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

Текст из файла (страница 2)

В более поздних исследованиях пленки AlN были исследованы более подробно. В работе [7] приводятся сравнительные данные оптических свойств пленок, кристаллов и порошкообразных фаз нитрида алюминия.

Эпитаксиальные пленки AlN были получены на сапфировой подложке. Ориентация образцов — . Скорость роста пленки из газовой фазы — около 2 ангстрем/с. Кристаллическая структура была определена с помощью рентгеновского спектрометра и метода дифракции отраженных электронов. Ось с в AlN отклонена на 28⁰ и лежит в плоскости, перпендикулярной оси с^/ сапфира как показано на рис. 1.1.5.

В качестве источника излучения использовалась дейтериевая лампа с окном из MgF₂. Монохроматическое излучение было получено с помощью спектрометра Сея-Намиока. Разрешение — 2 ангстрема. Свет поляризовался вогнутым стеклянным зеркалом с углом Брюстера 60⁰ , расположенным перед монохроматором. Степень поляризации -- не менее 0.93 во всем энергетическом диапазоне эксперимента.

На рис. 1.1.5. показан спектр поглощения около края при комнатной температуре и температуре жидкого азота. Шкала оси ординат представляет собой единицы оптической плотности, определяемые как OD=log(I₀/I), где Io и I — интенсивности падающего и прошедшего через образец света. Кривая поглощения растет до 6 эВ и имеет площадку при 6.2 эВ, что представляет собой “насыщение” интенсивности поглощения при росте энергии до 6.3. эВ. Интенсивность поглощения продолжает расти с ростом энергии падающего излучения. Коэффициент поглощения при 6.2 эВ равен примерно 10⁵ см^-1, поскольку толщина пленки составляла 800 ангстрем. При низких температурах поглощение сдвигается в область высоких энергий примерно на 0.03 эВ.

Величина коэффициента поглощения и характер кривой спектра заставляют думать, что прямой зазор в AlN составляет 6 эВ. Более точное значение запрещенной зоны непросто определить из рис. 1.1.6, поскольку спектр широк даже при низких температурах. Однако, следует заметить, что “площадка” при 6.2. эВ может появляться из-за образования свободных экситонов, ассоциированных с прямым энергетическим зазором, и при условии, что экситонный пик широк.

Спектр поглощения в поляризованном свете приведен на рис. 1.1.7. Поскольку ось с в AlN наклонена по отношению к нормали к поверхности на 280, один из спектров был получен при поляризации света перпендикулярно оси а, а другой — параллельно.

Рисунок 1.1.5. Спектры отражения эпитаксиальных пленок AlN, кристаллов и спрессованного и порошкообразного нитрида алюминия [7].

Рисунок 1.3.6. Спектр поглощения AlN в поляризованном свете [7].

Рисунок 1.1.7. Спектр поглощения пленки AlN при комнатной температуре и температуре 5К [7].

1.2. Зонная структура AlN.

Данная зонная структура AlN была приведена в работе [3].

Параметры решетки, использовавшиеся для расчета зонной структуры AlN следующие: a=3.111 A, c/a=1.6, u=0.385. Фурье- коэффициенты потенциала для векторов обратной решетки, q, большие чем , принимались за 0, чтобы привести матрицу Гамильтониана к приемлемому виду. Энергетическая зависимость параметров модели игнорировалась, но k-зависимость потенциала явно учитывалась.

Значения энергетических зазоров в каждой точке зоны Бриллюэна получаются путем диагонализации матрицы гамильтониана. Это было сделано в 70 точках. Затем, несокращаемые величины были определены с помощью таблиц Рашба. Корректировка с учетом спин-орбитального взаимодействия не проводилась, поскольку это величины малы.

Рассчитанные зонные структуры AlN при комнатной температуре показаны на рисунке 1.2. В таблице 1.2. приведены некоторые наиболее важные энергетические переходы. Видно, что самый маленький энергетический зазор прямой и находится в центре зоны Бриллюэна. Символы и // показывают, что наиболее сильное поглощение наблюдается при поляризации падающего излучения перпендикулярно и параллельно оси с соответственно.

Рисунок 1.2. Зонная структура AlN, показанная на приведенной ЗБ вюрцита.

1.3. Электрические свойства AlN.

AlN – прямозонный материал с большой шириной запрещенной зоны. В ранней литературе этот материал считался непрямозонным, что позже не подтвердилось. Некоторые численные параметры приведены ниже:

Подвижность: при Т=290 К

Нитрид алюминия является весьма полезным материалом для использования его при высоких температурах. Он слабо подвержен окислению на воздухе при температурах выше 600⁰С, а также устойчив к воздействию кислот, расплавленных металлов и водяных паров. Таким образом, AlN может применяться в высокотемпературных полупроводниковых устройствах. В статье [4] приводятся результаты экспериментов по измерению температурной зависимости проводимости AlN при высоких температурах. В экспериментах использовался чистый (>99%) AlN, измерения проводились на постоянном и переменном токе в атмосфере азота при давлении от 1 до 10^-5 атмосферы. Образцы поликристаллического AlN были получены методом электрического разряда и спрессованы в графитовом тигле при температуре 1600⁰С в атмосфере азота.

