Введение к работе
Актуальность темы. Различные металлические системы широко используются в технологиях микро- и наноэлектроники при создании элементной базы электронных приборов.
К числу важнейших физико-химических параметров металлических пленок на кремниевых и диэлектрических подложках относятся поверхностная энергия, электрические и адгезионные свойства, а также структурные особенности поверхности пленок. Особое внимание уделяется фундаментальным характеристикам поверхности: поверхностной энергии s и работе выхода электрона Ф. В последнее время достигнут существенный прогресс как в теоретических, так и в экспериментальных исследованиях s и Ф чистых металлических поверхностей. Ранее в рамках метода функционала электронной плотности были установлены закономерности влияния внешних электрических полей, адсорбированных покрытий, размеров образцов на поверхностные свойства металлических систем. Однако в прежних работах не учитывалось влияние релаксации структуры на s и Ф металлов при наличии значительных электрических полей и давлений. Не была установлена связь между поверхностной энергией и поверхностным натяжением наночастиц металлических систем, находящихся в электрических полях. Появление современных атомно-силовых, туннельных микроскопов позволяет выявлять взаимосвязи между некоторыми поверхностными свойствами и морфологией поверхности пленок, изученной на наноуровне. Однако подобных данных в литературе пока недостаточно. Вместе с тем, управляя структурой и морфологией пленок с помощью различных технологических приемов, можно получить гетероструктуры с прогнозируемыми свойствами. Одним из способов влиять на структуру, строение и свойства пленок является фотонный отжиг, который позволяет локализовать тепловую энергию в приповерхностной области и уменьшить термическую нагрузку на полупроводниковые и диэлектрические подложки, тем самым сохраняя их функциональные свойства.
Цель работы – изучение влияния электрического поля и давления на поверхностную энергию и ультрафиолетового излучения на поверхностное сопротивление металлических систем. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- изучить в рамках метода функционала электронной плотности (МФЭП) влияние релаксации структуры на анизотропию поверхностной энергии (ПЭ) и работы выхода электрона (РВЭ), а также влияние внешних электрических полей и давления на ПЭ.
- установить взаимосвязь между поверхностной энергией и поверхностным натяжением (ПН) наночастиц металлических систем в электрических полях.
- выявить взаимосвязи между ПЭ и РВЭ с остаточным сопротивлением металлов.
- оптимизировать технологию фотонного отжига металлических пленок на кремнии и микроканальных структурах.
- выявить взаимосвязи поверхностного сопротивления металлических пленок с их морфологией до и после фотонного отжига.
Научная новизна
- В рамках МФЭП разработана методика оценки релаксации структуры, ПЭ и РВЭ граней (100) – (111) щелочных металлов.
- Впервые методом функционала электронной плотности проведены оценки влияния внешнего электрического поля и давления на ПЭ граней чистых металлических кристаллов с учетом релаксации структуры.
- Оптимизирована методика фотонного отжига металлических пленок на кремнии и микроканальных структурах. По зависимости поверхностного электросопротивления от времени воздействия светового излучения установлены оптимальные режимы фотонного отжига.
- Эмпирически установлены взаимосвязи между поверхностными свойствами (ПЭ и РВЭ) и остаточным сопротивлением металлических систем.
- Впервые в рамках термодинамики поверхностных явлений установлена взаимосвязь между ПЭ и ПН наночастиц, находящихся во внешнем электрическом поле.
Практическая значимость
Методика фотонного отжига металлических пленок на кремнии и микроканальных структурах позволит оптимизировать технологии изготовления электронных приборов (лавинно-пролетных диодов, приборов ночного видения, диодов Шоттки и т.д.). Данные по ПЭ и РВЭ металлов могут использоваться при конструировании новых катодных материалов. Результаты НИР используются при чтении спецкурсов в КБГУ и СКГМИ.
На защиту выносятся
- Методика учета релаксации структуры при оценках ПЭ и РВЭ в электрических полях и при наличии внешнего давления.
- Данные по поверхностной энергии, работе выхода электрона низкоиндексных граней щелочных металлов, полученные в рамках МФЭП с учетом релаксации структуры.
- Установленная взаимосвязь между ПЭ и ПН наночастиц в электрических полях.
- Оптимальные режимы фотонного отжига некогерентным ультрафиолетовым излучением металлических пленок на кремнии и микроканальных структурах.
Апробация работы
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 10 и 11 Международном симпозиуме Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах» (ОМА-10, п. Лоо, 2007), на 11 Международном симпозиуме «Порядок и беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-11, п. Лоо, 2008), на 1 Международном симпозиуме «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (LDS-2008), на научных семинарах кафедр физики и электронных приборов СКГМИ, физики межфазных явлений в КБГУ.
Достоверность результатов, полученных в данной работе, определяется применением современных теоретических и экспериментальных методик, воспроизводимостью результатов, согласованностью данных, полученных экспериментально, с теоретическими оценками, а также известными литературными данными.
Личный вклад автора. В диссертации приводятся результаты в основном полученные лично автором. Цели и задачи исследования сформулированы научным руководителем проф. В.А. Созаевым.
Публикации. Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 11 работах, из которых 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 4 таблицы. Она состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 157 наименований.
