Реферат на тему «Кремниевые пленки и их особенности»

Оглавление

Введение

1.Понятие карбида кремния

2.Свойства карбида кремния

3.Применение карбида кремния

4. Получение пленок карбида кремния

5. Перспективный метод формирования тонких пленок карбида кремния

Заключение

Список использованных источников

Введение

Гидрогенизированный аморфный кремний (а-Si:H) и его сплавы с углеродом активно изучаются последние тридцать лет. За это время предложены многочисленные области применения этих материалов и разработаны различные методы получения. Принципиальным преимуществом a-Si:H и его сплавов, таких к о сравнению с кристаллическими Si и SiC является то, что аморфные материалы имеют более широкую запрещенную зону, и их можно наносить на подложки большой площади, различные по составу, структуре и электрическим свойствам.
Область применения a-Si:H и a-SixCi-x:H в современной электронике и оптоэлектронике растет очень быстро: тандемные солнечные батареи, имеющие разную оптическую ширину запрещенной зоны и способные максимально перекрывать весь спектр солнечного излучения (Гуха, 1996), электролюминесцентные экраны, датчики положения, прозрачные и прочные покрытия, а также в интегральных цветовых сенсорах, светоизлучающих диодах, и т.д. КПД солнечных батарей на основе сплава ;a-SixCi.x:H достигает 9,5 %, однако остаётся всё ещё недостаточным для их широкого применения.
Изучение свойств твердых растворов a-SixCi.x:H проводится параллельно с исследованием соответствующих свойств чистого которые при малых уровнях концентрации углерода мало отличаются от свойств самого a-Si:H. С увеличением содержания С оптическая ширина запрещенной зоны (Eg) в a-SixCi.x:H меняется в широких пределах от 1,7 до 4 эВ. Такое увеличение Eg сопровождается ростом дефектности пленок, приводящим к возрастанию плотности локализованных состояний в хвостах разрешенных зон, которые в свою очередь контролируют все неравновесные электронные процессы в полупроводниках. Поэтому изучение энергетического распределения плотности состояний, как локализованных так и делокализованных, является первоочередной задачей для предсказания свойств материала и его применений.
Пленки обычно получают катодным распылением (при постоянном токе и при токах высокой частоты- ВЧ), химическим осаждением из газовой фазы (ХОГ- CVD), плазмохимическим осаждением из газовой фазы (ПХО- PECVD) и др. Разрабатываются и другие методы получения аморфных пленок. Например, в последние годы широкое распространение получили магнетронный метод (MASD) в его различных модификациях.
Распределение плотности электронных состояний в аморфных пленках кремния и карбидов кремния может различаться и в зависимости от метода и условий их формирования.
Элементный состав пленок и их свойства изменяются нелинейным образом при вариации состава газовой смеси. Поэтому для выяснения оптимальных условий их формирования требуется тщательное исследование состава и свойств пленок.
Так, в данной работе рассмотрим более подробно кремниевые пленки и их особенности.

1. Понятие карбида кремния

Карбид кремния — абразивный материал, представляющий собой химическое соединение кремния с углеродом (SiC); твердость по Моосу 9,1; микротвердость 3300-3600 кГс/мм2.
Рисунок 1 – Карбид кремния

