Введение к работе
Актуальность темы. Пористые диэлектрические пленки являются перспективным материалом микро-, нано- и оптоэлектроники. Эти материалы используются в светодиодах, фотодетекторах, катодах вакуумной микроэлектронике, биологических имплантантах, в датчиках газов, мембранах. На их основе возможно изготовление ненакаливаемых источников электронов, элементов памяти. Одним из таких материалов является пористый диоксид кремния. Он имеет большие перспективы для создания датчиков влажности, газовых, химических и биологических сенсоров, а также для других применений.
Актуальность данного исследования заключается в том, что оно охватывает неизученную область: влияние углерода на параметры диэлектрических пленок. Паромасляные и механические насосы, широко используемые для получения вакуума, приводят к значительному повышению концентрации углеводородов в вакуумной камере. Адсорбируясь на распыляемых поверхностях и подложке, углерод участвует в процессах зарождения и роста диэлектрических пленок, что в конечном итоге сказывается на свойствах получаемого диэлектрика. Этот вопрос является не изученным. Выявление механизма формирования пленок, влияния углерода на свойства наносимых диэлектриков позволит прогнозировать поведение диэлектрика и управлять его свойствами в процессе изготовления.
Таким образом, тема диссертационной работы, направленная на изучение механизма формирования пористых пленок, влияния примеси углерода на состав и структуру пленок диоксида кремния, а также его влияние на электрические и физические параметры МДМ-структур, представляется актуальной. Актуальной является и проблема создания ряда элементов электроники на основе тонких пленок.
Целью работы являлось: исследование механизма формирования и влияния примеси углерода на структуру пленок диоксида кремния, его электрофизические параметры и исследование возможности создания элементов электроники на основе пористых слоев диоксида кремния.
Научная новизна работы:
Предложена и защищена патентом технология формирования тонких пористых пленок диоксида кремния методом магнетронного распыления составной мишени Si-C в кислородосодержащей атмосфере.
Впервые исследованы газочувствительные свойства тонкой пористой пленки диоксида кремния, полученной методом магнетронного распыления составной мишени Si-C.
Предложено и защищено патентом устройство чувствительного элемента для датчика газообразных углеводородов.
Показана возможность увеличения плотности эмиссионного тока до 200 мА/см в ненакаливаемых источниках электронов на основе МДМ-структур с пористым диэлектриком.
Установлены ранее неизвестные данные об изменении ширины оптической щели и коэффициента преломления диоксида кремния при его модификации углеродом.
Практическая ценность работы:
Предложен механизм формирования пористых слоев диоксида кремния, полученных магнетронным распылением составной мишени кремний-графит, основным моментом в котором является протекание реакции взаимодействия углерода со слоем диоксида кремния с выделением газообразных компонент, разрыхляющих пленку диэлектрика.
Отработана технология получения диэлектрика с контролируемым числом пор.
Практическая значимость результатов работы подтверждается выдачей патентов на чувствительный элемент датчика углеводородов, технологию получения пористых пленок диоксида кремния и МДМ-катод.
Положения, выносимые на защиту:
Формирование тонких пленок диоксида кремния методом магнетронного распыления составной мишени Si-C в кислородосодержащей атмосфере приводит к увеличению пор в пленке, что обусловлено протеканием реакций окисления углерода на поверхности формирующейся пленки с образованием летучих фракций СО и СОг и, соответственно, изменением условий зародышеобразования пленки диоксида кремния.
Количество пор в пленке диоксида кремния, получаемой путем распыления составной мишени Si-C методом магнетронного распыления в атмосфере Ог, существенно зависит от процентного содержания кремния и графита в составе мишени. Увеличение доли графита от 30% до 80% приводит к увеличению количества пор от 1,25-10 до 2,5-10 .
Ширина оптической щели зависит от процентного содержания кремния и графита на составной мишени Si-C. Увеличение доли С с 0% до 80% приводит к уменьшению ширины оптической щели от 5,61 эВ до 4,28 эВ.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и опубликованы в региональной научной конференции «Научная сессия ТУ СУР 2008-2010» (Томск, 2008-2010), на IV международной конференции "Методы и средства управления технологическими процессами", (Саранск, 2007), на XV международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии" Т.З, Томск, 2009.
Личный вклад автора заключается в получении всех экспериментальных результатов, их обработке и обсуждении, формулировке моделей и механизмов процессов, создании технологических устройств и разработке технологических процессов. Основные результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично.
Достоверность обеспечена использованием современной диагностической аппаратуры, подтверждается систематическим характером исследований, удовлетворительным совпадением экспериментальных и расчетных зависимостей и величин, а так же патентами.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 в отечественном журнале из перечня ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из четырех глав и заключения с общим объемом 115 страниц, 96 иллюстраций, 5 таблиц. Список цити-
руемой литературы включает 103 наименования.
