Структурная модификация свойств пленок аморфного углерода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат технических наук Воронцов, Владимир Анатольевич

• Воронцов, Владимир Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воронцов, Владимир Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ

НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

1.1. ОСОБЕННОСТИ НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ТВЕРДОГО ТЕЛА.

12. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ И ПОВЫШЕНИЯ ВОСПРОИЗВОДИМОСТИ свойств НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

1.2.1. ЛЕГИРОВАНИЕ АМОРФНОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ.

1.2.2. ПСЕВДОЛЕГИРОВАНИЕ АМОРФНОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ.

1.2.3. ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

1.2.4. СТРУКТУРНАЯ МОДИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

1.3. АЛЛОТРОПИЧЕСКИЕ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДА И ИХ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

1.3.1 УГЛЕРОД.

1.3.2. ВАЛЕНТНЫЕ СОСТОЯНИЯ УГЛЕРОДА.

1.3.3. ХАРАКТЕРИСТИКА УГЛЕРОД - УГЛЕРОДНЫХ

СВЯЗЕЙ.

1.3.4. АЛЛОТРОПИЧЕСКИЕ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДА.

1.3.4.1. АЛМАЗ.

1.3.4.2. ГРАФИТ.

1.3.4.3. КАРБИН.

1.3.4.4. ФУЛЛЕРЕНЫ И ФУЛЛЕРИДЫ. 1.3.4.5. УГЛЕРОДНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ И НАНОТРУБЫ.

1.3.4.6. ДРУГИЕ ФОРМЫ УГЛЕРОДА.

1.3.5. ПЛЕНКИ АМОРФНОГО УГЛЕРОДА.

1.3.6. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК УГЛЕРОДА.

1.3.7. СВОЙСТВА ПЛЕНОК а-С И а-С:Н И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.

1.3.8. ДАННЫЕ О СТРУКТУРЕ ПЛЕНОК.

1.4 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

ГЛАВА 2. УРОВНИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ НЕ1СРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИХ ИДЕНТИФИКАЦИИ.

2.1. ЧЕТЫРЕ УРОВНЯ СТРУКТУРНОЙ МОДИФИКАЦИИ.

2.1.1. ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ НА УРОВНЕ

БЛИЖНЕГО ПОРЯДКА В РАСПОЛОЖЕНИИ АТОМОВ.

2.1.2. ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ НА УРОВНЕ

СРЕДНЕГО ПОРЯДКА В РАСПОЛОЖЕНИИ АТОМОВ.

2.1.3. ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ НА УРОВНЕ МОРФОЛОГИИ.

2.1.4. ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ НА УРОВНЕ ПОДСИСТЕМЫ ДЕФЕКТОВ.

2.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ.

2.3. ПРИМЕНИМОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ МОДИФИКАЦИИ СТРУКТУРЫ К ПЛЕНКАМ а-С И а-С:Н.

2.4. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ

ПЛЕНОК а-С:Н.

3.1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ.

3.2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И МОРФОЛОГИИ ПЛЕНОК.

3.3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПЛЕНОК.

3.3.1. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ.

3.3.2. ОПТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.3.3. ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ.

3.3.4. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ПЛЕНОК а-С:Н.

3.3.5 СПЕКТРЫ ПЛОТНОСТИ СОСТОЯНИЙ.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И МОРФОЛОГИИ

ПЛЕНОК а-С:Н.

4.1. ФУНКЦИЯ РАДИАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АТОМОВ.

4.2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ФРРА МНОГОКОМПОНЕНТНОГО МАТЕРИАЛА.

4.3. АЛГОРИТМ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ АНАЛИЗА КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ФУНКЦИИ РАДИАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНР1Я АТОМОВ.

4.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ЭЛЕКТРОНОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПЛЕНОК а-С:Н.

4.5. ИК - СПЕКТРОСКОПИЯ.

4.6. ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ И РЕЖИМОВ ПОЛУЧЕНИЯ НА АТОМНУЮ СТРУКТУРУ ПЛЕНОК НА УРОВНЕ

БЛИЖНЕГО И СРЕДНЕГО ПОРЯДКОВ.

4.7. ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ, РЕЖИМОВ ПОЛУЧЕНИЯ И МАТЕРИАЛА ПОДЛОЖЕК НА МОРФОЛОГИЮ ПЛЕНОК.

4.6. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПЛЕНОК а-С:Н В

ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕТОДОВ И РЕЖИМОВ П0ЛУЧЕНР1Я.

5.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК а-С:Н.

5.2. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК а-С:Н.

5.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДСИСТЕМЫ ДЕФЕКТОВ В

ПЛЕНКАХ а-С:Н.

5.4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ МОДИФИКАЦИИ СВОЙСТВ ДЛЯ ПЛЕНОК а-С:Н.

5.5. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурная модификация свойств пленок аморфного углерода»

Достаточно долгое время внимание исследователей приковано к неупорядоченным ползшроводникам. Такое внимание объясняется тем, что на аморфных полупроводниках удалось реализовать многие классы приборов, созданные на кристаллических материалах, при значительно меньшей себестоимости. Кроме того, существуют некоторые типы электронных приборов в которых возможно применение только некристаллических полупроводников.

