Ви є тут

Вплив електронного опромінення на властивості нанокристалічного кремнію

Автор: 
Астахов Олександр Михайлович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2007
Артикул:
0407U004022
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РАЗДЕЛ 2
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Изготовление образцов
Образцы для данного исследования были изготовлены с использованием метода
Плазменного Химического Осаждения Паров (ПХОП) на установке MRG 6-Chamber
System. Принципом такого вида осаждения является разложение кремнийсодержащих
газообразных соединений в тлеющем разряде, который поддерживается переменным
напряжением радиочастоты. Радикалы, образующиеся в плазме осаждаются на
подложку в виде тонкой пленки. В большинстве случаев как прекурсоры
используются силан (моносилан - SiH4) либо дисилан (Si2H6) часто с примесью
водорода. Подробно физические и технологические аспекты ПХОП описаны в работах
[1, 82]. Образцы для исследований осаждались из смеси силана с водородом в
различных соотношениях. Присутствие большого количества водорода в плазме
приводит к эффективной пассивации свободных связей кремния, которые в большом
количестве формируются на поверхности растущей пленки [1, 82]. Пассивация ведет
к значительному снижению плотности оборванных связей в материале, что
драматически повышает его качество для производства электроники. Структура и
свойства осажденных пленок зависят от многочисленных параметров, наиболее
важными из которых являются: давление в камере осаждения, температура подложки,
мощность разряда, состав газовой смеси, полный поток газа, геометрия реактора и
т.д. В данной работе, для получения образцов с различной структурой, изменялось
только соотношение потоков силана и водорода, в то время как остальные
параметры осаждения оставались постоянными (роль соотношения потоков SiH4 и H2
для структуры выращиваемых пленок хорошо освещена в работах [75, 83]).
Концентрация силана в газовой смеси (КС) определяется соотношением потоков SiH4
и H2 как КС=SiH4/(SiH4+H2). Параметры осаждения представлены в таблице 2.1.
Варьируя концентрацию силана в газовой смеси, были получены 7 партий образцов
общей численностью более ста штук с различной структурой в диапазоне от µc-Si:H
с высоким содержанием кристаллической фазы, до a-Si:H изготовленного без
примеси водорода.
Таблица 2.1
Параметры осаждения образцов кремния
Концентрация силана
SiH4/(SiH4+H2)
Легирование PH3 , B2H6
Мощность разряда
Частота
Температура подложки
Давление
2-100%
2-150 ppm
0,1Вт/см2
95MГц
200єC
40 Па
Часть образцов µc-Si:H и nc-Si:H были изготовлены с донорным и акцепторным
легированием различной концентрации от 2 до 150 ppm. Для получения легированных
образцов в газовую смесь добавлялись PH3 (донорная примесь) и B2H6 (акцепторная
примесь) в необходимой концентрации.
Реализация задач работы подразумевала проведение параллельных исследований
материала при помощи ЭПР измерений, и измерений проводимости. ЭПР спектрометр,
используемый в данной работе, построен по классической бесконтактной схеме
измерения изменений отраженной электромагнитной мощности от резонаторной камеры
с образцом. Такая схема требует использования чистого материала образца без
контактов (желательно без подложки) запаянного в кварцевую капсулу. Поэтому
образцы для ЭПР и контактных измерений отличаются по форме изготовления, тем не
менее, в обоих случаях речь идет об одном и том же образце, осажденном
одновременно на разные подложки.
Чувствительность ЭПР измерений ограничена числом парамагнитных центров в
исследуемом образце, т.е. улучшение соотношения сигнал/шум подразумевает в
частности увеличения массы образца. В случае тонкопленочного кремния, проблема
увеличения массы образца решается путем осаждения пленки на сравнительно
большую площадь с последующим отделением пленки в виде мелких чешуек (<2мм),
для запайки в кварцевые капсулы. В данном эксперименте как подложка для ЭПР
образцов была использована молибденовая фольга толщиной 50мкм. Пленка кремния
имеет весьма слабую адгезию к поверхности молибденовой фольги, что позволяет
легко отделить частицы материала простым изгибанием подложки. Большинство
образцов для ЭПР измерений были изготовлены таким способом. Однако, 2 образца
были изготовлены альтернативным способом осаждения на 10 мкм алюминиевую фольгу
с целью проверки возможного влияния молибденовой подложки на свойства
материала. В данном случае пленка кремния из-за хорошей адгезии не может быть
легко удалена механически, поэтому фольга стравливается соляной кислотой, а
частицы материала многократно промываются деионизированной водой при постоянном
контроле кислотности. В обоих случаях были получены идентичные результаты.
Частицы материала, после отделения от подложки, взвешиваются и собираются в
кварцевую капсулу (Wilmad 710-SQ-250M), далее капсула периодически откачивается
на вакуум и заполняется гелием (99,999%) до атмосферного давления для надежного
удаления атмосферных примесей, после чего окончательно заполняется гелием до
давления 0,5 Бар, и запаивается при помощи газовой горелки (пропан-бутан +
кислород).
Для измерений проводимости были использованы образцы на стеклянной подложке.
Таким образом, для осаждения 2-х вариантов образцов, на держателе закреплялась
подложка под ЭПР образец (100х100мм), в центре которой в отверстие 10х10мм
устанавливались 2 стеклянные подложки размером 15х4х0,4мм (Corning EAGLE XG).
По причинам указанным выше, для получения максимального количества материала,
каждый образец осаждался от 2 до 15 часов, в результате чего были получены
пленки толщиной 3-8 мкм, что в 3-5 раз превышает толщину слоев кремния в
устройствах. Такие пленки обладают значительными внутренними напряжениями, что
в ряде случаев приводит к частичному отделению пленки от гладкой поверхности
стекла. Поэтому для образцов были использованы шероховатые подложки. Это
обеспечило надежную