrates // Physics Procedia. 2011. V. 11. P. 95-98.
2. Lebegue S., Arnaud B. and Alouani A. Calculated quasiparticle and optical properties of orthorhombic and cubic Ca2Si // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. Р. 085103 (1-8).
3. Dozsa L., Molnar G., Zolnai Z., Dobos L., Pecz B., Galkin N.G., Dotsenko S.A., Bezbabny D.A., Fomin D.V. Formation and characterization of semiconductor Ca2Si layers prepared on p-type silicon covered by amorphous silicon cap // J. Mater. Sci. 2013. V. 48. P. 2872.
4. Dotsenko S.A., Galkin K.N., Bezbabny D.A., Goroshko D.L., Galkin N.G. Formation, optical and electrical properties of a new semiconductor phase of calcium silicide on Si(111) // Physics Procedia. 2012. V. 23. P. 41-44.
5. Migas D.B., Shaposhnikov V.L., Filonov A.B., Dorzkin N.N., Borisenko V.E. New semiconducting silicide Ca3Si4 // J. Phys. Condens. Matter. 2007. V. 19. P. 346207 (1-8).
6. Galkin N.G., Dotsenko S.A., Bezbabny D.V., Galkin K.N., Goroshko D.L., Kudrawiec R., Zielony E. Formation and properties of Ca silicide films and Si-Ca silicide-Si double heterostructures on Si(111) substrate // Abstract of International Conference "Micro- and Nanoelectronics - 2012", Moscow-Zvenigorod, Russia, 2012. P. 28.
7. Pancove J.I. Optical Processes in Semiconductors. New York : Dover, 1971. 386 p.
FORMATION, OPTICAL AND ELECTRICAL PROPERTIES OF CA3SI4 FILMS AND DOUBLE HETEROSTRUCTURES Si/Ca3Si4/Si(111)
Galkin N.G., *Bezbabny D.A., Galkin K.N., Dotsenko S.A., Chernev I.M., **Vakhrushev A.V.
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of the RAS, Vladivostok, Russia
*Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russia
**Institute of Mechanics, Ural Branch of the RAS, Izhevsk, Russia
SUMMARY. The Ca3Si4 films and double heterostructures Si/Ca3Si4/Si(111) with different Ca thickness (3, 30 and 76 nm) were formed by procedure of layer-by-layer deposition of Ca and Si by methods of reactive deposition epitaxy, molecular beam epitaxy (or solid phase epitaxy) at substrate temperature 500 oC. Double heterostructures with embedded Ca3Si4 nanocrystallites are formed at small Ca thickness (3 nm), but the embedded continuous Ca3Si4 films are formed at large Ca thicknesses. It was established that Ca3Si4 films have a single phase; they are characterized by wide set of Raman peaks (346, 388, 416 u 453 cm-1) with small half-width, high hole conductivity and low values of Seebeck coefficient (20 - 60 p.V/K).
KEYWORDS: silicon, calcium, calcium silicides, semiconductor films, double heterostructures, properties films.
Галкин Николай Геннадьевич, доктор физико-математических наук, профессор, заместитель директора по научно-образовательной и инновационной деятельности ИАПУДВО РАН, тел. (4232)31-04-21, е-mail: ngalk@iacp.dvo.ru
Безбабный Дмитрий Александрович, аспирант ДВФУ, е-mail: bda-2907@rambler.ru
Галкин Константин Николаевич, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории оптики и электрофизики ИАПУ ДВО РАН, тел. (4232)32-06-82, e-mail: galkinkn@iacp.dvo.ru
Доценко Сергей Андреевич, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории оптики и электрофизики ИАПУ ДВО РАН, e-mail: docenko@iacp.dvo.ru
Чернев Игорь Михайлович, аспирант ИАПУ ДВО РАН, e-mail: chernev@iacp.dvo.ru
Вахрушев Александр Васильевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией механики наноструктур ИМ УрО РАН e-mail:vakhrushev-a@yandex.ru
