Представлен обзор, посвященный технологии формирования трехмерных структур в подложках карбида кремния. Технологически эта задача решается ионно−стимулированным плазмо-химическим травлением в различных его вариациях, и наиболее успешно — с помощью источника с индуктивно связанной плазмой (ICP).
Карбид кремния состоит из кремния и углерода, которые в реакции со фтором образуют летучие фториды. Реакция травления идет при взаимодействии кремния и углерода с активными радикалами и ионами фтора. Поэтому для плазмохимического травления карбида кремния используют фторсодержащий газ, в большинстве случаев — шестифтористую серу SF6 (часто с добавкой кислорода и иногда аргона). В качестве масок при плазмохимическом травлении карбида кремния применяют материалы, не взаимодействующие с фтором. Преимущественно это пленки металлов Cu, Al и Ni, реже — пленки оксида кремния.
Особо важное технологическое направление, связанное с плазмохимическим травлением подложек SiC с нанесенными на них эпитаксиальными слоями GaN, — это получение в них сквозных отверстий и их последующая металлизация.
Приведены примеры использования источников ICP для формирования трехмерных структур с микро− и наноразмерами в карбиде кремния.
В том числе рассмотрено формирование сквозных отверстий в подложках карбида кремния с эпитаксиальными слоями нитрида галлия.Материаловедение и технология. Полупроводники
Рассмотрены особенности легирования кристаллов электрически активными примесями методом термомиграции (ТМ) двух− и трехкомпонентных жидких зон в сравнении с диффузионным легированием (на примере кремния).
Установлено, что концентрационный диапазон легирования миграцией двухкомпонентной зоны значительно уже диапазона легирования диффузией. Введение в жидкую фазу третьего компонента позволяет расширить диапазон легирования термомиграцией до значений, превышающих диапазон легирования той же примесью методом диффузии. Применительно к кристаллам кремния указанная технологическая особенность метода ТМ обеспечивается при использовании трехкомпонентных зон GaxAl1−xSi и SnxAl1−xSi.
Показано, что скорость легирования кристаллов методом ТМ в технологически значимых ситуациях на порядки превышает скорость легирования диффузией. Слои, легированные термомиграцией стабильно движущихся жидких зон, структурно более совершенны, чем диффузионные слои. Показано, что легирование методом ТМ может быть реализовано в технологии получения полупроводниковых приборных структур при условии, что их планарные размеры и толщины составляют десятки микрометров и более.
Представлены экспериментальные результаты, показывающие возможность получения кремния марки «солнечный» путем рекристаллизации металлургического кремния в легкоплавких металлах, например олове, и выращиванием из полученных чешуек, после их дополнительной химической подготовки, монокристалла кремния по методу Чохральского. Проведены эксперименты по очистке легкоплавкого металла (олова) после завершения цикла получения кремниевых чешуек с целью повторного его использования. Очистка олова осуществлена методом вакуумной дегазации расплава олова, его фильтрацией, а затем зонной перекристаллизацией. Качественный и количественный анализ исходных материалов кремния и олова и их состав после различных стадий технологического процесса осуществлены методом рентгенофлуоресцентного анализа. Структурные особенности полученных кремниевых чешуек исследованы методом растровой электронной микроскопии. Проведены измерения типа электропроводности методом горячего зонда и удельного электрического сопротивления полученного монокристаллического слитка кремния четырехзондовым методом. Показано, что выращенный монокристаллический слиток имеет состав по кремнию ≥ 99,999 % (вес.), n−тип проводимости, его удельное электрическое сопротивление составляет не менее 2 Ом • см. Описанные параметры соответствуют кремнию марки «солнечный» и подтверждают возможность его получения из металлургического кремния путем рекристаллизации в легкоплавких металлах, например олове.
Материаловедение и технология. Диэлектрики
Представлена серия экспериментальных исследований с целью подтверждения основных теоретических аспектов ионно−электронной эмиссии. Установлена возможность практической реализации метода оперативного контроля процессов реактивного ионно−лучевого травления различных диэлектрических тонкопленочных материалов электронной техники. Проведена серия экспериментов по изучению электронной эмиссии на специально сформированных тонкопленочных многослойных гетерокомпозициях: Si3N4/Si, Ta2O5/Al/Si and Al/TiO2/Si.
Приведена оценка влияния наведенного поверхностного потенциала в диэлектрической пленке на интегральный сигнал вторичных электронов при реактивном ионно−лучевом травлении. Обоснована зависимость эмиссионных свойств тонких диэлектрических пленок от электрического поля, образованного в диэлектрике поверхностным потенциалом, наводимым ионным пучком в процессе реактивного ионно− лучевого травления.
Отмечено, что уровень тока вторичных электронов с поверхности диэлектрических пленок, осажденных на подложки из различных материалов, отличается по величине, т. е. определяется эмиссионными свойствами подложки. Показано, что напряженность электрического поля, возникающая в диэлектрической пленке под влиянием наведенного потенциала, создает предпосылки для возникновения малтеровской эмиссии, определяемой свойствами собственно диэлектрика и свойствами подложки.