Получают его в электрических печах сопротивления силицированием частиц углерода парами кремниевой кислоты. Сырьем служат материалы, богатые кремнеземом: жильный кварц, кварцевые пески и кварциты, содержащие не менее 99,0-99,5%, SiO2, а также углеродистый материал — нефтяной кокс.
Для улучшения хода реакции к шихте добавляют некоторое количество опилок, а при производстве зеленого карбида кремния еще и поваренную соль. Нагревательным элементом печи является токопроводящий керн из углеродистых материалов. Карбид кремния образуется при температуре 1500-2300 °С. Наиболее вредной примесью является углерод, который понижает абразивную способность карбида кремния и адгезию его со связкой.
Хрупкость карбида кремния является следствием кристаллической структуры и типа химической связи и сочетается в нем с высокой твердостью. Карбид кремния имеет три полиморфные модификации: гексагональную и тригональную (α-SiC), а также кубическую (β-SiC). Мелко- и крупнокристаллический карбид кремния абразивного назначения относится к α-SiC-структуре (политипы 4Н, 6Н, 15R и др.).
В этом типе карбида кремния полностью отсутствует модификация β-SiC. Микротвердость монокристаллов наиболее высокая у политипа 15R, ниже у политипа 6Н и еще ниже у политипа 4Н.
Химически чистый карбид кремния бесцветен и прозрачен, а технический окрашен от светло-зеленого до черного цветов, в зависимости от состава и содержания примесей.
Промышленность производит два вида карбида кремния промышленного назначения: зеленый и черный. В процессе производства наиболее часто встречаются структурные типы 6Н (бесцветные или светло-зеленые кристаллы), 4Н (темно-синие, черные, почти непрозрачные кристаллы), реже 15R (кристаллы желтоватого оттенка). Промышленный зеленый карбид кремния почти целиком состоит из α-SiС 6H; черный на 60% представлен политипом 6Н и на 40% политипом 4Н.
По химическому составу и физическим свойствам зеленый и черный карбиды кремния отличаются незначительно, однако зеленый карбид кремния содержит меньше примесей, имеет несколько большую хрупкость и более высокую абразивную способность.

2. Свойства карбида кремния

Отличительной особенностью монокристаллов карбида кремния является существование большого числа политипных модификаций, которые представляют собой суперпозицию структур типа сфалерита и вюрцита. Кубическую модификацию карбида кремния ( 3С ) принято обозначать буквой , остальные модификации -буквой.  [2] Благодаря политипизму карбид кремния фактически представляет собой набор полупроводниковых материалов с различными физико-химическими свойствами. Различия в порядке расположения слоев в политипах карбида кремния определяют различия не только в общей симметрии структуры и параметров элементарных ячеек, но и различия в периодах решетки и межслойного расстояния для разных политипов. Изменение размеров элементарной ячейки политипов приводит к изменению ширины запрещенной зоны в карбиде кремния от 2,39 для 3С -SiC до 3,33 для 2Н-SiС.
Полярность направления [0001] для карбида кремния проявляется в различии физических, химических и других свойств для граней противоположных направлений??? ( различные скорости роста граней, различные скорости травления ,различие в поглощении примесей).
Основными акцепторными примесями в карбиде кремния являются алюминий и бор , основной донорной примесью- азот. Энергия активации примесей не зависит от политипа и составляет : Аl -0,28 эВ , В- 0,39 эВ, N-0,1 эВ.
Физика – химические свойства карбида кремния.
— Молекулярный вес 40,09
— Содержание углерода в весе 29,05
— Плотность, г/см(кубический) 3,2
— Температура плавления в градусах Цельсии 2600
— Теплоёмкость при 20градусах Цельсии в кал/моль 12,13при 1000 градусах Цельсии
— Теплопроводность в кал/см при 20 градусах Цельсии 0,098
— Термический коэффициент +0,264
— Электросопротивление в градус (900-1500градусов Цельсии) в степени -1 умноженное на 10 в 6степени
— Коэффициент термического линейного 5,77 (1000 градус Цельсии) расширение а*10в 6 степени * на градус в -1степени (20-t*на градус Цельсии)

