Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск
№ 2 (2014)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2014-2

Материаловедение и технология. Полупроводники

81-86 421
Аннотация

Методами ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии и спектроскопии ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения с использованием синхротронного излучения исследованы структуры КНИ (кремний−на−изоляторе) с растянутым и нерастянутым слоями кремния. Выявлена заметная перестройку электронно−энергетического спектра и локальной парциальной плотности состояний как в валентной зоне, так и в зоне проводимости растянутого слоя кремния структуры КНИ. На основе анализа Si L2,3 спектров USXES показано уменьшение энергетического расстояния между точками L′2v и L1v  в валентной зоне растянутого слоя кремния, в котором наблюдался и сдвиг первых двух максимумов первой производной спектра XANES в сторону больших энергий относительно дна зоны проводимости Ес. Обнаружено, что при этом стоячие рентгеновские волны синхротронного излучения нанометрового диапазона длин волн  (λ ~ 12—20 нм) формируются в структурах кремний−на−изоляторе как с растянутым, так и с нерастянутым нанослоем кремния. Более того, установлено, что изменение угла скольжения синхротронного излучения θ на 2° приводит к смене фазы электромагнитного поля на противоположную. 

86-91 426
Аннотация

Получены порошки термоэлектрического материала Bi0,5Sb1,5Te3 p−типа проводимости методом спиннингования расплава (сверхбыстрой закалки из жидкого состояния). Определены их структурные и размерные характеристики. Установленная кристаллографическая группа и параметры решетки порошкового материала соответствуют материалу p−Bi0,5Sb1,5Te3, закристаллизованному в равновесных условиях, что свидетельствует об идентичности их кристаллической структуры. Из порошков методами горячего вакуумного прессования и искрового плазменного спекания скомпактированы образцы. Установлено, что при компактировании спиннингованных порошков p−Bi0,5Sb1,5Te3 возможно возникновение частичной аксиальной текстуры [001], направленной вдоль оси приложения давления. Электрофизические и термоэлектрические свойства образцов измерены в направлении, перпендикулярном к оси приложения давления, в диапазоне температур 100—700 К. Показано, что образцы, приготовленные указанными методами, обладают низкой теплопроводностью, сохраняя при этом значения электропроводности и коэффициента Зеебека, сравнимые с аналогичными величинами для традиционных закристаллизованных материалов. За счет этого термоэлектрическая эффективность достигает значений 1,05—1,15 при 330— 350 К, что говорит о высокой перспективности применения указанных технологий. 

Материаловедение и технология. Диэлектрики

92-98 470
Аннотация

Разработка и поиск новых перспективных материалов группы лантангаллиевого силиката с уникальными термическими свойствами имеет большое значение для развития акустоэлектроники на основе объемных
и поверхностных акустических волн. Процессы возбуждения и распространения поверхностных акустических волн в La3Ga5,3Ta0,5Al0,2O14 исследованы методом двухкристальной рентгеновской дифрактометрии на источнике синхротронного излучения BESSY II. На основе анализа дифракционных спектров акустически промодулированных кристаллов продемонстрировано, что интенсивности дифракционных сателлитов на кривой качания кристалла ЛГТА изменяются по осциллирующему закону с увеличением амплитуды входного сигнала на ВШП (увеличение амплитуды ПАВ). На основе анализа дифракционных спектров определены скорости распространения ПАВ в Y−срезе (V = 2220 м/с), X−срезе (V =  2340 м/с) и yxl/+36°−срезе кристалла ЛГТА (V = 2622 м/с). Проведено исследование распределения дифрагированной рентгеновской интенсивности по поверхности кристалла, промодулированного ПАВ, что позволило построить карту распределения акустического волнового поля на поверхности Y−, X− и yxl/+36°−срезов кристалла LGTA. Продемонстрировано, что в кристалле ЛГТА отсутствует снос потока акустической энергии в Y−срезе, а в X− и yxl/+36°−срезах снос потока акустической энергии составляет 6,3° и 4,0° соответственно. 