Зависимость удельной проводимости AlN в широком интервале температур при давлении азота равном 1 атм., приведена на рисунке 1.3.1. При температуре ниже 650⁰С сильное влияние на результаты оказывают примеси и проводимость на границах зерен.

Таблица 1.3.1. Значения энергий наиболее важных переходов в AlN [3].

Таблица 1.3.2. Запрещенная зона AlN [5].

Таблица 1.3.3. Проводимость AlN [6]

Таблица 1.3.4. Энергия активации проводимости AlN [6].

Рисунок 1.3.1. Проводимость от обратной температуры для AlN [4].

Поведение примесей в нитриде алюминия в настоящее врем в достаточной степени не изучено. Все же попытки получить AlN р-типа проводимости с низким сопротивлением оказались неудачными, что теоретически не является неожиданным.

Анализ состава слоев проводили с помощью различных методов: резерфордовского обратного рассеяния ионов гелия (РОР), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), масс-спектрометрии вторичных электронов (МСВИ), искрового анализа. Наиболее гибкой и достаточно чувствительной оказалась электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), поэтому она применяется наиболее широко. Используемая во многих работах ИК-спектроскопия имеет существенные ограничения.

Основными примесями в слоях нитрида алюминия являются кислород и углерод. В частности, установлено, что в приповерхностном слое AlN концентрация кислорода может сильно возрастать (рис. 1.3.2.). Глубина обогащенного кислородом подслоя ( с концентрацией до 25%) колебалась от 0.5 до 15 нм. Наличие такого подслоя, естественно, сказывается на характеристиках приборов на основе AlN.

Отмечалось влияние примесей на степень люминесценции и на степень кристаллического совершенства слоев. Кислород влияет на микроструктуру слоев, диффундирует по границам зерен, если таковые имеются, и поэтому послойный анализ текстурированных и поликристаллических слоев в условиях ионного травления не вполне корректен. Даже малые концентрации кремния в нитриде алюминия нарушали кристалличность материала и приводили к образованию -AlN с другими параметрами решетки. Легирование монокристаллических слоев с целью повышения проводимости затруднено.

Рисунок 1.3.2. Распределение элементов в слое нитрида алюминия по результатам Оже-спектроскопии [14].

ГЛАВА 2. Получение нитрида алюминия и методика экспериментов.

2.1. Получение пленок AlN.

Ионно-химическое распыление. Эта технология используется для осаждения различных оксидов (SiO₂), нитридов (AlN, Si₃N₄, TiN) и карбидов (SiC, TiC). В основу положено распыление мишени в реакционном газе и протекание реакций с образованием соединений на поверхности мишени, на подложке или в пространстве “мишень-подложка”, где вероятность последнего мала. Два других процесса могут протекать одновременно. Скорость осаждения и доля газовой компоненты в пленке в сильной степени зависят от изменения потока реакционного газа. Обычно выделяют три области: область малых потоков, область больших потоков и переходная область в которой возникают гистерезисные петли, где зависимость параметров разряда от потока газа становится неоднозначной, и зависящей, к тому же, от направления изменения потока. В этом случае процесс становится нестабильным, что приводит к осаждению слоев неоднородного состава и с невоспроизводимыми свойствами. Избавиться от этого нежелательного эффекта можно двумя способами. В первом случае процесс осаждения ведут в условиях повышенных потоков реакционных газов, обеспечивающих образование сплошного слоя соединения на металлических мишенях. Такие режимы отличаются стабильностью и высокой воспроизводимостью свойств осаждаемых пленок. Другим способом является введение обратной связи по потоку реакционного газа.

Принцип действия магнетронной распылительной системы иллюстрирует рис. 2.1.1. Основными элементами устройства являются катод-мишень, анод и магнитная система. Силовые линии магнитного поля замыкаются между полюсами магнитной системы. При подаче постоянного напряжения между мишенью и анодом возникает неоднородное электрическое поле и возбуждается аномальный тлеющий разряд. Наличие замкнутого магнитного поля у распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда непосредственно у мишени. Эмитированные с катода электроны захватываются магнитным полем, и им сообщается сложное циклоидальное движение по замкнутым траекториям у поверхности мишени. Электроны оказываются в ловушке создаваемой с одной стороны магнитным полем, возвращающим электроны на катод, а с другой - поверхностью мишени, отталкивающей их. В этой ловушке электроны циклируют до тех пор пока не произойдет несколько ионизирующих столкновений, в результате которых электрон теряет полученную от электрического поля энергию. Таким образом, большая часть энергии электрона прежде чем он попадает на анод, используется на ионизацию и возбуждение, что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и приводит к возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности мишени. Это в свою очередь обусловливает увеличение интенсивности ионной бомбардировки мишени и значительный рост скорости распыления, а следовательно, и скорости осаждения пленок. Помимо этого МРС обладает рядом специфических свойств, основными из которых являются снижение рабочего давления, а также отсутствие бомбардировки подложки высокоэнергетическими вторичными электронами.

Характеристики

Список файлов реферата