ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ а-С: Н, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГИБРИДНОЙ ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ СИСТЕМЫ

February 20, 2013 by admin Комментировать »

Толстых п. В.^’, Козлова Е. И.^’, Азарко И. И.^’, Пуховой А. А.^’, Бук Физический факультет БП/ пр. Независимости, 4, г. Минск, 220050, Беларусь ^^Лаборатория тонких плёнок. Кафедра физики. Университет Дуйсбург-Эссен ул. Университетская, 2-5, г. Эссен, D45117, Германия

Аннотация – Спектральными методами изучались дефектные состояния а-С: Н пленок, полученных методом CVD при использовании гибридной индуктивно-емкостной системы с дополнительным применением ускоряющего напряжения. Независимо от ускоряющего напряжения для всех образцов обнаружен сигнал с д-фактором, равным 2,0020. Ширина линии и концентрация парамагнитных центров (ПЦ) немонотонно изменяются с ростом ускоряющего потенциала.

I.                                       Введение

Привлекательные механические и химические характеристики обуславливают вот уже несколько десятилетий неугасающий интерес к аморфным углеродным пленкам (АУП) как со стороны науки, так и промышленности. В настоящее время некоторые успехи достигнуты в использовании АУП в качестве защитных или диэлектрических покрытий, в то же время создание электронных приборов на наноструктуриро- ванных АУП все еще находится в стадии проектов. Вызвано это в первую очередь тем, что высокая плотность дефектов в таких пленках (обычно более 10^^ – Ю”® ат/см ) не дает возможности для эффективного внедрения примесей, которые позволили бы использовать такие пленки в качестве полупроводниковых приборов. Установлено, что часть парамагнитных дефектов в а-С: Н связана с наличием в них водорода [1]. Однако в отличие от a-Si: Н, отжиг таких пленок обычно не ведет к значительной пассивации дефектов. В данной работе представлены результаты исследований зависимости дефектности пленок, полученных методом CVD, от условий их осаждения.

II.        Порядок проведения эксперимента

АУП получали методом CVD, используя гибридную индуктивно-емкостную установку (13,56 МГц). В вакуумную камеру (10’® Бар) закачивали смесь гелия, водорода и ацетилена. Остаточное давление в камере ~ 8*10® Бар. Углеродные покрытия осаждались на кремниевые и стеклянные подложки в течении

10 минут при различном напряжении смещения (от

О  до 200 В). Индуктивная мощность 120 Вт.

Измерения концентрации ПЦ проводились при температурах 77 К – 293 К на стандартном ЭПР – спектрометре Varian Е-112, работающем в X- диапазоне.

III.                 Результаты и обсуждение

Данные АРМ микроскопии для образца, полученного на кремниевой подложке при нулевом напряжении смещения, приведены на рисунке 1. Хорошо видно, что пленка шероховатая с крупными «каплями», вызванными осаждением низкоэнергетичных ионов. Увеличение напряжения смещения ведет к сглаживанию поверхности и при Vb около 150 В поверхность пленки получается гладкой и однородной.

Исследования методом комбинационного рассеяния позволили обнаружить, что при ускоряющем напряжении Vb < 25 В, образуются пленки преимущественно с sp®C-H связями, и как следствие они более прозрачные и рыхлые по сравнению с пленками, полученными при больших напряжениях смещения. При увеличении Vb наблюдается смещение G-пика в сторону больших волновых чисел (рис. 2а), а так же увеличение отношения Ь/Ig (Рис.26).

Рис. 1. Данные атомносиловой микроскопии образца на стекле полученные при нулевом напряжении смещения.

Fig. 1. AFM image for sample on glass substrate within self-bias OV

Такое изменение отношения интенсивностей свидетельствует об увеличении количества sp^ – гибридизированных С-С связей с ростом напряжения смещения. Наряду с этим пленки становятся более темными и гладкими.

0    Замещение водородного атома углеродом вызвано увеличением энергии ионов, которые осаждаются на образец, т. е. более высокоэнергетичные ионы замещают водород в связях С-Н. Помимо sp^ 0связей с ростом Vb возрастает и концентрация sp®C-C связей.