3. Применение карбида кремния

Из карбида кремния получают шлифзерно, шлиф — и микропорошки, которые применяются для изготовления абразивного инструмента на твердой и гибкой основах, а также паст. Для производства многих видов шлифовальной шкурки карбид кремния черный предпочитают зеленому.
Абразивный инструмент из зеленого карбида кремния используется для тонкого шлифования металлообрабатывающего инструмента, твердых сплавов, керамики, камня и для правки шлифовальных кругов. Инструмент из черного карбида кремния применяется для шлифования твердых сплавов, чугуна, цветных металлов, стекла, пластмасс, кожи, резины. Пасты из карбида кремния применяются для доводочных работ. Отдельные разновидности карбида кремния используются в электротехнической, металлургической и огнеупорной промышленности. В зерне и порошках карбид кремния применяется в промышленности стройматериалов для изготовления аэродромных покрытий, нескользких плиток, лестничных ступеней и других изделий.
Карбид кремния используется как полупроводниковый материал для изготовление выпрямительных полупроводниковых диодов, сферодиодов (индикаторы с зелёно – синим свечением), как жаростойкий и химически стойкий материал для защитных покрытий, высокотемпературных нагревательных и других.
В современной гранильной мастерской карбид кремния является популярным абразивом из-за его прочности и низкой стоимости. В обрабатывающей промышленности из-за его высокой твердости он используется в абразивной обработке в таких процессах как шлифование, хонингование, водоструйная резка и пескоструйная обработка. Частицы карбида кремния ламинируются на бумагу для создания шлифовальной шкурки.
Суспензии мелкодисперсных порошков карбида кремния в масле, глицерине или этиленгликоле используются в процессе проволочной резки полупроводниковых монокристаллов на пластины.
В 1982 году случайно был обнаружен композит, состоящий из оксида алюминия и карбида кремния, кристаллы которого растут в виде очень тонких нитей.
Карбид кремния используется в качестве лицевого слоя композитной секции противопулевого бронежилета
Карбид кремния наряду с карбидом вольфрама и другими износостойкими материалами применяется для создания торцевых механических уплотнений.
В 1980-х и 1990-х годах карбид кремния исследовался в нескольких научно-исследовательских программах разработки высокотемпературных газовых турбин в США, Японии и Европе. Планировалось, что разработанные компоненты из карбида кремния заменят рабочие и сопловые лопатки турбин из никелевых жаропрочных сплавов. Тем не менее, ни один из этих проектов не привел к промышленному производству, в основном из-за низкого сопротивления ударным нагрузкам и низкой вязкости разрушения карбида кремния.
Подобно другим высокотвердым керамическим материалам (оксид алюминия и карбид бора), карбид кремния используется как компонент композитной брони, применяемой для защиты вооружения и военной техники, а также в виде составного элемента слоистой брони керамика/органопластик противопульных жилетов. В бронежилете «Кожа дракона», созданном компанией Pinnacle Armor, используются диски из карбида кремния.
Инфильтрованый кремний в материале «композит углерод-углерод» используется для производства высококачественных «керамических» дисковых тормозов, так как способен выдерживать экстремальные температуры. Кремний вступает в реакцию с графитом в «композите углерод-углерод», становясь армированным углеродным волокном карбида кремния (C/SiC). Диски из этого материала используются на некоторых спортивных автомобилях, в том числе Porsche Carrera GT, Bugatti Veyron, Chevrolet Corvette ZR1, Bentley, Ferrari, Lamborghini. Карбид кремния используется также в спеченных формах в дизельных фильтрах для очистки от твердых частиц
Первыми электрическими устройствами из SiC были нелинейные элементы варисторы и вентильные разрядники (смотри также: тирит, вилит, лэтин, силит) для защиты электроустановок от перенапряжений. Карбид кремния в разрядниках применяется в виде материала вилита — смеси SiC и связующего. Варисторы должны были обладать высоким сопротивлением до тех пор, пока напряжение на них не достигнет определенного порогового значения VT, после чего их сопротивление должно упасть до более низкого уровня и поддерживать этот уровень, пока приложенное напряжение падает ниже VT.
Карбид кремния используется в сверхбыстрых высоковольтных диодах Шоттки, n-МОП транзисторах и в высокотемпературных тиристорах[1]. По сравнению с приборами на основе кремния и арсенида галлия приборы из карбида кремния имеют следующие преимущества:
— в несколько раз большая ширина запрещённой зоны;
— в 10 раз большая электрическая прочность;
— высокие допустимые рабочие температуры (до 600 °C);
— теплопроводность в 3 раза больше, чем у кремния, и почти в 10 раз больше, чем у арсенида галлия;
— устойчивость к воздействию радиации;
— стабильность электрических характеристик при изменении температуры и отсутствие дрейфа параметров во времени.
Из почти двухсот пятидесяти модификаций карбида кремния только две применяются в полупроводниковых приборах — 4H-SiC и 6H-SiC.
Проблемы с интерфейсом элементов, основанных на диоксиде кремния, препятствуют развитию n-МОП транзисторов и IGBT, основанных на карбидокремнии. Другая проблема заключается в том, что сам SiC пробивается при высоких электрических полях в связи с образованием цепочек дефектов упаковки, но эта проблема может быть решена совсем скоро.
История светодиодов из SiC весьма примечательна: впервые свечение в SiC было обнаружено Х. Роундом в 1907 году. Первые коммерческие светодиоды были также на основе карбида кремния. Желтые светодиоды из 3C-SiC были изготовлены в СССР в 1970-х годах, а синие (из 6H-SiC), по всему миру — в 1980-х.