Материаловедение и технология. Магнитные материалы

99-103 416
Аннотация

Mn—Zn−ферриты широко применяют в радиоэлектронике. Однако при получении по стандартной технологической схеме в ферритах формируется текстура вдоль оси прессования, значительно снижающая их магнитную проницаемость и вызывающая анизотропию свойств. Различие магнитной проницаемости вдоль и поперек оси прессования из−за текстуры достигает 10—20 %. Текстура в сырых заготовках, полученных прессованием, обусловлена пластинчатой формой ферритовых частиц и ориентацией кристаллографических осей [111] вдоль оси прессования. В процессе спекания степень текстуры увеличивается из−за преимущественного роста ориентированных при прессовании частиц за счет неориентированных. В результате в спеченном феррите формируется ось легкого намагничивания, совпадающая с осью прессования. Ферритовые изделия большинства типоразмеров изготавливают так, чтобы магнитные силовые линии при их эксплуатации не совпадали с осью прессования, что значительно снижает их эксплуатационные параметры. Для уменьшения текстуры в настоящей работе использована короткая технологическая схема (КТС), включающая только одну термическую обработку — спекание заготовок, спрессованных непосредственно из смеси исходных ферритообразующих оксидов, частицы которых слабо ориентируются при прессовании. Показано, что получение изотропных Mn—Zn−ферритов с требуемыми магнитными свойствами по КТС возможно при использовании добавок оксида висмута и более сложного состава связующего вещества при прессовании взамен обычно употребляемого поливинилового спирта. 

104-108 384
Аннотация

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. 

Моделирование процессов и материалов

109-115 410
Аннотация

Предложена модель, имитирующая эволюцию структуры слоя SiOm (m < 2) толщиной порядка 3—30 нм и формирование в нем нанокластеров кремния в процессе термического отжига при температурах 900—1200 °С. Модель не принимает в расчет кристалличность или аморфность структуры нанокластера. Трехмерный клеточный автомат (КА) на кубической сетке, построенный в программе SoftCAM, является синхронным, не использует блочную окрестность Марголуса и открыт для внедрения данных ab initio расчетов SixOy−кластеров. Состояние ячейки КА задано тремя переменными (x, y, z), принимающими значения 0, 1, 2, ..., 255 и соответствующими числу атомов кремния, кислорода и условному свободному объему в ячейке с ребром 0,54 нм, а также четвертой переменной δ, принимающей значения 0, 1, 2 и соответствующей принадлежности ячейки нанокластеру, матрице SiOx или границе между ними. Функции локального перехода КА определены из следующих соображений: 

1) для каждой ячейки вычисляется скаляр «свободная энергия», аналогичный термодинамическим потенциалам, поскольку зависит только от состояния ячейки; 2) «свободная энергия» есть сумма трех энергий: внутренней U(x, y), упругой G(z) и поверхностной E(δ); 3) обмен вещества между ячейками определяется вероятностями, зависящими от разности «свободных энергий» по соотношению Ферми—Дирака. В модели отслежена динамика общего числа нанокластеров, их средний размер и среднее расстояние между ними. Установлено, что результаты моделирования согласуются с имеющимися в литературе экспериментальными данными. 

116-121 357
Аннотация

Для создания газоаналитических сенсоров традиционно применяют неорганические материалы, но в последнее время интенсивно исследуют пленки электропроводящих полисопряженных органических полимеров, которые с успехом могут быть использованы в качестве газочувствительного слоя. 

