Введение ………………………………………………………………………………………………………………. 4

Глава 1. Влияние кислорода на структуру и свойства кремния …………………………….13

1.1 Равновесная диаграмма состояний системы Si–O ……………………………………13

1.2 Образование фаз на основе Si–O в тонких пленках ………………………………………17

1.3 Пленки SIPOS: получение, фазовый состав и электрические свойства ………….26

1.4 Состав и свойства пленок SiOx с высоким содержанием кислорода ……………..46

Глава 2. Методика эксперимента …………………………………………………………………………60

2.1 Методы получения исследуемых пленок SiOx ……………………………………………..60

2.1.1 Методика и технологические условия получения пленок SIPOS ……………60

2.1.2 Получение пленок a-SiOx:H с нанокластерами кремния ……………………….. 63

2.2 Методы исследования ………………………………………………………………………………… 65

2.2.1 Рентгеновская дифракция для анализа кристаллических фаз кремния в
пленках SiOx…………………………………………………………………………………………………………65

2.2.2 Ультрамягкая рентгеновская эмиссионная спектроскопия (УМРЭС) …….68

2.2.3 Методика рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС)………76

2.2.4 Методика измерения электрических характеристик пленок SIPOS ………..82

2.2.5 Методика спектроскопии комбинационного рассеяния света ………………..87

2.2.6 Метод измерения оптического поглощения пленок ………………………………93

2.2.7 Метод измерения фотолюминесценции пленок с нанокристаллами и
нанокластерами кремния ………………………………………………………………………………………94

Глава 3. Состав и электрические свойства пленок кремния, легированного
кислородом …………………………………………………………………………………………………………………..97

3.1 Исследования фазового состава пленок SIPOS методом рентгеновской
дифракции……………………………………………………………………………………………………………….. 97

3.2 Исследования фазового состава пленок SIPOS методом УМРЭС ……………….102

3.3 Исследование субоксидных фаз кремния в пленках SIPOS методом РФЭС ..107

3.4 Анализ соотношения аморфных и нанокристаллических фаз кремния в пленках
SIPOS с помощью КРС спектроскопии ……………………………………………………………………123
3.5 Исследования электрических свойств пленок SIPOS ………………………………….130

3.6 Выводы …………………………………………………………………………………………………….142

Глава 4. Исследования перестройки структуры, фазового состава и оптических
свойств пленок a-SiOx с нанокластерами кремния при импульсном фотонном отжиге …144

4.1 Исследования перестройки структуры пленок a-SiOx с нанокластерами кремния
при импульсном фотонном отжиге методом рентгеновской дифракции …………………..144

4.2 Исследования изменений фазового состава пленок a-SiOx с нанокластерами
кремния при ИФО методом УМРЭС ……………………………………………………………………….150

4.3 Исследования формирования нанокристаллов кремния в пленках a-SiOx при
ИФО методом КРС спектроскопии ………………………………………………………………………….157

4.4 Исследования перестройки оптических свойств пленок a-SiOx при
кристаллизации нанокластеров кремния ………………………………………………………………….160

4.5 Выводы …………………………………………………………………………………………………….165

Заключение и выводы из работы …………………………………………………………………….167

Список используемых сокращений и условных обозначений ………………………… 169

Литература ……………………………………………………………………………………………………….170

Во введении к диссертации обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна, практическая значимость полученных результатов и научные положения, выносимые на защиту.
В первой главе на основе данных из литературных источников приводится описание равновесных диаграмм состояния системы кремний-кислород, рассматриваются вопросы формирования фаз нестехиометрических оксидов SiOx в тонких пленках, а также приводятся основные подходы к описанию структуры

