Упругие и неупругие свойства тонких пленок Si3N4, SiO2-SnO2, SiO2-B2O3 и системы Cu-Se, обусловленные включениями второй фазы

• Автор: Ильин, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 108 с. : ил.

1. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ
2.1. Установки ВТ, использовавшиеся в работе
2.2. Другие методики измерения
2.3. Приготовление образцов
3. ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОМ ВТ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ, ПОЛУЧЕННЫХ ИСПАРЕНИЕМ КОМПОНЕНТОВ
3.1. Оценка возможности наблюдения ВТ в тонких пленках
3.2. Наблюдение методом ВТ кристаллизации неконтролируемых включений в ЗізТЩ
3.3. ВТ в пленочных структурах системы Си-Эе
4. ВТ В СТРУКТУРАХ, ВЫРАЩЕННЫХ ПО ЗОЛЬ-ГЕЛЬ
ТЕХНОЛОГИИ
4.1. Этапы получения пленок по золь-гель технологии и возможность применения для ее контроля метода ВТ
4.2. Результаты анализа водно-спиртовых включений в БЮг-ЗиОг
4.3. ВТ в системе ЬіОг-ВЮз
5. МЕХАНИЗМ ВТ, СВЯЗАННЫЙ С ПЛАВЛЕНИЕМ ВКЛЮЧЕНИЙ
5.1. Механизм плавления включений материалов, уменьшающихся в объеме при плавлении
5.2. ВТ в монокристаллах на основе Ві2Тез
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Состояние научно-технического прогресса в настоящее время в значительной мере определяется уровнем развития физики полупроводников и полупроводниковых приборов. Огромные успехи физики полупроводников послужили стимулом к развитию современной полупроводниковой техники. Применение полупроводников в науке и технике предъявляет все возрастающие требования к существенному повышению качества полупроводниковых приборов, к уменьшению их размеров и переходу на тонкопленочное исполнение. Проблема получения качественных пленок занимает одно из важнейших мест в технологии твердотельной электроники.
Совершенство пленок определяется, в том числе, и включениями второй фазы, которые способны влиять на электрофизические, гальваномагнитные, оптические и механические свойства полупроводниковых материалов. В полупроводниковых приборах, изготовленных из таких материалов с включениями, обнаруживается искажение вольт-амперных характеристик за счет преждевременного загиба обратной ветви, снижение напряжения пробоя [1], интенсификация процессов деградации р-п перехода [2] из-за перемещения таких включений в материалах под действием градиентов температуры и механических напряжений. Расплавление металлических включений при омическом нагреве в силовых устройствах также делает возможным их перемещение за счет эффекта Пельтье в поле градиента температуры на границе раздела твердой и жидкой фаз [3]. Поэтому для контроля мшфовключений требуются эффективные экспериментальные методики, способные давать информацию о них.
Одним из методов, успешно применявшимся для выявления включений второй фазы, является низкочастотное внутреннее трение (ВТ). Ранее оно
было использовано для выявления вхшючений второй фазы в объемных полупроводниках А3В5, А2Вб, А4Вб и А2В5 [4]. На способ определения включений в твердых веществах было получено авторское свидетельство [5].
Поскольку в современном полупроводниковом приборостроении используются достаточно тонкие слои материалов, целесообразно и в них применить данный способ контроля включений второй фазы.
Данные, полученные методом ВТ, приобретают особую ценность при сопоставлении с результатами исследований другими независимыми методами - электронной микроскопией, термографическим анализом и др.
Работа является частью исследований, проведенных в рамках программы РФФИ №04-03-32509.
Цель работы.
Изучение структурных превращений во включениях второй фазы тонкопленочных полупроводниковых структур методом ВТ.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Оценить возможность наблюдения ВТ в системе тонкая пленка-подложка, обусловленного структурными превращениями в пленке.
2. Изучить релаксационный спектр в полупроводниковых тонких пленках 81’зЫ4. ЗЮг-ЭпОг, ЗЮ2-В20з и системы СиАЗе.
3. Установить физические закономерности, связанные со структурными превращениями во включениях второй фазы.
4. Модернизировать экспериментальную установку для наблюдения низкочастотного ВТ в тонкопленочных структурах в области отрицательных температур.
В основе способа получения данного типа наноматериалов лежат процессы образования так называемого "физического" геля диоксида олова с последующей иммобилизацией частиц в структурной сетке "химического" геля, образующегося при гидролитической поликонденсации молекул тетраэтило-вого эфира ортокремниевой кислоты в различных гомогенных средах, содержащих в качестве прекурсоров соли олова, для получения пленкообразующего раствора с последующим нанесением на подложку центрифугированием и термообработкой пленок [106].
Порошки гелей диоксида олова были получены из гомогенных растворов-золей на основе хлоридов олова разной валентности 8пС12*2Н20 и 8пС14*5Н20. Концентрация солей в исходных растворах составляла 50 г/л. Растворителем служил бутиловый спирт. Гомогенизация растворов-золей, обеспечивающая полное растворение солей, достигалась энергичным перемешиванием и выдержкой раствора-золя перед переводом в гель в течение 10-15 минут при комнатной температуре. Без дополнительного введения кислоты среда исходных растворов была кислой (pH = 2-3).
Перевод в гели осуществляли вливанием в исходные растворы-золи солей олова однонормального водного раствора аммиака и доведением pH до значения равного 9-10. Полученные влажные гели подвергались двухступенчатой термической обработке, сначала сушке при 100 °С в течение 10 часов, затем выдержке в изотермическом реяшме в течение одного часа при каждой фиксированной температуре 300 °С, 600 °С и 900 °С. Растворы-золи и полученные из них гели, в которых источником БпОг слуяшла соль 8пС12*2Н20, имели маркировку 8п02(П), в случае исходной соли - 8пС14*5Н20 - обозначены 8п02(1У).
Кислые растворы солей 8пС12 *2Н20 и ЭпСи* 5Н20 в бутиловом спирте при вливании в них водного раствора аммиака переходят в студнеобразное состояние. Для солей четырехвалентного олова известно, что образующийся под воздействием воды гидроксид олова имеет ярко выраженный характер ге-