Structural properties and parameters of epitaxial silicon carbide films, grown by atomic substitution on the high-resistance (111) oriented silicon

Проанализировано влияние таких параметров осаждения как мощность магнетрона в диапазоне 690-1400 W; температура кремниевой подложки --- 23-170oC; расход газа N2 --- 0.9-3.6 l/h; расход газа Ar --- 0.06-3.6 l/h; отношение потоков газа N2/Ar --- 1-60 --- на толщину, плотность и состав осажденных пленок. Получена максимальная плотность 5.247 g/cm3, соответствующая составу TiN0.786=Ti56N44, при параметрах осаждения: 1200 W; N/Ar=1.8/0.06 l/h=30; 0.8 Pa; 320 s; 100oC. При температурах 700-800oС взаимная диффузия атомов титана и кремния через границу раздела приводит к активному зародышеобразованию, формированию нанокристаллов и низкоомных слоев металлизации. Методом рентгеновской дифракции показано, что во время отжига при 700oС (30 min, Ar) образование фазы TiSi2 вследствие диффузии атомов Ti в кремний вдвое интенсивнее, чем образование Ti5Si3 при диффузии атомов кремния в титан в результате высокой твердости титана. Средние размеры TiSi2 уменьшаются с 7.1 до 5.6 nm при 750oC из-за кристаллизации зародышей и увеличиваются до 9.2 nm при 800oC. Ключевые слова: кремний, титан, нитрид титана, диффузионные барьер, солнечный элемент.

Section: экспериментunclassified

Синтез тонких пленок TiN, Ti и TiSi-=SUB=-2-=/SUB=- для контактной системы солнечных элементов

Нусупов¹,

Бейсенханов²,

Bakranova³

et al. 2020

“…Структура и фазовый состав пленок исследованы методом высокочувствительной рентгеновской дифракции [6,10]. Состав и структуру пленки исследовали также с использованием ИК-спектрометра Nicolet iS-50 (Thermo Scientific, США) [7, 9,10]. Программное обеспечение к Nicolet iS-50 позволяет разложить инфракрасный спектр на компоненты.…”

Section: экспериментunclassified

“…Методом ионной имплантации [1,3,6,7] можно получить аморфные пленки SiC с последующей их кристаллизацией в процессе отжига (900−1300 • C). Кукушкин с соавторами [4,5,[8][9][10] достигли успехов в синтезе тонких эпитаксиальных пленок SiC на Si новым методом замещения атомов. Joung и соавторы [11] предложили метод осаждения аморфного a-Si 1−x C x с помощью радиочастотного магнетронного сораспыления двух или нескольких мишеней.…”

Section: Introductionunclassified

Низкотемпературный синтез нанокристаллов alpha-SiC

Нусупов¹,

Бейсенханов²,

Bakranova³

et al. 2019

Thick SiC_ x films have been deposited on a c -Si surface by radiofrequency (rf) magnetron sputtering (150 W, 13.56 MHz, Ar flow 2.4 L/h, 0.4 Pa) of graphite and silicon targets. The X-ray diffraction study shows that fast annealing of the SiC_ x film deposited on the c -Si surface for 3 h leads to the low-temperature (970°C) formation of hexagonal structural phases α-SiC (6 H -SiC and other) along with the cubic modification of silicon carbide β-SiC. The IR spectroscopy has shown the formation of SiC nanocrystal nuclei due to the energy action of the rf plasma ions on the upper layer of the SiC film during its growth. The data of X-ray reflectometry demonstrate a high density of the films up to 3.59 g/cm^2 as a result of formation of dense C and SiC clusters in the layers under action of the rf plasma.

“…Полученный результат прекрасно совпадает с экспериментальными данными по инфракрасному спектру образцов SiC/Si (рис. 6), в которых зарегистрирована новая линия 960 cm −1 [13][14][15][16], которой нет в SiC, полученном другими способами. Поэтому мы однозначно отождествляем данную линию 960 cm −1 с колебаниями C−C связей в углеродно-вакансионных структурах, неизбежно возникающих при трансформации решетки Si в решетку SiC при замещении каждого второго атома Si на атом C.…”

Section: обсуждение результатов и выводыunclassified

“…Недавно анализ инфракрасных (ИК) спектров образцов SiC/Si, полученных методом согласованного замещения атомов, выполненный в двух экспериментальных группах, выявил новую линию 960 cm −1 как в спектрах поглощения, так и в спектрах пропускания [13][14][15][16]. Естественно, была высказана гипотеза, что данная линия связана с кремниевыми вакансиями, однако доказательства однозначной связи представлены не были.…”

Section: Introductionunclassified

Механизм Образования Углеродно-Вакансионных Структур В Карбиде Кремния При Его Росте Методом Замещения Атомов

Кукушкин¹,

Осипов²

2018

Изучен механизм образования углеродно-вакансионных структур в карбиде кремния SiC из кремниевых вакансий, которые неизбежно возникают при синтезе SiC из Si методом замещения атомов. Показано, что одному из 4 ближайших атомов углерода C выгодно переместиться на место кремниевой вакансии с понижением общей энергии на 1.5 eV в случае политипа 3C и 0.9−1.4 eV в случае политипа 4H. При этом атому C необходимо преодолеть активационный барьер величиной 3.1 eV в случае политипа 3С и 2.9−3.2 eV в случае политипа 4H. Данный переход осуществляется при синтезе SiC за счет тепловых флуктуаций, поскольку температура синтеза T ≈ 1200−1300 • C. Таким образом, углеродно-вакансионная структура представляет собой почти плоский кластер из 4 атомов C и связанную с ним углеродную вакансию с характерным диаметром ∼ 4 ¦ на расстоянии 2.4 ¦ от него. Методом упругих лент рассчитаны все характеристики данного превращения, а именно: энергетический профиль, путь превращения, переходное состояние, его частотный спектр, собственный вектор, отвечающий единственной отрицательной собственной частоте. Рассчитаны инфракрасный спектр (ИК) и диэлектрическая проницаемость SiC, содержащего углеродно-вакансионные структуры. Обнаруженная недавно новая линия 960 cm −1 ИК спектра SiC, выращенного методом замещения атомов, на основании проведенных расчетов однозначно отождествлена с колебаниями атомов С в углеродновакансионных структурах. Сделан вывод о том, что углеродно-вакансионные структуры стабилизируют кубический политип SiC−3C. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 16-29-03149-2016-офи). Работа выполнена при использовании оборудования Уникального стенда (УНО) " Физика, химия и механика кристаллов и тонких пленок" ФГУП ИПМаш РАН.