CC BY
37
УДК 53. 09
ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКООМНЫХ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПЛЕНОК ZNO А.Т. Темиров*, Д.А. Шаихов**
^Дагестанский государственный технический университет **Дагестанский государственный медицинский университет
Аннотация Ключевые слова
В работе приводятся методы получения высокоомных ориентированных Проводимость, подложка, высокоомные
пленок оксида цинка различными методами, а также рост сопротивле- пленки, сопротивление, ориентация
ния пленок в зависимости от степени легирования пленок, подвижность электронов, ок-
сид цинка
История статьи:
Дата поступления в редакцию: 2 апреля
2017
Дата принятия к печати: 10 апреля 2017
Окись цинка является типичным полупроводниковым окислом с электронной проводимостью. Полупроводниковые окислы с электронной проводимостью характеризуются наличием избыточных ионов металла в междоузлиях, обеспечивающих низкое удельное сопротивление.
Целый ряд работ посвящен задаче усовершенствования методов и технологии воспроизводимого выращивания, совершенных высокоориентированных пленок оксида цинка.
Методом возгонки порошка в атмосфере кислорода оксида цинка в закрытых кварцевых ампулах автору работы [1] удалось получить ориентированные слои 2и0 на подложках из А1203. При этом температура источника равнялась 7000 С, а температурный перепад между зонами тигля и подложки был 1500 С. Рентгенографическим анализом было установлено, что пленки 2и0 ориентировались параллельно плоскости (0001) А1203. Пленки получались с низким удельным сопротивлением, их сопротивление удалось повысить легированием Ы2С03 при 6500 С.
Характеристики высокоомных образцов, полученных легированием литием, из-за поглощения атмосферной влаги и перераспределения лития в них со временем не стабильны.
Большой интерес представляет получение высокоомных ориентированных пленок 2и0 для создания фоторезисторов, обладающих повышенной стабильностью и высокой температурной устойчивостью , термическим разложением ацетилацетоната цинка (С3Ы502)27и при температуре подложки выше 6700 С в работе [2] наблюдали ориентированный рост высокоомных слоев оксида цинка со скоростью роста ~10-3 мкм/мин. Холловская подвижность и удельное сопротивление равнялось 30 см2/В-с. и ~106 Ом-см соответственно.
Характерной особенностью высокоомных ориентированных пленок 2и0, полученных пироак-тивационным разложением паров пропината цинка 7и(С3Ы502)2 в вакууме [20], является возможность самолегирования пленок в процессе их роста. Было установлено: в зависимости от степени
Получение высокоомных ориентированных пленок 2иО
легирования углеродом в процессе роста сопротивление пленок можно изменить от 1012 Ом.см до 10-5 Ом.см.
К сожалению, сообщения о таких важных параметрах, как холловская подвижность, а также исследования степени совершенства этих пленок в литературе.
О возможности связывания кислорода избыточным цинком соответствующим увеличению сопротивления 2иО сообщается в работе [3,4].
Значительно повышение удельного сопротивления ориентированных пленок 2иО от 0,1 + 1 Ом-см до 105 + 106 Ом-см было достигнуто отжигом их в атмосфере кислорода при температуре 12000+13000С. В качестве подложек использовались пластинки, вырезанные из монокристаллов рубина и сапфира. Максимальная толщина пленок равнялась 0,5 + 1 мкм, а скорость роста - 1200 + 3000 А/мин. Отжиг пленок в вакууме не привел к изменению сопротивления.
Известно, что материал, температура и ориентация подложки оказывают существенное влияние не только на структуру и свойства осаждаемого материала, но также на степень ориентации и на скорость роста пленок. В основном, пленки повторяют ориентацию подложки.
Однако, когда температурный градиент и поток вещества не ограничены, нормальный рост пленок на данной ориентации подложки затрудняется, и при неравномерном температурном поле по подложке возможно появление пленок с двумя и более различными ориентациями на одной и той же грани подложки.
В работе [5] отмечается, что ориентация пленок, полученных катодным распылением в кис-лородно-аргонной среде, зависела от температуры подложки и не зависела от природы подложки. Рефлексы, соответствующие текстуре (1010) 2иО, на электроногаммах сопровождались появлением слабых рефлексов, соответствующих плоскости (1120), и ориентация (1120) не наблюдались без ориентации (1010). Исследование электрических свойств показало, что в зависимости от парциального давления кислорода удельное сопротивление изменяется от 0,1 до 107 Ом-см. Такое изменение удельного сопротивления возможно, поскольку проводимость в 2иО обусловлено ионами цинка. При повышении давления кислорода количество сверхстехиометрического цинка в 2иО уменьшается и ведет к увеличению удельного сопротивления. Температура подложки и скорость роста пленок при этом изменились от 170 до 330 0С и от 25 до 100 А/мин. соответственно. Максимальная подвижность электронов равнялась 20 см2/В-с.
