mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2014-2-104-108mateltech-129Research ArticleМатериаловедение и технология. Магнитные материалыMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. MAGNETIC MATERIALSОСОБЕННОСТИ ИОННО–ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ С ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ РЕАКТИВНОГО ИОННО–ЛУЧЕВОГО ТРАВЛЕНИЯProperties of Ion–Electron Emission from the Surface of Semiconductor Material During Reactive Ion–Beam EtchingКурочкаА. С.KurochkaA. S.

 кандидат техн. наук, инженер 

Cand. Sci. (Eng.), Engineer 

aka_72@bk.ruСергиенкоА. А.SergienkoA. A.

кандидат техн. наук, доцент 

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor 

kramz@fryazino.netКурочкаС. П.KurochkaS. P.

кандидат техн. наук, доцент 

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor 

kursp@bk.ruКолыбелкинВ. И.KolybelkinV. I.

инженер 

Engineer 

ОАО «НПП «ИСТОК» им. А. И. Шокина», ул. Вокзальная, д. 2а, Фрязино, Московская область, 141190, РоссияРоссияJSC «RPC «Istok» named after Shokin», 2A Vokzalnaya Str., Fryazino, Moscow Region 141190, RussiaRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС», Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049, РоссияРоссияNational University of Science and Technology «MISiS», 4 Leninskiy prospekt, Moscow 119049, RussiaRussian Federation20142506201502104108Copyright © Курочка А.С., Сергиенко А.А., Курочка С.П., Колыбелкин В.И., 20152015Курочка А.С., Сергиенко А.А., Курочка С.П., Колыбелкин В.И.Kurochka A.S., Sergienko A.A., Kurochka S.P., Kolybelkin V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/129

Рассмотрены существующие методы диагностики поверхности твердых тел при ионно−плазменных процессах. Установлено, что наиболее эффективным методом оценки состояния поверхности, определения перехода процесса травления от одного слоя к другому и окончания процесса травления является регистрация ионно−электронной эмиссии в процессе ионно−лучевого травления. Представлены результаты исследований значения тока вторичных электронов при ионно−лучевом травлении различных полупроводников. Приведена электрическая схема эксперимента, описан узел регистрации вторичных электронов. Экспериментально определены зависимости тока вторичных электронов от ширины запрещенной зоны Eg и высоты потенциального барьера (сродства к электрону) χ полупроводниковых материалов Ge, Si, GaAs, GaP, SiC. Четко выраженной зависимости интегрального сигнала ионно−электронной эмиссии от Eg и χ не установлено. Показано, что в условиях ионно−лучевого травления под влиянием поверхностного потенциала происходит проникновение электрического поля в объем полупроводника, что приводит к смещению уровней энергии электронов в приповерхностном слое 

и изменению значения тока вторичных электронов за счет возникновения автоэлектронной эмиссии. Установлено, что сигнал ионно−электронной эмиссии для кремния n−типа проводимости выше, чем для кремния p−типа. Представлена модель ионно−электронной эмиссии с поверхности полупроводников в условиях ионно−лучевого травления, состоящая из: эмиссии с участием электронов зоны проводимости, эмиссии за счет прямого перехода электронов системы ион — атом, автоэлектронной эмиссии под влиянием поверхностного потенциала. 

The existing methods of diagnosis of solid surfaces in ion− plasma processes have been analyzed. We found that the most efficient method of estimating surface condition, determining the transition of the etching process from one layer to another and determining the end of the etching process is the registration of ion−electronic emission during ion−beam etching. Results on secondary electron current for ion beam etching of various semiconductors have been reported. We show the experimental setup and describe the electric circuit for the detection of secondary electrons. An experimental study has been carried out to determine the dependence of secondary electron current on the band gap Eg and the height of the potential barrier (electron affinity) χ of Ge, Si, GaAs, GaP and SiC semiconductor materials. We found no clearly expressed dependence of integral signal of ion−electronic emission on Eg and χ. We show that under the conditions of ion beam etching under the influence of the surface potential the electric field penetrates in the semiconductor volume, leading to a shift in the energy levels of electrons in the surface layer and a change in the secondary electron current due to the appearance of autoelectronic emission. We found that the signal of ion−electronic emission in n−type silicon is higher than in p−type silicon. A model of ion−electronic emission from the surface of semiconductors is presented for the conditions of ion−beam etching, consisting of: emission with the participation of conductivity band electrons, emission due to the direct transition of electrons in the ion – atom system, and autoelectronic emission under the influence of surface potential. 

