Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск
Том 19, № 3 (2016)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-3

149-155 385
Аннотация
Однофазный наноразмерный порошок ферромолибдата стронция со структурой двойного перовскита синтезирован цитрат−гель методом при pH = 4 со значением степени сверхструктурного упорядочения катионов железа и молибдена 88 %. Спрессованные порошки исследовали методом рентгеновской дифракции Sr2FeMoO6−δ, подвергнутые изотермическому воздействию при температуре 700 К и давлении p(O2) = 10 Па. Установлено образование в этих порошках на межзеренных границах фазы SrMoO4. Температурная зависимость электросопротивления в температурном диапазоне 4,2—300 К имеет металлический тип в однофазном Sr2FeMoO6−δ и полупроводниковый в структуре Sr2FeMoO6−δ—SrMoO4— Sr2FeMoO6−δ с диэлектрической оболочкой. Обнаружено, что в последнем случае наблюдается прыжковый механизм переноса заряда. При приложении магнитного поля температурная зависимость качественно не изменяется. При этом с увеличением индукции поля значение электросопротивления уменьшается, т. е. проявляется отрицательный магниторезистивный эффект, достигающий 41 % при индукции магнитного поля B = 8 Тл и Т = 10 К. Внешнее магнитное поле формирует коллинеарную магнитную структуру, тем самым увеличивая спин−поляризованный ток через энергетические барьеры в гранулированной гетероструктуре Sr2FeMoO6−δ —SrMoO4—Sr2FeMoO6−δ.

Материаловедение и технология. Полупроводники

156-162 616
Аннотация
Приведен обзор современного состояния рынка монокристаллов и пластин GaAs, а также состояние и перспективы российского рынка. Дан краткий анализ современного состояния приборов на его основе. Приведена динамика мирового производства и цен за последние годы. Описаны способы получения монокристаллов GaAs и тенденции развития технологий выращивания. Рынок подложек GaAs к 2017 г., как ожидается, составит 3,6 млн кв. дюймов и 650 млн долл. При высоких финансовых показателях рынка арсенида галлия в физических показателях мировой рынок монокристаллического GaAs останется достаточно малым по мировым меркам: ~800 тн/год и ≥800 млн. долл./год к 2020 г. На данный момент мировой рынок монокристаллов и пластин GaAs характеризуется сравнительно небольшим объемом, высокой концентрацией производственных мощностей в Китае, наличием крупных игроков, способных пережить неблагоприятную конъюнктуру. Российский рынок специальных полупроводниковых материалов (GaAs и др.) имеет небольшой по мировым меркам объем. Однако существует понимание, что для выполнения программ импортозамещения и создания современной электронной компонентной базы в России необходимо развивать производство особо чистых соединений и исходных компонентов. С 2015 г. появляются проекты под эгидой Росэлектроники по производству пластин GaAs.
163-169 390
Аннотация
Селенид меди — это перспективный материал для производства генераторов среднетемпературного диапазона 600—1000 К. Ряд особенностей системы Cu—Se, а именно: наличие фазового превращения в соединении Cu2Se, высокая скорость диффузии ионов Cu, высокая упругость паров Se при повышенных температурах делают актуальным проведение комплекса экспериментальных исследований по разработке и оптимизации методологии получения объемного материала на основе селенида меди. Исследовано влияние режимов механохимического синтеза и способа последующего компактирования на термоэлектрические свойства и структуру селенида меди. Исходный материал получен методом механохимического синтеза, объемные образцы — методами горячего прессования и искрового плазменного спекания. Структура и фазовый состав исследованы методами рентгеновской дифрактометрии и сканирующей электронной микроскопии. Показано, что увеличение времени механосинтеза до 5 ч приводит к обеднению порошков медью и образованию нестехиометрической β−фазы Cu1,83Se, которая сохраняется и после искрового плазменного спекания. Сравнение структуры и свойств материалов, полученных методом искрового плазменного спекания и горячим прессованием, показало, что материал, изготовленный методом горячего прессования, обладает большей степенью дефектности зерен. Наибольшей термоэлектрической эффективностью ZT = 1,8 при температуре 600 °С обладает материал, полученный искровым плазменным спеканием. Показано, что основным фактором, влияющим на значение термоэлектрической эффективности ZT исследуемых материалов, является низкая теплопроводность. Разница в значениях теплопроводности у материалов, полученных разными методами, связана с электронной составляющей теплопроводности.