Производство вскоре остановилось, потому что нитрид галлия показал в 10—100 раз более яркую эмиссию. Эта разница в эффективности связана с неблагоприятной непрямой запрещенной зоной SiC, в то время как нитрид галлия имеет прямую запрещенную зону, которая способствует увеличению интенсивности свечения. Тем не менее, SiC по-прежнему является одним из важных компонентов светодиодов — это популярная подложка для выращивания устройств из нитрида галлия, также он служит теплораспределителем в мощных светодиодах.
Жесткость, высокая теплопроводность и низкий коэффициент теплового расширения делают карбид кремния термостабильным материалом в широком диапазоне рабочих температур. Это обуславливает широкое применение карбидкремниевых матриц для изготовления зеркальных элементов в различных оптических системах, например в астрономических телескопах или в системах передачи энергии с использованием лазерного излучения. Развитие технологий (химическое осаждение паров) позволяет создавать диски из поликристаллического карбида кремния до 3,5 метров в диаметре. Заготовки зеркал могут формироваться различными методами, включая прессование чистого мелкого порошка карбида кремния под высоким давлением. Несколько телескопов, например Gaia, уже оснащены оптикой из карбида кремния, покрытого серебром.
Волокна из карбида кремния используются для измерения температуры газов оптическим методом, называемым тонкой пирометрией накаливания. При измерении тонкие нити (диаметр 15 мкм) из карбида кремния вводят в зону измерения. Волокна практически не влияют на процесс горения, а их температура близка к температуре пламени. Таким методом может быть измерена температура в диапазоне 800—2500 K.
Первые упоминания об использовании карбида кремния для изготовления нагревательных элементов относятся к началу 20 века, когда они были изготовлены The Carborundum Company в США и EKL в Берлине.
В настоящее время карбид кремния является одним из типичных материалов для изготовления нагревательных элементов, способных работать при температурах до ~800°С на воздухе и до ~1400°С в нейтральной или восстановительной среде[источник не указан 1453 дня], что заметно выше, чем доступно для многих металлических нагревателей.
Нагревательные элементы из карбида кремния используются при плавлении цветных металлов и стекла, при термической обработке металлов, флоат-стекла, при производстве керамики, электронных компонентов и т. д.
Благодаря высокой устойчивости к воздействию внешних неблагоприятных факторов, включая природные, высокой прочности и твердости, низкому коэффициенту термического расширения и низкому коэффициенту диффузии примесей и продуктов деления реакционноспечённый карбид кремния нашёл применение в ядерной энергетике.
Карбид кремния, наряду с другими материалами, используется в качестве слоя из триструктурально-изотропного покрытия для элементов ядерного топлива в высокотемпературных реакторах, в том числе в газоохлаждаемых реакторах. [3] Из карбида кремния изготавливаются пеналы для длительного хранения и захоронения ядерных отходов.
Как ювелирный камень карбид кремния используется в ювелирном деле: называется «синтетический муассанит» или просто «муассанит». Муассанит похож на алмаз: он прозрачен и тверд (9—9,5 по шкале Мооса, по сравнению с 10 для алмаза), с показателем преломления 2,65—2,69 (по сравнению с 2,42 для алмаза).
Муассанит имеет несколько более сложную структуру, чем обычный кубический диоксид циркония. В отличие от алмаза, муассанит может иметь сильное двулучепреломление. Это качество является желательным в некоторых оптических конструкциях, но только не в драгоценных камнях. По этой причине муассанитовые драгоценности разрезают вдоль оптической оси кристалла, чтобы свести к минимуму эффект двупреломления. Муассанит имеет более низкую плотность 3,21 г/см³ (против 3,53 г/см³ для алмаза) и гораздо более устойчив к теплу.
В результате получается камень с большим блеском минерала, с четкими гранями и хорошей устойчивостью к внешним воздействиям. В отличие от алмаза, который горит при температуре 800 °C, муассанит остается неповрежденным вплоть до температуры в 1800 °C (для сравнения: 1064 °C — температура плавления чистого золота). Муассанит стал популярен как заменитель алмаза, и может быть ошибочно принят за алмаз, так как его теплопроводность гораздо ближе к алмазу, чем у любого другого заменителя бриллианта. Драгоценный камень можно отличить от алмаза с помощью его двулучепреломления и очень небольшой зелёной или жёлтой флуоресценции в ультрафиолетовом свете.
Карбид кремния выступает в качестве топлива для изготовления стали в конвертерном производстве. Он чище, чем уголь, что позволяет сократить отходы производства. Также может быть использован для повышения температуры и регулирования содержания углерода. Использование карбида кремния стоит меньше и позволяет производить чистую сталь из-за низкого уровня содержания микроэлементов, по сравнению с ферросилицием и сочетанием с углеродом.
Естественная резистентность карбида кремния к окислению, а также открытие новых путей синтеза кубической формы β-SiC с большей площадью поверхности, приводит к большому интересу в использовании его в качестве гетерогенного катализатора. Эта форма уже использовалась в качестве катализатора при окислении углеводородов, таких как н-бутан, малеиновый ангидрид. [5] Карбид кремния используется для производства графена с помощью графитизации при высоких температурах. Это производство рассматривается как один из перспективных методов синтеза графена в больших масштабах для практических применений.
Высокая температура (1500—2000 °C) приводит к разложению карбида кремния. Кремний как более летучий элемент уходит из приповерхностных слоёв, оставляя монослойный или многослойный графен, нижние из которых сильно связаны с объёмным кристалом. В качестве исходного материала используют монокристаллы 6H-SiC(0001), на поверхности которых формировались террасы графена в результате термообработки с размерами около 1 микрона, разделённые областями с несколькими слоями.
Может использоваться в качестве фибры в фибробетоне (аналогично базальтовому волокну).

