Диссертация (1149415), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Данные детали также проявляются в спектре PECVD2.3, но в гораздо меньшей степени. Анализ CK-спектров поглощения ОССпленок совместно с CK-спектрами поглощения аморфного углерода испектрами, представленными в работах [126, 133, 139, 140], позволяетвыявить окисление углерода в образце SAT-2,0 и отнести детали bx и c кпереходам C1s→π*O=С и C1s→π*O=С-OH, соответственно. Обращает на себявнимание антикорреляция интенсивностей деталей bx-c (O=C и O=C-OHсвязи) и a (C=C кластеры) в CK-спектрах поглощения SAT-2,0 и PECVD-2.3,свидетельствующая об уменьшении доли sp2 углеродных кластеров в SAT-2,0методе за счет образования периферийных O=C и O=C-OH связей.
Исходя изего энергетического положения, σ* резонанс формы D2, наблюдаемый приэнергии 300 эВ в CK-спектре поглощения SAT-2,0 может рассматриватьсякак ответная часть π*C=O состояния, поскольку при длине связи, такой как уC=O, для соответствующего σ* резонанса формы характерно именно такоеположение, причем данный резонанс D2 нельзя связывать с присутствием76C=C связей, поскольку соответствующий пик a минимален в спектре SAT2,0.OK-спектры поглощенияOKPECVD-2.3SATAbsorption (a.u.)abpor-SiO2528532536PECVD-2,3DSATpor-SiO2am-SiO2c530540-quartzd550Photon Energy (eV)Рис. 3.3 OK-спектры поглощения ам-SiO2, пор-SiO2, SAT-2,0 и PECVD-2.3,измеренные методом полного квантового выхода, и α-кварца, измеренный вработе [141].
На вставке показана увеличенная предкраевая область спектровпор-SiO2, SAT-2,0 и PECVD-2,3.На рис. 3.3 показаны OK-спектры поглощения ам-SiO2, пор-SiO2, SAT2,0 и PECVD-2.3, измеренные методом полного квантового выхода. Спектрα-кварца измерен в работе [141]. Согласно MS-Xα расчетам [141], основнаяполоса поглощения a–b в представленных OK-спектрах поглощенияобусловлена переходами O1s электронов в O2p состояния, смешанные с Si 3s,3p состояниями. Полоса c-d, наблюдаемая только в спектре α-кварца, связана77с переходами в O2p состояния, смешанные с Si3d состояниями и ееприсутствие отображает наличие дальнего порядка в структуре α-кварца.При совместном рассмотрении OK-спектров поглощения α-кварца, амSiO2 и пор-SiO2 можно отметить появление низкоэнергетического плеча γ(535 эВ) в спектрах ам-SiO2 и пор-SiO2. Кроме того, в спектре пор-SiO2 такженаблюдается пик β в предкраевой области при энергии 532,2 эВ.
Обе этидетали можно связать с присутствием некоторого числа оборванных Si-Oсвязей в структуре ам-SiO2 и пор-SiO2. Также следует отметить постепенноеуменьшение интенсивности полосы a относительно полосы b в ряду α-кварц ам-SiO2 - пор-SiO2. Как показано в работе [142], подобное перераспределениеинтенсивностей деталей a и b связано с постепенным уменьшением степенисмешивания Si3p-O2p орбиталей вследствие некоторого удлинения связей SiO при постепенном разупорядочении структуры в ам-SiO2 и пор-SiO2.Как видно из рис.
3.3, OK-спектры поглощения SAT-2,0 и PECVD-2,3подобны по форме спектру пор-SiO2. Наиболее важно рассмотретьформирование предкраевой области спектров ОСС, которая в увеличенномвиде представлена на вставке на рис. 3.3. Пик β полностью отсутствует вспектре PECVD-2,3 и только небольшой след присутствует в спектре SAT2,0.
Это указывает на практически полное отсутствие оборванных Si-Oсвязей в структуре ОСС, которые эффективно пассивируются метиловымигруппами. При этом обращает на себя внимание ярко выраженное плечо γ,увеличенное в спектрах ОСС по сравнению со спектрами ам-SiO2 и пор-SiO2без изменения соотношения интенсивностей полос a и b. Вследствие этого,усиление плеча γ можно рассматривать как результат дополнительногоперетекания отрицательного заряда на атомы кислорода в SiO4-n(CH3)nтетраэдрах как результат встраивания метиловых групп. Спектр поглощенияSAT-2.0 содержит дополнительную деталь D при энергии 546 эВ.
Эта детальсвязана с O1s→σ*O=C-OH переходами вследствие наличия карбоксильныхгрупп [139] в структуре SAT-2.0, которые были выявлены при анализе CKспектров поглощения.783.1.2 Фотоэлектронные исследованияb)C1sSATPECVD-2,3Intensity (a.u.)SATBinding Energy (eV)O1scPECVD-2,3am-SiO2290 288 286cSATPECVD-2,3am-SiO2108 106 104 102 100 98c)abIntensity (a.u.)Si2pIntensity (a.u.)a)SATPECVD-2,3am-SiO2am-SiO2292 290 288 286 284 282Binding Energy (eV)538 536 534 532 530 528Binding Energy (eV)Рис. 3.4 Si2p (a), C1s (b) и O1s (c) РФЭС спектры SAT-2.0, PECVD-2,3 и амSiO2, измеренные при энергии возбуждения 700 эВ.
