Исследование пористых многофункциональных пленок диоксида кремния, модифицированного углеродом

• Автор: Усов, Сергей Петрович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Электрические и оптические свойства пористых пленок

1.1. Структура и технология получения пористых пленок

1.2. Электрические свойства пористых пленок

1.3. Оптические свойства пористых пленок

1.4. Газопоглощение в пористых пленках

2. Методика подготовки образцов и техника эксперимета

2.1. Структура образцов

2.2. Нанесение пористых пленок двуокиси кремния

2.3. Измерительные установки

3. Свойства пористых слоев диоксида кремния
3.1 Структура и состав пленок ЗЮ2+С
3.2. Зависимость ширины оптической щели пленки от процентного содержания графита в составе мишени кремний-графит
3.3. Зависимость пористости пленки от процентного содержания графита в составе мишени кремний-графит
3.4. Электрическая прочность
3.5. Выводы по главе
4. Возможные области применения пористых слоев ЗЮг+С
4.1. Чувствительный элемент сенсора паров углеводородов
4.2. Элемент энергонезависимой памяти
4.3. Ненакаливаемый источник электронов
4.4. Выводы по главе
Заключение
Список используемых источников
Приложения А-Д

Введение
В настоящее время в связи с тенденцией к микроминиатюризации в электронике возрастает потребность в разработке и создании принципиально новых приборов, обладающих высокой эффективностью, долговечностью и надежностью в условиях значительного уменьшения размеров. К широкому классу таких приборов относятся тонкопленочные структуры металл-диэлектрик-металл (МДМ), которые могут использоваться как ненакаливаемые источники электронов, элементы памяти, датчики давления, газоанализаторы, сенсоры.[94].
Свойства тонких пленок в значительной степени определяются способом их получения, а также материалом и качеством поверхности подложки, составом распыляемой мишени, составом рабочих газов и применяемых химических реактивов. Поэтому важнейшей задачей является разработка методов исследования, желательно неразрушающих, оптических и электрических свойств, их зависимостей от вышеперечисленных факторов и установление корреляции между исследуемыми свойствами и эксплуатационными характеристиками.
В результате добавления- углерода в состав, тонких пленок БЮг, осуществляемой путем распыления графитовых дисков в. составе кремниевой мишени, в них происходят необратимые изменения структуры, приводящие к образованию пор [103]. Наличие пор делает МДМ-систему принципиально новым объектом по сравнению с исходной конденсаторной структурой, у которой появляются такие свойства, как эффекты переключения и памяти, высокая чувствительность к. различным газам. В силу перечисленных свойств, пористые МДМ-системы могут быть использованы в ряде приборов твердотельной и вакуумной электроники. Так, на их основе можно создать новые энергонезависимые элементы памяти для запоминающих устройств ЭВМ, эффективные ненакаливаемые эмиттеры электронов для вакуумных интегральных схем и других электровакуумных приборов, светоизлучающие элементы для индикаторных устройств, датчики давления, сенсоры,
газоанализаторы и т.д. Приборам и устройствам на основе пористых МДМ-систем присущ ряд достоинств: относительно простая технология
изготовления, полностью совместимая с современной полупроводниковой интегральной технологией возможность микроминиатюризации, легкость изготовления в матричном исполнении.
Данная работа направлена на исследование влияния примеси углерода (графита) в рабочем диэлектрике на параметры МДМ-структур.
Актуальность этого исследования заключается в том, что оно охватывает практически неизученную область: влияние углерода на параметры диэлектрических пленок. Паромасляные и механические насосы, широко используемые для получения вакуума, приводят к значительному повышению концентрации углеводородов в вакуумной камере. Адсорбируясь на распыляемых поверхностях, углерод участвует в процессах зарождения и роста диэлектрических пленок, что в конечном итоге сказывается на свойствах получаемого диэлектрика. Если рассматривать процесс формовки как метод по определению качества диэлектрика, то можно сказать, что присутствие углерода и углеводородов в вакуумной камере на стадии изготовления диэлектрика оказывает влияние на качество и структуру диэлектрика. Диэлектрик разрыхляется и образуется пористая структура. Полученные пористые пленки имеют высокий адсорбционный отклик, обладают высокой чувствительностью к парообразным углеводородам. Подобных исследований для пористых МДМ - структур не проводилось и поэтому проведение таких экспериментов актуально.
Целью работы являлось: исследование механизма формирования и влияния примеси углерода на структуру пленок диоксида кремния, его электрофизические параметры и исследование возможности создания, элементов электроники на основе пористых слоев диоксида кремния.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Первая глава посвящена литературному обзору процесса получения пористых пленок и их свойств. Рассмотрен широкий круг статей, книг и тезисов докладов, посвященных пористым пленкам. Особое внимание уделено описанию одинаковых

(см. рис. 1.13). Следует обратить внимание, что для всех таких слоев зависимость п = /(з), начиная с некоторой степени окисления, определяемой точкой пересечения с кривой 8Ь-8Ю2, одинакова и не зависит от ры.
11 г
Рис. 1.13. Расчетные кривые, характеризующие связь между показателем преломления окисленного пористого кремния и степенью окисления кремниевого каркаса. X = 632.8им. Кривая 81 + БЮ 2 соответствует пленке, в которой после окисления не осталось пор. Р;п — исходная пористость неокисленной пленки [62]
Рис. 1.14. Соотношение между пористостью и показателем преломления окисленного пористого кремния, рассчитанное для различных значений исходной пористости неокисленной пленки pin. X = 632.8 нм. Штрихпунктирные линии Si + V (пористый кремний) и Si02 + V (пористый окисел) ограничивают область значений, имеющих физический смысл. pin определяется по точке пересечения кривой р-п с линией Si + V [62]