Формирование тонкопленочных и ионно-имплантированных газосенсорных структур на кристалле n-6H-SiC с применением импульсной лазерной плазмы

• Автор: Демин, Максим Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ И ИОННО-ИМПЛАНТИРОВАННЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ ГАЗО-СЕНСОРНЫХ УСТРОЙСТВ
1.1 Формирование тонкопленочных структур методами импульсного лазерного осаяедепия и ионной имплантации из лазерной плазмы.
1.2 Физико-химические свойства карбида кремния, как перспективного материала для создания приборов силовой электроники
1.3 Механизмы регистрации газов полупроводниковыми тонкопленочными структурами
1.4 Особенности получения и функционирования МОП-структур на основе
карбида кремния в качестве газовых детекторов
1.7 Выводы к главе I. Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ И ИОННО-ИМПЛАНТИРОВАННЫХ СТРУКТУР НА КРИСТАЛЛАХ SIC
2.1 Методики импульсного лазерного осаждения металлических пленок
2.2 Методика ионной имплантации из импульсной лазерной плазмы
2.3 Методика измерения скоростного спектра атомов в лазерно-инициированном факеле
2.4 Методика измерения скоростных спектров ионов в импульсной лазерной плазме
2.5 Экспериментальная методика создания функциональных тонкопленочных и ионно-имплантированных структур на SiC подложках. Методика исследования их электрофизических свойств
2.6 Методика обработки результатов измерения электрофизических характеристик
2.7 Выводы к главе II:
ГЛАВА III ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОТИВОКАПЕЛЬНОГО ЭКРАНА
3.1 Структура и поверхностное распределение тонких пленок, формируемых импульсным лазерным осаждением с применением экрана

3.2 Математическое моделирование процессов осаждения тонкопленочных металлических слоев из импульсного лазерного факела с применением экрана
3.3 Исследования твердофазных реакций лазерно-осажденных металлических пленок с поверхностью SiC подложек
3.4 Выводы к Главе III:
ГЛАВА IV СТРУКТУРНОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ИОННО-ИМПЛАНТИРОВАННЫХ СЛОЕВ PT7SIC, ФОРМИРУЕМЫХ ИЗ ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ
4.1 Экспериментальное исследование ионных пучков из импульсной лазерной плазмы
4.2 Математическое моделирование ионного потока из импульсной лазерной плазмы в импульсном электрическом поле
4.3 Структурное состояние и топография поверхности ионно-легированных слоев в монокристаллах 6H-SiC
4.4 Химическое состояние ионно-легировапных слоев в монокристаллах 6H-SiC
4.5 Механизмы формирования глубинного профиля платины при ионной имплантации из лазерной плазмы
4.6 Выводы к Главе IV
ГЛАВА V ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ГАЗОСЕНСОРНЫЕ СВОЙСТВА ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ И ИОННО-ИМПЛАНТИРОВАННЫХ СЛОЕВ НА КАРБИДЕ КРЕМНИЯ
5.1 Электрофизические свойства тонкопленочных структур Pt/SiC, полученных импульсным лазерным осаждением
5.2 Вольтамперные характеристики ионно-имплантироваиных структур Pt+/SiC в ІІ2-содержащей газовой среде
5.3 Электрофизические характеристики и газосенсорные свойства структур, полученных на карбиде кремния комбинированным методом имплантации и осаждения
5.4 Выводы к Главе V:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Разработка и получение новых материалов, в том числе тонкопленочных, качественно превосходящих существующие образцы по функциональным свойствам, является наиболее актуальной проблемой современного материаловедения. Особая потребность в таких материалах существует в высокотехнологических отраслях, таких как точное машиностроение (например, при создании микромеханических устройств), аэронавтика, микро- и наноэлектроника, спинтроника. Следует также выделить актуальную проблему мониторинга взрывоопасных и экологически вредных газов, которая также может решаться созданием новых тонкопленочных или ионно-легированных структур на основе новых полупроводниковых материалов, таких как карбид кремния. Водород и углеводороды активно используются и производятся в различных современных технологических процессах/аппаратах/топливных элементах. Мониторинг должен осуществляться при различных, в том числе повышенных температурах, а также в широком- - интервале концентраций регистрируемых газов.
Основной и доминирующий подход к решению проблемы получения альтернативных материалов заключается в формировании нового наноструктурированного состояния, т.е. создании наноразмерных многослойных и/или нанокомпозитных материалов с контролируемыми и регулируемыми на наноуровне структурно-фазовыми характеристиками. Эти характеристики должны обеспечивать требуемые механические, трибологические, электронные и другие функциональные свойства материалов. Для получения таких материалов в настоящее время широко используются традиционные методы физического и химического осаждения из паровой фазы, такие как электронно-лучевое испарение, ионно-плазменное (магнетронное) и плазмохимическое осаждение, атомное наслаивание и пр. Лазерные методы получения новых

7(Г) = /„(ехр^-^-1) (1.4)
В [50, 51] для создания газочувствительной МОП-структуры РЕЛУОз/^С использовалась пленка триоксида вольфрама толщиной 100 нм, полученной методом ВЧ магнетронного распыления. Было установлено влияние температуры среды и концентрации водорода на высоту барьера и ВАХ в целом. По мнению авторов, сдвиги напряжения обусловлены изменением как высоты барьера, так и последовательного сопротивления, которое обусловлено, преимущественно, изменением электрических свойств УОз. Также проведенные в работе измерения показали высокую температурную устойчивость (до 650°С) такой структуры при токах 9-90 мкА, что делает ее перспективной для создания высокотемпературных датчиков водорода. В работе [51] было показано, что структура РЕХУОз-БЮ имеет высокую чувствительность к водороду. Причем резистивная компонента имеет тенденцию к увеличению с увеличением толщины пленки триоксида вольфрама; рост особенно заметен в атмосфере Ог- Таким образом, разница в последовательных сопротивлениях между измерениями в атмосфере Ог и Нг, растет с толщиной слоя У03.
Кроме того, компоненты последовательного сопротивления имеют тенденцию к уменьшению с увеличением температуры, а изменение высоты барьера при помещении в водородосодержащую атмосферу растет. Еще одним важным результатом работы являлось то, что авторами было обнаружено увеличение эффективной площади электрода в случае, когда диаметр платинового электрода был существенно меньше латерального размера осажденной пленки триоксида вольфрама, а в случае когда диаметры совпадали, увеличения обнаружено не было.
В настоящее время ведутся активные исследования в области МОП-датчиков на основе карбида кремния. Причем основным методом