Автореферат (1149413), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

1 a) OK- (синий), SiL2,3- (красный) и CK- (зеленый) спектры поглощения,измеренные с помощью полного квантового выхода, и РФЭС спектры верхней валентнойподзоны, измеренные на лабораторном спектрометре с энергией возбуждения 1486,6 эВ,для образцов SAT-2.0, PECVD-2.3, пор-SiO2, ам-SiO2 и α-кварца, совмещенные в единуюэнергетическую шкалу с использованием энергий связи внутренних уровней, где уровнюФерми соответствует нулевая энергия.

b) Увеличенная область потолка валентной зоныдля спектров, показанных на левой панели. Положение потолка валентной зоныобозначено красными кругами.Измерения рентгеновских спектров поглощения и рентгеновскихфотоэлектронных спектров проводились в одних экспериментальных условияхна станции RGL-PES. Фотоэлектронные спектры дополнительно измерялись налабораторном спектрометре Thermo Scientific ESCALAB 250Xi X-ray с энергиейвозбуждения 1486,6 эВ в РЦ «Физические методы исследования поверхности».Рентгеновские спектры поглощения, измеренные вблизи SiL2,3-, CK и OKкраев поглощения, совмещены в единую энергетическую шкалу на рис.

1 прииспользовании энергий связи начальных уровней, определенных по измереннымв тех же экспериментальных условиях фотоэлектронным спектрам. Также нарис. 1 показаны фотоэлектронные спектры верхней валентной подзоны,измеренные на лабораторном спектрометре при энергии возбуждения 1486,6 эВ.При данной энергии возбуждения глубина формирования спектров валентнойзоны сопоставима с глубиной формирования спектров поглощения, измеренныхс помощью полного квантового выхода, что обеспечивает корректностьпроведенного совместного анализа.При рассмотрении SiL2,3-спектров поглощения было выявлено, чтоосновной структурной единицей всех ОСС является SiO3CH3 тетраэдр с однойметиловой группой, при этом содержится заметный вклад исходных SiO4тетраэдров.

Формирование тетраэдров с множественным встраиваниемметиловых групп не происходит. Проведенное совмещение спектровпоглощения в единую энергетическую шкалу позволяет заключить, что всенаблюдавшиеся смещения деталей тонкой структуры SiL2,3-спектров11поглощения, вызванные изменением электроотрицательности ближайшегоокружения атомов кремния и созданием пористости, вызваны изменениемэнергии связи начального Si2p уровня.

Анализ CK-спектров поглощенияпозволил выявить заметное количество C=C углеродных кластеров в структуреОСС, приготовленной при использовании органического порообразователя.Состояние, отвечающее данным кластерам, находится вблизи уровня Ферми, чтоподтверждает то, что остаточный порообразователь является причиной токовутечки, характерных для PECVD пленок ОСС. Анализ OK-спектров поглощенияуказывает на то, что при введении пористости в структуру SiO2 образуютсяоборванные связи, которые, однако, эффективно пассивируются метиловымигруппами в структуре ОСС.В работе было установлено, что при понижении электроотрицательностиближайшего окружения атомов кремния происходит смещение потолкавалентной зоны в сторону меньших энергий связи на 0,7-1,0 эВ.

При этомвведение пористости лишь незначительно влияет на положение потолкавалентной зоны. Положение дна зоны проводимости всех изученных образцовостается неизменным.Вторая часть третьей главы посвящена изучению влияния симметрииближайшего окружения центрального атома на формирование состоянийвалентной зоны и зоны проводимости Al2O3. Были изучены α-, γ- и аморфныйAl2O3, для которых характерно существенно разное содержание тетраэдров AlO4и октаэдров AlO6.На рис. 2 представлены AlL2,3- и OK-спектры поглощения, совмещенные вединую энергетическую шкалу с использованием энергий связи начальныхуровней, определенных по фотоэлектронным спектрам, измеренным в тех жеэкспериментальных условиях.

При совместном рассмотрении AlL2,3-спектровпоглощения обращает на себя внимание постепенное увеличение интенсивностидетали b при переходе α→γ→ам-Al2O3 (при увеличении количества тетраэдровAlO4) вследствие того, что p→p-образные переходы, которыми образованадеталь b, запрещены в октаэдрах AlO6 и разрешены в тетраэдрах AlO4. При этомпроисходит постепенное смещение в сторону меньших энергий OK-краяпоглощения и увеличение перекрывания детали b в AlL2,3-спектрах с основнойполосой A-A' в OK-спектрах поглощения, отображающей переходы в O2pсостояния, смешанные с Al3d состояниями. Таким образом, выявленнаязакономерность свидетельствует о сильной p-d гибридизации, разрешенной дляTd симметрии и запрещенной для Oh симметрии, и о том, что формированиенижних состояний зоны проводимости определяется переносом эффективногозаряда между атомами алюминия и кислорода, который зависит от симметрииближайшего окружения атомов алюминия.

Измеренные фотоэлектронныеспектры валентной зоны не выявили существенного смещения потолкавалентной зоны при изменении кристаллической фазы Al2O3. Определяющуюроль в изменении ширины запрещенной зоны играет смещение дна зоныпроводимости.12Absorption (TEY)aA' Ab c c'd'dc''am0510 15 20 25Рис. 2 AlL2,3- и OK-спектры поглощения α-, γ- и амAl2O3, совмещенные в единую энергетическуюшкалу с использованием энергий связи внутреннихуровней, определенных по измеренным РФЭСспектрам (для α-Al2O3 использовались данные [5]).Уровню Ферми соответствует нулевая энергия.Пунктирные вертикальные линии обозначаютположение дна зоны проводимости, полученное дляγ- и ам-Al2O3 путем откладывания величинызапрещенной зоны, оцененной с помощьюаппроксимации скачка фона неупруго рассеянныхO1s фотоэлектронов, от потолка валентной зоны, дляα-Al2O3 использовались литературные данные поширине запрещенной зоны [5].E - EF (eV)В третьей части третьей главы представлены результаты изучениястроения и протяженности межфазовой границы TiN/Al2O3 с целью выясненияприроды дипольного слоя, образующегося при перераспределении кислорода награнице TiN/Al2O3 и влияющего на величину эффективной работы выхода.

