Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

ПРОЦЕССЫ РОСТА СУБЗЕРЕН И РАЗВИТИЕ МОРФОЛОГИИ ПРИ СИНТЕЗЕ ПЛЕНОК β-SiC НА (111)Si В АТМОСФЕРЕ МЕТАНА

https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.096-106

Полный текст:

Аннотация

Методами просвечивающей электронной микроскопии, дифракции быстрых электронов, атомно-силовой микроскопии и Оже-электронной спектроскопии проведены исследования фазового состава, ориентации, субструктуры и морфологии пленок, образующихся при импульсной фотонной обработке излучением ксеноновых ламп пластин кремния (111) Si в атмосфере метана. Установлено, что в диапазоне плотности энергии излучения (Ep), поступающей на пластины толщиной 450 мкм за 3 с, от 267 Дж·см-2 до 284 Дж·см-2 на обеих поверхностях пластины как с облучаемой, так и с необлучаемой стороны образуются ориентированные нанокристаллические пленки -SiC. При этом на облучаемой стороне синтез пленок осуществляется при возможном участии фотонной активации процессов (ИФО), а на обратной стороне – только термической активации (БТО). Показано, что с увеличением плотности энергии излучения в пленках -SiC средний размер субзерен на облучаемой стороне возрастает с 4,2 нм (Ep = 269 Дж·см-2) до 7,9 нм (Ep = 284 Дж·см-2) и на необлучаемой стороне – с 3,9 нм до 7,0 нм соответственно. Шероховатость поверхности -SiC с увеличением плотности энергии излучения принимает значения на облучаемой стороне от 19 нм (Ep = 269 Дж·см-2) до 60 нм (Ep = 284 Дж·см-2) и на необлучаемой стороне от 11 нм до 56 нм соответственно. На основании температурных зависимостей среднего размера зерна и шероховатости оценены кажущиеся энергии активации процессов. Энергия активации роста субзерен -SiC практически не зависит от способа активации и составляет 1,3 эВ. Энергия активации развития шероховатости составляет при ИФО 2,5 эВ и при БТО 3,5 эВ.

Об авторах

В. О. Кузьмина
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»
Россия

Вероника Олеговна Кузьмина - научный сотрудник

д. 54а, ул. Старых Большевиков, Воронеж, 394064



С. А. Солдатенко
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»; Воронежский государственный технический университет
Россия

Сергей Анатольевич Солдатенко - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

д. 54а, ул. Старых Большевиков, Воронеж, 394064,

д. 14, Московский пр., Воронеж, 394026



А. А. Синельников
Воронежский государственный университет
Россия

Александр Алексеевич Синельников - кандидат физико-математических наук, директор Центра коллективного пользования научного оборудования ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет»

д. 1, Университетская площадь, Воронеж, 394018



Список литературы

1. О’Нейл, М. Устройства на основе карбида кремния повышают КПД систем преобразования солнечной энергии [Текст] / М. О’Нейл // Силовая электроника. − 2009. − № 1. − С. 8–12.

2. Лебедев, А.А. Вечнозеленый полупроводник [Текст] / А.А. Лебедев // Химия и жизнь. − 2006. − № 4. − С. 14–19.

3. Лучинин, В.В. Отечественный полупроводниковый карбид кремния: шаг к паритету [Текст] / В.В. Лучинин, Ю.Н. Таиров // Современная электроника. − 2009. − № 7. − С. 12–15.

4. Cheng, L. Growth and Doping of SiC-Thin Films on Low-Stress, Amorphous Si3N4/Si Substrates for Robust Microelectromechanical Systems Applications [Text] / L. Cheng [et al.] // Journal of Electronic Materials. − 2002. − Vol. 31. – No. 5. − P. 361–365.

5. Chen, Y. Heteroepitaxial growth of 3C-SiC using HMDS by atmospheric CVD [Text] / Y. Chen // J. Mater. Sci. and Eng. − 1999. − Vol. 61−62. − P. 579−582.

6. Hatanaka, Y. Experiments and analyses of SiC thin film deposition from organo-silicon by a remote plasma method [Text] / Y. Hatanaka // Thin Solid Films. − 2000. – No. 2. − P. 287−291.

7. Ellison, A. Epitaxial growth of SiC in a chimney CVD reactor [Text] / A. Ellison // J. Cryst. Growth. − 2002. – No. 1−3. − P. 225−238.

8. Luo, M.C. Epitaxial growth and characterization of SiC on C-plane sapphire substrates by ammonia nitridation [Text] / M.C. Luo // J. Cryst. Growth. − 2003. – No. 1−2. − P. 1−8.

9. Attenberger, W. Structural and morphological investigations of the initial stages in solid source molecular beam epitaxy of SiC on (111)Si [Text] / W. Attenberger [et al.] // J. Materials Science and Engineering: B. − 1999. − Vol. 61−62. − P. 544−548.

