Введение к работе
Актуальность темы. Карбид кремния - это материал, обладающий чрезвычайно широким комплексом полезных свойств: оптических, электрофизических, антикоррозийных, прочностных. Широкая запрещенная зона, возможность получения материала с электронной и дырочной проводимостью, высокая химическая стабильность определяют перспективы его применения в приборах с электронно-дырочными переходами, способных работать при повышенных температурах, с высокой стабильностью их свойств во времени. Благодаря широкой запрещенной зоне, электролюминесценция и фотолюминесценция этого материала могут быть сосредоточены в видимой области спектра.
Большой интерес к аморфному гидрогенизированному сплаву кремний-углерод (a-SiC:H) вызван возможностью его применения в многослойном фотоприемнике для электрофотографии, где он выполняет функции защитного слоя и слоя накопления заряда.
В настоящее время исследования a-SiC:H направлены на выявление закономерностей воздействия технологических параметров на основные свойства материала. Но поскольку в аморфном состоянии вещество может быть получено только при использовании неравновесных технологических процессов, его структура и свойства оказываются чувствительными к степени отклонения условий формирования от равновесных. Это существенно усложняет задачу получения материала с заданными свойствами. Представляется наиболее разумным решать эту проблему с создания модели взаимосвязи между электрофизическими параметрами материала и условиями его конденсации. Ставший стандартным при изучении кристаллических полупроводников подход, основанный на исследовании взаимосвязи между условиями получения, структурой и свойствами, в данном случае использовать нецелесообразно, так как термодинамика неравновесных процессов находится еще в стадии становления и количественно установить взаимосвязь между условиями получения и структурой материала на сегодняшний день не представляется возможным. Данное обстоятельство делает весьма актуальным исследование возможности применения к созданию модели взаимосвязи между электрофизическими параметрами аморфных полупроводников и условиями их конденсации альтернативного подхода, основанного на изучении взаимосвязи в ряду "условия получения - морфология - электронные спектры - свойства".
Целью работы является исследование влияния технологических режимов на электрофизические и оптические свойства аморфного гид-рогенизированного карбида кремния, получаемого методом высокочастотного (ВЧ) ионноплазменного распыления. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
выявить характер влияния технологических режимов на спектры плотности локализованных состояний N(E) тонких пленок a-SiC:H, поскольку характеристики и распределение этих состояний определяют электрические и оптические свойства;
определить характер изменения параметров морфологии тонких пленок a-SiC:H при варьировании параметров технологического процесса;
установить взаимосвязь между морфологией и спектрами N(E);
на основе полученной информации сделать (и обосновать) выбор подхода к созданию модели, объясняющей взаимосвязь между условиями формирования материала и его оптическими и электрофизическими свойствами.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработан вариант метода постоянного фотоответа (МПФ), пригодный для получения спектров плотносги состояний N(E) тонких пленок исследуемого материала с низкой фотопроводимостью (или даже с полным ее отсутствием);
разработан алгоритм решения некорректной задачи, возникающей при расчете спектров N(E) по данным метода токов, ограниченных пространственным зарядом (ТОГО), проявляющий высокую чувствительность к деталям спектров;
предложена модель, объясняющая особенности кинетики формирования пленок а-31С:Н;
установлена взаимосвязь между морфологией пленок a-SiC:H и отдельными параметрами их спектров плотности состояний;
показано, что при исследовании a-SlC:H в качестве связующего звена между условиями получения и свойствами предпочтительнее рассматривать его морфологию.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
установлена область "критических" значений мощности ВЧ разряда W и температуры подложки Тп, при которых происходит скачкообразное изменение электрофизических свойств a-SiC:H;
при значении мощности ВЧ разряда W = 100 Вт и рабочем дав-
лении в камере Рраб = 7-10~J Торр определена величина Тп, обеспечивающая получение материала с максимальными размерами неоднород-ностей и максимальной величиной кратности фотопроводимости;
- исследованы оптические и электрические свойства тонких
пленок a-SiC:H, полученных при различных значениях мощности ВЧ
разряда или температуры подложки.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации усовершенствованный метод постоянного фотоответа, позволяющий исследовать материал с низкой фотопроводимостью, и программа для персонального компьютера, реализующая алгоритм решения некорректной задачи восстановления спектров плотности состояний из данных метода токов, ограниченных пространственным зарядом, используются в учебно-методической работе кафедры Физики и технологии электротехнических материалов и компонентов МЭИ для получения спектров плотности состояний в щели подвижности тонкопленочных полупроводниковых и диэлектрических слоев.
Положения, выносимые на защиту:
усовершенствованный вариант МПФ для исследования тонких пленок материала с низкой фотопроводимостью (и даже с полным ее отсутствием);
алгоритм решения некорректной задачи, возникающий при восстановлении спектров плотности состояний из данных метода ТОПЗ;
- вывод относительно причины резкого изменения морфологии, оптических и электрофизических свойств исследуемого материала в области "критических" значений варьируемого технологического параметра Тп;
взаимосвязь между морфологией a-SlC:H и спектрами плотности локализованных состояний;
вывод о целесообразности выбора морфологии a-SiC:H в качестве связующего звена при исследовании взаимосвязи между условиями формирования материала и его свойствами.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации докладывались и обсуждались на Российской научно-технической конференции по физике диэлектриков с международным участием "Диэлектрики - 93" (Санкт-Петербург, 1993), 1-ой Международной конференции по электромеханике и электротехнологии МКЭЭ-94 (Суздаль, 1994), научно-технических семинарах "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах" (Москва, 1994, 1995), Меж-
дународной конференции по электротехническим материалам и компонентам МКЭМК-95 (Крым, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем 209 страниц, в том числе 3 таблицы, 43 рисунка и 8 фотографий. Список литературы включает 117 названий.
