СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК АЛМАЗОПОДОБНОГО УГЛЕРОДА И ПЛЕНОК β-SIC

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК АЛМАЗОПОДОБНОГО УГЛЕРОДА И ПЛЕНОК p-SiC

В.О. Кузьмина, младший научный сотрудник, ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

Исследованы тонкие пленки алмазоподобного углерода и P-SiC на поверхности пластин кремния при активировании процессов синтеза излучением мощных импульсных ксеноновых ламп (диапазон длин волн 0,2-1,2 мкм). Синтез пленок алмазоподобного углерода проводили методом химической конверсии углерода из газовой среды (СзН8)о.2(С4Н10)о.8 при давлении около 2104 Па на пластины (001)Si толщиной 450 мкм под действием излучения ксеноновых ламп с

л

плотностью энергии пакета импульсов (ЕИ) в диапазоне от 180 до 240 Джсм- в течение от 2 до 3 с. Синтез пленок P-SiC проводили импульсной фотонной обработкой (ИФО) излучением ксеноновых ламп в том же энергетическом и временном диапазоне. Пленка аморфного углерода толщиной около 30-50 нм на

-5

поверхности пластин (001)Si в вакууме Р= 8,0^10- Па.

Установлено, что синтез пленок SiC на поверхности моно-Si осуществляется при плотности энергии излучения ЕИ = 200 Джсм-2. Пороговая величина ЕИ для синтеза алмазоподобного углерода - 240 Джсм-2.

Методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭ) исследованы ориентация и субструктура синтезированных пленок. Показано, что для пленок SiC на моно-Si при исследованной ЕИ характерны достаточно четкие двухосные текстуры с преимущественной ориентацией большей части кристаллитов по соотношениям (001), [lio] SiC II (001), [lio] Si. Из картин ДБЭО (зона съемки <110>Si) следует, что зерна образующие двухосную текстуру, достигают приповерхностной области. Кроме того, наряду с параллельной ориентацией, имеются зерна в двойниковой (180-градусной) ориентации и произвольно ориентированные зерна. Слабая относительная интенсивность колец на электронограмме ДБЭО свидетельствует о том, что доля произвольно ориентированных зерен на поверхности ниже, чем в объеме пленки SiC, вследствие их преимущественного роста.

Пленки SiC - сплошные и имеют блочную нанокристаллическую субструктуру. Темнопольный анализ показал, средний размер не превышает 40 нм

л

на (001)Si и при ЕИ = 200 Дж см- . Высокая дисперсность пленок обусловлена высокой плотностью зарождения при многоориентационной эпитаксии на Si и склонностью кристаллической структуры SiC к двойникованию. Толщинный контраст выявляет под пленкой SiC участки в виде полостей в приграничных слоях Si. Полости имеют тенденцию к кристаллографическому огранению, их размеры увеличиваются с увеличением ЕИ: 0,05 мкм при 220 Джсм-2 и 0,1 мкм при 240 Джсм-2.

а)

220 БЮ

* 220 51 2015>с 2-20

«•220 Б!

Ш ЙС

400 51

Рис. 1. Картина микродифракции (а), светлопольное (б) и темнопольное (в) изображения

Рис. 2. Электроннограммы до (б) и после (а) снятия температурных зависимостей сопротивления, светлопольное (в) и темнопольное (г) ПЭМ-изображения

Пленки алмазоподобного углерода имеют аморфно-нанокристаллическую структуру с размером нанокристаллов около 2 нм. Отжиг пленок алмазоподобного углерода при температуре 650 0С в вакууме приводит к их частичной графитизации.

Таким образом, методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭ) исследованы структура нанокристаллических пленок алмазоподобного углерода и пленок р-БЮ.