Получение кремний-углеродных пленок на электропроводящей и диэлектрической подложках методом электрохимического осаждения

УДК 692.793.3 DOI 10.23683/2311-3103-2018-7-56-66

М.Н. Григорьев, Т.С Михайлова, Т.Н. Мясоедова

ПОЛУЧЕНИЕ КРЕМНИЙ-УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК НА ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКАХ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ

Представленные кремний - углеродные пленки и кремний - углеродные пленки, легированные атомами марганца по типу структуры, которая имеет значительное влияние на их свойства, относятся к классу нанокомпозитных материалов. Полученные кремний -углеродные пленки являются весьма перспективными для использования их в качестве электродов суперконденсаторов с электролитом, имеющим повышенную химическую активность, активных эле ментов газовых датчиков, химически и механически стойких покрытий и для создания электродов автоэмиссионных устройств. В данной работе была разработана технология электрохимического осаждения кремний-углеродных пленок из органического электролита на электропроводящую и диэлектрическую подложки. В результате были получены «чистые» кремний - углеродные пленки и кремний - углеродные пленки, легированные атомами марганца. Осаждение производилось на подложки из кремния КЭФ - 4,5 (100) и поликора ВК - 100 - 1. Осаждение на диэлектрическую подложку из поликора осуществлялось после предварительного нанесения проводящего подслоя толщиной ~ 20 нм, состоящего из смеси кремния - 53 %, хрома - 37 % и никеля - 10%. Для исследования электрофизических свойств на поверхности кремний-углеродных пленок формировали контактную металлизацию (Cr-Cu-Cr) методом магнетронного напыления. Толщина полученных образцов составила порядка 300 и 500 нм для «чистых» и легированных кремний-углеродных пленок, соответственно. Для исследования структуры, химического и фазового состава полученных пленок использовались методы растровой электронной микроскопии (РЭМ), рамановской спектроскопии, рентгеновской дифрактометрии. В результате показано, что марганец встраивается в структуру кремний-углеродной матрицы с образованием силицида (Mn5Si2). Отмечено также наличие несвязанных атомов марганца и фазы Mn5SiC. Исследование электрофизических характеристик кремний-углеродных пленок показало, что введение атом марганца снижает величину электрического сопротивления образцов на 20 %. Кроме того, отмечено влияние типа подложки на характер температурной зависимости сопротивления как «чистых», так и легированных пленок.

Кремний - углеродные пленки; металлсодержащие нанокомпозиты; электрохимическое осаждение.

M.N. Grigoryev, T.S. Mikhailova, T.N. Myasoedova

PRODUCTION OF SILICON-CARBON FILMS ON CONDUCTIVE AND DIELECTRIC SUBSTRATES BY THE METHOD OF ELECTROCHEMICAL DEPOSITION

These silicon-carbon films and manganese-doped silicon-carbon films by type of structure, which has a significant impact on their properties, belong to the class of nanocomposite materials. The resulting silicon-carbon films are very promising for their use as electrodes of supercapacitors with electrolyte having increased chemical activity, active elements of gas sensors, chemically and mechanically resistant coatings and for the creation of electrodes of field emission devices. Production of pure silicon-carbon films and manganese-doped silicon-carbon films by electrochemical method was described in paper. Silicon wafer 4,5 (100) and polycor cut to the required dimensions and use as substrates. Methods of scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, and x-ray diffractometry (XRD) were used to study the structure, chemical and phase composition of the obtained films. The technology of obtaining chemically resistant electrical contacts on silicon - carbon films was developed. These contacts consist of three metal layers: chromium - copper - chromium (Cr-Cu-Cr) deposited by magnetron sputtering. Metal mask was used for obtaining the necessary topology. Electrical contacts to silicon -

carbon films were formed with using the developed technology and the electrophysical properties of the obtained resistive structures were investigated. The thickness of the samples was about 300 and 500 nm for "pure " and doped silicon-carbon films, respectively. To study the structure, chemical and phase composition of the films obtained, the methods of raster electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, and X-ray diffractometry were used. As a result, it was shown that manganese is incorporated into the structure of the silicon-carbon matrix with the formation of a silicide (Mn5Si2). The presence of unbound manganese atoms and the Mn5SiC phase is also noted. The study of the electrical characteristics of silicon-carbon films showed that the introduction of a manganese atom reduces the electrical resistance of the samples by 20 %. In addition, the influence of the type of substrate on the nature of the temperature dependence of the resistance of both "pure " and doped films is noted.