Кристаллические материалы обладают трансляционной симметрией и, как следствие данного факта, наиболее удобным способом воздействия на конечные свойства кристаллических полупроводников является легирование. Одной из основных особенностей аморфного твердого тела является то, что в таком теле отсутствует трехмерная периодичность, но ближний порядок в расположении атомов, определяемый химическими связями материала, сохраняется. Переход от кристаллического состояния к некристаллическому приводит к образованию достаточно большого количества оборванных химических связей, что приводит к нечувствительности аморфных материалов к легирующим примесям.

В качестве альтернативы методу управления свойствами полупроводников путем их легирования, был предложен метод структурной модификации свойств некристаллических материалов, заключающийся в управлении свойствами путем изменения структуры при неизменном химическом составе материала. Данный метод впервые был применен к халькогенидным стеклообразным полупроводникам и позволял управлять их макросвойствами за счет изменений атомной структуры на уровне среднего порядка. Впоследствии метод структурной модификации был развит на ряд некристаллических материалов, обладающих несколькими метастабильными состояниями. Применение метода структурной модификации основано на изменении свойств материала за счет изменения количественного соотношения структурных единиц, входящих в его состав.

Известно, что аморфные материалы возможно получить исключительно при неравновесных условиях технологического процесса. Неравновесность условий получения приводит к весьма сильной зависимости атомной структуры материала, его фазового и компонентного состава, параметров неоднородностей не только от метода приготовления, но и от режимов технологического процесса в рамках одного метода. Как следствие, режимы получения оказывают влияние на электрические, оптические, механические и др. свойства некристаллического материала. При этом в аморфных материалах открываются уникальные возможности изменения свойств материала посредством изменения условий получения.

Для теоретического описания свойств аморфного тела требуется полное знание его структуры. Здесь следует отметить, что, с одной стороны, структура влияет на электрофизические свойства, а с другой стороны, технология определяет структуру. В настоящее время установлено, что как количественное описание неравновесных технологических процессов так и соотношения, связывающие структурные и электрофизические параметры неупорядоченных полупроводников, не могут быть получены путем логического развития термодинамики равновесных процессов и теорий кристаллического твердого тела. Формирование теоретических представлений, описывающих эти проблемы еще продолжается, поэтому важное значение имеют экспериментальные исследования механизмов конденсации, влияющих на структуру и, в конечном счете, на физические свойства материала.

С точки зрения структурной модификации аморфный гидрогени-зированный углерод весьма перспективен, так как даже в кристаллическом состоянии аллотропические модификации углерода (алмаз, графит, карбин) обладают практически диаметрально противоположными свойствами. В аморфном гидрогенизированном углероде появляется возможность объединения свойств различных аллотропных кристаллических модификаций. Как предполагается, систематизация и анализ экспериментальных данных, направленные на установление взаимосвязи: режимы получения - структура - свойства, позволят решить задачу получения пленок углерода с заранее известной структурой, обладающих заранее заданными, воспроизводимыми свойствами.

Актуальность работы определяется отсутствием к настоящему времени общепринятых методов управления свойствами некристаллических полупроводников в целом и пленок аморфного углерода в частности, отсутствием единого подхода к интерпретации экспериментальных результатов по взаимосвязи свойств атомной структуры в этих материалах.

Таким образом целью работы является развитие метода структурной модификации свойств и его применение к пленкам аморфного и аморфного гидрогенизированного углерода для установления возможностей и закономерностей управления свойствами данного материала путем изменения его атомной структуры в процессе изготовления.

Для достижения поставленной цели необходимо: - провести анализ и определить возможные уровни изменения структуры для аморфного и аморфного гидрогенизированного углерода;

- провести комплексные исследования атомной структуры, фазового и компонентного состава пленок углерода независимыми методами, с целю получения достоверной информации о строении материала;

- выявить режимы технологических процессов при которых формируются пленки с заданным соотношением концентраций структурных единиц различных аллотропных модификаций углерода;

- провести анализ механизмов конденсации 8р'"СНп- комплексов и их роли в формировании конечных свойств пленок;

- исследовать морфологию пленок, определить зависимость параметров морфологии пленок от условий получения;

- исследовать явления токопереноса и определить важнейшие параметры токопереноса;

- провести исследования оптических свойств пленок;

- исследовать независимыми методами спектры плотности состояний в ш;ели подвижности;

Научная новизна представленных в диссертационной работе результатов состоит в следуюш;ем:

1. Проведенный анализ методов управления свойствами некристаллических полупроводников показал, что наиболее приемлемым с точки зрения производства приборов представляется метод структурной модификации. Развитие данного метода применительно к пленкам аморфного углерода показано, что в этом случае структурная модификация может осуш;ествляться на четырех уровнях: на уровнях ближнего и среднего порядков в расположении атомов, на уровне морфологии и на уровне подсистемы дефектов.

2. Предложена и разработана новая методика анализа функции радиального распределения атомов (ФРРЛ) некристаллических материалов, основанная на алгоритме нечеткой логики Беллмана - Заде. Данная методика позволяет оценивать соотношение различных структурных группировок в исследуемом материале. Проведенный с ПЕМОПЦЮ данной методики анализ дифракционных данных пленок аморфного углерода показал, что во всех случаях ФРРА удовлетворительно описывается комбинацией трех структурных единиц (аналогов структурных единиц алмаза, графита и карбина) без привлечения четвертой "аморфной" фазы, которая использовалась для идентификации ФРРА аморфного углерода до применения разработанной методики.