пленок SiOx с различным содержанием кислорода. Во второй части главы приводятся известные данные о структуре и фазовом составе, электрических свойствах пленок SiOx с низким содержанием кислорода (≤16 ат.%), так называемых пленок SIPOS (Semi-Insulating Polycrystalline Oxygen-doped Silicon). Затем приводится описание оптических свойств диэлектрических оксидных пленок SiOx, содержащих нанокластеры и мелкие нанокристаллы кремния. В заключении главы формулируются выводы и определяются цели и задачи диссертации.
Во второй главе основное внимание уделяется описанию методик получения нанокомпозитных пленок полуизолирующего кремния типа SIPOS с низким содержанием кислорода (≤16 ат.%), полученные методом химического осаждения из газовой фазы SiH4+N2O, а также диэлектрических пленок SiOx, с высоким содержанием кислорода (~50 ат.%), полученных плазмохимическим осаждением из газовой фазы SiH4+O2 с помощью модулированной плазмы dc- магнетрона. Во второй части главы приводится описание получения спектров с помощью метода ультрамягкой рентгеновской спектроскопии (УМРЭС) и анализа фазового состава с помощью компьютерного моделирования рентгеновских эмиссионных спектров. Далее излагаются физические основы методов рентгеновской дифракции РД, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии РФЭС и спектроскопии комбинационного рассеяния света КРС. Описаны методики получения спектров оптического поглощения и фотолюминесценции наноструктур на основе кремния.
Третья глава посвящена исследованиям электронно-энергетического строения и фазового состава, а также электрофизических свойств пленок полуизолирующего кремния типа SIPOS с низким содержанием кислорода (≤16 ат.%). Результаты анализа фазового состава пленок SIPOS методами РД и УМРЭС показывают, что нанокомпозиты SIPOS состоят из нанокристаллов кремния, размеры которых (от 1 до 75 нм) определяются количеством связанного с кремнием кислорода, погруженных в аморфную матрицу из кремниевых и кремний-кислородных кластеров. При этом увеличение содержания кислорода в пленках SIPOS в диапазоне концентраций от 8 до 16 ат.% приводит только к увеличению содержания кремний-кислородных тетраэдров Si-Si3О и Si-Si2O2 без
образования диоксида SiO2. Подтверждают этот результат рентгеновские фотоэлектронные спектры пленок SIPOS, которые содержат Si2p линии с энергиями связи 99.2 эВ, ~100.3 эВ, ~101.8 эВ, соответствующими зарядовым состояниям кремния Si0 (Si2p3/2 компонента неокисленного кремния), Si1+ (Si-Si3O тетраэдры) и Si2+ (Si-Si2O2 тетраэдры) (Рис.1-а).
Рис. 1 – (a) Рентгеновские фотоэлектронные Si2p спектры пленок SIPOS с различным содержанием кислорода и результат их разложения на компоненты с различными энергиями связи. (b) Рентгеновские эмиссионные Si L2.3 -спектры пленок SIPOS (точки). Смоделированные спектры (сплошная линия), а также эталонные спектры кристаллического кремния c-Si, аморфного кремния a-Si, субоксида кремния SiO0.47 и диоксида кремния SiO2 (пунктирные линии).
Роль кислорода в аморфизации структуры слоев SIPOS хорошо прослеживается по динамике тонкой структуры рентгеновских Si L2,3-спектров (Рис. 1-b). Если в Si L2.3-спектре пленки SIPOS (CO ~8 ат.%) с нанокристаллами кремния среднего размера около 75 нм и 25 нм хорошо проявляются два главных максимума в плотности валентных состояния при hv≈92 эВ и 89,9 эВ, то при СО~16 ат.% Si L2.3-спектр пленки SIPOS становится подобным Si L2.3-спектру
