Диссертация (1149928), страница 9
Текст из файла (страница 9)
ед.)Энергия фотонов (эВ)aOK-крайa'STO 15 нмSiO2Si3N4HfO2529530531532Энергия фотонов (эВ)Рисунок 3.2. (а) O 1s спектр поглощения для образцов SrTiOx/B/Si, выращенных наинтерслоях B: SiO2, Si3N4 и HfO2. Толщина пленки STO – 15 нм, толщина интерслояB - 2 нм. (б) Фрагмент O 1s спектров, представленных на рис (а), в области детали а.64Из рисунка 3.2а видно, что O 1s спектры поглощения пленок SrTiOx,синтезированных на разных интерслоях B, хорошо согласуются между собой почислу основных деталей и их энергетическому положению. Однако в зависимости отхимичекого состава интерслоя B, наблюдается небольшое изменение интенсивностипика a (рисунок 3.2а). Интенсивность пика a в O 1s спектре поглощения сильнозависит от концентрации кислородных вакансий в пленке SrTiOx [84].Наименьшаяинтенсивностьпикаaнаблюдаетсявспектрепленки,синтезированной на интерслое Si3N4 (рисунок 3.2а), что, вероятнее всего, связано свозрастанием концентрации кислородных вакансий в этом случае.
Подтверждениемвысказанного предположения является присутствие в области перед O K краемпоглощения детали α, которая, согласно [65, 66], связана с состояниями дефектовкислорода в пленке. Из рисунка 3.2а видно, что пленки, выращенные на интерслояхSi3N4 и HfO2 имеют существенно большее количество кислородных вакансий посравнению с пленкой, выращенной на интерслое SiO2.Анализ формы O K спектров поглощения для пленки STO, синтезированной наслое SiO2, указывает на то, что данный спектр хорошо согласуется со спектрами,полученными для стехиометричной структуры SrTiO3 [40, 80].
Для спектра данногообразца характерно присутствие интенсивной детали f, отвечающей за дальнийпорядок и, следовательно, за степень кристалличности соединения STO. Отсутствиедетали f в O 1s спектрах поглощения для пленок STO, выращенных на интерслояхSi3N4 и HfO2, свидетельствует о нарушении кристалличности этих пленок.Отметим также изменение интенсивностей деталей b – d относительноинтенсивности детали a в обсуждаемых O 1s спектрах поглощения в зависимости отматериала интерслоя (рисунок 3.2а).
В спектре пленки SrTiOx/Si3N4/Si наблюдаетсянезначительное увеличение интенсивности деталей b – d по сравнению синтенсивностью этих же деталей в спектре поглощения пленки SrTiOx/SiO2/Si.Спектры поглощения пленки SrTiOx/HfO2/Si характеризуются существеннымуменьшением интенсивности обсуждаемых деталей. Поскольку спектр поглощения65пленки, выращенной на интерслое SiO2, соответствует стехиометричной пленкеSTO, а особенности b – d можно связать с состояниями Sr-p характера, связанными скислородом, можно предположить, что пленка, выращенная на интерслое Si3N4,является обогащенной стронцием.Возвращаясь к описанию детали а, соответствующей переходу Ti 3d t2g(рисунок3.2б)можнополучитьнекоторыедополнительныесведенияостехиометричности и степени кристалличности пленки STO.
Из рисунка 3.2б видно,что t2g полоса испытывает расщепление, и может быть описана двумя компонентами:а и а'. Наибольшее расщепление t2g полосы прослеживается в O 1s спектре образцаSrTiOx/SiO2/Si (ΔE.= 0.7 эВ). Данное расщепление соответствует искажению внутриоктаэдра, образованного атомами кислорода и центральным атомом Ti, вдоль однойиз координатных осей. Рассматривая октаэдр TiO6 как квази-изолированнуюединицу, можно предположить, что подобное искажение октаэдра может бытьвызвано динамической локализацией O 1s дырки на одном из шести эквивалентныхатомов кислорода. Локализация O 1s дырки приводит к понижению октаэдрическойточечной группы симметрии, и трехкратно вырожденное состояние t2g испытываетрасщепление на однократно-вырожденное b2 и двукратно вырожденное состояние e.Данное предположение хорошо согласуется с теоретическими расчётами,представленными в работах [88, 102, 120]. Необходимо так же отметить, что оценитьвлияние локализации O 1s дырки на форму O 1s спектра поглощения можно только вструктурах, обладающих высокой степенью кристалличности и ненарушеннымлокальным октаэдрическим окружением.
Наибольшая контрастность детали а'проявляется в спектре STO пленки, выращенной на интерслое SiO2, чтодополнительно указывает, на то, что данная структура менее всего подверженалокальным структурным искажениям, кристаллизуется с высокой степеньюупорядоченности, и является наиболее стехиометричной.На рисунке 3.3 представлены O 1s спектры поглощения пленок STO толщиной7 нм, выращенные на различных интерслоях. В этом случае толщина пленки66сопоставима с глубиной выхода электронов. Это означает, что интерслой можетучаствовать в формировании структуры O 1s спектра поглощения пленки SrTiOx.