3. В качестве методов получения пленок аморфного углерода с сильно различаюпщмися физико-химическими свойствами наиболее перспективными представляются методы, основанные на распылении графитовой мишени в обш;ем случае и метод ионно-плазменного распыления в частности. Для данного метода установлены взаимосвязи между режимами получения пленок а-С:Н, соотношениями в пленках атомов с Брл-, Брл- и жрЛ- гибридизацией и их конечными свойствами. Показано, что в рамках данного метода изготовления возможно изменять в широких пределах соотношение структурных единиц. Это приводит к изменению электронного спектра материала в целом, спектра плотности локализованных состояний в ш;ели подвижности и существенному изменению свойств полученных пленок. Так ширина оптической щели изменяется до двух порядков величины.

4. Подсистема дефектов а-С:Л, связанная с образованными азотом примесными состояниями, сопоставлена с компонентным составом пленок и их морфологией.

Положения выносимые на защиту:

1. Структурная модификация свойств пленок аморфного и аморфного гидрогенизированного углерода может осуществляться на четырех уровнях:

- на уровне ближнего порядка в расположении атомов;

- на уровне среднего порядка в расположении атомов;

- на уровне морфологии пленок;

- на уровне подсистемы дефектов.

2. Новая методика анализа функции радиального распределения атомов многокомпонентных некристаллических материалов нестехио-метрического состава, позволяющая оценить процентное соотношение компонентов, входящих в состав пленки, по данным микродифракции электронов в материале.

3. Функция радиального распределения атомов аморфного углерода во всех случаях может быть удовлетворительно описана суперпозицией трех компонент: некристаллических аналогов алмаза, графита, карбина.

4. Использование метода структурной модификации свойств в применении к пленкам аморфного углерода, полученным методом ионно-плазменного распыления графитовой мишени, позволяет управлять свойствами пленок как минимум на трех уровнях изменнеия структуры:

- на уровне ближнего порядка в расположении атомов;

- на уровне морфологии пленок;

- на уровне подсистемы дефектов. что позволяет в широких пределах изменять свойства получаемых пленок аморфного гидрогенизированного углерода, путем варьирования технологических режимов.

Практическая значимость работы:

1. Показана возможность структурной модификации свойств а-С:Н на четырех уровнях.

2. Установлены взаимосвязи между технологическими режимами по

J U "I U 1 \J лучения, атомной структурой, морфологией и физическими свойствами некристаллических пленок углерода.

3. Показано, что метод ионно-плазменного распыления графитовой мишени может быть использован для получения пленок углерода, с различным соотношением атомов, находящихся в различных 5/;" гибридизованных состояниях (аналогах аллотропных модификации углерода). Определены режимы, обеспечивающие получение пленок с высоким содержанием алмазоподобной фазы, что позволяет применять данную технологию для нанесения защитных покрытий в электрофотографических носителях информации.

4. Предложена и опробована новая методика анализа микродифракции электронов в материале, позволяющая удовлетворительно определять компонентный состав пленок.

5. Полученные в работе данные по люминесценции пленок могут быть применены для идентификации алмазоподобной фазы в материале и интерпретации примесных уровней, созданных азотом.

Реализация результатов работы: данные по режимам получения широкозонных пленок углерода рекомендованы Ассоциацией разработчиков и производителей электрофотографической техники (АРПЭТ) для применения при нанесении защитных слоев в производстве электрофотографических носителей информации на предприятиях производящих данную продукцию. Разработанная методика анализа компонентного состава пленок некристаллических нестехиометри-ческих полупроводников используется в научно исследовательских работах кафедр физики и технологии электротехнических материалов и компонентов и полупроводниковой электроники МЭИ. Данные по стрзЛктуре и свойствам гидрогенизированных пленок углерода используются в 5Д1ебном процессе в МЭИ при подготовке бакалавров по направлению "Электроника и микроэлектроника" и инженеров по специальности "Материалы и компоненты твердотельной электроники".

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Ежегодных научно - технических конференциях студентов и аспирантов ВУЗов России "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве" (25-26 февраля 1998 г., 2-3 марта 1999 г., Москва);

- XVII Российской конференции по электронной микроскопии (22-26 июня 1998г., Черноголовка);

- Всероссийском симпозиуме с участием ученых из стран СНГ "Аморфные и микрокристаллические полупроводники" (5-9 июля 1998г., Санкт-Петербург);

- Международной конференции электромеханика и электротехнологии

МКЭЭ-98" (14-18 сентября 1998г., Клязьма);

- Международной конференции "Glasses and Solid Electrolytes" (17-19 мая 1999, Санкт - Петербург);

14

- Научном семинаре "Решетка Тарасова и новые проблемы стеклообразного состояния" (15 октября 1999, Москва);

- II международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники" (3-5 июля 2000г., Санкт-Петербург).

- IV международной конференции по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов "1СЕМС - 200 Г', (24-27 сентября 2001г., Клязьма).

Публикации результаты диссертационной работы опубликованы в 13 печатных работах и 4 отчетах по научно-исследовательским работам.

Заключение диссертации по теме «Физика полупроводников», Воронцов, Владимир Анатольевич

5.5. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

1. Полученные экспериментальные данные для пленок аморфного гидрогенизированного углерода, полученного ионно-плазменным распылением графитовой мишени в атмосфере аргоно-водородной смеси, подтвердили полученные в предыдущей главе данные о компонентном составе пленок.