аморфного кремния a-Si (до 65%) (Рис.1-b). Кроме того, компьютерное моделирование рентгеновских Si L2.3-спектров пленок показывает, что кислород содержится в пленках в виде субоксида кремния SiO0.47 (Si-Si3O тетраэдры) (таблица 1). Таким образом, данные УМРЭС не обнаруживают формирования фазы диоксида SiO2 в пленках SIPOS и согласуются с результатами РФЭС.
Таблица 1 – Фазовый состав пленок SIPOS по данным математического моделирования Si L2,3 спектров.
SIPOS SIPOS SIPOS SIPOS
Образец
СО~8 ат.% СО~11 ат.% СО~14 ат.% СО~16 ат.%
c-Si, % 85
30 20 –
a-Si, % 15
50 50 65
SiO0.47, % (тетраэдры Si-Si3O)
– 20 30 35
Погрешность, % 5
Рис. 2 – (а) Зависимость удельного сопротивления пленок SIPOS от значения технологического параметра γ=N2O/SiH4, определяющего содержание кислорода от ~8 до 16 ат.%. (b) Температурная зависимость электрической проводимости пленок SIPOS с различным содержанием кислорода.
Результаты исследования электрических свойств пленок SIPOS показали, что с ростом содержания связанного кислорода от ~8 ат.% до ~16 ат.%. удельное сопротивление пленок нелинейно увеличивается на два порядка от ~5.5∙108 до ~1.9∙1010 Ом∙см (Рис.2-а). Кроме того, температурные зависимости проводимости
пленок SIPOS, представленные на рисунке 2-b, показывают увеличение энергии активации проводимости от 0,56 эВ до 0,63 эВ с ростом содержания кислорода.
В четвертой главе представлены результаты анализа изменений фазового состава под воздействием ИФО в диэлектрических композитных пленках с большим содержанием кислорода (~50 ат.%) a-SiOx+ncl-Si, содержащих нанокластеры кремния, и полученных с помощью модулированной плазмы dc- магнетрона из смеси газов (SiH4+O2). Методами КРС и РД обнаружено, что даже при очень быстром отжиге с помощью ИФО происходит образование из нанокластеров кремния достаточно крупных кристаллов кремния субмикронных размеров ≥100 нм наряду с нанокристаллами средних размеров ~10 нм и более мелких ~1-2 нм. При этом в пленках a-SiOx+ncl-Si с исходным содержанием нанокластеров чистого кремния ncl-Si ≤50 % при отжиге часть кремния уходит на формирование оксида, а часть на образование кристаллов кремния. В то время как в пленке с исходной концентрацией нанокластеров кремния ncl-Si ≥53 %, при отжиге происходит частичный переход кремния из оксидной фазы в образование нанокристаллов nc-Si. Изменения в соотношении оксидных фаз и фаз элементарного кремния при ИФО композитных пленок хорошо прослеживается по изменению тонкой структуры рентгеновских эмиссионных Si L2.3-спектров. Сопоставление спектров исходных (Рис.3-a) и отожженных композитных пленок (Рис.3-b) показывает, что в пленках с минимальным исходным количеством кремния ~15 % после ИФО уменьшается интенсивность в области провала между двумя главными максимумами спектра (~92 эВ), т.е. в области главного максимума спектра c-Si, что свидетельствует об уменьшении содержания элементарного кремния в пленке после отжига, спектр которой становится близок к спектру диоксида кремния SiO2 с добавкой субоксида SiO1.7. Тогда как в пленке с максимальным содержанием ncl-Si~53 %, после ИФО основным становится именно максимум при E=92 эВ, характерный для кристаллического кремния (Рис.3-а и 3-b) и вклад оксидной фазы (с максимумами при 89.5 эВ и 94.5 эВ) уменьшается.