Silicon - carbon films; metal nanocomposites; electrochemical deposition.

Введение. Микроэлектроника является наиболее динамично развивающеюся областью науки и техники, постоянное развитие которой определяется, в том числе, применением новых материалов с улучшенными свойствами. К таким перспективным материалам можно, несомненно, отнести кремний - углеродные пленки. Данные пленки имеют высокую стойкость к химическим, механическим и тепловым воздействиям.

Кремний-углеродные пленки имеют в своем составе две взаимопроникающие решетки: решетку оксида кремния (SiOx ), и решетку аморфного гидрогенизиро-ванного углерода (a-C:H). Как утверждается, эта структура обладает более низкими внутренними напряжениями в покрытии (менее 1 GPa) по сравнению с a:C-H-структурой. Как результат достигается хорошая адгезия к широкому перечню подложек [1]

Изменяя стехиометрию и микроструктуру данных пленок, можно управлять их электрофизическими свойствами [2]. Добавляя легирующие примеси в кремний-углеродную матрицу, такие как атомы различных металлов, получают металлсодержащие нанокомпозитные пленки, которые обладают высокой адгезией к подложкам из различных материалов

Полученные на основе кремний - углеродных пленок металлсодержащие на-нокомпозиты обладают очень широким диапазоном значений удельной проводимости, которая зависит количества легирующих атомов металла и его фазы [3]. Применяя современные вычислительные средства и методы моделирования можно получить картину распределения легирующей примеси в объеме пленок и оценить степень влияния на их свойства [4]. Данные пленочные структуры могут успешно применяться для различных микроэлектронных устройств, работающих в химически агрессивных средах и при высоких температурных воздействиях, а также в качестве защитных покрытий. К таким устройствам относятся газовые датчики, электроды суперконденсаторов с химически активным электролитом, автоэмиссионные устройства [6].

На данный момент существует множество различных способов получения кремний-углеродных пленок: магнетронное распыление графитовой мишени, ион-но-лучевое осаждение, плазмохимическое осаждение, осаждение дуговым разрядом низкого давления [7-20]. Указанные методы являются высокотехнологичными, требующими дорогостоящего оборудования. Меньшее распространение получили химические методы, в частности метод электрохимического осаждения [12, 20], позволяющий значительно упростить процесс осаждения кремний-углеродных пленок, в том числе и легированных различными металлами.

Эксперимент. «Чистые» и легированные кремний - углеродные пленки были получены на установке для электрохимического осаждения, изображенной на рис. 1. В состав установки входят: 1 - стеклянный химический стакан; 2 - гетинак-совая крышка с уплотнительной резиновой прокладкой; 3 - анод из углерода;

4 - катод с подложкой; 5 - раствор электролита; 6 - термопара в диэлектрическом чехле; 7 - зажимы для крышки; 8 - столик; 9 - устройство контроля температуры электролита; 10 - цифровой амперметр с информационным выходом на персональный компьютер; 11 - цифровой вольтметр с информационным выходом на персональный компьютер; 12 - высоковольтный источник постоянного тока.