Изменение электрических свойств в зависимости от парциальных давлений аргона и кислорода от материала подложки показано в работе [6]. Установлено, что удельное сопротивление резко зависит от составов газов. Так, например от 0,1 до 70 Ом-см, а при Рарг/Ро2=1 - от 104 до 106 Ом-см.
Холловская подвижность электронов в образцах на А12О3 изменилась от 0,6 до 1,6 см2/В-сек, а на подложках Сё8 - от 1,2 до 3,4 см2/В-сек. При температуре подложки 450 0С максимальная скорость роста пленок составляет 3,3 А/мин.
Одновременное изменение нескольких параметров затрудняет однозначно объяснить зависимость электрических свойств от условий распыления.
Уменьшение скорости роста и подвижности при увеличении температуры подложки ставит под сомнение надежность результатов этих авторов.
Методом высокочастотного катодного распыления получены хорошо ориентированные пленки 2иО на подложках из (111) Аи, (111)81, (0001)А10 и плавленого кварца в работе [7], и показано, что
независимо от ориентации и материала подложки наилучшие результаты получаются при одних и тех же условиях. В интервале температур подложки 225 + 400 0С и давления смеси оргон - кислород Рарг/РО2 = 4 максимальная скорость осаждения равнялась 120 А/мин.
Зависимость свойств и ориентации пленок от формы катода и анода исследовалась в работе [8]. Распыление проводилось в смеси аргон-кислород (1:1) на подложках из стекла и плавленого кварца, причем, катод из ZnO и анод имели полусферические формы. При температуре подложки 60 + 250 0С скорость роста независимо от подложки изменялась от 5.10-3 мкм/мин до 1,102 мкм/мин. Исследование на электронном микроскопе показало явное превосходство по степени ориентации пленок, полученных в полусферической системе, по сравнению с пленками, полученными в обычной пленарной катодной системе.
Возможность получения ориентированных пленок ZnO на подложках из Al2O3 и плавленого кварца, охлажденных до -190 0С, окислением в кислородно-аргоновой среде, показана на работах [9,10,11]. Скорость роста пленок на Al2O3 в интервале температур подложки от +30 0С до -190 0С изменялась от 60 А/мин до 900 А/мин.
Рентгеновскими исследованиями установлено образование аморфных осадков на подложках из аморфного кварца [10]. В таких пленках обнаруживают значительные затруднения внутренние напряжения и они обладают необычным для данного материала высоким удельным сопротивлением.
Окислением слоев ZnSe на воздухе при температуре 600 0С получены текстурированные пленки ZnO, и рентгеновскими исследованиями установлено, что ось С кристалликов пленки перпендикулярна и плоскости подложки. Электрические свойства этих пленок в работе [12] не сообщались.
О получении текстурированных пленок ZnO на неориентирующих подложках сообщалось в работе [13]. При этом ось С кристалликов пленки была перпендикулярна к плоскости подложки из стекла и плавленного кварца. Наибольшая скорость роста при этом равнялась -100А/мин.
Структура и электрические свойства пленок ZnO, полученных высокочастотным катодам распылением, были изучены в работе [14]. В интервале температур подложки от 30 до 300 0С скорость роста изменялась от 5-10-4 до 25-10-2 мкм/мин., холловская подвижность - от 0,3 до 0,4 см2/ В-сек., а концентрация -3-1018 см-3. Пленки, выращенные в оптимальных условиях на различных подложках, использованы для возбуждения объемных и поверхностных акустических волн.
Из перечисленных выше результатов работ видно, что ориентированные пленки, полученные этими авторами, далеки от совершенства. Об этом свидетельствуют низкие значения подвижности, низкие скорости роста и отсутствие надежных качественных данных. Это, вероятно, связано с отсутствием возможности получения перечисленными методами совершенных ориентированных пленок в контролируемых условиях роста.
Обращает на себя внимание и расхождение экспериментальных данных по скорости роста и электрическим свойствам пленок ZnO сообщаемых в работах [1-15].
На результаты измерений, проведенных этими авторами, по-видимому, существенным образом влияет метод получения, определяющий совершенство структуры, свойства и скорость роста указанных пленок.
