Физические принципы осаждения из газовой фазы аморфных, нанокристаллических и микрокристаллических пленок алмазоподобного углерода и карбида кремния

• Автор: Тарала, Виталий Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 276 с. : 55 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Кристаллическая структура карбида кремния и алмаза

1.2 Общие представления об углероде и его пленках

1.2.1 Характеристика микро- и наноструктуры аморфных пленок углерода

1.2.2 Характеристика микро- и наноструктуры микрокристаллических и нанокристаллических пленок алмаза
1.2.3 Влияние условий синтеза на структуру нано- и ультрананокристаллических пленок алмаза

1.2.4 Исследование алмазоподобных пленок методом Римановской спектроскопии

1.3 Сравнительная характеристика методов получения пленок аморфного алмазоподобного углерода
1.4 Влияние параметров синтеза на состав и структуру пленок SIC
1.4.1 Гомоэпитаксия слоев SIC
1.4.2 Гетероэпитаксия слоев SIC
1.4.3 Синтез микрокристаллических пленок SÎC
1.4.4 Влияние условий синтеза на структуру аморфных пленок карбида кремния
1.5 Теории зародышеобразования
1.6 Механизм реконструкции Гаррисона (Harrison)
1.7 Модели, основанные на механизме Гаррисона
1.8 Области применения и перспективы использования алмазоподобных пленок углерода
1.9 Области применения карбида кремния
1.10 Заключение к главе
ГЛАВА II. МЕТОДЫ СИНТЕЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛЕНОК КАРБИДА КРЕМНИЯ И УГЛЕРОДА
2.1 Материалы
2.2 Методика подготовки подложек
2.3 Характеристики экспериментальных установок ХОГФ и методика синтеза пленок карбида кремния
2.4 Характеристики установок ХОГФ и методика синтеза пленок углерода

2.5 Методы исследования
2.5.1 Просвечивающая ИК-спектроскопия
2.5.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС)
2.5.3 Рентгенофазовый анализ (РФА)
2.5.4 Исследование морфологии поверхности (СЗМ)
2.6 Измерение толщины пленок БЮ
2.7 Измерение толщины пленок углерода
2.8 Измерение внутренних напряжений в гетероструктуре а-С:Н/81
2.9 Измерение вольтамперных характеристик пленок а-С:Н
2.10 Измерение механических свойств а-С:Н
2.11 Определение электрохимических свойств а-С:Н
2.12 Разработка способа исследования и систематизации углеродных пленок путем анализа спектров комбинационного рассеяния
2.12.1 Формулировка проблемы и способа ее решения
2.12.2 Модель трансформации микроструктуры материала в процессе перехода от макро- к нано- и аморфному состоянию
2.12.3 Моделирование спектров комбинационного рассеяния света
2.13 Определение характеристических переменных спектра КРС
2.13.1 Определение качества спектра КРС
2.13.2 Построение базовой линии
2.13.3 Определение максимума интенсивности базового спектра
2.13.4 Оценка концентрации связанного водорода
2.13.5 Определение центра масс спектра КРС
2.13.6 Определение ширины спектра на полувысотах интенсивности в точках центра масс и максимума спектра
2.13.7 Оценка доли углерода с эр2- и ьрЗ- типом гибридизации
2.13.8 Идентификация материала
2.13.9 Определение характеристического коэффициента кристалличности
2.14 Заключение к главе II

ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗАРОЖДЕНИЯ И РОСТА АМОРФНЫХ И КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК
3.1 Описание структуры кристаллических решеток карбида кремния и алмаза с позиции высокомолекулярных соединений
3.2 Результаты исследования энергетически выгодной атомарной структуры грани (100)
3.3 Результаты исследования атомарной структуры зародышей, образующихся на грани (100)
3.4 Результаты исследования механизма зарождения кристаллической пленки на грани (100)
3.4.1 Результаты исследования механизмов зарождения и роста кристаллических пленок алмаза из радикалов С2
3.5 Результаты исследования механизмов зарождения аморфных пленок на грани (100)
3.5.1 Результаты исследования механизмов зарождения и роста аморфных пленок
из радикалов С2
3.5.2 Результаты исследования механизмов зарождения гидрогенезированных пленок на грани (100)
3.5.3 Результаты исследования механизмов образования кластеров графита на грани (100)
3.6 Результаты исследования атомарной структуры грани (111)
3.7 Результаты исследования атомарной структуры зародышей на грани (111)
3.8 Результаты исследования атомарных структур зародышей, образующихся на ступенях разориептированных граней (111)
3.9 Результаты исследования процессов зарождения и роста пленок па ступенях грани (111)
3.10 Результаты исследования процессов зарождения и роста аморфных пленок на гранях (111)
3.11 Анализ влияния условий осаждения на структуру пленок
3.11.1 Кинетика зарождения и роста пленок углерода на гранях (100)
3.11.1.1 Кинетика зарождения и роста пленок углерода на гранях (100) из димеров углерода
3.11.1.2 Кинетика зарождения и роста кристаллических пленок углерода на гранях

сн4/н2
Рисунок 1.16 - Реактор с горячей нитью
С целью увеличения скорости роста пленок метод горячей нити авторами [248] был модифицирован. Модификации подвергся тепловой узел реактора путем подведения положительного потенциала к подложке. В результате чего, в процессе роста, углеродная пленка подвергалась воздействию потока электронов, которые подавляли процесс перехода хемосорбированных атомов и радикалов углерода с зр3-типом гибридизации в состояние с яр:1-тииом. Согласно [350], использование положительного потенциала подложки величиной 100 В позволяет увеличить скорость осаждения аморфных гидрогенизированных пленок углерода до 80 — 160 нм/мин.
Главным недостатком этого метода является загрязнение материалом спирали осаждаемого углеродного слоя. Чаще всего в качестве материала спирали используется тантал, молибден или вольфрам. Тем не менее метод получил широкое распространение в лабораторных исследованиях.
Методы плазмохимического осаждения из газовой фазы
Первым способом возбуждения плазмы являлся СВЧ-разряд [320], Схема реактора плазмохимического осаждения представлена на рисунке 1.17. Этот реактор состоит из кварцевой трубы внутри, которой расположен подложкодержатель. Кварцевая труба подключается к вакуумной системе и системе напуска реагентов и помещается в полость микроволнового