Материаловедение и технология. Диэлектрики

170-178 346
Аннотация
Исследована анизотропия механических характеристик кристаллов твердых растворов ZrO2 — 2,8 % (мол.) Y2O3. Кристаллы выращены методом направленной кристаллизации расплава с использованием прямого высокочастотного нагрева. Методом индентирования проведены измерения микротвердости и трещиностойкости на разных кристаллографических гранях и при разной ориентации диагоналей индентора. Установлено, что микротвердость слабо зависит от кристаллографической ориентации, в то время как значения трещиностойкости для разных плоскостей отличаются. Максимальные значения трещиностойкости отмечены на образце, вырезанном из кристалла перпендикулярно к направлению <100>. Исследована анизотропия микротвердости в зависимости от ориентации диагоналей индентора. Максимальное значение трещиностойкости получено на плоскости {100} при ориентации диагоналей индентора в направлении <100>. Методом локальной спектроскопии комбинационного рассеяния света исследован фазовый состав внутри и вокруг отпечатков индентора на плоскостях {100}, {110} и {111} при нагрузках 20, 3 и 1 Н. Выполнена оценка степени интенсивности тетрагонально− моноклинного перехода на разных кристаллографических плоскостях и при разной ориентации диагоналей индентора. Показано, что наблюдается анизотропия тетрагонально−моноклинного перехода, влияющего на трансформационный механизм упрочнения. Максимальное количество моноклинной фазы обнаружено в области отпечатка индентора на плоскости {100}, при ориентации диагоналей индентора в направлении <100>. Также максимальное значение трещиностойкости реализуется на плоскости {100} при такой же ориентации диагоналей индентора. Возможно, что при данной ориентации диагоналей индентора максимальные действующие напряжения получаются вдоль когерентных плоскостей сопряжения тетрагональной и моноклинной фазы: при тетрагонально−моноклинном переходе — (100)t || (100)m и [001]t || [010]m.

Моделирование процессов и материалов

179-188 349
Аннотация
Рассмотрены результаты создания системы моделей и алгоритмов расчетов параметров технологических процессов получения материалов микро− и наноэлектроники и проектирования оборудования. Акцентируется внимание на том, что отличительной чертой методики преподавания специальных технологических курсов материалов электронной техники является построение курсов по аналогии с технологическими процессами получения материалов для электроники: от объемного монокристалла до приборных структур, размеры которых в настоящее время не превышают нескольких десятков нанометров. Научный модельный подход к решению технологических задач формировался при изучении процессов тепло− и массобмена, которые в совокупности с процессами взаимодействия в жидкостях и газе, с учетом гетерогенных реакций, являются теоретической основой технологии материалов электронной техники. Проведено сравнение возможностей физического и математического моделирования. Рассмотрены подходы к созданию математических моделей процессов роста монокристаллов полупроводников, эпитаксиальных слоев и гетероструктур и определены возможности их практического использования. Показано, что идеи, заложенные В. В. Крапухиным на начальных этапах подготовки специалистов в области технологии материалов электронной техники и развиваемые его учениками, определили возможности подготовки нескольких поколений квалифицированных специалистов.
189-194 474
Аннотация
Рассмотрена проблема выбора архитектуры буферных слоев при разработке типовых моделей различных гетероструктур с контролируемым уровнем механических напряжений и низкой плотностью дефектов в объеме и на границах слоев. Установлено, что эти характеристики зависят от качества поверхности исходных подложечных пластин, процедуры подготовки подложек к процессу эпитаксии, композиции буферных слоев. Отмечено, что качество поверхности подложек наиболее объективно оценивается по величине прихвата непосредственно сращенных пластин. Показано, что значение прихвата ниже 107 Па — это чаще всего наблюдаемая в эксперименте величина. В этом случае поверхность подложек характеризуется достаточно заметной шероховатостью, на ней присутствуют различные загрязняющие элементы и химические соединения, кластеры и пылевидные частицы, а также дефекты структуры различной размерности. Кроме того, поверхность подложки определенным образом реструктурирована так, чтобы «оборванные» связи были замкнуты друг с другом. Показано влияние реальной структуры поверхности подложки и совместимости материалов на качество эпитаксиальной пленки. В случае малых различий в параметрах решетки обоснована целесообразность предварительного нанесения на подложку низкотемпературного подстилающего слоя. А при достаточно сильно различающихся параметрах решетки — дополнительных переходных слоев с изменяющимся соотношением компонентов в композиции или в виде сверхрешеток.