Рис. 1. Схема установки для электрохимического осаждения кремний-углеродных

пленок

В качестве подложек использовались пластины кремния КЭФ - 4,5 (100) и поликора ВК - 100 - 1. На поликоровые пластины методом магнетронного распыления наносился проводящий подслой толщиной ~ 20 нм состоящий из смеси кремния - 53 %, хрома - 37 % и никеля - 10 %. С помощью дисковой резки пластины кремния и поликора были нарезаны на заготовки размером 12х17 мм. Нарезанные заготовки были отчищены от загрязнений в перекисно - аммиачном растворе, температура раствора 65 °С, время обработки в растворе 5 мин. Затем заготовки тщательно промывали в дистиллированной воде и сушили в сушильном шкафу при температуре (120±5) °С в течение (15±5) мин. Непосредственно перед осаждением кремний - углеродных пленок с кремниевых подложек необходимо дополнительно удалить, образовавшийся на воздухе окисел. Для чего их обрабатывали в водном растворе плавиковой кислоты в течение 7 мин., далее промывали в дистиллированной воде и загружают в электрохимическую установку.

Раствор электролита для электрохимического осаждения состоит из метанола (СН3ОН) и гексаметилдисилазана (ГМДС) (СН3)3^-КН^ЦСН3)3 объемное соотношение которых 9:1. Температура раствора электролита в процессе осаждения пленок контролировалась с помощью термопары в защитном диэлектрическом чехле и составляла 50±5 °С.

Для осаждения кремний - углеродной пленки подложка из кремния или поликора устанавливалась на катод электрохимической ячейки. В качестве анода служила углеродная пластина с размерами 20х15х4 мм. Расстояние между электродами составляло 10 мм, для предотвращения испарения электролита, электрохимическая ячейка герметично закрывалась с помощью крышки с уплотнительной резиновой прокладкой и зажимов.

На электродах электрохимической ячейки в процессе осаждения «чистой» кремний - углеродной пленки было подано постоянное напряжение - 250 В, плотность тока - 64 мА/см2, время осаждения 30 мин. В процессе осаждения плотность тока падает в связи уменьшением количества продуктов реакции в электролите и в конце осаждения составляет 47,5 мА/см2. Осаждение легированных марганцем кремний - углеродных пленок происходит в два этапа. На первом этапе происхо-

дит осаждение чистой кремний - углеродной пленки в течение 30 мин при технологических режимах указанных выше. На данном этапе чистая кремний - углеродная пленка выступает в роли адгезионного подслоя, так как осажденная легированная пленка непосредственно на подложку обладает не достаточной адгезией и на первых минутах осаждения отслаивается. На втором этапе к раствору электролита добавляется 29 мг соли М^04-5Н20, все тщательно перемешивается, затем происходит дальнейшее осаждение легированной кремний-углеродной пленки. Напряжение осаждения легированной пленки 150 В, плотность тока - 50 мА/см2, время осаждения 30 мин. В процессе осаждения плотность тока падает и в конце осаждения составляет 42,5 мА/см2. На рисунке 2 изображены кривые изменения плотности тока от времени осаждения: 1 - для «чистой» кремний - углеродной пленки; 2 - для легированной кремний - углеродной пленки.

70

30

0 5 10 15 20 25 30 Время, мин

Рис. 2. Кривые изменения плотности тока от времени осаждения

Механизм роста кремний - углеродных пленок заключается перемещении метиловых групп CH3, присутствующих в метаноле и ГМДС, С - Si и Si - N групп молекулы ГМДС к поверхности катода. На поверхности катода под воздействием высокого электрического потенциала они диссоциируют, перестраиваются и формируют кластеры: C в разных формах, Si, SiC и Si3N4 и осаждаются на поверхность электрода - подложки [20]. В легированных кремний - углеродных пленках атомы металла в процессе восстановления на катоде встраиваются в имеющиеся кластеры, образуя с ними химическую связь.

Толщина пленок измеренная с помощью интерферометра МИИ-4 и составила 300 и 500 нм для «чистой» и легированной кремний - углеродной пленки, соответственно.

