Введение к работе
Актуальность работа. Интерес к тонким пленкам силицидов металлов прежде всего обусловлен присущими им уникальными физическими свойствами. На их сснозе можно создавать чрезвычайно сложные прибори твердотельной электроники (ЕИС.УБИС, детекторы излучения,солнечные элементы, электронно-запоминающие устройства и др.), изготовление которых требует умения контролировать с высоким уровнем точности физические, химические и электрические свойства материалов.
К настоящему времени наиболее детально исследованы состав, структура и свойства массивных образцов силицидов металлов. В последние годы интенсивно ведутся исследования в направлении создания и изучения физико-химических сеойстз тонких (500*1000А) и сверхтонких (<1C0*03 Д) силицидных пленок. Имеются сведения о составе, морфологии поверхности и эмиссионных свойствах тонких пленок силицидов бария, кобальта и палладия, полученных в условиях сверхвысокого вакуума.
Наряду с фундаментальными исследованиямисистемы кремний - силицид, интенсивно проводятся работы по созданию на их основе новых приборов микро- и наноэлектроники.
Несмотря на это, следует констатировать, что до сих пор не выяснены многие аспекты кристаллического роста тонких пленок силицидов в процессе термического осаждения в сочетании с высокотемпературным прогревом. Отсутствуют полные данные о концентрационных профилях распределения атомов на границе силицид - кремний; не имеются достоверные сведения о типах и параметрах решетки, о степени ион-ности образующихся связей между атомами кремния и металла, об эмиссионных и электрофизических свойствах пленок силицидов субмикронной толщины. Что касается электронной структуры таких пленок, то для большинства силицидов (в том числе силицидов Ып, Ni, Pd) она практически не изучена.
Поэтому исследование этих вопросов как с научной, так и с практической точки зрения является актуальной проблемой. Результаты таких исследований, с одной стороны, способствуют расширению области применения тонких силицидных пленок в производстве приборов твердотельной электроники, а с другой стороны, позволяют более глубоко понять механизмы физических и химических процессов, происходящих в пленке и на границе раздела силицид - кремний при выращивании пленок силицидоз методом тззрдофазного осаздения.
Цель» данной работы является получение тонких монокристаллических пленок силицидов металлов, выяснение механизмов их роста, а также изучение их состава, электронной и кристаллической структуры и электрических свойств.
Объекты исследования - монокристаллические пленки силицидов Мп, Ва, N1 и Pd, созданные на поверхности кремния методом твердофазного осаждения с последующей термической обработкой. Б качестве подложки использованы монокристаллы Si (111) р и п-типа.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
1.Детально исследованы основные закономерности силицидообразо-вания в процессе термического прогрева системы Me-Sl. На различных этапах прогрева изучены изменения элементного и химического состава по глубине системы Me-Sl. Определены оптимальный состав и условия формирования монокристаллов тонких сК50О*1ОШ А пленок силицидов.
-
Оценены тип и параметры решетки пленок, полученных в работе. Показано, что Мп^БІз кристаллизуется в тетрогональную, PdoSl - в гексагональную, ВаЗіг и N1S12 - в кубическую решетки.
-
Определены типы образующихся связей между атомами Me и Si в пленках силицидов, рассчитаны степень ионности связи и величина переносимого заряда от Me в. Si, число валентных электронов, участвующих в плазменных колебаниях.
-
Определены плотность распределения валентных электронов и параметры энергетических зон тонких пленок силицидов. Показано, что ширина запрещенной зоны Ес исследованных силицидов значительно меньше (до 2 раз), чем Е^ для чистого кремния, что весьма важно для реализации энергетических электронных процессов.
-
Изучены эмиссионные и электрофизические свойства перспективных для электронного материаловедения тонких пленок силицидов. Показано, что эти пленки могут применяться для создания чувствительных электронных приборов и структур: термо- и фотодатчиков, СВЧ-транзисторов, низкоомных контактов.
Основные положения, вшюеимве на защиту:
1. Оптимальные режимы получения тонких совершенных (d і 500 * 1000 А) монокристаллических пленок силицидов методом твердофазного осаждения; Стабильные силициды формировались при следующих оптимальных температурах: Т*1300 К -МпгБіз; ТМ100 К -BaSia; Т* 1000 К -N1S12 И Т * 900 К :Pd2Si.
2. Природа основных особенностей, наблюдаемых в спектрах фото- и
упругоотракенных электронов тонких силицидных пленок. Новые сведения о плотности энергетического распределения валентных электронов и параметры энергетических зон тонких пленок силицидов.
3.Структура и параметры кристаллической решетки, тип связи между атомами Me и Si в силицидах Мп, Ва, N1 и Pd; степень ионности связи и величина переносимого заряда. Для пленок Мп;>3із и BaSi-2 характерна ионно-ковалентная связь, причем степень ионности связи составляет 25-30 %, а величина переносимого заряда ~іе; в то время как для пленок NISI2 и Pd2Si межатомная связь является преимущественно ко-валентной.
4.Новые экспериментальные результаты об эмиссионных и электрофизических параметрах тонких силицидных пленок металлов. Механизмы проявления гистерезиса в токовых характеристиках и фотополевых эффектов в гетеросилицидных структурах.
Научная и практическая ценность работы:
Установленные закономерности роста пленок силицидов в процессе твердофазного осаждения и приведенные экспериментальные результаты о состазе, структуре и свойствах этих пленок имеют важное значение для развития теории механизма силицидообрззования при взаимодействии атомов метачлоз с поверхностью кремния. С практической точки зрения полученные результаты имеют интерес для развития технологии материалов электронной техники, в частности, для создания контактов к ультратонким слоям, специальных тонкопленочных МДП и ПДП структур, чувствительных электронных датчиков, солнечных элементов и других малогабаритных полупроводниковых структур и приборов.
Результаты экспериментальных исследований, включенные в диссертационную работу, получены непосредственно автором.При проведении экспериментов и в обсуждении результатов участвовали научные консультанты работы проф. Умирзаков Б.Б. и доц. Ташатов А.к.
Пубжстации. Основное содержание диссертации опубликовано в 17 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Апрсбадия работ». Основные результаты диссертации обсуждались на международных (Москва-93,94,95,97, Ташкент-94,97, Испания-95, Томск-96, Рязань-97) и республиканских (Ташкент-93, 94,-95, 97, Гу-листан-84, Наманган-94, Чирчик-95) конференциях и симпозиумах по эмиссионной электронике и взаимодействию ионов с поверхностью.
Сйъои іаботи. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы из 114 наименований.
Работа содержит 128 страниц машинописного текста, <П рисунков и 9
таблиц.
