CC BY
33
Секция технологии микроэлектроники
УДК 546.281;539.2
Б.М. Костишко, Ш.Р. Атажанов, Ю.С. Нагорнов, А.Н. Комов
СТИМУЛИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОННЫМ ОБЛУЧЕНИЕМ ПРОЦЕССЫ В КАРБОНИЗИРОВАННОМ ПОРИСТОМ КРЕМНИИ
Самарский государственный университет,
443011, г. Самара, ул. акад. Павлова, I, телУфакс: (8462) 345455, e-mail: komo\@$su.satnura.ru
Пористый кремний (ПК) представляет несомненный интерес как дешевый и технологически совместимый материал для источников света в видимой области. Однако надежды на быстрое внедрение в практику этого материала, возникшие в связи с открытием в 1991 г. эффективной фотолюминесценции (ФЛ) ПК. не оправдались. Наиболее существенной причиной этого является нестабильность светоизлучающих свойств пористого кремния при различных внешних воздействиях: облучении светом [1], электронами [2], у-облучении [3] и др. В связи с этим на первый план выходит задача выявления механизмов деградации ФЛ ПК и разработки методов, позволяющих уменьшить или полностью устранить этот эффект.
Целью настоящей работы является исследование стимулированных облучением электронами киловольтных энергий процессов в приповерхностном слое нового объекта - пористого кремния, подвергшегося, для повышения радиационной стойкости, быстрой высокотемперату рной карбонизации.
Исходным материалом для образцов ПК служили легированные фосфором пластины кремния с ориентацией (100) и удельным электрическим сопротивлением р=2.4 Ом см {Na=1.5-1015 с.ч'3). Пористый кремний формировался по стандартной технологии в процессе электрохимического травления в электролите, состоящем из 48%-ной плавиковой кислоты (HF) и этилового спирта в соотношении 1:1. Время электрохимического травления составляло 40 минут при плотности тока 20 мАУсм2. Свежеприготовленные образцы ПК помещались в реактор, в котором проводилась процедура карбонизации при температуре 1000-1400 С в течение 2-4 минут в среде углеродосодержащего газа и газа-носителя (водорода). В процессе карбонизации производилось легирование бором с поверхностной концентрацией Св
«1018 см'3. Описанная процедура применяется при создании буферных слоев в ге-тероэпитаксиальных структурах 3C-SiC/Si [4]. Цвет фотолюминесценции карбонизированных образцов был бело-голубым.
Исследование электронно-стимулированного изменения состава поверхности карбонизированного ПК производилось методом электронной оже-спектроскопии. Облучение электронами с энергией Ер=3 кэВ осуществлялось в сверхвысоковакуумной камере оже-спектрометра 09И0С-10-005 в режиме разворачивания электронного луча в растр, что позволяло варьировать дозу облучения в широких пределах D-1015-5-1017 см'2. Используемый спектрометр имел энергоанализатор с достаточно высоким разрешением ДЕ/Е=0.45%. Непосредственно в про-
(1)
цессе облучения {in situ) записывались оже-спектры кремния Si(L2iVV), углерода C(KJLL) и кислорода O(KLL) при следующих режимах: остаточное давление в аналитической камере р^510'к Па, ток электронов в пучке ip“0.5 мкА, напряжение модуляции
Для используемого ускоряющего напряжения (3 кэВ) ранее нами было проведено эталонирование спектрометра и получены коэффициенты элементных чувствительностей: s$j =0.57, S$ - 1-28 и sfj = 1-0 № Наличие этих коэффициентов
позволило определять не просто изменение интенсивностей оже-линий, как это делается обычно, а проводить количественный анализ состава исследуемых образцов. Концентрацию элементов вычисляли по формуле
с,=(вд/уЫ1*,/,/4
ы
где С; и Jj - весовые концентрации и интенсивности оже-пиков Si 0=1), С (i=2) и О 0~3) соответственно, к; - коэффициенты корректировки, учитывающие искажение формы оже-линий из-за аппаратного уширения. В нашем случае kSl =1, /^-=1.25, Ао=1.32 [4].
На рис. 1 представлены зависимости концентрации атомов Si, С и О на поверхности свежеприготовленного и подвергнутого карбонизации ПК от дозы электронного облучения. Как видно, характер электронно-стимулированных процессов в этих случаях совершенно противоположный. Если в случае спежеприготовлен-ных образцов наблюдается существенный рост концентрации углерода, то на поверхности карбонизированного ПК содержание углерода, наоборот, уменьшается.
Ранее нами исследовались электронно-стимулированные процессы на поверхности ПК, подвергшегося различным предварительным обработкам - водному дотравливанию, низкотемпературному термовакуумному отжигу, лазерному, ионному и (3-облучению. Во всех перечисленных случаях концентрация атомов углерода на поверхности исследуемых образцов в процессе электронного облучения возрастала. Единственным исключением являются образцы, подвергшиеся высокотемпературному отжигу в углеродосодержащей атмосфере. Наблюдаемый эффект, очевидно, должен быть связан с тем, что на поверхности облучаемых электронами образцов присутствует тонкий слой, перенасыщенный углеродом и содержащий нанокристаллиты карбида кремния [5].
Рассмотрим условие баланса в слое, толщина которого равна глубине выхода оже-электронов (для углерода Х.Ю.7 нм) линии C(KLL). Учтем, что содержащие атомы углерода молекулы, адсорбированные на поверхности, под действием электронов диссоциируют. В результате этого может возникнуть поток атомов углерода, диффундирующих в объем кристалла - JDV- Если этот процесс происходит на поверхности пор образца, предварительно карбонизированного, то такая диффузия будет приводить к дополнительному образованию монокристаллической фазы SiC.