4. Получение пленок карбида кремния

В технологии тонких плёнок карбида кремния применяются различные методы: выращивание слоёв из паровой фазы, выращивание слоёв из газовой фазы, ионно-химические методы осаждения.
Получение пленок карбида кремния методом ионно-химического осаждения в настоящее время является одним из самых распространенных. Данный способ осаждения характеризуется высокой скоростью осаждения материала и минимальными затратами средств.
При физическом осаждении материал покрытия переходит из твердого состояния в газовую фазу в результате распыления за счет кинетической энергии столкновения частиц материала. Энергия, распределение и плотность потока частиц определяются параметрами процесса и формой источника частиц. Процесс осаждения проводят в вакууме или в атмосфере рабочего газа при достаточно низком давлении (около 1 Па). Это необходимо для облегчения переноса частиц от источника (мишени) к изделию (подложке) при минимальном количестве столкновений с атомами или молекулами газа.
Покрытие наносится только на ту часть изделия, которая ориентирована к источнику частиц. Скорость осаждения зависит от относительного расположения источника и материала. Для равномерного нанесения покрытия необходимо систематизированное движение материала или применение нескольких, определенным образом расположенных, источников.
В то же время, поскольку покрытие наносится только на поверхности «в прямой видимости источника», метод позволяет селективно наносить покрытие только на определенные части поверхности, оставляя другие без нанесенного слоя. Это невозможно при использовании метода химического осаждения. Основными факторами, определяющими качество покрытия, нанесенного методом физического осаждения, являются чистота исходных материалов и реакционного газа, а также необходимый уровень вакуума [3].