ВПолный квантовый выход (отн. ед.)этой связи, O 1s спектры поглощения SiO2 и HfO2 также показаны на рисунке 3.3.a b cda' b'e'eOK-крайfSi3N4HfO2STO 7нмSiO2HfO2SiO2525 530 535 540 545 550 555Энергия Фотонов (эВ)Рисунок 3.3. O 1s (O K) спектр поглощения для образцов SrTiOx/B/Si, выращенныхна интерслоях B: SiO2, Si3N4 и HfO2. Толщина пленки STO -7 нм, толщина интерслояB - 2 нм.Совместный анализ всех O 1s спектров поглощения (тонких и толстых пленок,рисунок 3.2 и 3.3) указывает на то, что спектры согласуются по числу основныхдеталей структуры и их энергетическому положению, однако происходит небольшоеперераспределение интенсивностей их деталей друг относительно друга, связанное,вероятнеевсего,сучастиемвформированиисигналаинтерслоя.67Следует обратить внимание на деталь e', которая присутствует только в спектрепленки, синтезированной на интерслое Si3N4 (рисунок 3.2) .Согласно [36], деталь e'формируется в результате смешивания 2р состояний кислорода с 4sp состояниямититана, а это означает, что присутствие в спектре данной детали является указаниемнарушения октаэдров TiO6 (по аналогии с формированием структуры в спектреанатаза и рутила).Совместный анализ Ti L2,3 и O K спектров поглощения позволяет сделатьследующие предположения:1) структура пленки SrTiOx, изначально выращенной как Sr-rich, зависит отхимического состава интерслоя B (SrTiOx/B/Si), на котором она синтезирована:пленка, синтезированная на интерслое SiO2, имеет кубическую структуру;в пленках, выращенных на интерслоях HfO2 и Si3N4, наблюдаетсянарушение кристаллической структуры;только интерслой Si3N4 позволяет сохранить структуру пленки SrTiOx сповышенным содержанием атомов Sr.2) в пределах изученных толщин пленок не обнаружена зависимость строенияпленки SrTiOx от ее толщины.3.1.2.
Фотоэлектронные исследованияРентгеновские фотоэлектронные спектры (РФЭС) образцов SrTiOx/B/Si былизаписаны при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ и угле нормальной эмиссии.Энергетическое разрешение линии, которое определяется суммарным разрешениеммонохроматора и анализатора, составляло 0.45 эВ. Привязка спектров проводиласьпо линии золота Au4f7/2 (83.95 эВ).Запись обзорных РФЭС для всех образцов при двух энергиях фотонов (700 эВи 750 эВ) позволила идентифицировать Оже-линии, энергетическое положениекоторых не зависит от энергии фотонов. В качестве примера на рисунке 3.468приведены РФЭС, измеренные для образца SrTiOx(15нм)/SiO2/Si.
На этом жерисунке приведена идентификация KL1L3 Оже-пика кислорода [83].На рисунке 3.5 приведен обзорный РФЭС для образца SrTiOx(15нм)/SiO2/Si,измеренный при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ в шкале энергий связи, иидентификация основных фотоэлектронных линий в спектре. Анализ приведенногоспектра указывает на присутствие в спектре высокоинтенсивной фотоэлектроннойлинии, соответствующей C 1s состоянию, что свидетельствует о сильномзагрязнении поверхности пленки SrTiOx.Анализ обзорных РФЭС, измеренных для всех систем STO/B/Si, показалналичие интенсивного пика углерода C 1s во всех спектрах.
В этой связи, былапроведена очистка поверхности образцов методом Ar+ ионного травления. Данныйметод удаления поверхностных загрязнений был выбран как один из хорошоизвестных и широко применяемых методов с контролируемыми параметрамипроведения травления.Травление поверхности осуществлялось в вакуумной камере в режиме in-situнепосредственнопередизмерениемобразца.Былиподобранырежимы,69Интенсивность (отн.ед.)KL1L3STO(15нм)/SiO2/Si480 495 510 525750 эВ700 эВ150 225 300 375 450 525 600Кинетическая энергия (эВ)Рисунок 3.4.
Обзорные РФЭС для образца SrTiOx(15нм)/SiO2/Si, записанные приэнергиях возбуждающих фотонов 700эВ и 750эВ. Спектры представлены в шкалекинетических энергий. Идентификация Оже-пика показана во вставке слева.обеспечивающие удаление загрязнений, и не разрушающие структуру исследуемыхпленок. Очистка поверхности проводилась при ускоряющем напряжении 1 КэВ ипри малых скользящих углах падения (порядка 20⁰) ионов аргона к поверхностиобразцов. Давление ионов аргона в камере составляло 5*10-6 mbar. Степень чистотыповерхности исследуемых пленок контролировалась путем записи детальных РФЭСв области C 1s линии углерода до и после очистки поверхности STO пленок.Детальные РФЭС спектры в области C 1s пиков для всех структур SrTiOx/B/Si,записанные до и после очистки поверхности ионами аргона, представлены нарисунках 3.6 - 3.8.70Интенсивность (отн.ед.)Ehv=700 эВC1sSr3dO1sSr4sTi3pTi2pSr3pSr4pO2sTi3sSTO(15нм)/SiO2600 550 500 450 3002001000Энергия связи (эВ)Рисунок 3.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