15
Рис.3 – Рентгеновские эмиссионные Si L2.3-спектры пленок a-SiOx+ncl-Si с различным содержанием нанокластеров кремния до ИФО -(а) и после ИФО -(b). Экспериментальные спектры изображены точками; спектры, смоделированные на основе эталонов – сплошной линией.
Таблица 2 – Фазовый состав исходных пленок a-SiOx+ncl-Si с различным содержанием ncl-Si по данным УМРЭС.
a-Si, %
a-Si(lc), %
SiO0.47, %
SiO0.83, %
SiO1.3, %
SiO2, %
–
15
–
11
13
61
23
27
–
–
–
50
23
30
6
–
–
41
Образец
ncl-Si ~15 % ncl-Si ~50 % ncl-Si ~53 %
Среднее «x» в SiOx
1,67 2 1,8
Таблица 3 – Фазовый состав пленок a-SiOx+ncl-Si с различным содержанием ncl-Si после ИФО по данным УМРЭС.
c-Si, %
SiO1.7, %
SiO2, %
–
30
70
25
60
60
–
40
Образец
ncl-Si ~15 % ncl-Si ~50 % ncl-Si ~53 %
Среднее «x» в SiOx
1,91 1,94 2
Сравнительный анализ фазового состава пленок до и после ИФО с помощью компьютерного моделирования Si L2.3-спектров, приведенный в Таблицах 2 и 3, подтверждает качественные результаты. Кроме того, они показывают, что в процессе ИФО фазы cубоксидов кремния с низким содержанием кислорода SiO0.47, SiO0.83, SiO1.3 (Таблица 2) трансформируются в более богатые кислородом фазы SiOx, такие как SiO1.7 и SiO2 (Таблица 3).
Далее представлены результаты исследований перестройки оптических свойств при кристаллизации нанокластеров кремния в пленках SiOx, которые показывают, что высокотемпературный отжиг пленок SiOx приводит к длинноволновому смещению оптического края, т.е. уменьшению оптической ширины запрещенной зоны на 0.1÷0.4 эВ (рис.4), в результате кристаллизации нанокластеров кремния в матрице SiOx и появления связей Si-Si и электронных состояний выше потолка валентной зоны SiOx.
Кроме того, после ИФО фотолюминесцентные свойства пленок ухудшаются в результате возможного разрыва пассивирующих связей водорода и кислорода с кремнием.
Рис. 4 – Зависимости коэффициента оптического поглощения пленок a-SiOx с различным содержанием ncl-Si до ИФО (a, b, c) и после ИФО (d, e, f).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Пленки SIPOS, полученные по стандартной промышленной технологии осаждения кремния из газовой фазы, состоят из нанокристаллов кремния, размеры которых определяются количеством связанного с кремнием кислорода, погруженных в аморфную матрицу из кремниевых и кремний-кислородных кластеров.
2. В процессе осаждения пленок SIPOS формируется четыре массива нанокристаллов кремния, существенно отличающихся по размерам: ~75 нм, ~25 нм, ~5 нм и ~1 нм. С увеличением концентрации кислорода от 8 до 16 ат.% в пленках SIPOS содержание более крупных нанокристаллов кремния заметно снижается с одновременным увеличением содержания мелких нанокристаллов.
3. Кислород в структурной сетке матрицы аморфного кремния пленок SIPOS содержится в связанном виде кремний-кислородных тетраэдров преимущественно типа Si-Si3O и в незначительном количестве в виде тетраэдров типа Si-Si2O2 без образования диоксида SiO2. Корреляция экспериментальных данных с моделью случайной связи свидетельствует о случайном характере распределения кремний- кислородных тетраэдров в пленках SIPOS.
4. Нелинейные качественные и количественные изменения атомного строения слоев SIPOS при возрастании концентрации связанного кислорода от 8 до 16 ат.% увеличивают на два порядка удельное сопротивление пленок (от 5.5∙108 до 1.9∙1010 Ом∙см) и энергию активации проводимости (от 0.56 до 0.63 эВ).
5. Импульсный фотонный отжиг аморфных диэлектрических композитных пленок (a-SiOx+ncl-Si) с большим содержанием кислорода (~50 ат.%) и кластеров элементарного кремния приводит к образованию в оксидной матрице нескольких массивов нанокристаллов со средними размерами: ~1 нм, ~5 нм, ~10 нм и более крупных кристаллитов кремния ≥100 нм.
6. В композитных пленках с исходным содержанием нанокластеров кремния ncl-Si ≤50 % при отжиге ИФО часть нанокластеров кремния сублимируется в нанокристаллы, а часть окисляется, тогда как в пленках с исходной концентрацией нанокластеров кремния ≥53 %, при отжиге происходит антибатный переход кремния из оксидной фазы в нанокристаллы Si.
7. Под воздействием ИФО субоксидная матрица композитных пленок a- SiOx+ncl-Si изменяет стехиометрию до значений, близких к SiO2, что соответствует характеру распределения кремниевых и кремний-кислородных тетраэдров в таких пленках модели случайной смеси.
8. В результате воздействия ИФО интенсивность фотолюминесценции композитных пленок уменьшается по сравнению с исходными аморфными пленками, в результате возможного разрыва пассивирующих связей кремния с водородом и кислородом. Одновременное формирование нанокристаллов кремния сопровождается смещением края оптического поглощения и уменьшением ширины запрещенной зоны на 0.1÷0.4 эВ