При этих методах осаждения, где результаты воспроизводятся, не может быть и речи о зависимости скорости роста, являющейся основной кинетической характеристикой эпитаксиальных пле-
Получение высокоомных ориентированных пленок ZnO
нок, от условий осаждения, от материала ориентации подложки. Более того, очень малые скорости роста не позволяют получить достоверные данные даже при оптимальных условиях.
Противоречивость экспериментальных данных по свойствам этих пленок, а также отсутствие комплексных исследований кинетических параметров не позволяют отдать предпочтение результатам той или другой работы.
В последнее время для получения пленок оксида цинка все больше применяют метод химического транспорта, который позволяет получить совершенные пленки благодаря широкой возможности более точно контролировать условия осаждения.
В зависимости от структуры и материала подложек и условий осаждения можно получать пленки с различной структурой и с различными свойствами.
Для получения пленок 2и0 химическим транспортом в [16] использован хлоридный метод. Транспорт 2и0 из зоны с температурой 775 0С в зону подложки с температурой 700 0С осуществлялся в горизонтальной системе, работающей в открытом режиме. При этом скорость роста равнялась 1,2 мкм/мин. Все пленки имели электронную проводимость, низкие удельные сопротивления и обладали низкой подвижностью электронов.
Кристаллическая структура пленок исследована рентгеновским методом и установлено, что не плоскости (0112) А1203 растут слои (1120) 2и0, ось С пленки параллельна поверхности подложки и совпадает с [0111] А1203.
В работе [17] тонкие эпитаксиальные пленки 2и0 получены из газовой фазы методом окисления паров цинка в разбавленном парами воды гелия, в горизонтальном двухзонном реакторе на корундовых подложках. Осаждение осуществлялось при разных температурах зоны подложек. Прозрачные пленки толщиной в несколько микрон получены на подложках (0112) А1203. Ось С пленки лежала в плоскости подожки. Показан, что при температуре подложки выше 8500С слои имеют ориентацию (0001), а при температуре осаждения 800-8500С наблюдался рост участков других ориен-таций . В оптимальных условиях полученные пленки 2и0 обладали электронной проводимостью, удельным сопротивлением ~10-2 Ом-см, подвижностью ~30 см2в-1с-1 и концентрацией носителя ~1019см-3. Отжигом в кислороде их сопротивления удавалось повысить до 102 Ом-см, легированием литием - до 105 Ом-см.
В работе [18] впервые было сообщено о получении эпитаксиальных пленок 2и0 при сравнительно низких температурах подложки путем использования реакций
2и0 + Ы2 ^ 7и+Ы20
После знакомства с результатами работ [35,36,37,38] убеждаешься еще в том, что авторами этих работ удалось создать и установку, позволяющую не только контролировать технологический режим осаждения, но и эффективно управлять им в процессе осаждения пленок. Данным методом с технически приемлемой скоростью до 8 мкм/мин в интервале температур подложки от 480 до 6200С и тигля от 520 до 730 0С, при давлении водорода в системе до 1,8 атм и обеспечении парциального давления паров воды до 14% от давления водорода в системе сравнительно легко могут быть получены эпитаксиальные пленки с удаленным сопротивлением от 10-2 до 10 Ом-см, концентрацией электронов от 1016 до 1018 см-3 и подвижностью носителей от 40 до 140 см2в-1с-1 при 300 0К. Структурное качество и ориентация пленок, полученных данным методом, контролировались снятием электронограмм и рентгенограмм.
В работе [19] рентгенографическим методом было установлено сопровождение роста (0001) ZnO кристалликами другой ориентации на плоскости (0001) Al2O3. На данную особенность роста ЭП ZnO из (0001) Al2O3 впервые было указанно авторами работ [18 - 21].
ЛИТЕРАТУРА
1. Ohrishi M., Voshirawa M.A. Jbuki S. New Method for the Preparation of ZnO Films. J.Appl.Phys. 1970, v.9. №4, p.412.
2. Jraba R, Kajumura..and Mikoshiba N Generation and Detecton of Elostie surface waves With ZnO Films. J.Appl.Phys. 1971, v.7, № 2, p.135-138.
3. Hada T Uim Solid Films, 1971, v7, №2, p.135-138.
4. Galli G. Caner J.E. Appl. Phys. 1970, v.16, №11, p 439-443.
5. Foure M., Jouanin A. Croissonce epitaxoale de ZnO Sur corondon pour applications en electro-onigue. Rev.techn. Uomson - CSF, 1974, v6, №4, p.1137-1145.
6. Рабаданов Р.А., Семилетов С.А., Магомедов З.А. Структура и свойства монокристаллических слоев оксида цинка. ФТТ, 1970, г.12, №5, с.1431-1436.
