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

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.

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.