5. Перспективный метод формирования тонких пленок карбида кремния

В последние годы возрос интерес к синтезу материалов с новыми функциональными свойствами на основе наноструктур карбида кремния (по тексту SiC), которые могут работать в самых жестких условиях эксплуатации, что актуально для военного и космического применения. Карбид кремния является одним из наиболее перспективных материалов для высокотемпературной, мощной, высокочастотной и радиационно-стойкой электроники.
Благодаря высоким значениям подвижности электронов, плотности тока (до 5•103 А/см2), механической прочности, устойчивости к температурным (более 400 °С), химическим и радиационным воздействиям (до 1016 нейтронов/см2) в сочетании с большой шириной запрещенной зоны и теплопроводностью (3 – 5 Вт/см•К) потенциальные параметры приборов на основе SiC во многих случаях значительно превышают параметры приборов на таких традиционных материалах как Si, Ge и GaAs [1-5]. Известно, что полупроводниковые приборы на основе SiC позволяют радикально уменьшить габариты и массу преобразовательного оборудования, упростить систему охлаждения и повысить надежность, что очень важно для военного применения. Изменение удельного сопротивления контакта SiC эпитаксиального слоя в течении более 600 часов при температуре 500 °С, что позволяет создать высокотемпературные полупроводниковые приборы в более экономичных корпуса либо в бескорпусном исполнении.
Однако при реализации полупроводниковых приборов на основе SiC существует проблема, которая заключается в том, что сам SiC пробивается при высоких электрических полях в связи с образованием цепочек дефектов упаковки (дефектности эпитаксиальных пленок SiC).
В настоящее время, несмотря на достигнутый прогресс, параметры и качество самих пленок остаются невысокими. Трудности получения качественных эпитаксиальных слоев SiC при эпитаксии 3С-SiC на Si, обусловлены причинами как кристаллогеометрического, так и кинетического характера. К кристаллогеометрическим причинам относятся несоответствие периодов решеток кремния и карбида кремния, составляющее порядка 20 %, и различие температурных коэффициентов линейного расширения 8 %. Эти различия приводят к возникновению механических напряжений на границе раздела между подложкой и эпитаксиальным слоем, релаксирующих за счет образования высокой плотности “микродвойников” и политипных прослоек, распространяющихся вглубь эпитаксиального слоя.
Кинетические причины связаны с исключительно низкой подвижностью адатомов углерода и карбида кремния на подложке в температурном диапазоне синтеза, ограниченного с одной стороны нижней границей образования SiC (около 800 0С), с другой температурой сублимации кремниевой подложки (1350 0С). Низкая подвижность адатомов приводит к высокой плотности зародышей карбидной фазы, а также заторможенности процессов коалесценции и структурной релаксации SiC. В результате при склонности карбида кремния к образованию дефектов упаковки и многочисленных политипов формируется пленка SiC с высокой плотностью различного рода дефектов.
Анализ опубликованных работ показывает, что до настоящего времени проводился интенсивный поиск методов способных решить проблему дефектности эпитаксиальных пленок SiC на подложке Si. Первые исследования касались улучшения качества гетероэпитаксии слоя SiC на кремниевых подложках.
Для снижения влияния рассогласования параметров решеток на качество эпитаксиальных пленок на поверхности подложки различными методами формируют промежуточный буферный слой [6]. Наиболее распространенным методом создания буферного слоя является карбидизация поверхности подложки.
С одной стороны, буферный слой должен обладать высоким кристаллическим совершенством, так как структура растущего слоя во многом определяется состоянием поверхности, а именно кристаллическим совершенством подложечного материала, с другой стороны, он должен быть достаточно пластичным для эффективной релаксации напряжений, возникающих в гетероструктуре.
Известно несколько способов формирования буферного слоя. Наибольшее распространение получил способ карбидизации поверхности кремниевой подложки. Этот способ заключается в том, что непосредственно перед эпитаксией поверхность кремниевой подложки обрабатывается при температуре 1100 – 1350 0С газообразным углеводородом. Атомы углерода, образующиеся при пиролизе углеводорода, взаимодействуют с кремнием, и на поверхности подложки формируется тонкий буферный слой карбида кремния.