Исследование структуры пленок. Исследования морфологии поверхности осажденных пленок проводились с помощью РЭМ на оборудовании TESCAN MIRA3. В результате исследований показано, что «чистая» кремний-углеродная пленка представляет собой структуру из шарообразных зерен размером от 50 до 280 нм (рис. 3). При введении марганца в кремний-углеродную матрицу происходит частичное разрушение шарообразных образований, что, вероятно, связано с встраиванием атомов марганца в кремний-углеродную матрицу. При этом морфология легированной кремний-углеродной пленки становится более неупорядоченной.

При исследовании химического и фазового состава осажденных пленок методом рамановской спектроскопии на спектрометре комбинационного рассеяния света inVia Raman Microscope было показано, что образцы имеют нестехиометри-ческий состав. На рамановском спектре «чистых» кремний-углеродных пленок (рис. 5) присутствуют пики характерные для карбида кремния, графита, алмазопо-добного углерода и атомарного кремния.

Рис. 3. РЭМ - изображения «чистых» кремний - углеродных пленок

Рис. 4. РЭМ - изображения легированных марганцем кремний - углеродных пленок

Рис. 5. Рамановский спектр «чистых» кремний - углеродных пленок

Рис. 6. Рамановский спектр легированных марганцем кремний - углеродных пленок

На рамановском спектре кремний - углеродных пленок, легированных марганцем, (рис. 6) наблюдается наличие тех пиков, которые характерны для «чистых» пленок. Однако, наблюдается снижение интенсивности и смещение некоторых пиков, что может быть обусловлено встраиванием атомов марганца в кремний-углеродную матрицу. Для определения характера взаимодействия марганца с кремний-углеродной пленкой был определен фазовый состав легированной пленки методом рентгеновской дифрактометрии (дифрактометр ALR Х^а) (рис. 7).

Рис. 7. Дифрактограмма легированных марганцем кремний - углеродных пленок

Из представленной дифрактограммы видно, что пленке образуются силициды марганца (Mn5Si2, Mn5SiC), а также марганец находится в несвязанном состоянии.

Исследование электрофизических свойств. Для исследования зависимости сопротивления пленок от температуры на подложках с осажденными пленками были сформированы химически стойкие электрические контакты, представляющие собой три металлических слоя: хром - медь - хром (Сг-Си-Сг), толщина первого слоя (адгезионного) ~10 нм, второго - 3 мкм, третьего (защитного) - 200 нм, нанесенных методом магнетронного распыления. Для получения необходимой топологии использовалась металлическая маска. На рисунке 8 изображена топология полученных резистивных структур.

_[ццщд»

МШИ.....limn.....iiiiiIIIIIIIIIIIM^

Рис. 8. Топология полученных резистивных структур

На рис. 9 представлены результаты исследований зависимости сопротивления «чистых» кремний - углеродных пленок (кривая 1) и легированных марганцем кремний - углеродных пленок (кривая 2), полученных на кремниевой подложке. Как видно из рисунка легированная пленка имеет более низкое сопротивление (влияние металлической проводимости марганца), однако обе кривые имеют одинаковый характер, что может говорить о низкой концентрации атомов марганца в легированной пленке. В диапазоне температур 200-230 °С происходит изменение знака температурного коэффициента сопротивления (ТКС), что может быть связано со структурными изменениями под воздействием температуры, также некоторое влияние на изменение ТКС может вносить кремниевая подложка.

Рис. 9. Температурная зависимость резистивных структур на кремнии

На рис. 10 представлены результаты исследований зависимости сопротивления чистых кремний - углеродных пленок (кривая 1) и легированных марганцем кремний - углеродных пленок (кривая 2), полученных на поликоровой подложке. Сопротивление легированных пленок на поликоре примерно на 20 % ниже, чем чистых пленок, аналогично пленкам на кремнии, что может говорить о равном количестве легирующей добавки. На характер сопротивления резистивных структур полученных на поликоре не оказывает влияние подложка, может присутствовать лишь незначительное искажение вносимое проводящим подслоем, который

8

Cr

необходим для осаждения пленок на диэлектрической подложке (поликор), поэтому на рис. 10 мы видим совсем другой характер зависимости сопротивления от температуры. Данные пленки имеют отрицательный ТКС, характерный для полупроводников. В диапазоне температур 35-40 °С происходит уменьшение ТКС более чем в 2 раза, что может быть также связано со структурными изменениями под воздействием температуры.