2. В пленках а-С:Н, полученных ионно-плазменным распылением при рабочем давлении газовой смеси Рраб=7-10'л мм.рт.ст. с ростом температуры подложки наблюдается относительное увеличение доли графитоподобной фазы и уменьшение алмазоподобной и полимерной фаз. Таким образом пленки а-С:Н полученные при низких температурах подложки (Г„<250°С) обладают достаточно низкой проводимостью (^7-10"A ом'лсм"л) и большим значением ширины оптической щели (Е„„т-1.2 эВ).

3. Компонентный состав пленок, полученных ВЧ распылением при повышенном (для данной технологии) давлении газовой смеси Рраб=ОЛ мм.рт.ст., показал качественно новую зависимость от технологических режимов. В данных пленках при низких температурах подложки преобладала графитоподобная компонента, а с ростом температуры подложки возрастало относительное содержание алма-зоподобной и полимерной компонент, но лишь до значений, характерных для пленок, полученных при рабочем давлении 7 10"л мм.рт.ст.

4. Область "критических" изменений свойств пленок лежит в диапазоне Г„=250-300*лс (см. рис. 5.14). В данной области температур подложки происходят качественные изменения соотношений долей лр"-гибридизованных атомов в пленке. Это приводит к существенному изменению ближнего порядка в расположении атомов и, как следствие, к существенному изменению свойств полученных пленок.

5. Для этих же пленок при температурах подложки ЮОЛС наблюдалась аномалия, связанная с изменением морфологии пленок. Немонотонное изменение концентрации "столбов" отражается как на в температурных зависимостях электропроводности, так и на ширине оптической щели (см.рис.5.14).

6. На данном этапе исследований не удалось достоверно идентифицировать зависимости свойств пленок а-С:Н от изменений на уровне подсистемы дефектов и изменений среднего порядка в расположении атомов.

171

100 150 200 250 3QD 350 400 450 500 1Q0 150 200 250 300 35D 400 450 500

Рис.5.14. Влияние структурной модификации на свойства пленок а-С:Н, полученных ионно-плазменным распылением графитовой мишени на постоянном токе: а - изменение компонентного состава пленок; б - зависимость электрических параметров; в - изменение морфологии пленок; г - зависимость оптической щели пленок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные в работе исследования позволили существенно расширить представления о возможностях метода структурной модификации свойств некристаллических полупроводников и установить высокую эффективность данного метода в приложении к пленкам гидрогенизированного углерода. В рамках проведенной работы установлено, что:

1. При использовании метода структурной модификации свойств некристаллических полупроводников возможно выделение четырех уровней изменения структуры:

- на уровне ближнего порядка в расположении атомов;

- на уровне среднего порядков в расположении атомов;

- на уровне морфологии;

- на уровне подсистемы дефектов.

Для управления свойствами пленок а-С:Н, полученных ионно-плазменным распылением графитовой мишени, структурная модификация свойств показана на трех уровнях: на уровне ближнего порядка в расположении атомов; на уровне морфологии и на уровне подсистемы дефектов.

2. Наиболее перспективными с точки зрения структурной модификации представляются методы, связанные с использованием твердого источника углерода. Так метод ионно-плазменного распыления

1 U U U с» графитовой мишени, примененный в данной работе, за счет воздействия на структуру позволяет в широких приделах изменять свойства ползАаемых пленок.

3. При всех исследованных изменениях технологических параметров ионно-плазменного распыления (рабочее давление газовой смеси с камере, высокочастотное распыление и распыление на постоянном токе) на зависимостях структурных характеристик и свойств получаемых пленок от температуры подложки при температурах 250-ЗООАС наблюдается область резких (не монотонных) изменений исследуемых характеристик.

4. Переход от высокочастотного распыления к распылению на постоянном токе при получении пленок а-С:Н при неизменном рабочем давлении газовой смеси не изменяет характера зависимости компонентного состава пленок от температуры подложки. При рабочем давлении 710'а Topp, при низких температурах подложки (7'„<250°С) существенную роль оказывают алмазоподобные и полимерные образования; при высоких температурах (Г„>300АС) существенно возрастает относительное содержание графитоподобных образований, а доли алмазоподобных и полимерных компонентов падают практически до нуля.

В противоположность этому, повышение рабочего давления газовой смеси приводит к качественному изменению рассматриваемых зависимостей. В пленках а-С:Н, полученных ВЧионно-плазменным распылением при рабочем давлении 0.1 Topp, при низких температурах подложки (J'„<250AC) преобладающими образованьями являются графитоподобные элементы, а при высоких температурах (J„>300°C) несколько возрастает относительное содержание алма-зоподобных и полимерных компонентов, но лишь до значений, характерных для пленок, полученных при тех же режимах, но при рабочем давлении 710"а Topp.

5. Применение феноменологической модели конденсации spACH„ (где wt=l,2,3; й=0,1,2,3,4) комплексов позволило показать, что увеличение давления в рабочей камере приводит к стабилизации 8рлСНп комплексов в разрядном промежутке, а увеличение температуры подложки приводит к частичному разрушению данных комплексов на поверхности роста и, вследствие этого, к возрастанию относительного содержания алмазоподобных и полимерных компонент.

6. Исследования, проведенные с помощью атомно-силовой микроскопии показали, что структура рассмотренных пленок неоднородна. В пленках были обнаружены включения с большей (чем у их окружения) микротвердостью, что соответствует алмазоподобным образованиям. Вторичное свечение пленок а-С:Н, возникающее после накачки азотным лазером (Я=337 им; Лр=3.7эВ), на качественном уровне подтвердило наличие во всех образцах алмазоподобной фазы, но низкая интенсивность свечения не позволила провести количественную оценку ее содержания.