ионно−электронная эмиссияионно−лучевое травлениеток вторичных электроновавтоэлектронная эмиссиясродство к электронуповерхностные электронные состоянияобласть пространственного заряда.ion−electronic emissionion−beam etchingsecondary electron currentautoelectronic emissionelectron affinitysurface electron statesthe space charge region.ReferencesКиреев, В. Ю. Введение в технологии микроэлектроники и нанотехнологии / В. Ю. Киреев. − М. : ФГУП «ЦНИИХМ», 2008. – 428 с.Киреев, В. Ю. Введение в технологии микроэлектроники и нанотехнологии / В. Ю. Киреев. − М. : ФГУП «ЦНИИХМ», 2008. – 428 с.Броудай, И. Физические основы микротехнологии / И. Броудай, Дж. Мерей − М. : Мир, 1985. − 496 с.Броудай, И. Физические основы микротехнологии / И. Броудай, Дж. Мерей − М. : Мир, 1985. − 496 с.Ковалев,А.Н.Современныенаправленияипроблемысоздания полевых транзисторов на AlGa N/GaN−гетероструктурах / А. Н. Ковалев // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2002. − No 2. − С. 4—15.Ковалев,А.Н.Современныенаправленияипроблемысоздания полевых транзисторов на AlGa N/GaN−гетероструктурах / А. Н. Ковалев // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2002. − No 2. − С. 4—15.Орликовский, А. А. Диагностика in situ плазменных технологических процессов микроэлектроники: современное состояние и ближайшие перспективы / А. А. Орликовский // Микроэлектроника. − 2001. − Т. 30. − No 5. − С. 323—344.Орликовский, А. А. Диагностика in situ плазменных технологических процессов микроэлектроники: современное состояние и ближайшие перспективы / А. А. Орликовский // Микроэлектроника. − 2001. − Т. 30. − No 5. − С. 323—344.Коронкевич,В.П.Современныелазерныеинтерферометры / В. П. Коронкевич, В. А. Ханов. − М. : Наука, 1985. − 180 с.Коронкевич,В.П.Современныелазерныеинтерферометры / В. П. Коронкевич, В. А. Ханов. − М. : Наука, 1985. − 180 с.Митрофанов, Е. А. Масс−спектрометрические методы контроля технологических процессов травления и формирования пленок / Е. А. Митрофанов, Ю. П. Макшев // Вакуумная техника и технология. − 1992. − Т. 11. − No 4. − С. 59—68.Митрофанов, Е. А. Масс−спектрометрические методы контроля технологических процессов травления и формирования пленок / Е. А. Митрофанов, Ю. П. Макшев // Вакуумная техника и технология. − 1992. − Т. 11. − No 4. − С. 59—68.Дудин, С. В. Диагностика плазменных технологических схем: методическое пособие по курсу С. В. Дудин, А. В. Зыков, В. И. Фареник. − Харьков : Харьковский нац. ун−т им. В. Н. Казина, 2009. − 32 с.Дудин, С. В. Диагностика плазменных технологических схем: методическое пособие по курсу С. В. Дудин, А. В. Зыков, В. И. Фареник. − Харьков : Харьковский нац. ун−т им. В. Н. Казина, 2009. − 32 с.Курочка, А. С. Особенности электронной эмиссии для контроля процесса реактивного ионно−лучевого травления пленочных гетерокомпозиций: дисс. ... канд. тех. наук / А. С. Курочка − М., 2013. − 149 с.Курочка, А. С. Особенности электронной эмиссии для контроля процесса реактивного ионно−лучевого травления пленочных гетерокомпозиций: дисс. ... канд. тех. наук / А. С. Курочка − М., 2013. − 149 с.Петров,Н.Н.Эмиссионныепроцессыприионнойбомбардировке твердых тел / Н. Н. Петров // XXII конф. по эмиссионной электронике. – М., 1994. – Т. 1. – С. 9.Петров,Н.Н.Эмиссионныепроцессыприионнойбомбардировке твердых тел / Н. Н. Петров // XXII конф. по эмиссионной электронике. – М., 1994. – Т. 1. – С. 9.Сергиенко, А. А. Особенности кинетической ионно− электронной эмиссии с поверхности металлических и полупроводниковых пленочных материалов в процессе ионно−лучевого травления: дисс. ... канд. техн. наук. / А. А. Сергиенко − М. : МИСиС, 2006. − 144 c.Сергиенко, А. А. Особенности кинетической ионно− электронной эмиссии с поверхности металлических и полупроводниковых пленочных материалов в процессе ионно−лучевого травления: дисс. ... канд. техн. наук. / А. А. Сергиенко − М. : МИСиС, 2006. − 144 c.Симакин, С. Б. Неразрушающий контроль процесса ионно−лучевого травления наноразмерных гетероструктур / С. Б. Симакин, А. А. Сергиенко, Г. Д. Кузнецов, А. С. Курочка, С. П. Курочка, Ю. А. Ходос, Н. А. Харламов, М. А. Пушкарев // Заводская лаборатория. − 2011. − Т. 77. − No 3. − С. 28—34.Симакин, С. Б. Неразрушающий контроль процесса ионно−лучевого травления наноразмерных гетероструктур / С. Б. Симакин, А. А. Сергиенко, Г. Д. Кузнецов, А. С. Курочка, С. П. Курочка, Ю. А. Ходос, Н. А. Харламов, М. А. Пушкарев // Заводская лаборатория. − 2011. − Т. 77. − No 3. − С. 28—34.Гольдберг, Ю. А. Омический контакт металл—полупроводник АIIIBV: методы создания и свойства / Ю. А. Гольдберг // ФТП. − 1994. − Т. 28, вып. 10. − С. 1681—1698.Гольдберг, Ю. А. Омический контакт металл—полупроводник АIIIBV: методы создания и свойства / Ю. А. Гольдберг // ФТП. − 1994. − Т. 28, вып. 10. − С. 1681—1698.Киселев,В.Ф.Основыфизикиповерхноститвердоготела / Киселев В. Ф., Козлов С. Н., Затеев А. В. − М. : МГУ, 1999. − 284 c. 14. Добрецов, Л. Н. Эмиссионная электроника / Л. Н. Добрецов, М. В. Гомоюнова − М. : Наука, 1996. − 564 c.Киселев,В.Ф.Основыфизикиповерхноститвердоготела / Киселев В. Ф., Козлов С. Н., Затеев А. В. − М. : МГУ, 1999. − 284 c. 14. Добрецов, Л. Н. Эмиссионная электроника / Л. Н. Добрецов, М. В. Гомоюнова − М. : Наука, 1996. − 564 c.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.