----2

(3 105.00 ..............

100,00 95,00 90,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300.00 Температура, °С

Рис. 10. Температурная зависимость резистивных структур на поликоре

Заключение. Результаты проведенной работы позволяют утверждать о возможности использования метода электрохимического осаждения из раствора органического электролита для получения кремний - углеродных пленок с присутствием фазы карбида кремния и алмазоподобного углерода. Данный метод позволяет также получать легированные металлами кремний - углеродные пленки с возможностью управления процентным соотношением легирующей примеси. В ходе работы была разработана и реализована технология осаждения кремний - углеродных пленок на не проводящей подложке и технология формирования химически стойких электрических контактов на кремний - углеродной пленке. Были проведены исследования структуры, химического и фазового состава полученных пленок с помощью методов РЭМ, рамановской спектроскопии, рентгеновской дифрактометрии.

Исследования зависимости сопротивления от температуры установили влияние легирующей примеси (Мп) на удельное сопротивление осаждаемых пленок и влияние подложки на характер ТКС. В ходе проведенных исследований было выявлено резкое изменение ТКС в определенном диапазоне температур, точное определение механизма определяющего данное явление требует проведения дальнейших исследований.

Данные результаты могут применяться для разработки устройств на основе кремний - углеродных пленок.

Коллектив авторов выражает благодарность сотрудникам Центра коллективного пользования научным оборудованием Северо-Кавказского-федерального университета за проведение исследований образцов методами электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния и рентгеновской дифрак-тометрии.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Neerinck D., Persoone P., Sercu M., Goel A., Venkatraman C., Kester D., HalterC., Swab P., Bray D. Diamond-like nanocomposite coatings for low-wear and low-friction applications in humid environments // Thin Solid Films. - 1998. - Vol. 317. - P. 402-404.

2. Пархоменко Ю.Н., Малинкович М.Д, Скрылева Е.А., Шупегин М.Л. Технология получения, структура и свойства металлсодержащих, нанокомпозитов с кремний-углеродной матрицей // Известия Вузов. Материалы электронной техники. - 2005. - № 3. - С. 12-16.

3. Малинкович М.Д. Структура поверхности нанокомпозитов на основе кремний-углеродной матрицы, выявленная методами сканирующей зондовой микроскопии // Известия Вузов. Материалы электронной техники. - 2010. - № 1. - С. 41-45.

4. Григорьев М.Н., Плуготаренко Н.К., Бедная Т.А. Моделирование структуры легированных тонких пленок кремний - углеродных соединений // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2018. - № 2 (196). - С. 94-104.

5. Safiabadi Tali S.A., Soleimani - Amiri S., Sanaee Z., Moohajerzadeh S. Nitrogen-doped amorphous carbon-silicon core-shell structures for high-power supercapacitor electrodes // Sceintific reports. - 2017. - No. 5. - P. 1-13.

6. Sundaram K.B., Alizadeh J. Deposition and optical studies of silicon carbide nitride thin films // Thin Solid Films. - 2000. - Vol. 370. - P. 151-154.

7. Boughaba S., Sproule G.I., McCaffrey J.P., Islam M., Graham M.J. Synthesis of amorphous silicon carbonitride films by pulsed laser deposition // Thin Solid Films. - 2002. - Vol. 402. - P. 99-110.

8. Файнер Н.И. От кремнийорганических соединений-предшественников - к многофункциональному карбонитриду кремния // Журнал общей химии. - 2012. - Т. 82, № 1.

- С. 47-56.

9. Xingli Zou, Li Ji, Xionggang Lu, Zhongfu Zhou. Facile electrosynthesis of silicon carbide nan-owires from silica/carbon precursors in molten salt // Scientific reports. - 2017. - No. 7. - P. 1-9.