К таким материалам относится полимер полиакрилонитрил (ПАН). Рассмотрены газочувствительные свойства пленок ПАН и медьсодержащего ПАН в рамках метода QSPR (quantitative structure—property relationship). Предложены линейно− регрессионные модели, позволяющие прогнозировать сопротивление, толщину исследуемых пленок и значения коэффициента газочувствительности пленок ПАН и медьсодержащего ПАН на основе дескрипторов, учитывающих технологические и структурные параметры формирования материала чувствительного слоя сенсора газа. Установлено, что построенные модели имеют высокие статистические данные (коэффициент корреляции, коэффициент детерминации, критерий Фишера, объясненная дисперсия) и позволяют с достаточно высокой надежностью в рассматриваемом интервале технологических режимов прогнозировать указанные характеристики полученного материала. На основе результатов моделирования сделан вывод, что для газочувствительности пленок медьсодержащего ПАН определяющими параметрами являются содержание сопряженных связей и толщина пленки, которая, в свою очередь, определяется температурой ИК−отжига и массовой долей модифицирующей добавки. QSPR−подход позволяет получить уравнение с высокими предсказательными возможностями и с ограниченным числом дескрипторов, описывающих главные свойства. 

Эпитаксиальные слои и многослойные композиции

122-127 416
Аннотация

Изучены механизмы образования грубой бугорчатой поверхности для наиболее распространенной контактной металлизации к n−типу нитрида галлия — многослойной системе Ti/Al/Ni/Au,
а также пути уменьшения этого недостатка, который создает проблемы при проведении последующей литографии. Исследовано образование во время отжига шероховатой поверхности при взаимодействии металлов в многослойных металлизациях Ti/Al/Ni и Ti/ Al/Ni/Au. Повышение поверхностного сопротивления обоих металлизаций с ростом температуры отжига объяснено взаимной диффузией металлов, ростом степени их взаимодействия с образованием различных их интерметаллических соединений, имеющих существенно большее удельное сопротивление, чем исходные металлы. Подтверждено наличие в исследуемой трехслойной металлизации Ti/Al/Ni после отжига следующих основных фаз: NiTi, Al3Ti, и Ni2Al3. Обнаружен рост шероховатости поверхности после отжига. Куполообразных выпуклостей, какие образуются у многослойной металлизации Ti/Al/ Ni/Au, на поверхности не выявлено. Эту гипотезу подтверждает каплеобразование в сплаве алюминия с никелем. Количество образующейся при отжиге жидкой фазы Au–Al, являющейся причиной образования грубой поверхности металлизации Ti/Al/Ni/Au, удалось, уменьшить снизив толщину слоя золота до минимума, при котором контраст элементов металлизации по отношению к поверхности полупроводника достаточен для самосовмещения при электронной литографии. Показано, что слой золота толщиной 50 нм достаточно для получения необходимого контраста. При такой толщине золота морфология поверхности значительно улучшилась: шероховатость уменьшилась с 300 до 80 нм, и поверхность стала блестящей. 

Наноматериалы и нанотехнологии

128-133 410
Аннотация

Из золей в микрообъемах пористого кремния получены оксиды олова, железа и никеля. Морфология образцов изучена с помощью атомно−силовой микроскопии. Поперечные срезы пористого кремния исследованы с помощью метода сканирующей электронной микроскопии. Электрические свойства изучены методом спектроскопии импеданса в условиях изменения газовой среды и температуры детектирования газов−реагентов. В полулогарифмических координатах построены зависимости реальных и мнимых компонент комплексного сопротивления. Для обработки экспериментальных данных импеданса использован метод комплексной плоскости. Годографы импеданса проанализированы с помощью программ, написанных в среде LabVIEW. Экспериментальные данные спектроскопии импеданса интерпретированы в терминах «эквивалентной электрической схемы». Для описания резистивно− емкостных свойств нанокомпозиционных материалов в эквивалентной схеме использован элемент постоянной фазы. Рассчитано характеристическое время накопления заряда в атмосфере воздуха и в присутствии восстанавливающих газов. Значения чувствительности к восстанавливающим газам при температуре детектирования 300 °С в диапазоне частот от 1 Гц до 500 кГц рассчитаны двумя способами по реальной и мнимой компонентам комплексного сопротивления. Сопоставлены сенсорные характеристики металлооксидных пленок, полученных на подложках монокристаллического и пористого кремния, а также на стеклянных подложках. 