Актуальность работы:
Тонкие композитные пленки кремния Si-SiOx, содержащие
нестехиометрические оксиды кремния SiOx, широко применяются в различных
областях физики и технологии, поскольку в зависимости от содержания
кислорода в пленках SiOx и технологии их получения, можно в широких
пределах изменять электрические и оптические свойства пленок. Например,
пленки полуизолирующего кремния, легированного кислородом SIPOS (Semi-
Insulating Polycrystalline Oxygen-doped Silicon) с содержанием кислорода ≤15
ат.%, используются при пассивации высоковольтных полупроводниковых
приборов и интегральных схем и позволяют существенно повысить
пробивные напряжения в результате уменьшения эффекта накопления заряда,
обусловленного инжектированием горячих носителей в диэлектрический
слой. Удельное сопротивление пленок SIPOS сильно зависит от содержания
кислорода и с его ростом меняется от ~106 (в пленках без кислорода) до ~1010
Ом·см (при содержании кислорода около 15 ат.%).
Однако, введение кислорода в процессе роста пленок SIPOS приводит к
появлению в их составе аморфных фаз кремния a-Si и оксидов кремния a-SiOx,
наличие и соотношение которых сложно анализировать дифракционными
методами, что и приводит к наличию существенно различающихся моделей
структуры композитных пленок SIPOS. Имеющаяся неоднозначность данных
о фазовом составе и электрофизических свойствах пленок SIPOS и отсутствие
надежных методов диагностики параметров получаемых слоев затрудняют
получение образцов с заданными свойствами и использование данного
материала в полупроводниковой промышленности, несмотря на его
привлекательные свойства.
Отсюда формулируется одна из целей данной работы, состоящая в
разработке способов и установлении влияния фазового состава слоев SIPOS с
различным содержанием кислорода на основе данных уникального метода
ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии (УМРЭС),
позволяющего контролировать состав и соотношение аморфных и
кристаллических фаз кремния, на одновременно измеряемые
электрофизические характеристики тех же образцов SIPOS, для установления
закономерностей изменений фазового состава и электрических свойств пленок
SIPOS от технологических параметров.
С другой стороны, в настоящее время вызывают большой интерес
диэлектрические пленки Si-SiOx, полученные при высоких концентрациях
кислорода (~50 ат.%), и содержащие наряду с оксидами нанокристаллы или
нанокластеры кремния, в которых благодаря размерному квантованию могут
проявляться фото- и электролюминесценция. При этом размеры
нанокластеров/нанокристаллов кремния определяют область
фотолюминесценции. Кроме того, в литературе имеются данные, что
положение полосы ФЛ в нанокластерах а-Si смещено в низкоэнергетическую
область спектра по сравнению с нанокристаллами кремния такого же размера,
что связывается с наличием локализованных состояний в запрещенной зоне
аморфного кремния. Следовательно, положение полосы ФЛ можно изменить,
закристаллизовав разупорядоченные нанокластеры ncl-Si в нанокристаллы nc-
Si. Поэтому представляет интерес преобразовать аморфные оксидные пленки
a-SiOx+ ncl-Si с нанокластерами кремния в пленки с нанокристаллами кремния
путем высокотемпературного отжига. При этом следует учитывать, что
высокотемпературный отжиг пленок SiOx приводит к восстановлению
кремния из нестехиометрического оксида, и появление избыточного кремния
будет приводить к увеличению размеров нанокристаллов в результате их
коалесценции, и, как следствие, к гашению фотолюминесценции. Поэтому для
формирования массивов nc-Si малых размеров (<5 нм) в пленках SiOx с высоким исходным содержанием элементарного Si применяются различные виды кратковременных отжигов, такие как импульсный фотонный отжиг (ИФО), импульсный лазерный отжиг и т.д. Однако, несмотря на успешный опыт применения ИФО, в литературе имеется мало данных о процессах кристаллизации нанокластеров кремния и технологических возможностях данного метода при отжиге пленок SiOx с высоким содержанием нанокластеров ncl-Si. Поэтому в рамках настоящей работы с целью формирования нанокристаллов кремния (nc-Si) малых размеров в диэлектрических пленках а-SiOx+ncl-Si с различным содержанием нанокластеров кремния (от 15 до 53% ncl-Si) предлагается провести кратковременный импульсный фотонный отжиг (ИФО), и исследовать изменения оптических свойств и фазового состава пленок a-SiOx после кристаллизации нанокластеров кремния, с использованием методов ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии (УМРЭС), а также спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС), позволяющих устанавливать наличие и соотношение аморфных и нанокристаллических фаз кремния и субоксидов кремния. Объекты и методы исследований Объектами исследования являлись: – пленки полуизолирующего кремния типа SIPOS с низким содержанием кислорода (≤15 ат.