Эпитаксиальные слои и многослойные композиции

195-203 318
Аннотация

Представлены результаты наноразмерных исследований (методами атомно−силовой микроскопии и рентгенодифракционного анализа) одно−, двух− и трехслойных металлических нанопленок из Cr, Cu, Al и Ni, сформированных на керамической подложке из ситалла на магнетронной установке МВУ ТМ−Магна Т (НИИТМ, г. Зеленоград). Определены скорости роста и структура нанопленок при мощностях/ токах, варьируемых от 200/0,7 до 800/2 Вт/А, и времени магнетронного распыления от 30 до 360 с с рабочим давлением Ar 0,5 Па. Предложен критерий оптимизации их качества по минимальным значениям средней и среднеквадратичной шероховатостей, которые определены по скану вертикального профиля (разрешение 20 пм) атомно−силового микроскопического изображения. Установлено, что размеры нанокластерных структур, образующих нанопленки, на режимах, когда шероховатости минимальны, обладали гранулометрическим распределением, близким к гауссовому. По атомно− силовым изображениям структуры нанопленок в виде как одиночного уступа, так и уступов, получаемых за разные интервалы времени, определены скорости роста нанопленок. Выявлено влияние режимов и параметров магнетронного распыления, а также составов мишеней из Cr, Cu, Al и Ni на размеры кластеров, из которых сформированы поверхности металлических нанопленок. Методами рентгенодифракционного анализа определены текстура и изменение межплоскостных расстояний в кристаллических решетках. Обоснованность предлагаемого критерия оптимизации, связывающего параметры нанесения нанослоев и их качество, подтверждена совпадением режимов магнетронного распыления, при которых достигается как минимум шероховатости, так и усредненное значение размера области когерентности, определенное из уравнения Дебая—Шеррера.

Наноматериалы и нанотехнологии

204-209 312
Аннотация

Обобщены результаты теоретического изучения сенсорной активности наносистем на основе углеродной нанотрубки, модифицированной функциональной группой (карбоксильной, аминной, нитрогруппой) в отношении некоторых металлических атомов и ионов, выполненного с использованием полуэмпирической расчетной схемы MNDO и теории функционала плотности DFT. Рассмотрен механизм присоединения функциональных групп к открытой границе однослойных углеродных нанотруб типа zig−zag для образования химически активного сенсорного зонда на их основе и взаимодействие построенных таким образом зондов с атомами и ионами калия, натрия, лития. Проведен сравнительный анализ активности сенсорных наносистем в отношении выбранных элементов и сделан вывод о выборе наиболее предпочтительной функциональной группы для модифицирования углеродных нанотрубок, которые могут быть использованы в качестве сенсорных зондов для идентификации атомов и ионов калия, лития и натрия, в том числе присутствующих в солях и щелочах.

Физические свойства и методы исследования

210-216 404
Аннотация
В непрямозонных полупроводниках, в частности в кремнии, время жизни неравновесных носителей заряда определяется рекомбинацией через примесные центры, и оно обратно пропорционально концентрации центров, что делает этот параметр важнейшим для определения качества материала. Наиболее востребованы бесконтактные методы его измерения, в частности бесконтактные измерения постоянной спада фотопроводимости. На форму кривой спада фотопроводимости сильно влияет поверхностная рекомбинация. Расчет времени жизни в объеме по постоянной спада остается актуальным, так как однозначного аналитического решения уравнения непрерывности для этого случая нет. В образцах монокристаллического кремния с непассивированными поверхностями численными методами проведен анализ релаксации фотопроводимости. Обсуждена применимость известных формул для оценки вклада поверхностной рекомбинации в эффективное время релаксации фотопроводимости. Показано, что период времени, за который «быстрые» экспоненты исчезают, зависит от относительной толщины измеряемого образца. Только на этом участке релаксационной кривой эффективное время спада определяется максимальным значением поверхностной компоненты времени релаксации и описывается известными формулами. Эффективное время релаксации выходит на насыщение к моменту, когда интенсивность сигнала достигает 45 % от максимального значения (начало отсчета эффективного времени спада по рекомендации стандарта SEMI MF 1535), только для образцов толщиной до 3—5 диффузионных длин. При бóльших толщинах вклад «быстрых» экспонент в эффективное время релаксации фотопроводимости наблюдается вплоть до 5% от максимального сигнала (т. е. до достижения уровня шумов измеряемого сигнала). В этом случае использование рекомендованных стандартом SEMI MF формул приводит к достаточно большой (до 20 %) систематической погрешности в оценке времени жизни свободных носителей заряда.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


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