134-142 574
Аннотация

Теоретически изучена структура и электронно−энергетическое строение металлоуглеродных нанокомпозитов на основе пиролизованного полиакрилонитрила (ППАН), легированного атомами меди, кремния, железа, кобальта, никеля, с использованием неэмпирического метода функционала плотности. Определено влияние азота, входящего в состав ППАН, на стабильность нанокомпозитов и их проводящее состояние. Методом РФА экспериментально изучена структура, а также исследованы электрофизические свойства нанокомпозитов, полученных под действием ИК−нагрева на основе ПАН и соединений соответствующих металлов. Установлено, что в результате обработки прекурсоров, представляющих собой системы ПАН− МеR (где Ме — Cu, Co, Ni, Fe; R — хлорид ион, ацетат−ион), формируются металлоуглеродные нанокомпозиты, в которых наночастицы металлов равномерно распределены в нанокристаллической углеродной матрице на основе ППАН. Показано, что электропроводность металлоуглеродных нанокомпозитов носит активационный характер, определяется температурой синтеза нанокомпозитов и изменяется от 10−1 до 103 См/см в интервале температур получения Т = 600÷900 °С. Энергия активации проводимости также определяется температурой синтеза, что объясняется изменениями в структуре и химическом составе получаемых материалов. Установлено, что результаты расчета энергетических характеристик нанокомпозита согласуются с экспериментом. 

Физические свойства и методы исследования

143-147 386
Аннотация

Методами просвечивающей электрон- ной микроскопии, нестационарной спектроскопии глубоких уровней и фотолюминесценции проведено ком- плексное исследование структуры и электронных свойств дефектов, воз- никающих на границе соединения разориентированных пластин Si(001) n−типа проводимости. Установлено, что основными выявленными де- фектами являются дислокационные структуры двух видов: ортогональная сетка дислокаций, состоящая из двух семейств винтовых дислокаций, и зигзагообразные смешанные дис- локации. Выявлено, что наблюдаемые дислокационные структуры являются источником интенсивной люминес- ценции, спектр которой значительно отличается от стандартного спектра дислокационной люминесценции при всех исследуемых углах поворотной разориентации пластин Si. Показано, что при увеличении угла разориен- тации происходит сильная транс- формация спектров дислокационной люминесценции, которая заключается в изменении формы спектров и умень- шении интегральной интенсивности люминесценции. Методом нестацио- нарной спектроскопии глубоких уров- ней в исследуемых образцах выявлено наличие глубоких центров, концентра- ция которых возрастает с увеличением угла разориентации пластин. Уста- новлено, что обнаруженные глубокие центры связаны с наблюдаемыми методом просвечивающей электрон- ной микроскопии дислокационными структурами. 

148-151 401
Аннотация

Исследовано структурное состояние пленок GexSi1−x, выращенных на подложках Si вицинальной ориентации (1 1 13), отклоненной вокруг направления [11−0] на угол 6,2° от сингулярной ориентации (001). В пленках GexSi1−x содержание германия х в различных образцах составляло от 0,083 до 0,268. С помощью развитой авторами методики определения структурных параметров эпитаксиальных слоев по данным рентгеновской дифрактомерии проанализированы триклинные искажения, возникающие в кристаллической решетке пленки. Установлено, что в процессе эпитаксии решетка пленки поворачивается вокруг направления поверхностных ступеней в результате накопления в границе раздела дислокаций несоответствия, скользящих в плоскости (111). Дислокации с общим вектором Бюргерса типа а/2<110>, не параллельным границе раздела, формируют аналог малоугловой границы. Значение угла разворота ψ прямо пропорционально плотности дислокаций несоответствия. Природа этого явления связана с уменьшением симметрии границы раздела, что приводит к изменению эффективности снятия несоответствия дислокациями, принадлежащими к разным дислокационным семействам. Рассмотрено участие этих семейств в процессе образования малоугловой границы. Для направлений [13 13 2−] и [1−10], лежащих в границе раздела (1 1 13), определены экспериментальные значения углов разворота ψ и сдвиговой деформации. Представлено сравнение экспериментальных и расчетных значений ψ для направления [13 13 2−]. 



ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)