%), полученные методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении LP CVD, температуре 625 о С и расходе силана SiH4 8 л/ч с добавлением N2O в качестве источника кислорода, при различных соотношениях потоков газов γ=N2O/SiH4=0÷0.15; – диэлектрические композитные пленки a-SiOx+ncl-Si с высоким содержанием кислорода (~50 ат.%) и наличием нанокластеров кремния, обладающие фотолюминесценцией, полученные плазмохимическим осаждением с помощью модулированной плазмы dc-магнетрона. Кристаллизация нанокластеров аморфного кремния ncl-Si в матрице SiOx проводилась с помощью кратковременного импульсного фотонного отжига. Анализ формирования нанокристаллических фаз кремния и определение размеров нанокристаллов проводились методами рентгеновской дифракции (РД) и спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС). Для получения информации о наличии и соотношении нанокристаллического кремния и аморфных фаз кремния a-Si и оксидов кремния a-SiOx в исследуемых пленках с различным содержанием кислорода использовался метод ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии (УМРЭС). Оценка содержания кислорода в пленках SIPOS, а также исследования влияния содержания кислорода в пленках на формирование субоксидных фаз кремния проводилась с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии РФЭС. Удельное сопротивление пленок SIPOS рассчитывалось по вольт- амперным характеристикам. Для определения энергии активации проводимости вольтамперные характеристики измерялись при различных температурах. Анализ оптических свойств диэлектрических композитных пленок a- SiOx+ncl-Si с высоким содержанием кислорода (~50 ат.%) и наличием нанокластеров кремния до и после ИФО проводился с помощью спектров оптического поглощения и фотолюминесценции. Цель работы Установление влияния связанного кислорода на фазовый состав пленок SIPOS и их электрофизические свойства, в зависимости от относительного содержания кислорода в потоке газовой смеси (SiH4+N2O) технологического реактора при газофазном осаждении субмикронных слоев SIPOS на монокристаллические пластины кремния; установление закономерностей изменения атомного и электронного строения и оптических свойств диэлектрических композитных пленок a- SiOx+ncl-Si с нанокластерами кремния, полученных плазмохимическим осаждением с помощью модулированной плазмы dc-магнетрона, под воздействием кратковременного импульсного фотонного отжига. Задачи исследования 1. Получить информацию о влиянии разных концентраций кислорода в зависимости от его относительного содержания потоке газовой смеси (SiH4+N2O) на формирование фаз нестехиометрических оксидов кремния в пленках SIPOS с помощью методов УМРЭС и РФЭС. 2. На основе моделирования спектров УМРЭС и КРС определить соотношение аморфных и кристаллических фаз кремния и оксидов кремния SiOx в пленках SIPOS с различным содержанием кислорода и установить влияние кислорода на размеры нанокристаллов кремния, удельное сопротивление и энергию активации проводимости. 3. Получить информацию методами РД и КРС о формировании нанокристаллов кремния под воздействием быстрого импульсного фотонного отжига композитных диэлектрических пленок a-SiOx+ncl-Si, сформированных плазмохимическим осаждением в модулированной плазме dc-магнетрона 4. Установить влияние исходного содержания нанокластеров аморфного кремния в пленках a-SiOx+ncl-Si на трансформацию фазового состава пленок и стехиометрию субоксидной матрицы при импульсном фотонном отжиге. 5. Установить влияние образования нанокристаллов под воздействием ИФО в пленках SiOx с различным исходным содержанием нанокластеров кремния, на энергетическое положение главного края спектра оптического поглощения (ширины запрещенной зоны), и спектра фотолюминесценции пленок. Научная новизна полученных результатов: 1. Впервые получены однозначные экспериментальные данные о локальной атомной и электронной структуре композитных кремниевых слоев типа SIPOS, представляющих собой сложные многофазные системы, включающие в разных соотношениях аморфные и нанокристаллические кремниевые и субоксидные фазы, в зависимости от содержания кислорода. 