7. Предложеьшая методика анализа функции радиального распределения атомов (ФРРА) некристаш1ических материалов, основанная на алгоритме нечеткой логики Беллмана - Заде с высокой степенью достоверности позволяет оценивать соотношение различных структурных группировок в исследуемом материале.

Проведенный с помощью данной методики анализ дифракционных данных пленок аморфного углерода показал, что во всех случаях ФРРА удовлетворительно описывается комбинацией трех структурных единиц (аналогов стрзАктурных единиц алмаза, графита и карбина) без привлечения четвертой "аморфной" фазы, которая использовалась для идентификации ФРРА до применения разработанной методики.

175

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить благодарность научному руководителю д.т.н. проф. Попову А.И. за предложенную тему, постоянный интерес к работе, полезные дискуссии и др. неоценимую помощь.

Автор благодарит д.ф.-м.н., проф. Терукова Е.И. (ФТИ им. Иоффе РАН) за предоставленные образцы; с.н.с. каф. полупроводниковой электроники МЭИ к.ф-м.н. Васильеву Н.Д. за содействие в проведении электронномикроскопических и электронографических исследований; доц. каф. кристаллографии и оптоэлектроники ИНГУ им. Лобачевского д.т.н. Мап1ина А.И за помощь в проведении исследований на атомно-силовом микроскопе; с.н.с. ГИСтиС д.ф.-м.н. Мащенко В.Е. за содействие в проведении исследований фотолюминесцентных свойств.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Воронцов, Владимир Анатольевич, 2001 год

1. Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. М: ВШ, 1968,487 с.

2. Советский энциклопедический словарь / под ред. A.M. Прохорова. -М.: Советская энциклопедия, 1983. 693 с.

3. Мотт П., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1982. - 662 с.

4. Kolomiets В.Т., Rukhyadev Yu.V., Shilo V.P. // J. Non-Cryst. Solids, 1971, v.5,p.402-414.

5. Schotmiller J.C., Волушап D.L., Wood C.J. // Appl. Phys., 1968, v.39, p.1163-1169.

6. Ампилогов B.H., Вихров СП., Добош М.В., Химинец В.В. // Изв. ВУЗов. Сер.: Физика, 1984, №5, с.57 60.

7. Owen А.Е., Spear W.E. // Phys and Chem. Of Glasses, 1976, v. 17, p. 174 192.

8. Спир У., Ле Комбер П. Фундаментальные и прикладные исследования материла, приготовленного в тлеющем разряде // в кн.: Физика гидрогенизированного аморфного кремния. М.: Мир, 1987, вып.1, С.85 - 155.

9. Properties of amorphous silicon, INSPEC. The institution of electrical engineers, London and New York, 1985, chap, b. Conductivity, p. 109 -150.

10. Eritzsche H.J. //Non-Cryst. Solids, 1987, v.97, p.95-100.

11. Голикова O.A., Домашевская Э.П., Казанин M.M., Кудоярова В.Х., Мездрогина М.М., Сорокина К.Л., Терехов В.А., Тростянский С.Н. // ФТП, 1989, T.23, в.З, с.450 455.

12. Голикова О.А., Казанин М.М., Кудоярова В.Х., Мездрогина М.М., Сорокина К.Л., Бабоходжаев У.С. // ФШ, 1989, т.23, вЛО, с.1737 -1740.

13. Голикова О.А. // ФШ, т.25, в.9, с.1517 1539.

14. Ovchinsky S.R. Proc. 7-tJi Int. Conf. On АтофЬоиз and Liquid Semiconductors / Ed. by W.E. Spear Edinburg, 1977, p.519 - 523.

15. Gomi Т., Hirose Y., Kurosu T. // Non-Ciyst. Solids, 1989, v.41, p. 3746.

16. Shmizu Т., Watanable I., Shiomi S. // Solid State Commun., 1981, v.38, p. 483 488.

17. O.V. Luksha Structural modification of thin amorphous chalcogenide films. Proceeding of "international workshop on advanced technologies of multicomponent solid films and structures", Uzhgorod, Ukraine, Sept. 28-30, 1994, p. 6 - 8.

18. А.И. Попов Структурная модификация стеклообразных и аморфных полупроводников. В кн. тезисы докладов научного семинара "новые идеи в физике стекла", М., 10 октября 1997, с.ЗО - 31.

19. А.А. Айвазов, В.Г. Будагян, СП. Вихров, А.И. Попов Неупорядоченные полупроводники -М.: Издательство МЭИ, 1995, 352 с.

20. Budinas Т., Mackus Р., Savytsky I., Shptyuk О. // Non-Cryst. Solids, 1987,v.90,p. 521.

21. Popov A.I., Domoryad I.A., Michalev N.I. // Phys. Sol. (a), 1988, v. 106, p.333.

22. Искусственный графит / B.C. Островский, Ю.С Виргильев, В.И. Костиков, Н.Н. Шинков М.: Металлургия, 1986 - 172 с.

23. Неницеску К.Д. Органическая химия, т.1 М.: ИЛ, 1962 - 863 с.

24. Кондратьев В.Н. // Успехи химии. 1967, т.26, №8, с. 861.

