CC BY
6ФИЗИКА
УДК 621.315.592
Б01: 10.21779/2542-0321-2021-36-1-34-38
З.И. Шахбанова1, М.К. Гусейнов2, М.А. Магомедов2
Исследование оптических и электрических свойств твердых растворов
(81С)1-Х(ЛШ)Х
1 Дагестанский государственный университет; Россия, 367000, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 43а; [email protected];
2 Дагестанский государственный технический университет; Россия, Республика Дагестан, 367015, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70; [email protected]
Приведены результаты исследований оптических и электрических свойств твердых растворов карбида кремния с нитридом алюминия (81СЪ-Х(АВД)Х.
Установлено, что с увеличением содержания АВД в пленках (8Ю)1-Х(АВД)Х спектры оптического пропускания смещаются в коротковолновую область. Показано, что пленки, полученные при высоких температурах, имеют относительно хорошую проводимость, и в зависимости от температуры подложки в диапазоне от 800 до 1300 К удельная электропроводность может изменяться в широком интервале. Электропроводность увеличивается примерно на 56 порядков.
Ключевые слова: карбид кремния, нитрид алюминия, твердые растворы карбида кремния с нитридом алюминия, оптические и электрические свойства твердых растворов карбида кремния с нитридом алюминия.
Приборы на основе твердых растворов (81С)1-Х(АШ)Х способны обеспечить стабильность параметров и высокую надежность при экспериментальных условиях эксплуатации. В этой связи получение твердых растворов (81С)1-Х(АШ)Х с необходимыми электрическими и оптическими свойствами имеет большое значение [1-5]. Данная статья посвящена исследованию оптических и электрических свойств пленок (81С)1-Х(АШ)Х, полученных методом магнетронного распыления при различных технологических параметрах.
Анализ спектров пропускания и поглощения позволяет определить изменения в зонной структуре получаемого материала. Изменение спектра оптического поглощения может являться также критерием образования твердого раствора, так как только при образовании твердого раствора меняются зонные параметры полупроводника, влияющие на его оптические свойства.
Измерения оптических характеристик проводились с помощью спектрометра СДЛ-2 по стандартной методике измерений, описанной в работе [6].
Спектральная зависимость оптического пропускания Т пленок (81С)1-Х(АШ)Х с составами х = 0,3; х = 0,46 приведена на рис. 1. Из спектров оптического пропускания рассчитывались значения коэффициента поглощения исследуемых образцов. Рассчитанные значения коэффициента оптического поглощения приведены на рис. 2.
Смещение спектральных кривых коэффициента оптического поглощения а(Х) в область коротких волн по мере увеличения содержания АШ является основной особенностью спектров, оно связано с ростом ширины запрещенной зоны твердого раствора (81С)1-Х(АШ)Х, что свидетельствует об образовании твердого раствора в системе Б1С-АШ.
Рис. 1. Край спектров оптического пропускания ^С)1-Х(АМ)Х: 1) х = 0,46; 2) х = 0,3
Коэффициент поглощения в области края поглощения меняется на 3-4 порядка. Значения оптической ширины запрещенной зоны Её для пленок (81С)1-Х(АШ)Х с содержанием х = 0,3 и х = 0,46, полученные из спектров края поглощения, составляют 3,4 эВ и 3,8 эВ соответственно.
10= 1
1 -I-1-1-1-1-1
250 300 350 400 450 500 inm
Рис. 2. Спектральная зависимость коэффициента поглощения пленок (SiC)1-x(AlN)x:
1) х = 0,3; 2) х = 0,46
Для измерения удельной электропроводности применялись методы контроля физических параметров полупроводниковых материалов, широко используемые в производственной и лабораторной практике [7-9]. В частности, были применены 4- и 2-зондовые методы.
Исследования электропроводности различных пленок (81С)1-Х(АШ)Х, выращенных при разных температурах подложки, показали, что электропроводность пленок увеличивается с ростом температуры выращивания, при этом энергия активации электропроводности уменьшается. Типичные температурные зависимости удельной электропроводности образцов с содержанием АШ около 30 мол. %, выращенных при температурах 1) Тп~800 К; 2) Тп~1100 К; 3) Тп~1300 К, представлены на рис. 3. Для пленок, выращенных при Тп~800 К, энергия активации электропроводности Еа составляет 0,49 эВ; при Тп ~ 1100 К Еа составляет 0,33 эВ и при Тп ~ 1300 К Еа равна 0,18 эВ. Видно, что изменение температуры подложки в диапазоне от Т ~ 800 до 1300 К приводит к росту электропроводности на 5-6 порядков.