При составлении уравнения непрерывности необходимо, кроме потока JDV! учесть адсорбционный (Ja) и десорбционный потоки (УД а также стимулированный электронами поток атомов углерода по поверхности (Jos)
dCC.91 + тС_ г (у +J+ JDS + JDV )dS = 0 > dt M{ Os
3
где = у / 2 [f-'C, (г) / iHj ] " масса слоя объемом V~S-A, из которого эмиттиро-вались оже-электроны; V„ т, - объемы и масса i-го атома соответственно.
с.%
80----------------г
с,%
а)
б)
Рис. I. Дозовые зависимости состава поверхности: а- исходного ПК и б- карбонизированного ПК
В первом приближении можно считать, что -Л/ и приблизительно одинаковы и в случае свежеприготовленного, и в случае карбонизированного образцов. Косвенным доказательством этого может служить неизменность адсорбцион-но-десорбционных потоков и диффузионного потока по поверхности в процессе облучения электронами свежеприготовленного образца. Экспериментальные данные, приведенные на рис. 1,а, свидетельствуют о том, что условие
(3)
dC£{t) MA{t)
---—--------Л—— -const
dt mr
‘С
выполняется с десятипроцентной точностью. В (3) МА0) и Сс(() ‘ масса анализируемого объема и концентрация углерода свежеприготовленного образца при электронном облучении.
С учетом введенного приближения и экспериментальных результатов (рис. 1), величину диффузионного потока атомов углерода в объем ПК можно вычислить по формуле
А
dc£{t)
dt
(4)
где Мс(0, с£ (/) - масса анализируемого объема и концентрация углерода при
облучении карбонизированного образца ПК.
Вычисления показывают, что за время электронного облучения величина ,/Л[- меняется в пределах (1.7-2Д)-1013 см'2.
В результате электронного облучения в спектре ФЛ карбонизированного ПК исчезает низкоэнергетическая полоса вблизи 1.9 эВ (650 нм) и существенно возрастает амплитуда спектрального максимума в сине-зеленой области. Этот факт хорошо согласуется с представлением о том, что обработка электронами с энергией 3 кэВ приводит к уменьшению размеров остовов квантовых нитей Si за счет дополнительного роста монокрисгаллической фазы SiC. В таком случае, если весь поток атомов углерода, диффундировавших в объем, вдет на стимулированную электронами карбонизацию, то, исходя из оценочных данных величины JDy, к
концу облучения образуется слой карбида кремния толщиной 40-45 нм.
Таким образом, исследования показали, что в процессе облучения электронами с энергией 3 кэВ карбонизированного ПК, концентрация углерода на его поверхности существенно уменьшается. Это объясняется наличием электронно-стимулированной диффузии атомов углерода в объем материала. С учетом того, что в спектре фотолюминесценции после электронной обработки исчезает полоса, которой отвечает ФЛ из квантовых нитей кремния, сделано предположение о дополнительной карбонизации образца в процессе облучения. Исходя из экспериментальных данных, сделана оценка толщины слоя, карбонизированного за счет электронной стимуляции поверхности (40-45 нм).
Работа финансировалась грантами РФФИ № 99-02-17903, «Российские университеты - фундаментальные исследования» н «Материалы, структуры и приборы полупроводниковой оптоэлектроники».
ЛИТЕРАТУРА
1. C.hang J.M., Chuo G.S., Chang D.C. et at. // J. Appl. Phys. 1995. V. 77. № 10. P. 5365-5368.
2. Костишко Б.М., Орлов A.M. // ЖТФ. 1998. T. 68. N3.C. 58-63.
3. Астрова E.B., Витман Р.Ф., Емцев В.ВЛ ФТП. 1996. Т. 29. Вып.7. С. 1301-1305.
4. Атажаиое Ш.Р., Костишко Б.М., Комов А.Н., Чепурнов В.И. // Поверхность. 1998. Т.П. С. 117-123.
5. Костишко Б.М., Атажанов Ш.Р., Миков С.И. //Письма ЖТФ. 1998. Т. 24. Вып. 16. С. 24-30.
УДК 621.315.592
Л.Р. Шагинян, И.А. Косско, В.Ф. Бритун
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОСАЖДЕНИЯ НА СВОЙСТВА ПЛЕНОК 1п203:5п02
Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев
Пленочные прозрачные электропроводящие контакты в оптоэлектронных приборах применяют при необходимости приложения напряжения к активному элементу прибора и выведения видимого излучения через эти контакты с минимальными потерями.
Таким требованиям отвечают пленки оксидов индия и олова. Однако удельное сопротивление каждого из них в отдельности достаточно высоко (~10‘2 ом.см). В [1,2] сообщалось о получении прозрачных пленок с электропроводностью до 10" 4 ом.см, полученных ВЧ'распылением мишени, спеченной из смеси порошков 20% 8п02: 80%1п20? [ I ], а также реакционным распылением сплава 1п-Бп в смеси Аг-Ог и распылением порошковой спеченной мишени 8п02: 1п203 [2]. В [3] описан способ создания прозрачного омического контакта к карбиду кремния методом ВЧ-распыления порошковой мишени 8п02: 1п203. Однако во всех этих работах не исследовали влияния параметров осаждения на состав и структуру пленок, которые, вообще говоря, являются фундаментальными характеристиками, определяющими их прочие физические свойства.