25. Коулсон Ч. Валентность. Пер. с англ. В.К. Быховского, Л.Н. Лаб-зовского / под. Ред. П. Д. Соколова- М.: Мир, 1965 426 с.

26. Темникова Т.П. Курс теоретических основ неорганической химии. М.: Химия, 1962 - 1006 с.

27. Федосеев Д.В., Дерягин Б.В., Варшавская И.Г., Семенова-Тян-Шанская А.С. Кристаллизация алмаза. М.: Наука, 1984,136 с.

28. Алмаз, справочник / Д.В. Федосеев, Н.В. Новиков, А.С. Вишневский, И.Г. Теремецкая Киев: "Наукова думка", 1981 - 78 с.

29. Aust R.B., Drickamer H.G. // Carbon: A New Crystalline Phase. Science, 1963, 140, № 3568, p. 817 - 819.

30. Sladkov A.M. // Soviet Scientific Reviews, 1981, v. 3, p. 75 110.

31. Станкевич И.В., Томилин О.В. // Высокомолекулярные соединения. Б. 1973, Т. 15, № 8, с.575-578.

32. Сладков A.M., Касаточкин В.И., Кудрявцев Ю.П., Коржак В.В. // Изв. АН СССР. Сер. хим., 1968, № 12, с.2697 2704.

33. Сладков A.M., Коржак В.В., Кудрявцев Ю.П., Касаточкин В.И. Диплом на открытие №107 от 6. XII1971 г. с приоритетом 4 XI1960 г. // Открытия СССР 1972 г., Бюл. изобр. 1972, № 6, с.З.

34. Вдовыкин Г.П. Углеродистое вещ:ество метеоритов: органические соединения, алмазы, графит, М.: Наука, 1967.

35. Е1 Goresy А., Donnay G. // Sciense, 1968, v.l61, р.3663.

36. Whittaker A. G. // Natm-e, 1978, v2766, №5689, p.695.

37. Сергушин И.П., Кудрявцев Ю.П., Элизен B.M., Садовский А.П., Сладков A.M., Нефедов В.П., Коржак В.В. // Журнал структурной химии, 1977, т. 18, №4. с.598 700.

38. Касаточкин В.И., Егорова О.И., Асеев Ю Г. // ДАН СССР, 1963, Т.151, №1.0.125- 126.

39. Сладков A.M., Локшин Б.В., Непочатных В.П., Коржак В.В. // Высокомолекулярные соединения, 1968, т.10, №6, с.1312 1318.

40. Nakamizo М., Kammereck R., Walker P.L. (Jr.) // Carbon, 1974, v. 12, №3,p.259-267.

41. E.Osawa, Kagaki//Kyoto, 1970,25, p.854;

42. Z.Yashida and E.Osawa // Kyoto, 1970, Aromaticity, p. 174.

43. Д.А.Бочвар, Е.Г.Гальперн, ДАН СССР, 209, с.610 (1973).

44. H.W.Kroto, JR.Heath, S C.O'Brien, R.F.Cnrl and R.E.Smalley, Nature, 318,p.l62 (1985).

45. W.Kratschmer, L.D.Lamb, K.Fostiroponlos and D.R.Hoffinan // Nature, 1990, 347, p.354.

46. P.R.Buseck, S.J.Tsipurski and R.Hettich // Science, 1992, 257, p.215.

47. V.F.Masterov, F.A.Chudnovski, S.V.Kozyrev et al. // Mol. Mat., 1994, 4,p.213.

48. В.Ф.Мастеров, Ф.А.Чудновский, А.З.Зайденберг и др. // СФХТ, 1993,6,0.1848.

49. A.F.Hebard, M.J.Rosseinsky, R.C.Haddon et al. // Nature, 1991, 350, p.600.

50. В.Ф.Мастеров, О.И.Коньков, А.В.Приходько и др. // Письма в ЖТФ, 1994, 20,в.5, с.17.

51. C.N.R.Rao and Ram Seshadri // MRS Bulletin, 1994, v.XIX, №11, p.28.

52. С.В.Козырев, В.В.Роткин // ФШ, 1993, 27, в.9, с.1409.

53. H.W.bCroto et al. //MRS Bulletin, 1994, v.XIX, N11, p.51.

54. D.W.Mmphy, M.J.Rosseinsky, R.M.Flenning et al. // J. Phys. Chem. Solids, 1992, 53, p. 1321.

55. В.Ф.Мастеров, Б.П.Попов, А.Б.Приходько // ФТТ, 1995, 37.

56. P.M.Allemand, K.C.Khemani, A.Koch et al. // Science, 1991, 253, p.301.

57. R.D.Johnson, P.S.Bethune and C.S.Jamroni, // Chem. Res., 1992, 25, p.169.

58. H.Sekine, H.Macda, M.Kosuge et al. // J.Appl.Phys., 1992, 72, p.5448.

59. E.Osawa, M.Yoshida, M.Fujita // MRS Bulletin, 1994, v.XIX, №11, p.33.

60. S. Iij ima//Nature, 1991, 354, p.56.

61. S.Iijima // MRS Bulletin, 1994, v.XIX, №11, p.43.

62. Бушуев Ю.Г., Персии М.И., Соколов В. A. Углерод углеродистые композиционные материалы. М.: Металлургия, 1994, 128с.