Такое изменение электропроводности, вероятно, связано с изменением совершенства структуры пленок. Если в структуре пленок имеются мелкие кристаллические образования и ограничивающие их поверхности в сумме сравнительно велики, то влияние уровней Тамма на электропроводность может быть существенным. Согласно [10] поверхность кристаллов можно рассматривать как своеобразные дефекты в решетке, которые могут образовывать локальные энергетические уровни, на 1 см2 образуется примерно 2-1015 см-3 добавочных уровней. Этим можно объяснить увеличение проводимости в поликристаллических пленках.
Таким образом, в поликристаллических пленках электропроводность в значительной степени зависит от размеров кристаллитов: чем больше размер кристаллитов, тем меньше сопротивление, что наглядно демонстрируют полученные нами зависимости удельной электропроводности от температуры осаждения пленок.
1 ООО/Т, к _1
Рис. 3. Температурная зависимость электропроводности пленок (81С)0.7(АШ)0.3, выращенных
при 1) Т~800 К; 2)Т~1100 К; 3) Т~1300 К
Для определения Eg из температурной зависимости а для таких широкозонных материалов, как (SiC)1-x(AlN)x, требуется проводить измерения при высоких температурах порядка 2000 К. Проведение таких измерений является сложной задачей.
Литература
1. Гусейнов М.К., Темиров А. Т., Магомедов М.А., Курбанова А.М. Исследование элементного состава и морфологии пленок твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x // Мониторинг. Наука и технологии. - 2020. - № 2 (44). - С. 75-78.
2. Гусейнов М.К., Темиров А.Т., Магомедов М.А., Курбанова А.М. Исследование кристаллической структуры пленок растворов (SiC)1-x(AlN)x, выращенных методом магнетронного распыления // Мониторинг. Наука и технологии. - 2020. - № 3 (45). -С. 6-9.
3. Рамазанов Ш.М. Получение и исследование эпитаксиальных пленок твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x и поверхностно-барьерных структур на их основе: дис. ... к. физ.-мат. н. - Махачкала: Издательство ДГУ, 2015.
4. Гусейнов М.К., Магомедалиев А.М. Исследование свойств нанопленок твердого раствора карбида кремния с нитридом алюминия // Сборник тезисов докладов XXXVI итоговой научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ (г. Махачкала, 21-25 апреля 2015 г.). - Махачкала: Изд-во КИТ, 2015. - С. 173-174.
5. Гусейнов М.К., Курбанов М.К., Билалов Б.А., Сафаралиев Г.К. Магнетронное осаждение тонких пленок твердого раствора (SiC)1-x(AlN)x // Физика и техника полупроводников. - 2010. - Т. 44, вып. 6. - С. 841-844.
6. Голубев В.И. Нурмагомедов Ш.А., Пихтин А.Н., Разбегаев В.Н., Сафаралиев Г.К., Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Оптические свойства эпитаксиальных слоев твердых растворов (SiQ^AlN^ // Тез. док. III Всесоюзн. совещ. «Физика и технология широкозонных полупроводников». - Махачкала: Изд-во ДГУ, 1986. - С. 46-47.
7. Павлов Л.П. Методы определения основных параметров полупроводниковых материалов. - М.: Высшая школа, 1987. - 239 с.
8. Батавин В.В., Коцевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. - М.: Радио и связь, 1985. - 284 с.
9. Батвин В.В. Контроль параметров полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев. - М.: Советское радио, 1976. - 104 с.
10. Tamm I.E. Über eine Möglich Art der Elektronenbindungen an Kristalloberflächen // Physikal. Zeitschr. Der Sowjetunion. - 1932. - B. 1, h. 6. - S. 733-746.
Поступила в редакцию 4 декабря 2020 г.
UDC 621.315.592
DOI: 10.21779/2542-0321-2021-36-1-34-38
Research of the Optical and Electrical Properties of Solid Solutions (Sic)1-X (Aln)X Z.I. Shakhbanova1, M.K. Guseynov2, M.A. Magomedov2
1Dagestan State University; Russia, 367000, Makhachkala, M. Gadzhiev st., 43a; [email protected];
2Dagestan State Technical University; Russia, 367015, Makhachkala, Imam Shamil Av., 70; [email protected]
The results of studies of the optical and electrical properties of solid solutions of silicon carbide with aluminum nitride (SiC)1-x (AlN)x are presented.
It was found that with an increase in the AlN content in the (SiC)1-x(AlN)x films, the optical transmission spectra shifts to the short-wavelength region. It is shown that films obtained at high temperatures have good conductivity; it is also shown that, depending on the substrate temperature, in the range from 800 to 1300 K, the specific electrical conductivity can vary over a wide range. The electrical conductivity increases by about 5-6 orders of magnitude.
Keywords: silicon carbide, aluminum nitride, solid solutions of silicon carbide with aluminum nitride, optical and electrical properties of solid solutions of silicon carbide with aluminum nitride.
Received 4 December 2020
