Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОСАЖДЕНИЯ НА СВОЙСТВА ПЛЕНОК In203:Sn02'

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОСАЖДЕНИЯ НА СВОЙСТВА ПЛЕНОК In203:Sn02 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
173
34
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Шагинян Л. Р., Косско И. А., Бритун В. Ф.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОСАЖДЕНИЯ НА СВОЙСТВА ПЛЕНОК In203:Sn02»

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., Витмам 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%1гьСЬ [) ], 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.

В связи со сказанным была проведена работа по получению таких пленок (для их названия принята аббревиатура ИТО) методом ВЧ-магнетронного распыления и изучению влияния важнейших параметров процесса на состав и структуру таких конденсатов.

Методика эксперимента. В качестве мишени был использован диск, полученный методом горячего прессования смеси ! 0%8п02: 1п-03 порошков марки «ХЧ». Перед осаждением пленки установку откачивали до (2-3)х10~5 мм рт.ст., распыление проводили в среде аргона при давлении 6x10'3 мм рт.ст. К водоохлаждаемому блоку мишеней прикладывалось ВЧ-напряжение от генератора, регулируя мощность которого можно было изменять величину индуцированого на мишени постоянного напряжения в пределах -200 - -1500 В, К подложкодержателю можно было прикладывать регулируемое отрицательное напряжение смещения от источника постоянного тока для обеспечения ионной бомбардировки (ИБ) поверхности роста в процессе осаждения конденсата, Положки в процессе осаждения специально не нагревали.

Состав конденсатов и мишени исследовали методом Оже-спектрального анализа с очисткой ионным травлением поверхности объекта непосредственно перед проведением анализа. Морфологию и структуру конденсатов, осажденных для этих целей на свежие сколы монокристалла КаС1. исследовали мегодом просвечивающей электронной микроскопии и электронографии. Удельное электросопротивление измеряли четырехзондовым методом. Толщину пленок определяли микрои нтерферометрическим методом.

Для изучения влияния ионной бомбардировки на состав пленок в качестве подложек применяли пластины ситалла, покрытые слоем хрома. Последний обеспечивал эффективное приложение напряжения смешения к подложке. Одновременно на подложкодержателе размешали подложки из стекла и N30. не имевшие проводящих контактов. Организованные таким образом эксперименты позволяли исключить влияние возможных нестабильностей процесса на исследуемые свойства пленок.

Результаты эксперимента. В таблице приведены варьировавшиеся параметры осаждения и соответствующие им свойства пленок, полученных в различных условиях.

Таблица

Параметры осаждения Свойства пленок

Напряжение на мишени, В Напряжение на подложке, В Тип под- ложки Іп/О % Тол- щина плен- ки, А Удель< ІІОЄ ЭЛ. сопр, ом • см Ско- рость роста, А/с

400 плавающее Стекло 1.68 <1% 1000 3,0 ■ Ю’3 0,83

600 плавающее -«»- 1,72 -- 1600 4,4- Ю'4 1,33

800 плавающее -«»- 2,00 -1% 2300 4,4-10’4 1,9

400 -100 ситалл с подслоем Сг 2,20 <2% 2500

600 -100 -«»- 2,15 -1% 3500 —

800 -100 -«»- 2,50 <2% 4000 —

Состав мишени 2,06 -8%

По данным электронографического анализа структура пленок состояла из двух фаз - аморфной и поли кристаллической. Иолнкристалличсская фаза отвечала кубической структуре диоксида индия, линии на электроне грамме от которой накладывались на достаточно четкие гало аморфной фазы. Это свидетельствовало о том, что аморфная фаза также основана на ближнем порядке, соответствующем структуре диоксида индия [4]. Морфология пленок, осажденных при двух различных напряжениях смешения на подложке, принципиально не отличалась и состояла из областей с выраженной зернистой структурой, отвечавшей поликристалли-ческой фазе, и из характерных мелкодисперсных однородных участков, плавно сопрягающихся с зернистыми областями.

Зависимость состава пленок от напряжения на мишени и на подложке имела следующие особенности. Во-первых, концентрация кислорода в пленке снижалась с увеличением напряжения на мишени. Эта тенденция видна как для пленок, выращенных с ИБ (на подложках из ситалла с подслоем хрома), так и без нее (на стеклянных подложках). Во-вторых, ионная бомбардировка способствовала некоторому обеднению состава пленки кислородом (ср. состав пленок на стекле и на ситалле с подслоем Сг). В-третьих, состав пленок, осажденных без ИБ, был несколько обогащен кислородом по сравнению с мишенью. И наконец, в составе пленок концентрация олова была на уровне 1%. Скорость роста пленки увеличивалась с напряжением па мишени. Адгезия пленок ко всем подложкам была хорошей, что обнаруживалось при их царапании стальной иглой.