2. Определены оптимальные технологические параметры формирования структур из газовой фазы на основе силана, с заданным фазовым составом и электрофизическими характеристиками полуизолирующих слоев SIPOS. 3. Обнаружены и установлены неизвестные ранее закономерности кристаллизации нанокластеров аморфного кремния в диэлектрических пленках с большим содержанием кислорода (~50 ат.%) a-SiOx+ncl-Si, под воздействием ИФО, с образованием нанокристаллов кремния nc-Si различного размера в зависимости от содержания нанокластеров в исходных слоях, а также влияние этой кристаллизации на оптические свойства пленок. Практическая значимость Полученная в ходе исследования информация и выработанные на их основе рекомендации будут использованы при создании новых технологических маршрутов изготовления высоковольтных интегральных схем и разработке надежных методов диагностики и контроля параметров функциональных материалов, используемых в производстве полупроводниковых приборов на предприятии АО «ВЗПП-Микрон», являющемся деловым партнером ВГУ. Научные положения, выносимые на защиту – Пленки SIPOS, полученные по стандартной промышленной технологии осаждения кремния из газовой фазы при низком давлении моносилана SiH4 с добавлением N2O в качестве источника кислорода, представляют собой нанокомпозиты, состоящие из нанокристаллов кремния в аморфной матрице, размеры которых (в пределах 1-75 нм) определяются количеством связанного с кремнием кислорода. – Связанный кислород в структурной сетке аморфного кремния пленок SIPOS содержится в виде кремний-кислородных тетраэдров преимущественно Si-Si3O типа и в незначительном количестве в виде тетраэдров Si-Si2O2 типа без образования диоксида SiO2 – Увеличение содержания связанного кислорода в составе пленок SIPOS приводит к возрастанию на два порядка удельного сопротивления от 5.5∙108 до 1.9∙1010 Ом∙см и энергии активации проводимости от 0.56 до 0.63 эВ. – Под воздействием ИФО в исходных диэлектрических пленках с большим содержанием кислорода (~50 ат.%) a-SiOx+ncl-Si происходит формирование нанокристаллов кремния с размерами (от 1 до ≥100 нм) и уменьшение оптической ширины запрещенной зоны на 0.1-0.4 эВ. Достоверность результатов работы основана на применении воспроизводимых промышленных методик получения материалов с заданными свойствами; применении высокоточных современных методов анализа электронно-энергетического строения нанокомпозитных пленок SiOx, содержащих фазы нанокристаллического и аморфного кремния, в том числе с использованием уникальной научной установки «Рентгеновский спектрометр монохроматор РСМ-500» и хорошо отработанной методики КРС спектроскопии; использовании надежных методов и современного программного обеспечения для обработки экспериментальных данных. Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники, AMS10», «Аморфные и микрокристаллические полупроводники, AMS11» (Санкт-Петербург, 2016- 2018 г.); XXIII Всероссийская конференция с международным участием «Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь, РЭСХС-23» (Воронеж, 2019 г.); Международная конференция «Кремний-2016» (Новосибирск, 2016 г.), «Кремний-2018» (Черноголовка, 2018 г.), «Кремний- 2020» (Республика Крым, г. Гурзуф, 2020 г.); Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученных «Ломоносов 2017», «Ломоносов 2018», «Ломоносов 2019», «Ломоносов 2020» (Москва, 2017-2020); Всероссийская конференция по наноматериалам «НАНО-2020» (Москва 2020); VIII Всероссийская конференция с международным участием «Физико- химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах, ФАГРАН-2018» (Воронеж, 2018 г.); VII Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (Суздаль, 2018 г.); Национальный молодежный симпозиум «Фундаментальные и прикладные исследования молодых ученых в области получения композитных материалов нового поколения» (Воронеж, 2018 г.); Четвертая международная школа-семинар «Наноструктурированные оксидные пленки и покрытия, НСОПП-2017» (Петрозаводск, 2017 г.); XVI Российской научной студенческой конференции (Томск, 2018 г.); X всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Диагностика наноматериалов и наноструктур» (Рязань, 2018 г.). Публикации По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 3 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных работ и 22 работы в сборниках трудов конференций. Личный вклад автора Все включенные в диссертацию данные получены лично автором или при его непосредственном участии. Задачи и цели исследования были поставлены научным руководителем д.