10. Manocha S., Ankur Darji, Manocha L.M. Formation of silicon carbide whiskers from organic precursors via sol - gel method // Eurasian Chem Tech Journal. - 2011. - No. 13. - P. 27-33.

11. Гренадеров А.С., Оскомов К.В., Соловьев А.А., Работкин С.В. Осаждение кремний-углеродных покрытий из плазмы несамостоятельного дугового разряда с накальным катодом // Журнал технической физики. - 2016. - T. 8. - Вып. 5. - Р. 51-56.

12. Grigoryev M.N., Myasoedova T.N., Mikhailova T.S. The electrochemical deposition of silicon

- carbon thin films from organic solution // Journal of Physics: Conference Series. - 2018.

- No. 1124. - P. 1-4.

13. Tairov Y.M., Tsvetkov V.F. Investigation of growth processes of ingots of silicon carbide single crystals // J. Cryst. Growth. - 1978. - Vol. 43. - P. 209-212.

14. Akaoglu B., Atilgan I., Katircioglu B. Thickness and optical constant distributions of PECVD a-SiCx: H thin films along electrode radial direction // Thin Solid Films. - 2003. - Vol. 437.

- P. 257-265.

15. Li J. C., Batoni P., Tsu R. Synthesis and characterization of 4HSiC on C-plane sapphire by C60 and Si molecular beam epitaxy // Thin Solid Films. - 2010. - Vol. 518. - P. 1658-1660.

16. Basa D.K., Ambrosone G., Coscia U., Setaro A. Crystallization of hydrogenated amorphous silicon carbon films with laser and thermal annealing // Applied Surface Science. - 2009.

- No. 255. - P 5528-5531.

17. Kozak А.О., Ivashchenko V.I., Porada O.K., Ivashchenko L.A., Tomila T.V., Manjara V.S., Klishevych G.V. Structural, optoelectronic and mechanical properties of PECVD Si-C-N films: An effect of substrate bias // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2018. - No. 88.

- P. 65-72.

18. Nikolaenko Y.E., Melnyk R.S., Rotner S.M., Nikolaienko T.Y. The use of Films of Metal-Containing Nanocomposites with a Silicon-Carbon Matrix in Thermal Imitators of the Components of Micro-and Nanoelectronics // 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology, ELNANO 2018 - Proceedings28 September. - 2018. - 8477480.

- P. 36-39.

19. Choa Jun-Sik, Janga Eunseok, Lima Dongmin, Ahna Seungkyu, Yooa Jinsu, Choa Ara, Parka Joo Hyung, Kima Kihwan, Choib Bo-Hun. Wide-bandgap nanocrystalline silicon-carbon alloys for photovoltaic applications/ / Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2018. - Vol. 182. - P. 220-227.

20. Yan X.B., Tay B.K., Chen G., Yang S.R. Synthesis of silicon carbide nitride nanocomposite films by a simple electrochemical method // Electrochemistry communication. - 2006. - No. 8.

- P. 737-740.

REFERENCES

1. Neerinck D., Persoone P., Sercu M., Goel A., Venkatraman C., Kester D., HalterC., Swab P., Bray D. Diamond-like nanocomposite coatings for low-wear and low-friction applications in humid environments, Thin Solid Films, 1998, Vol. 317, pp. 402-404.

2. Parhomenko Yu.N., Malinkovich M.D, Skryleva E.A., Shupegin M.L. Tekhnologiya polucheniya, struktura i svoystva metallsoderzhashchih, nanokompozitov s kremniy-uglerodnoy matritsey [Technology, structure and properties of metal-containing nanocomposites with silicon-carbon matrix], Izvestiya Vuzov. Materialy elektronnoy tekhniki [Materials of Electronics Engineering], 2005, No. 3, pp. 12-16.

3. Malinkovich M.D. Struktura poverhnosti nanokompozitov na osnove kremniy-uglerodnoy matritsy, vyyavlennaya metodami skaniruyushchey zondovoy mikroskopii [Surface structure of nanocomposites based on silicon-carbon matrix revealed by scanning probe microscopy], Izvestiya Vuzov. Materialy elektronnoy tekhniki [Materials of Electronics Engineering], 2010, No. 1, pp. 41-45.