На этот буферный слой и производится осаждение эпитаксиального слоя карбида кремния. Толщина буферного карбидизированного слоя обычно не превышает нескольких десятков нанометров. Скорость его роста ограничивается малым значением коэффициента диффузии кремния через образовавшийся слой SiC к поверхности, где атомы кремния могли бы взаимодействовать с атомами углерода. Столь малая толщина буферного слоя затрудняет релаксацию механических напряжений в буферном слое и увеличивает дефектность эпитаксиального слоя.
Таким образом, создание пор в приповерхностных слоях подложки кардинально не решает проблемы получения совершенных по структуре слоев широкозонных полупроводников.
Поэтому, были предложено еще ряд способов получения не напряженных слоев. Это так называемый метод “сверхроста” или метод “Пендео”. Суть этого метода заключается в следующем. Вначале на поверхность подложки, на которой предполагается растить пленку, наносят специальную маску. Затем в тех местах подложки, которые открыты, выращивается островковая структура. В некоторых случаях на поверхность подложки осаждают островки иного материала. В этом случае сам островок является маской.
Например, при росте SiC на Si, в начале, осаждают SiO2. В результате на поверхности подложки образуются “столбы” и “впадины”. Потом эту поверхность вновь покрывают маской, так, чтобы открытыми остались только “столбы”. Далее на эти столбы наносят пленку. При этом на начальной стадии, рост пленки происходит на поверхности столбчатых структур, а затем пленка растет латерально, закрывая пустое пространство, как мостом . Этот рост, по этой причине, называют еще “воздушно-мостовым”. При этом упругие напряжения, по утверждению авторов этих работ, концентрируются в области “столбов”, остальная же часть пленки не содержит напряжений. Такой способ роста очень дорог, не технологичен, а сам процесс выращивания занимает длительное время.
Синтез пленок SiC осуществляют, в основном, используя различные варианты химического газофазного осаждения (ХГФО), эпитаксию из молекулярных пучков, ионно-лучевую эпитаксию, высокочастотное магнетронное распыление, карбидизацию кремния и другие операции. При выборе способа исходят из требований как к параметрам пленок (по структуре, субструктуре, свойствам), так и к предельно допустимым температурным режимам синтеза. Анализ опубликованных работ показывает, что ведутся интенсивные исследования роста пленок в относительно низкотемпературных процессах: ХГФО с различными газообразными соединениями, магнетронное распыление, лазерная абляция.
Ряд традиционных технологических процессов синтеза тонких пленок SiC, базирующихся на длительной термической обработке, не приемлем при переходе к субмикронной топологии. В частности, более эффективной в этом плане оказалась фотонная активация процессов синтеза [7]. Формирование SiC на Si в процессе карбидизации в газовой атмосфере позволяет формировать эпитаксиальные пленки β-SiC, являющиеся вследствие высокого совершенства текстуры и морфологии буферного слоя для последующего наращивания гетероэпитаксиальных структур широкозонных полупроводников (GaN, AlN).
Фотонная активация процессов также позволяет снизить температурную нагрузку. Известны работы по ХГФО SiC, усиленному излучением СО2 лазера, фотохимическому осаждению из паров под действием излучения ртутной лампы. В работе [7] показана возможность синтеза пленок 3С-SiC на Si импульсной фотонной обработкой пластин кремния излучением ксеноновых ламп в атмосфере пропан — бутана.
Метод импульсной фотонной обработки отличается высокой производительностью, технологичностью и воспроизводимостью результатов. При этом зона твердофазной реакции локализуется в приповерхностной области, не затрагивая основного объема подложки, где располагаются активные области. Быстрота процесса сводит к минимуму влияние окружающей среды. Несмотря на очевидную эффективность метода, механизм и кинетика активации синтеза пленок SiC на Si при импульсной фотонной обработке не выяснен. Поэтому необходима качественная и количественная оценка эффекта фотонной активации процесса карбидизации кремния