Ранее [2] было отмечено, что спектр ЭПР образцов, независимо от типа подложки, представляет собой одиночную линию с д-фактором, близким к значению д- фактора свободного электрона. Данные сигналы при комнатной температуре измерения не насыщаются, а при измерении в атмосфере жидкого азота уже при мощности СВЧ-излучения Р = 3-5 Вт наблюдается падение интенсивности сигнала. Изменения концентрации ПЦ в углеродной пленке на стекле показывают, что при Vb 100-125 В наблюдается максимальное содержание дефектов, а при дальнейшем увеличении – незначительное снижение концентрации. Возможно, это вызвано уменьшением содержания оборванных sp^ связей, за счет образования sp® связей под воздействием ионов с большой энергией.

Ширина линии ЭПР исследованных образцов максимальна при Vb = 50 В, затем с ростом Vb сужа

ется до 2-3 Гс. Такая зависимость говорит о росте разупорядоченности окружения парамагнитного центра в образцах, полученных при Vb до 50 В. При Vb>50B наблюдается обратный процесс – нарастание ближнего порядка вокруг парамагнитного дефекта. Для пленок, полученных методом импульсного лазерного осаждения в вакууме ширина ЭПР – линии составляла 15-20 Гс, может свидетельствовать о большей неоднородности окружения парамагнитных центров по сравнению с рассматриваемым методом.

Рис. 2. Зависимость положения G-пика (а) и отношения интенсивностей D и G -пиков (б) от напряжения смещения для образцов на стекле □ и кремнии о.

Fig. 2. G-peak position (а) and peak intensity ratio (b) vs different seif-bias for sampies on giass □ and siiicon о substrates

IV.                                  Заключение

Как видно из данных, полученных с помощью атомно-силового микроскопа, пленки, полученные при небольшом напряжении смещения (до 25 В) являются рыхлыми. С ростом напряжения поверхность пленки становится более ровной и при Vb около 150 В пленка получается гладкой, без видимых пиков и впадин. Эти данные хорошо коррелируют с результатами исследования методом комбинационного рассеяния. Установлено, что пленки, полученные при небольшом напряжении смещения, содержат большую долю водорода в sp®C-H связях, а с ростом напряжения преобладают С-С зр^и sp® связи. Концентрация парамагнитных дефектов для образцов на стекпе максимальна при 125 В.

[1]  R. С. Barklie, М. Collins, J. sunnife, S. R. P. Silva// Diam. Relat. Mater. – 2004. – 7. – P. 864-868.

[2]  П. B. Толстых, И. A. Карпович, И. И. Азарко, А. А. Пуховой, Ф. Бук. Матер. VI междунар. конф. «Взаимод. излучений с ТВ. телом»:, Минск, 28-30 сентября 2005. – Мн.: Изд. Центр ВГУ, 2005. – С. 182-184.

STUDIES OF DEFECTFORMATION IN A-С: Η FILMS, FABRICATED BY MEANS OF DUAL INDUCTIVE-CAPACITY SYSTEM

P. V. Tolstykh^’, I. A. Karpovich^’, I. I. Azarko^’,

A. Poukhovoi^’, V. Buck^’

Belarusian State University F. Skorina Avenue, 4, Minsk, 220050 Belarus ^^Thin Film Technology, Department of Physics, University of Duisburg-Essen Universitatsstr 2-5, Essen, D45117, Germany

Abstract – The process of defects formation in -C: H films formed by CVD-method using additional external voltage was studied by means of different spectroscopic methods. Each EPR line showed the g-factor value of 2.002 regardless of selfbias, while the line width and defects’ concentration change in nonmonotomic manner.

I.                                        Introduction

Mechanical and chemical characteristics of a-C: H films are very attractive both from scientific and industrial points of view. While these films have been applied as protective coatings in industry, the possibilities of their use as electronic devices are still quite obscure due to their high defects concentration.

II.                                       Experiment

Different external voltage magnitudes were applied in the CVD-method during formation. Paramagnetic centers’ concentrations were measured using standard EPR-spectroscopy technique with X-band VARIAN E-112 spectrometer in the temperature range 77-293 К

III.                           Results and Discussion

It was estimated that the number of sp^-hybridised C-C bonds increase as the self-bias increases that leads to formation of smoother and darker films. The EPR-line is a singlet with g-factor close to g-factor of free electron regardless of substrate type. Defects concentration reaches its maximum at bias voltage value of 100-125 V, and with further voltage increase the concentration of PC decreases.

IV.                                      Conclusion

The correlation in Raman and EPR- spectroscopy was observed regarding external voltage at which the less defective films were formed. It was found that the films were smooth at Vb=150V and more, while the PC concentration reaches its maximum at Vb=125 V and decreases with further Vb increasing.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты