CC BY
103
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: [email protected]
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: [email protected]
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.