Наслой γ-Al2O3, предварительно отожженный в атмосфере кислорода дляустранения возможного дефицита кислорода, наносился методом физическогоосаждения из паровой фазы (PVD) сплошной слой TiN толщиной 10 нм. Затемчасть слоя TiN литографически вытравливалась в HBr/Cl плазме. В результатебыли сформированы отдельные электроды TiN размером около 2 мм2 срасстоянием между ними около 4 мм, что позволило изучить межфазовуюграницу как со стороны электрода TiN, так и со стороны пленки γ-Al2O3.Структура пленки γ-Al2O3 не была повреждена при травлении TiN.OK-спектры поглощения пленки γ-Al2O3 (после удаления электрода),измеренные с использованием левой и правой эллиптической поляризацииизлучения, показаны на рис.

3. В предкраевой области спектров прослеживаетсяпик β, свидетельствующий об образовании кислородных вакансий в γ-Al2O3вследствие взаимодействия с TiN. Также была обнаружена поляризационнаязависимость интенсивности данного пика, причем чувствительность пика кполяризации выражена сильнее всего при наименьшем из использованных угловпадения и полностью отсутствует при нормальном падении (для двухазимутальных ориентаций образца). Это указывает на наличие некоторойпреимущественной ориентации состояний, связанных с образованиемкислородных вакансий, причем данное направление параллельно плоскостипленки γ-Al2O3.При исследовании межфазовой границы через электрод обращает на себявнимание отчетливое наблюдение пика Q в NK-спектре поглощения (рис. 4а),который свидетельствует об образовании молекулярного азота вследствиезамещения части атомов азота кислородом [6].13OKao90o60o30a'530 532 534b530535540545b)o30o60o90530 532 534 = 530550Photon Energy (eV)c)Total Electron Yieldo30o60o90Total Electron YieldTotal Electron Yielda)532534o30o60o90530 532 534 = 530Photon Energy (eV)532534Photon Energy (eV)Рис.

3 OK-спектры поглощения пленки γ-Al2O3, измеренные между электродами TiN притрех различных углах падения (30°, 60° и 90° от поверхности) с использованием левой(синие кривые) и правой (красные кривые) эллиптической поляризации излучения. Напанели (a) показаны спектры с интенсивностью, усредненной для левой и правойэллиптических поляризаций I=1/2(I++I-). На панелях (b) и (c) показана предкраеваяобласть спектров (пик β). Панели (a, b) и (c) относятся к двум разным азимутальнымориентациям образца φ=0° и φ=90°, соответственно.NKQabdc400410420Photon Energy (eV)с)b)Total Electron YieldTotal Electron Yielda)a b'bcOKdPositiveNegativea b'530530540532b534550Photon Energy (eV)Рис.

4 Спектры поглощения TiN/γ-Al2O3/Si образца, измеренные в области TiN электрода:(a) NK-, измеренные при использовании s-поляризованного излучения при угле падения45°. Серая кривая изображает модельный NK-спектр поглощения без вкладамолекулярного азота (без пика Q); (b) OK-, измеренные при нормальном падении сиспользованием эллиптических поляризаций излучения. На панели (c) изображена схема,поясняющая расщепление Ti3d состояний в искаженном кристаллическом поле (сжатие ирастяжение октаэдра).На рис. 4b представлены OK-спектры поглощения TiN электрода,измеренные при нормальном падении с использованием эллиптическихполяризаций излучения.

Для полосы a-b характерно наличие дополнительнойдетали b', появление которой связано с искажением октаэдрической симметриивследствие замещения части атомов азота кислородом (см. схему на рис. 4c).Также для детали b' характерна поляризационная зависимость ее интенсивности,которая свидетельствует о том, что искажение октаэдров в структуре электродапроисходит преимущественно вдоль некоторого выделенного направления.Причем данное направление имеет ненулевую компоненту, перпендикулярнуюинтерфейсу TiN/γ-Al2O3, так как поляризационная зависимость наблюдается длянормального падения излучения на образец.С помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии высокихэнергий был проведен послойный анализ фазового состава электрода TiN.

Былаиспользована энергия возбуждения 3010 эВ, сканирование по глубинеосуществлялось путем изменения угла эмиссии. На рис. 5 представлено14разложение Ti2p спектра, измеренного при угле эмиссии 5°. Экспериментальнаязависимость интенсивностей пиков, относящихся к разным химическимсостояниям атомов титана, образующих электрод, аппроксимироваласьтеоретическими кривыми (методика описана в [7]), в результате чего былиполучены толщины слоев, образующих электрод TiN (рис. 6). Полученныерезультаты однозначно свидетельствуют об окислении электрода TiN состороны пленки γ-Al2O3 вследствие "вымывания" кислорода (образуется слойоксинитрида TiNxOy, формирование оксида TiO2 не происходит). При этомважно отметить, что процедуру аппроксимации невозможно было осуществитьбез введения слоя TiNxOy на границе с γ-Al2O3 (см. рис.

Характеристики

Список файлов диссертации