Заключение

Таким образом, получение эпитаксиальных пленок SiC играет важную роль в развитии радиоэлектронной промышленности. Однако необходимо совершенствование технологического процесса синтеза тонких пленок SiC на основе импульсной фотонной обработки, что позволит снизить образование цепочек дефектов упаковки SiC и соответственно пробивание полупроводниковых приборов при критической напряженности электрического поля. Последнее достигается использованием не только более совершенной техники, но и технологических процессов, позволяющих контролируемо изменять структуру и, соответственно, физические свойства материала.

Список использованных источников

1.              Артёмов Е.И./ Влияние температуры подложки на концентрацию водорода и микроструктуру пленок аморфного сплава кремний-углерод/ электронная научная сеть: http://www.nature.ru/db/msg.html, 2011
2.              Аморфные полупроводники, применяемые в микроэлектронике: Аналит. материал/ Информ. центр по передаче технологий «Информа»; Международный центр научной и технической информации Б.М., 1989.-Ч.1.-134 с.
3.              Голикова O.A., Кузнецов А.Н., Кудоярова В.Х., Казанин М.М./ Особенности структуры пленок аморфного гидрированного кремния, осажденных методом разложения силана на постоянном токе в магнетном поле./ ФТП, 1997, том 31, №7, с. 816-819
4.              Томпсон М. Материал полученный распылением./ Физмка гидрогенизированного аморфного кремния. — М., 1987.- Вып.1.- с.156-225.
5.              Лей JI. Фотоэмиссия и оптические свойства.// Физика гидрогенизированного аморфного кремния. М., 1988, вып. 2, с. 86-216
6.              Терехов В.А., Абызов МА., Остапенко О.В., Лигачев В.А., Кашкаров В.М. Особенности электронного строения и состава пленок карбида кремния по данным метода ультрамягкой рентгеновской спектроскопии./ Материалы электронной техники, 2002, №3, с.72-74
7.              Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении», г. Воронеж, Россия, 3-5 октября 2004г, с.38-40
8.              ТростянскийС.Н. Электронное строение ионно имплантированного и гидрированного кремния. Диссертация кандидата физико-математических наук. Воронеж, 1990.
9.              Терехов В.А., Голикова О.А., Домашевская Э.П. и др. «Плотность состояний и фотопроводимость аморфного кремния». ФТП, 1984, т.18, вып.10,стр 1897-1899 1985
10.           Васильев B.A., Волков A.C., Мусабеков Е., Теруков Е.И., Челноков В.Е., Чернышов С.В., Шерняков Ю.М. / Фотолюминесценция аморфных пленок a-Si,.xCx:H./ ФТП, 1990, т. 24, вып. 4, с. 710-716