Материаловедение и технология. Магнитные материалы
Магнитоимпедансный эффект в ферромагнитных аморфных микропроводах является идеальной основой для разработки высокочувствительных сенсоров слабых магнитных полей с разрешением до нескольких микроэрстед. Приведены результаты исследования температурной зависимости сигнала датчиков с магниточувствительным элементом на основе аморфных кобальт−содержащих микропроводов с геликоидальной магнитной анизотропией. Также рассмотрено и влияние температурной обработки на недиагональный магнитоимпеданс (МИ) в них. Установлено; что определенные режимы отжига МИ−датчиков; включающих микро-провод с электрическими контактами и детектирующую катушку; увеличивают чувствительность выходного сигнала к осевому внешнему магнитному полю и уменьшают его зависимость от температуры. В процессе изучения данного явления была разработана методика термической обработки датчиков на основе аморфных микропроводов и проведено исследование влияния режимов отжига на чувствительность и температурную стабильность недиагонального магнитоимпеданса в микропроводах. После проведения термообработки при температуре отжига 160 °С в течение 2—3 мин наблюдали увеличение чувствительности датчиков к осевому внешнему полю на 25 % и снижение зависимости сигнала от температуры почти в 2 раза. Эти изменения связаны с релаксацией внутренних напряжений; которые определяют эффективную магнитную анизотропию аморфного МИ−провода.
Физические свойства и методы исследования
Описаны методы и результаты исследования структуры и морфологии поверхности дифенил−2,2',4,4'−тетраамина, полученные при создании тонкопленочной мишени пироэлектрического электронно−оптического преобразователя (пироЭОПа). Квантово−химическое моделирование (HF/MP2, базис cc−pVDZ) свойств единичной молекулы дифенил−2,2',4,4'− тетраамина (ДФТА) позволяет сделать выводы о природе пироэлектрических свойств поликристаллов этого материала, так как водородные связи между молекулами в поликристалле слабее внутримолекулярных связей. Исследования проведены методами рентгено−структрного анализа, оптической микроскопии в поляризованном свете, растровой электронной микро скопии, ИК−Фурье−спектроскопии, измерения поверхностного заряда пироэлектрического образца при нагреве с использованием принципа синхронного детектирования, испытания образцов мишеней пироЭПОв на специально изготовленной высоковакуумной установке. Описаны методы изготовления пироэлектрической мишени. Изготовлены действующие образцы пироЭОПов на основе ДФТА (λ = 8÷14 мкм, мишень диаметром 18 мм, число чувствительных элементов 640 × 480) в металлокерамическом корпусе и компактного тепловизора с разрешением до 320 × 240 и температурной чувствительностью ~0,2 К в режиме панорамирования.
Изучен примесный и фазовый состав лент катодных сплавов Pd—Ba и Pt— Ba, полученных на установке дуговой плавки А 535.02ТО по технологии, разработанной в АО «НПП «Исток им. Шокина». Установлено, что концентрация вредных примесей (C, Zn, Cu, Al) в исследованных образцах не превышает допустимой нормы. Ленты состава Pd—Ba содержат повышенную концентрацию Ba, однако это не сказывается на их качестве.
Подтверждена обнаруженная ранее превалирующая двухфазность сплавов Pd—Ba и Pt—Ba: одна из фаз — интерметаллическое соединение (Pd5Ba, Pt5Ba), вторая — благородный металл (матрица). При этом интерметаллид очень неравномерно распределен в матрице металла платиновой группы, что существенно понижает эксплуатационные характеристики катодов на основе этих сплавов. Впервые показана высокая эффективность просвечивающей электронной микроскопии для исследования катодных сплавов Pd—Ba и Pt—Ba.
В сплаве Pd—Ba впервые обнаружена фаза Pd2О. Это может приводить к существенному понижению коэффициента вторичной электронной эмиссии и падению эксплуатационных характеристик приборов на базе этого сплава. Определен размер зерен Pd и Pd5Ba в сплавах Pd—Ba, и зерен Pt и Pt5Ba в сплавах Pt—Ba. Обнаружено, что во всех зернах Pd и Pt5Ba наблюдается высокая плотность хаотически расположенных дислокаций, внутри зерен Pt5Ba имеются напряжения.
Приведены рекомендации по совершенствованию существующей технологии получения лент катодных сплавов Pd—Ba и Pt—Ba.
Дан анализ влияния объемных и поверхностных дефектов подложек SiC на структуру и некоторые электрофизические параметры выращенных на них эпитаксиальных слоев AlGaN/GaN нитридных гетероструктур. В подложках из карбида кремния обнаружено наличие областей с внутренними напряжениями, источниками которых, как правило, являются пластинчатые включения, обогащенные углеродом. Экспериментально показано, что наличие внутренних напряжений в SiC может влиять на микрорельеф эпитаксиальных пленок в областях над напряженными участками. Установлено, что в областях эпитаксиальных пленок, выращенных над областями с внутренними напряжениями в объеме подложек SiC, наблюдается резкое ухудшение электрических параметров. В слоях AlGaN/GaN обнаружено наличие ряда примесей, попадающих в них в процессе эпитаксии.
ISSN 2413-6387 (Online)