ф.-м.н., профессором Тереховым В.А., методы их решения были определены автором совместно с научным руководителем. Экспериментальные данные с использованием методов рентгеновской дифракции и оптического поглощения получил лично автор совместно с доцентом кафедры общей физики Заниным И.Е., ведущим электроником кафедры ФТТиНС Ивковым С.А. и заведующим кафедры ФТТиНС Серединым П.В. и с использованием научно-исследовательского оборудования ЦКПНО ВГУ. Данные об электронном строении и фазовом составе исследуемых образцов с использованием рентгеновского спектрометра монохроматора РСМ-500 были получены лично автором под руководством профессора кафедры ФТТиНС ВГУ Терехова В.А.. РФЭС спектры были получены на оборудовании ЦКП УдмФИЦ УрО РАН Чукавиным А.И. КРС спектры были получены автором совместно с ведущим инженером кафедры ФТТиНС Голощаповым Д.Л.. Спектры ФЛ были получены автором совместно с Минаковым Д.А. доцентом кафедры физики и химии, Военно-воздушной академии им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина. Обработка и расчет экспериментальных данных производился лично автором, полученные результаты обсуждались с д.ф.-м.н., профессором Тереховым В.А., д.ф.-м.н., профессором Домашевской Э.П.. Формулировка выводов по итогам проделанной работы, а также представление результатов на международных и всероссийских научных конференциях осуществлялись автором под руководством профессора Терехова В.А. Основные результаты и выводы получены лично автором. Настоящая работа выполнена на кафедре физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета при финансовой поддержке гранта РФФИ в рамках научного проекта № 19-32-90234 и частично гранта РФФИ и Правительства Воронежской области в рамках научного проекта №19-42-363013, а также гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Государственного задания FZGU-2020-0036. Структура и объем диссертационной работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов работы. Общий объем составляет 190 страниц, включая 95 рисунков, 25 таблиц, список литературы, который содержит 287 наименований, включая публикации по теме диссертации.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?

Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

Читать

Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее

Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее

Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее

Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

Хочешь уникальную работу?

Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все

Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.

#Кандидатские #Магистерские

2271 Выполненная работа

Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.

#Кандидатские #Магистерские

1077 Выполненных работ

Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все

Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)

#Кандидатские #Магистерские

76 Выполненных работ

Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все

Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.

#Кандидатские #Магистерские

694 Выполненных работы

Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все

#Кандидатские #Магистерские

13 Выполненных работ

Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все

Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой

#Кандидатские #Магистерские

33 Выполненных работы

Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все

Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.

#Кандидатские #Магистерские

177 Выполненных работ

Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все

Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?

#Кандидатские #Магистерские

359 Выполненных работ

Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все

Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.

#Кандидатские #Магистерские

25 Выполненных работ