Обсуждение результатов. Чтобы понять полученные данные, целесообразно рассмотреть процессы на мишени и подложке, стимулируемые ИБ. Известно, что наследование пленкой состава мишени в распылительных методах явление не обязательное, особенно в случае распыления сложных мишеней, в состав которых входят элементы, не связанные между собой химической связью. В нашем случае распыляемая мишень представляла собой механическую смесь порошков оксидов SnO? ё in203, которые распылялись как независимые соединения. Распыленные частицы в случае каждого конкретного соединения могут быть в атомарном или молекулярном состоянии, а соотношение этих частиц в газовой фазе зависит от свойств распыляемого вещества. Установлено, что в случае распыления окислов доля молекул типа МеОх может достигать половины и более среди распыленных из мишени. Состав пленки будет зависеть от состава распыленных частиц. Т.е., вероятность наследования пленкой состава мишени будет тем выше, чем больше будет доля молекул среди распыленных частиц, что особенно важно, если в состав соединения входит летучий компонент типа азота или кислорода. Из ряда работ известно, что для пленок ИТО обычен дефицит кислорода, который ликвидируют последующим их отжигом в среде кислорода.

Относительное содержание кислорода In/О в пленках, осажденных без ИБ, близко к таковому для исходной мишени, а иногда даже несколько превосходит последнее. Этот факт говорит о том, что в этих пленках избыточный по сравнению с мишенью кислород вероятно, берется из остаточной атмосферы. Подтверждением этому может служить состав пленок, осажденных в условиях ИБ, в котором наблюдается дефицит кислорода. Т.е., тот избыточный кислород из остаточной атмосферы, оказываясь на подложке наряду с молекулами оксида, десорбируется налетающими ионами аргона. Заодно может быть десорбирована и небольшая часть атомов кислорода, присутствующая среди распыленных с мишени частиц, что проявляется в некотором дефиците кислорода по сравнению с мишенью в пленках, осажденных в условиях ИБ. Эту версию поддерживает также факт снижения концентрации кислорода в пленках, осажденных при больших энергиях ионов, т.е., при максимальном напряжении на мишени (-800 В), причем это на-

блюдается как для пленок, осажденных с ИБ, так и без нее.

Практическое отсутствие в пленках олова (оно по данным анализа, в разных пленках колебалось в пределах 0,6-2%, в основном же его~1%) вероятно, связано с тем, что коэффициент распыления олова аргоном более, чем в три раза ниже коэффициента распыления индия ионами аргона близкой энергии.

Важным следствием исследования структуры пленок, осажденных на сколы NaCI, явилось отсутствие на ее микроструктуре следов ИБ несмотря на приложенное постоянное напряжение смещения, что лишний раз подтверждает вывод о невозможности использования такого типа напряжения для обеспечения ИБ растущей пленки, если ее осаждать на диэлектрическую подложку [5,6] или если сама пленка является неэлектропроводящей [7]. Более высокое значение величины удельного электросопротивления пленки, осажденной на стекло при 400 В напряжения на мишени, по-видимому, обусловлено малой толщиной пленки, относительная концентрация дефектов на единицу толщины в которой больше, чем в более толстых конденсатах. Зависимость скорости роста от напряжения на мишени вполне понятна, поскольку количество распыленных частиц для этого диапазона энергий ионов, будет пропорционально ионному току, который возрастает с ростом напряжения на мишени.

Выводы. Состав пленок может зависеть от ионной бомбардировки осуществляемой в процессе их роста. Величина энергии ионов, распыляющих мишень, также может оказывать влияние на состав пленок. Ионная бомбардировка поверхности конденсации не может быть эффективно осуществлена при использовании постоянного напряжения смещения, если осаждение проводится на диэлектрические подложки и не приняты соответствующие меры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Vossen J.L. RP sputtered transparent conductors. System Sn02: ln203. // RCA rewiev .-1971.-32, p.289-296.

2. Fraser D., Cook H.D. Deposition of conductive, transparent films by sputtering of In-Sn-O. ;/}. Electrochem. Soc.-1972.-119--10, p. 1368-1374.

3. A,c. №3849382/24-25, С.И.Власкина, А.Н.Деревенко. М.П.Лисицаа, Л.Р.Шагинян и др. от 31.02.1985 г.

4. Пилянкетч A.H., Куликовский В.Ю., Шагииян Л. Р. К вопросу о влиянии ионной бомбардировки на структуру пленок, получаемых реакционным осаждением. // Поверхность.-1988.-№8.-с. 147-150.

5. Pilyankevich A.N., Kulikovski У. Yu., Shaginyun L.R. Influence of Ш on structure of ion-plated In films.// Thin Sol. Films.-1986.'№137.-p,215-224.

6. Пилянкевич A. H., Куликовский В JO., Шагинян Л. Р. Механизм синтеза пленок нитрида индия при термоионном реакционном осаждении. // Поверхность.-1986.-№10.-с.97-105.

7. Shaginyan LR., Yasrabik L., Fendrych F. Influence of deposition conditions on growth and properties of CNxHy films. II Surf.&Coat.Technol.-l 998.-№99.-p.42-51.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.