7. Рабаданов Р.А., Семилетов С.А. Микроформология и особенности роста эпитаксиальных пленок оксида цинка на слюде. Кристаллография, 1971, г.ХУ1, №5, с.1012-1017.
В. Семилетов С.А. Эпитаксиальные слои на слюде. Кристаллография, 1972, т.ХУП, №2, с.434-436.
9. Рабаданов Р.А. Получение и исследование эпитаксиальных слоев оксида цинка: Дис. На соискание ученой степени канд.физ.-мат.наук. М.: ИК АН СССР, 1972.
10. Семилетов С.А., Кузнецов Г.Ф., Багомадова А.М., Чаплыгин Г.В., Аксенова Л.Л. Ориентация пленок оксида цинка на сапфире. Крист-я, 1978, т.23, №9, с.357-363.
11. Scharowcky E. J. Phys. 1963, t.135, s.315.
12. Bodner G., Mollwo E. J. Phys.chem Solids. 1958. V6, p.136
13. Kubo J., Tokita J. Polarity of ZnO Crystal (J) Jon Bombarding Behavior. J. Appl. Phys. 1969, v8,№5, P.626-627
14. Hutson AR Hall Effect studies of Doped Zine oxide single crystals. Phys.Rev.1957, vl08, №2,p.222
15. Файнштейн С.М. Обработка и защита поверхности полупроводниковых приборов. М.: Наука, 1970.
16. Зевкс Т.А., Кортнев Л.Н., Толомасов В.А. Подготовка поверхности сапфира для эпитексии кремния. Крист-я, 1968, т.13, №3, с.579-581.
17. Семилетов С.А., Багдасаров Х.С., Папков В.С., Магомедов З.А. Электронографические исследования термически обработанной поверхности корунда. ФТТ, 1968, т.10, с.71-75.
18. Магомедов З.А. Дисс. На соискание ученой степени канд.физ.-мат. Наук. М.: ИХ АН СССР, 1968.
19. Зеликин Я.М. Изготовление и свойства сублимированных слоев люминесцирующих оксида и сульфида цинка. ПТЭ, 1962, №2, с.130-132.
20. Левицкая Т.Л., Пасько Н.Г., Кидяров Б.И. Термодинамический анализ и выращивание монокристаллов ZnO в системе Н.М. 1974, т.10, №8, с.1472-1477.
21. Рабаданов Р.А., Семилетов С.А., Шаихов Д.А., Алиев И.Ш. Анализ условий осаждения ориентированных пленок оксида цинка из газовой фазы. Сб. Прикладная физика ТВ.тела. Махачкала, 1976, с.82-87.
Полезная модель для связки пустотообразователей системы Cobiax...
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом: А.Т. Темиров, Д.А. Шаихов. Получение высокоомных ориентированных пленок ZnO // Системные технологии. — 2017. — № 22. — С. 14—19.
GETTING HIGH ORIENTED ZNO FILMS A. T. Temirov, D.A. Shaihov
Abstract Key words
In the work methods of obtaining high-resistance oriented films of zinc oxide Conductivity, substrate, high-resistance
by various methods are given, as well as an increase in the resistance of films, films, resistance, film orientation, electron
depending on the degree of doping mobility, zinc oxide
Date of receipt in edition:
2 April 2017
Date of acceptance for printing:
10 April 2017
УДК 693.5
ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ СВЯЗКИ ПУСТОТООБРАЗОВАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ COBIAX ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МОНОЛИТНЫХ ОБЛЕГЧЕННЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
Г.Э. Окольникова, Д.М. Чмых
Российский университет дружбы народов, Инженерная академия
Аннотация Ключевые слова
Представлена полезная модель для связки пустотообразователей, пред- пустотообразователь, железобетон-
ставляющих собой полую оболочку сферической формы из перерабо- ные плиты перекрытия, технология
танного полиэтилена для технологии устройства облегченных железо- устройства
бетонных плит перекрытий с предварительным напряжением арматуры История статьи:
в построечных условиях. Описаны составляющие полезной модели и Дата поступления в редакцию: 7 марта
принцип ее работы 2017
Дата принятия к печати: 10 марта 2017
Введение: Весьма эффективными с точки зрения снижения расхода материалов и обеспечения ровной потолочной поверхности являются перекрытия с круглыми и овальными пустотами. Однако такие перекрытия чаще бывают сборными, изготовляемыми на заводах ЖБИ. При возведении монолитных перекрытий заводская технология практически неприменима.
Решая проблему снижения массы монолитного перекрытия и одновременного обеспечения при его устройстве ровную потолочную поверхность, швейцарская фирма «СоЫах» разработала си-