10. Shimizu, H. Hetero-Epitaxial Growth of 3C-SiC on Carbonized Silicon Substrates [Text] / H. Shimizu, K. Hisada // Materials Science Forum. − 2003. − Vol. 433−436. − P. 229−232.

11. Кукушкин, С.А. Синтез эпитаксиальных пленок карбида кремния методом замещения атомов в кристаллической решетке кремния [Текст] / С.А. Кукушкин, А.В. Осипов, Н.А. Феоктистов // Физика твердого тела. − 2014. – Т. 56. – В. 8. − С. 1457−1485.

12. Ferro, G. 3C-SiC Heteroepitaxial Growth on Silicon: The Quest for Holy Grail [Text] / G. Ferro // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. − 2015. – No. 40. − P. 56–76.

13. Bittencourt, C. Reaction of Si(100) with SilaneMethane Low-Power Plasma; SiC Buffer layer formation [Text] / C. Bittencourt // Journal of Applied Physics. − 1999. – Vol. 86. − P. 4643−4648.

14. Иевлев, В.М. Состав и структура силицидов образующихся при импульсной фотонной обработке пленок титана на монокристаллическом к аморфном кремнии [Текст] / В.М. Иевлев [и др.] // ФХОМ. − 1997. – № 4. − С. 62−67.

15. Иевлев, В.М. Твердофазный синтез силицидов при импульсной фотонной обработке гетеросистем Si–Me (Me: Pt, Pd, Ni, Mo, Ti) [Текст] / В.М. Иевлев, С.Б. Кущев, В.Н. Санин // ФХОМ. − 2002. – № 1. − С. 27−31.

16. Иевлев, В.М. Синтез силицидов иридия при импульсной фотонной обработке пленок металла на кремнии [Текст] / В.М. Иевлев [и др.] // Вестник ВГТУ, сер. Материаловедение. − 2002. – Вып. 1.11. − С. 87−93.

17. Борисенко В.Е. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве [Текст] / В.Е. Борисенко // Минск: Наука и техника. − 1992. − 247 с.

18. Иевлев, В.М. Синтез наноструктурированных пленок SiC при импульсной фотонной обработке Si в углеродсодержащей среде [Текст] / В.М. Иевлев [и др.] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. − 2009. – № 10. − С. 48−53.

19. Кущев, С.Б. Синтез пленок SiC на Si при импульсной фотонной обработке и быстром термическом отжиге в углеродсодержащей среде [Текст] / С.Б. Кущев, С.А. Солдатенко // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). − 2011. – № 7. − С. 18−22.

20. Рowder Diffraction File. Alphabetical Index Inorganic Сompounds. Pensilvania: ICPDS, 1997.

21. Bockstedte, M. Ab initio study of the migration of intrinsic defects in 3C−SiC [Text] / M. Bockstedte, A. Mattausch, O. Pankratov // Physical Review. − 2003. − B 68. − P. 205201-1−205201-17.

22. Van Dijen, F. K. The Chemistry of the Carbothermal Synthesis of /3-SIC: Reaction Mechanism, Reaction Rate and Grain Growth [Text] / F.K. Van Dijen, R. Metselaar // Journal of the European Ceramic Society. − 1991. – No. 7. − P. 177–184.

23. Pelleg, J. Springer International Publishing AG / J. Pelleg. – 2017. – 443 p.

24. Синельников, Б.М. Модель электропроводности аморфных пленок карбида кремния с позиции фрактально-кластерной модели [Текст] / Б.М. Синельников [и др.] // Вестник Северо-Кавказского технического университета. − 2007. – № 1 (10). − С. 16–19.

25. Pantea, C. Kinetics of SiC formation during high P T reaction between diamond and silicon [Text] / C. Pantea [et al.] // Diamond & Related Materials. − 2005. – No. 14. − P. 1611–1615.


Для цитирования:


Кузьмина В.О., Солдатенко С.А., Синельников А.А. ПРОЦЕССЫ РОСТА СУБЗЕРЕН И РАЗВИТИЕ МОРФОЛОГИИ ПРИ СИНТЕЗЕ ПЛЕНОК β-SiC НА (111)Si В АТМОСФЕРЕ МЕТАНА. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2018;(22-24):96-106. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.096-106

For citation:


Kuzmina V.О., Soldatenko S.A., Sinelnikov A.А. GROWTH PROCESSES OF SUBGRAIN AND MORPHOLOGY EVOLUTION IN THE SYNTHESIS OF Β-SiC FILMS AT (111) Si IN THE ATMOSPHERE OF METHANE. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2018;(22-24):96-106. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.22-24.096-106

Просмотров: 103


ISSN 1608-8298 (Print)