63. J.E. Butler and Н. Windischmann // MRS Bulletin, 1998, 23, p.22-27.

64. W.I. Mhie // in Pros, of Int. Conf. Asia Displey 98, p. 1143 - 1148.

65. Аморфные полупроводники, под. ред. Бродски М. М., Мир, 1982, С.416.

66. Арсеньев П.А., Попов А.И., Филиков В.А. Новые материалы в полупроводниковой электронике, М.: В.Ш., 1988, с.79.

67. A.R. Badzian and R.C.DeVries // MRS Bulletin, 1998, 23, p.385.

68. Черняев A.H. Технология производства интегральных схем и микропроцессоров, М.: Радио и связь, 1987, с. 456.

69. S. Shikata // MRS bulletin, 1998,23, p. 61-64.

70. К. Tanaka, Т. Yashiki, Т. Nakamura, Y. Kumazava, N. Fujimori and N. Urakawa // Sumitomo Elec. Tech. Rev. 33 (1992).

71. М. Nagai, Y. Yamamoto, К. Tanabe, Y. Kamazawa and N. Fujimori in Proc. Int. Symp. on Microelectronics, v.302 (1997).

72. H. Sakae, H. Aoyagi, M. Oura, H. Kimura, T. Ohta, T. Shiwaki, S. Yamamoto, H. Sigiyama, K. Tanabe, K. Kobachi and H. Kitamuro // Journal of Synchrotron Radiation, 4 (1997).

73. D.L. Dreifus, RJ. Higgins, R.B. Henard, R. Ahnar and L.P. Solie in 1997 IEEE Int. Ultrasonics Symp.

74. B.C. Djurbua, N.N. Chubun // IEEE Trans. Electron Devices 38, №10, (1991).

75. Z. Li Tolt, r.L. Fink, L.H. Thuesen, R. Robinder, L. Jacobs and Zvi Yaniv in Pros, ofbit. Conf. Asia Display '98 (1998).

76. V.V. Zhimov, E.I. Givargizov, A.V. Kandidov, B.V. Seleznev and A.N. Alimova//L Vac. Sci. Technol. B15 (1997).

77. A. Nishiyama, H. Yamashita, H. Yoshikawa, H. Yabe, K. Kitamura and K. Marumota in 5th Int. Conf. On New Diamond Technology and science, v. 11 (1997).

78. Kakmoki I. // Acta. Crystallography, v.l8, №3, p. 578-579.

79. Wang C.Z., Uo K.M., Chan C.T. // Phys. Rev. Lett., 1993, v.70, №5, p.611-614.

80. Franenheim Th., Blaudeck P., Stephan K., Jungnickel G. // Phys. Rev. B, 1993, V.48, №7, p.4823-4834.

81. Минаев B.C. Стеклообразные полупроводниковые сплавы. М.: Металлургия, 1991 г., с 407.

82. Минаев B.C. // Физика и химия стекла, 1996, т.22, №3, с.314 325.

83. Попов А.И. в кн.: Труды международной конференции "Аморфные полупроводники - 80", Кишинев, 1980, с. 150-153.

84. Попов А.И., Воронцов В.А., Попов И.А. // ФШ, 2001, т.35, в.6, с.665-670.

85. Popov A.I., Michalev N.I., Shemetova V.K. // Philosophical Magazine, V. B47, 1983, p. 73-81.

86. Стукач C.H. Взаимосвязь атомной структуры, морфологии и свойств гидрированных пленок углерода. Автореферат дисс. . к.т.н., Москва, 1996, 20 с.

87. Попов И.А. // Ф Ш, т.ЗО, 1996, с. 466-473.

88. Андриевский А.И., Набитович И.Д., Кринякович П.К. // Доклады АН СССР, Т.124,1959, с.321-323.

89. Андриевский А.И., Набитович И.Д. // Кристаллография, т.5, 1960, C.465 466.

90. Хохлов А.Ф., Машин A.M., Хохлов Д.А. // Письма в ЖЭТФ, т.67, 1998, С.646 649.

91. Машин А.И., Хохлов А.Ф. // ФШ, т.ЗЗ, 1999, с.1001-1004.

92. Phillips J.C. // J.Non-Crystalline Solids, v.34,1979, p.153-181.

93. Phillips J.C. // Inst. Phys. Stat. Solidi, v.BlOl, 1980, p.473-479.

94. Phillips J.C. // List. Phys. Conf. Ser., №3, ch.21,1979, p.705 708.

95. Capelleti R.L., Ymi S.S., Li H., Enzweiler R.N., Boolchand P. // Phys. Rev. В V.39, 1989, p.8702 8706.

96. Попов А.И. // Физика и химия стекла, т.20,1994, с.803 805.

97. Knights J.C, Lujan R.A. // Applied Physics Letters, v.35, 1979, p.214-216.

98. Лигачев B.A. Автореферат дисс. . докт. физ.-мат. наук., М., 1998, 40с.

99. Васильева Н.Д., Воронцов В.А., Лигачев В.А., Попов А.И. Структурная модификация пленок аморфного углерода в кн.: тезисы докладов всероссийского симпозиума "аморфные и микрокристаллические полупроводники", С-Пб., 5-9 июля, 1998, с. 14.

100. U.Stephan, Th.Frauenheim, P.Blaudeck and G.Jungnickel // Physical Rev.B, V.49, 1994, p.1489-1501.

101. Tsai H., Bogi D.B. // J.Vac.Sci.Techn. A, 1987, v.5, p.3287-3310.

102. Меден A., Шо M. Физика и применение аморфных полупроводников. М.: Мир, 1991, 670 с.