4. Grigor'ev M.N., Plugotarenko N.K., Bednaya T.A. Modelirovanie struktury legirovannyh tonkih plenok kremniy - uglerodnyh soedineniy [Modeling of the structure of doped thin films of silicon-carbon compounds], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2018, No. 2 (196), pp. 94-104.

5. Safiabadi Tali S.A., Soleimani - Amiri S., Sanaee Z., Moohajerzadeh S. Nitrogen-doped amorphous carbon-silicon core-shell structures for high-power supercapacitor electrodes, Sceintific reports, 2017, No. 5, pp. 1-13.

6. Sundaram K.B., Alizadeh J. Deposition and optical studies of silicon carbide nitride thin films, Thin Solid Films, 2000, Vol. 370, pp. 151-154.

7. Boughaba S., Sproule G.I., McCaffrey J.P., Islam M., Graham M.J. Synthesis of amorphous silicon carbonitride films by pulsed laser deposition, Thin Solid Films, 2002, Vol. 402, pp. 99-110.

8. Fayner N.I. Ot kremniyorganicheskih soedineniy-predshestvennikov - k mnogofunktsional'nomu karbonitridu kremniya [From organosilicon compounds-precursors-to multifunctional silicon carbonitride], Zhurnal obshchey himii [Journal of General chemistry], 2012, Vol. 82, No. 1, pp. 47-56.

9. Xingli Zou, Li Ji, XionggangLu, Zhongfu Zhou. Facile electrosynthesis of silicon carbide nan-owires from silica/carbon precursors in molten salt, Scientific reports, 2017, No. 7, pp. 1-9.

10. Manocha S., Ankur Darji, Manocha L.M. Formation of silicon carbide whiskers from organic precursors via sol - gel method, Eurasian Chem Tech Journal, 2011, No. 13, pp. 27-33.

11. Grenaderov A.S., Oskomov K.V., Solov'ev A.A., Rabotkin S.V. Osazhdenie kremniy-uglerodnyh pokrytiy iz plazmy nesamostoyatel'nogo dugovogo razryada s nakal'nym katodom [Deposition of silicon-carbon coatings from plasma of non-self-sustained arc discharge with an incandescent cathode], Zhurnal tekhnicheskoy fiziki [Journal of General chemistry], 2016, Vol. 8, Issue 5, pp. 51-56.

12. Grigoryev M.N., Myasoedova T.N., Mikhailova T.S. The electrochemical deposition of silicon - carbon thin films from organic solution, Journal of Physics: Conference Series, 2018, No. 1124, pp. 1-4.

13. Tairov Y.M., Tsvetkov V.F. Investigation of growth processes of ingots of silicon carbide single crystals, J. Cryst. Growth, 1978, Vol. 43, pp. 209-212.

14. Akaoglu B., Atilgan I., Katircioglu B. Thickness and optical constant distributions of PECVD a-SiCx: H thin films along electrode radial direction, Thin Solid Films, 2003, Vol. 437, pp. 257-265.

15. Li J.C., Batoni P., Tsu R. Synthesis and characterization of 4HSiC on C-plane sapphire by C60 and Si molecular beam epitaxy, Thin Solid Films, 2010, Vol. 518, pp. 1658-1660.

16. Basa D.K., Ambrosone G., Coscia U., Setaro A. Crystallization of hydrogenated amorphous silicon carbon films with laser and thermal annealing, Applied Surface Science, 2009, No. 255, pp. 5528-5531.

17. Kozak A.O., Ivashchenko V.I., Porada O.K., Ivashchenko L.A., Tomila T.V., Manjara V.S., Klishevych G. V. Structural, optoelectronic and mechanical properties of PECVD Si-C-N films: An effect of substrate bias, Materials Science in Semiconductor Processing, 2018, No. 88, pp. 65-72.

