Исследование влияния структуры и состава пленок аморфного гидрогенизированного карбида кремния на механизмы переноса заряда

• Автор: Кашарина, Леся Алексеевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Физические свойства аморфных полупроводников
1.2 Электропроводность аморфных и микрокристаллических полупроводников
1.3 Фотопроводимость аморфных полупроводников
1.4 Фрактальное строение и перколяционная проводимость аморфных полупроводников
1.5 Выводы к главе
Глава II МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Объекты исследования
2.2 Измерение толщины плёнок аН5іС:Н
2.3 Исследование плёнок а—БіС:Н методом ИК — спектроскопии
2.3.1 Анализ состава и структуры плёнок а-БіС:Н по результатам ИК-спектроскопии
2.4 Спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС)
2.5 Рентгеноструктурный анализ
2.6 Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)
2.7 Растровая электронная микроскопия (РЭМ)
2.8 Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ)
2.9 Исследование электрических параметров плёнок карбида кремния четырехзондовым методом
2.10 Исследование электрических параметров гетеропереходов а-БІСіН/с-Бі методом вольт-амперных характеристик

2.11 Импедансная спектроскопия (ИС)
2.12 Выводы к главе II
Глава III СТРУКТУРА ПЛЕНОК а-81С:Н
3.1 Моделирование структуры плёнок а-ЛКТН
3.2 Анализ состава и структуры плёнок а-ЗЫСгН по данным ИК-спектроскопии
3.3 Анализ состава и структуры плёнок а-81С:Н по результатам спектроскопии КРС
3.4 Исследование состава и структуры плёнок а-БЮН методами рентгеноструктурного анализа, ПЭМ и РЭМ
3.5 Анализ структуры плёнок а-ЫСТ! по результатам СЗМ
3.6 Выводы к главе III
Глава IV ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПЕРЕНОСА ЗАРЯДА В ПЛЕНКАХ аЛДС:Н
4.1 Моделирование процессов переноса заряда
4.2 Анализ результатов исследования пленок а-81С:Н четырехзондовым методом
4.3 Описание процесса переноса заряда в плёнках а-81С:Н с учётом особенностей структуры материала (по результатам метода ИС)
4.4 Перенос заряда через гетеропереход а-81С:НУс
4.5 Выводы к главе IV
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Анализ тенденций развития материалов электронной техники показывает, что резко возрос интерес к полимероподобным, аморфным и аморфно-кристаллическим (нанокристаллическим) материалам, в связи с их большим потенциалом для создания: солнечных элементов [170, 176], светодиодов [105], датчиков света [128], давления и температуры [30, 41], элементов силовой и высокочастотной электроники [105]. Отечественными и зарубежными учеными (Шерченков A. A., Hamakawa Y., Теруков Е., Wagner Т. и др.) показана актуальность применения аморфных полупроводниковых материалов, в технологии изготовления нового поколения устройств микро- и наноэлектроники.
Однако, по причине сильной зависимости свойств пленок данных материалов, и в частности, аморфного гидрогенизированного карбида кремния (a-SiC:H), от структуры и состава, широкого распространения в изделиях электронной техники они пока не получили. Основная проблема обусловлена тем, что нет четких представлений о структуре этого материала, и о характере взаимосвязи свойств с ней. В связи с этим, детальные и всесторонние исследования, направленные на решение данной проблемы являются актуальными.
Существующие способы описания структуры аморфных и аморфнокристаллических материалов, основанные на представлении о веществах, в которых отсутствует дальний порядок, не могут объяснить всего многообразия свойств. Эта важная проблема лежит в области интересов физики конденсированного состояния. В то же время, по мнению многих ученых, наиболее точную и полную картину о структуре можно получить только в рамках теории фракталов [198, 202]. Некоторые успехи в данной области были достигнуты для слоёв различных металлов [198, 199, 202, 207], оксидных [138], полимерных [156] и других материалов, которые нашли свое применение в различных областях электроники.

Глава II МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Объекты исследования
Объектами исследования являются тонкие плёнки аморфного гидрогенизированного карбида кремния (a-SiC:H). Плёнки a-SiC:H получены методом газо-фазного осаждения на установке, оснащенной реактором с протяженной тепловой зоной с «горячей стенкой» при пониженном давлении (Hot-Wall LPCVD), разработанной на кафедре Нанотехнологий и технологий материалов электронной техники СевКавГТУ [46].
Данная установка позволяет осуществлять процесс синтеза аморфного гидрогенизированного карбида кремния в условиях контролируемого температурного режима в интервале от 500 до 1000 °С с точностью ±5°С, формировать и задавать параметры расходов и концентраций парогазовых смесей в водороде.
Принципиальная схема установки с «горячей стенкой» представлена на рисунке 2.1.
В качестве подложек использовались полированные пластины кремния КЭФ-4,5 (111) и лейкосапфира (0001). Перед синтезом подложки (Si) подвергались химическому травлению в парах плавиковой кислоты (HF, (осч), 49 %) [148], с целью удаления оксидной пленки. После чего подложки обрабатывались в бидистилированной воде (р не менее 10 МОм), с последующей сушкой в потоке азота (N2, осч.). Подложки лейкосапфира перед синтезом обрабатывались в парах петролейного эфира.
В качестве газа носителя использовался водород чистотой 1 ppm. В качестве исходного реагента применялись диметилдихлорсилан (ДДХС, (CHSiCB, (осч), 99,8 %) и триметилхлорсилан (ТМХС, (CH3)3SiCl, (осч),
99,8 %). Соотношение атомов [C]/[Si] в молекулах соответственно равно 2 и 3.