103. В.А.Васильев, Е.И.Теруков, И.П.Трапезникова. В.Е.Челноков // ФТП, 1996, т.ЗО, №9, с. 1621-1625.

104. Хокс П. "Электронная оптика и электронная микроскопия", М.: Мир, 1974,319 с.

105. Машин А.И., Чучмай И.А. Измерение зависимости силы межатомного взаимодействия от расстояния игла образец (F/S спектроскопия). Измерение и топографирование микротвердости поверхности образца (Z модуляция), Н.Повгород: НИОЦ СЗМ ИНГУ, 1999, 20с.

106. V.V.Sleptsov, A.M.Baranov, A.A.Kuzin, V.M.Elinson. Electrical and optical properties of carbon fihns. In book "Physics and Technology of Diamond Materials" / Polaron Pubhshers, Moscow, 1994, p.80-87.

107. T.Stoika, A.Dragomir et al. Optical properties of sputtering and glow discharge a-C:H fihns / Edited by M.Prelas et al. / Kluver Academic Publishers, 1995, p. 285-290.

108. Раков A.B. Спектрофотометрия тонкопленочных полупроводниковых структур. М.: Советское Радио, 1975, 176 с.

109. A.I. Popov, V.A. Ligachev, S.N. Stuokach. in Proc. Conf. "Microelectronic Manufacturing '94", 20 October 1994 Austin, Texas. Vol. 2337. p. 112-116.

110. А.Смит. Прикладная ИК спектроскопия. М.: Мир, 1982, 238 с.

111. G.Clark, R.Parsons. // Thin solid Fihns. 1993. V. 236. P. 67 71.

112. G. Schaarschmidt et al. // Mat. Sci. & Eng. 1991. A 140. 788 794.

113. V.E. Maschenko, V.M. Puzikov and A.V. Semenov // Phys. Status Solidi(a)145 (1994), p. 471.

114. Vanecek M., Kocka J., Triska A. // Solid State Communications, 1981, v.39,p. 1199-1202.

115. Den Boer W. // J. de Rhysique. Coll.4, 1981, v.42, Suppl. 10, p. 4451 -4454.

116. T.Mandel et al. // Appl. Phys. Lett., 1994, v.64, p. 3637 3639.

117. Попов A.M., Михалев Н.И. Атомная структура некристаллических полупроводников. М.: МЭИ, 1992, 96 с.

118. Вайнштейн Б.К. Структурная электронография. М.: Из-во, АП СССР, 1956, 583 с.

119. Татаринова Л.И. Электронография аморфных веществ. М.: Наука, 1972, 112 с.

120. L.Zadeh. // Fuzzy Sets and Systems, 1983, vol. 11, №3, p. 199 227.

121. Попов А.И., Лигачев В.А. Васильева П.Д., Стукач СП. в кн.: Труды украинского вакуумного общества, Киев: 1995, т.1, с.248-251.

122. Попов А.И., Лигачев В. А., Васильева Н.Д., Стукач СП. // Известия ВУЗов "Электроника", №3-4, 1997, стр.3-7.

123. А. Lettington. // 1988. SPIE vol.969. Diamond optics, p. 153 158.

124. Ligachov V.A. in Proc. 35th hit. CoUoq. TH Ihnenau, Ihnenau, DDR, 1990,Pt.IV,p.56-59.

125. Ligachov V.A., Popov A.I., Stuokach S.N. in Proc. Conf. "Optical Characterization Techniques in High Performance Device Manufacturing", 16 October 1996, Austin, Texas, USA, SPIE v.2877, p.46-50.

126. Сулеман X., Филиков B.A., Лигачев B.A., Васильева Н.Д. // Журнал технической физики, 1994, т.64, вып.8, с.35 41.

127. Knight J.C. Structural and chemical characterization of a-Si:H. in book: The Physics of hydrogenated amorphous sihcon. Part 1 / Ed. G. Jo-annopoulos and G. Lucosky. Springer-Verlag. 1984. 285 p.

128. Kleber R., Dworschak W., Gerber J. Et.al. // Materials Science & Engineering, A140,1991, p 775-779.

129. K. Kobashi, K. Nishimura, K. Miyata, Y. Kawate. // SPIE. 1988.Vol. 969. Diamond optics. P. 159 167.186

130. Н.Д. Васильева, В.А. Воронцов, А.И. Попов // Известия ВУЗов Электроника, 2001, №4, с. 5-11.

131. Kaiser W., Bond W.L. // Phys. Rev., v.ll5, p. 857-863.

132. Evants T. // The properties of natural and synthetic diamonds. Academic press ed.: Field J.E., London, 1992, p. 259-289.

133. Davies G. // J. Phys., 1976, C9, L537-L542.

134. Чайковский E.G., Пузиков B.M., Семенов A.B. // Кристаллография, 1981, т.26, с. 219.

135. Puzikov V.M., Semenov A.V. // Surface science and coaching technology, 1991, v.47, p. 445 448.

136. Зарецкий C H. Вторичное свечение в пленках тетраэдрического углерода при лазерном возбуждении. Автореферат дисс. . к.ф.-М.Н., Москва, 1998, 17 с.

137. Bridges F., Devies G., Robertson J. // J. Phys. Condensed Matters, 1990, v.2,p.2875-2928.