18. Nikolaenko Y.E., Melnyk R.S., Rotner S.M., Nikolaienko T.Y. The use of Films of Metal-Containing Nanocomposites with a Silicon-Carbon Matrix in Thermal Imitators of the Components of Micro-and Nanoelectronics, 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology, ELNANO 2018 - Proceedings28 September, 2018, 8477480, pp. 36-39.

19. Choa Jun-Sik, Janga Eunseok, Lima Dongmin, Ahna Seungkyu, Yooa Jinsu, Choa Ara, Parka Joo Hyung, Kima Kihwan, Choib Bo-Hun. Wide-bandgap nanocrystalline silicon-carbon alloys for photovoltaic applications, Solar Energy Materials and Solar Cells, 2018, Vol. 182, pp. 220-227.

20. Yan X.B., Tay B.K., Chen G., Yang S.R. Synthesis of silicon carbide nitride nanocomposite films by a simple electrochemical method, Electrochemistry communication, 2006, No. 8, pp. 737-740.

Статью рекомендовала к опубликованию к.т.н. Т.А. Бедная.

Григорьев Михаил Николаевич - АО «ТНИИС»; e-mail: gregoryevmikhail@mail.ru; 347913, г. Таганрог, ул. Седова, 3; инженер.

Михайлова Татьяна Сергеевна - Южный федеральный университет; e-mail: xelga.maks@yandex.ru; 347928, г. Таганрог, ул. Чехова, 2; кафедра техносферной безопасности и химии; аспирант.

Мясоедова Татьяна Николаевна - кафедра техносферной безопасности и химии, e-mail: tnmyasoedova@sfedu.ru; к.т.н.; доцент, 347928, г. Таганрог, ул. Чехова, 2

Grigoryev Mikhail Nikolaevich - JSC «TNIIS»; e-mail: gregoryevmikhail@mail.ru; 3, Sedova street, Taganrog, 347913, Russia; engineer.

Mikhailova Tatina Sergeevna - Southern Federal University; e-mail: xelga.maks@yandex.ru; 2, Chekhova street, Taganrog, 347928, Russia; the department of technospheric safety and chemistry; postgraduate student.

Myasoedova Tatiana Nikolaevna - e-mail: tnmyasoedova@sfedu.ru; the department of technospheric safety and chemistry; cand. of eng. sc.; associate professor.

УДК 546.03 DOI 10.23683/2311-3103-2018-7-66-74

Ю.В. Клунникова, Д.А. Бондарчук

ФОРМИРОВАНИЕ СПАЯ СТЕКЛОВИДНОГО ДИЭЛЕКТРИКА И САПФИРА ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Рассмотрены особенности формирования плёнок стекловидного диэлектрика на сапфировой подложке методом центрифугирования для элементов микроэлектроники. Данный метод позволяет получать плёнки стекловидного диэлектрика наиболее равномерные по толщине и однородные покрытия различных составов без использования сложных технологических процессов. Выявлен ряд параметров, влияющих на значение шероховатости полученного стекловидного диэлектрика на сапфире. Представлен технологический маршрут формирования стекловидного диэлектрика на сапфировой подложке, который может являться основой для производства радиационно-стойких элементов микроэлектроники. Для получения плёнки стекловидного диэлектрика на сапфировой подложке методом центрифугирования вначале приготавливался раствор суспензии стекловидного диэлектрика. На начальном этапе необходимо размельчение стекловидного диэлектрического материала до порошка с удельной поверхностью 5000 см2/г, затем добавлялся изобу-тиловый спирт и осуществлялось измельчение стеклопорошка с частотой 1500 об/мин. в течение 24 часов в яшмовом барабане. Был разработан технологический маршрут, позволяющий реализовывать создание образцов спая стекловидного диэлектрика и сапфировой подложки для элементов микроэлектроники. Нанесение рабочей суспензии стекловидного диэлектрического материала на сапфировую подложку осуществляется в течение