Вставка на рис. 3.4bпоказывает увеличенную область пика c в C1s спектрах.На рис. 3.4 представлены Si2p, C1s и O1s фотоэлектронные спектрыSAT-2.0, PECVD-2,3 и ам-SiO2, измеренные при энергии возбуждения 700 эВ.Фотоэлектронные спектры были измерены в тех же экспериментальныхусловиях, что и спектры NEXAFS.
На рисунке не приводится разложениеРФЭС спектров на компоненты ввиду его неоднозначности, обусловленнойотносительно близким расположением компонент (с учетом их полнойширины на полувысоте (ПШПВ)). В этой связи более информативнымвидится анализ положения и ПШПВ результирующих фотоэлектронныхлиний.Энергетическое положение Si2p линии (рис. 3.4a) ам-SiO2 103,3 эВхорошо коррелирует с литературными данными [143, 144]. Как можнозаметить, Si2p линии для SAT-2,0 и PECVD-2,3 смещены в сторону меньшихэнергий связи на 0,25 эВ и 0,4 эВ, соответственно. Кроме того, ПШПВ Si2pлиний для SAT-2,0 и PECVD-2,3 постепенно увеличивается по сравнению сам-SiO2. Смещение Si2p линий вместе с их уширением можно связать сформированиемдополнительнойнизкоэнергетическойкомпоненты,79возникающей при возбуждении атомов кремния, находящихся в окруженииатомов с меньшей электроотрицательностью, чем в SiO4 тетраэдре.Основываясь на предполагаемом положении (вблизи 102,5 эВ) и результатахработ [145, 146], можно считать, что дополнительная компонента должнаотвечать атомам кремния в SiO3(CH3) тетраэдрах с одной метиловой группой.Судя по большему смещению результирующей Si2p линии для PECVD-2,3 посравнению с SAT-2.0, встраивание метиловых групп сильнее выражено дляPECVD-2,3.
Данный результат находится в согласии с аналогичнымвыводом, сделанным при анализе SiL2,3-спектров поглощения.C1sспектрыSAT-2.0,PECVD-2,3иам-SiO2,измеренныебезпредварительной обработки поверхности, показаны на рис. 3.4b. Данныеспектры (а также Si2p и O1s) измерялись также после щадящего травленияионами Ar+ с кинетической энергией 200 эВ под углом 30° (от поверхности).Травление проводилось несколькими короткими порциями по 30 с. Послекаждого травления форма и положение всех фотоэлектронных линий дляОСС образцов оставались неизменными, при этом интенсивность C1s линииам-SiO2 постепенно уменьшалась и в конечном итоге стала пренебрежимомалой. Это говорит о том, что, очистка поверхности действительнопроисходила, и в случае ам-SiO2 нескольких этапов травления былодостаточно для полного удаления поверхностного загрязнения.
Разумнопредположить, что в случае присутствия загрязнения на поверхности ОССобразцовзагрязнениетакжебылоэффективноудалено,приэтомиспользованные условия травления не нарушили структуру поверхностиОСС. Неразличимость РФЭС спектров ОСС образцов до и после травленияуказывает на то, что вклад возможного загрязнения поверхности ОССобразцов даже до травления был пренебрежимо мал, и полученные РФЭСспектры, равно как и уже обсуждавшиеся спектры поглощения, отображаютэлектронную структуру ОСС самих по себе – без вклада поверхностногоадгезионного слоя.80C1s спектры SAT-2,0 и PECVD-2,3 близки по форме и в первомприближении представлены одним основным пиком на энергии 284,6 эВ.Данный пик следует связать с присутствием атомов углерода в sp3 состояниигибридизации, образующих Si-CH3 связи (несмотря на то, что чаще всего[147] пик при энергии 284,6 эВ связывают с атомами углерода в sp2состоянии гибридизации, образующих двойные связи между собой).
В пользуданного утверждения говорит анализ измеренных C-KLL Оже-полос SAT-2,0и PECVD-2,3. Значения D-параметра [148], полученные из анализа первойпроизводной C-KLL Оже-полос, составляют 14 эВ для PECVD-2.3, чтоблизко к почти 100% содержанию атомов углерода в sp3 состоянии, и 16 эВдля SAT-2.0, что указывает на большее содержание атомов углерода в sp2состоянии. Принимая во внимание меньшее значение интенсивности пика a вCK-спектре поглощения (рис. 3.2) для SAT-2,0 и выявленные детали c-bx иD2, ответственные за окисление углерода, можно заключить, что большаячасть углерода в sp2 состоянии образуют O=C и O=C-OH связи в SAT-2,0.Подтверждением тому служит небольшой пик с при энергии 289 эВ,наблюдающийся в C1s спектре SAT-2,0 (вставка на рис.
3.4b). Согласноработам [149, 150], данный пик связан с присутствием карбоксильных O=COH групп.Дополнительным подтверждением корректности проведенного анализаC1s линий ОСС образцов, измеренных без очистки поверхности, являетсясущественно отличающийся по форме и положению C1s спектр ам-SiO2 сзагрязнением на поверхности по сравнению с ОСС образцами.O1s спектры SAT-2.0, PECVD-2,3 и ам-SiO2 показаны на рис. 3.4c.Положение пика a 532,8 эВ коррелирует с литературными значениями дляSiO2 [143].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
