Исследование нанослоев Al2O3, синтезированных на пористом SiO2

Рисунок 20. Спектры поглощения аморфного Al₂O₃ [13] и 13 нм пленки Al₂O₃, выращенной на пористом SiO₂. Спектры приведены по полосе b

Из рисунка видно, что в нашем спектре поглощения детали с и c'полностью отсутствуют. В спектре поглощения работы [13] детали с и c' явно прослеживаются, что указывает на существование некоторой степени упорядоченности в стуктуре am-Al₂O₃. Вероятно по этой причине расщепление Д a - b в спектре поглощения [13] на 0.2 эВ меньше.

а) б)

Рисунок 21. а) Спектры отражения (и=2.5?) пленок Al₂O₃ c толщинами 13 и 32 нм, синтезированных на Si-подложке. б) Рассчитанные спектры поглощения, приведенные по интенсивности полосы b

На рисунке 21 а) приведены спектры отражения в области AlL_2,3-края поглощения для пленок Al₂O₃ толщиной 13 и 32 нм, синтезированных на кремниевой подложке. Измерения также проведены при угле скользящего падения 2,5?. В случае пленки толщиной 13 нм доля излучения, доходящего до подложки, не превышает 0,5%. Спектры поглощения, рассчитанные из спектров отражения приведены на рисунке 2 б). Отношения интенсивностей деталей a и b в приведенных спектрах составляют a/b₁₃=0,60, a/b₃₂=0,63. В пределах погрешности эти значения можно считать одинаковыми. Значит, структура пленки, синтезированной на кремнии, не меняется при увеличении толщины, начиная с, по крайней мере, 13 нм.

а) б)

Рисунок 22 а) Спектры отражения (и=4?) пленок Al₂O₃ толщиной 13 нм, выращенных на пористом и термическом SiO_2, а также на кристаллическом Si. б) Рассчитанные спектры поглощения, приведенные по интенсивности полосы b

На рисунке 22 а) приведены спектры отражения в области AlL_2,3-края поглощения для пленок Al₂O₃ толщиной 13 нм, синтезированных на различных подложках: пор-SiO₂, термическом SiO₂ и Si. Измерения проведены для угла скользящего падения 4?. Так как в представленных спектрах интерференционные эффекты не наблюдаются (до подложки доходит не больше, чем 0,5% излучения), были рассчитаны спектры поглощения, представленные на рисунке 22 б). Отношение интенсивностей деталей a/b в пределах погрешности одинаково для всех образцов и равно 0.6, что соответствует значению для аморфной пленки. Это еще раз подтверждает установленный факт, что по крайней мере при достижении толщины 13 нм структура аморфной пленки уже не зависит от материала подложки.

Поскольку толщинный эффект (в диапазоне маленьких толщин пленок) был обнаружен при формировании пленки Al₂O₃ на пористом SiO₂, возникает вопрос о сплошности выращенных пленок, т.е. была ли сформирована сплошная пленка или просто происходило заполнение пор.

Рисунок 23. Спектры отражения (и=2.5?) в области SiL_2,3-края пленок Al₂O₃ с толщинами 13, 8.5, 4.5 нм, выращенных на пористом SiO₂, и спектр самой подложки

На рисунке 23 приведены спектры отражения в области SiL_2,3-края поглощения для пленок Al₂O₃ различной толщины (13, 8.5, 4.5 нм), синтезированных на пористом SiO₂, и для самого пористого SiO₂. Измерения проведены при угле скользящего падения 2,5?. Видно, что контрастность тонкой структуры в районе SiL_2,3-края поглощения в спектрах отражения пленок Al₂O₃ существенно меньше по сравнению со спектром отражения для пористой подложки. Спектры отражения пленок Al₂O₃ в рассматриваемой спектральной области по форме повторяют спектр отражения подложки. В то же время, по мере увеличения толщины пленки контрастность тонкой структуры заметно уменьшается. Отмеченные закономерности позволяют с уверенностью сделать вывод о сплошности пленок Al₂O₃.

Выводы

1. Освоен метод рентгеновской спектроскопии отражения; измерены спектры отражения пленок Al₂O₃ различной толщины, синтезированных методом молекулярного наслаивания на подложках из различных материалов, при использовании синхротронного излучения. На основе измеренных спектров отражения рассчитаны спектры поглощения при использовании дисперсионного соотношения Крамерса-Кронига.

2. Проведен анализ полученных экспериментальных данных. Установлено, что, все изученные пленки являются аморфными и, начиная с толщины 13 нм, структура пленки не зависит от материала подложки.

3. Установлена зависимость структуры тонких пленок Al₂O₃, синтезированных на подложке пористого SiO₂, от их толщины. Показана сплошность изученных тонких пленок.

4. Установлено, что на начальной стадии роста на пористом SiO₂ в пленке присутствует избыток тетраэдров. В то же время, при синтезе пленки на кремниевой подложке пленка Al₂O₃ на начальной стадии роста в основном состоит из октаэдров.

оптический отражение корунд пленка

Литература

[1] K. Maex, M.R. Baklanov, D. Shamiryan, J. Appl. Phys 93, (2003) 8974-8841;

[2] The National Technology Roadmap for Semiconductors, (1997) SEMATECH;

[3] Sokrates, T. Pantelides, phys. Rev. B 13, (1975) 2667-2691;

[4] Shang-Di Mo, W.Y. Ching, J. Appl. Phys 78, (2001) 3809-3811;

[5] Е.А. Порай-Кошиц, Физика и химия стекла 3, (1977) 292;

[6] http://www.webmineral.com;

[7] R.L. Mozzi, B.E. Warren, J. Appl. Crystallogr. 2, (1969) 164;

[8] А.Р. Силинь, Н.А. Трухин, Точечные дефекты и элементарные возбуждения в кристаллическом и стеклообразном SiO₂, Рига, «Зинатне» (1985), 244;

[9] W.Y. Ching, Lizhi Ouyang, Paul Rulis, phys. Rev. B 78, (2008) 014106;

[10] М.П. Шаскольская, Кристаллография, М., Высшая школа (1984);

[11] G. Gutierrez, A. Taga, B. Johansson, phys. Rev. B 65, (2001) 012101;

[12] K. Kimoto, Y. Matsui, T. Nabatame, Appl. Phys. Lett. 83, (2003) 24;

[13] И.А. Брытов, Ю.Н. Ромащенко, Физика твердого тела 20, (1978) 664-672;

[14] G. Gutierrez, phys. Rev. B 65, (2001) 104202;

[15] S. Davis, G. Gutierrez, J. Phys.: Condens. Matter 23, (2011) 495401-495409;

[16] Эйхенвальд Ф.Ф., ЖРФХО 41, (1909) 131;

[17] Е.О. Филатова, А.С. Шулаков, В.А. Лукьянов, Физика твердого тела 40 (1998) 1360-1363;

[18] Dien Li, G.M. Bancroft, M. Kasrai, American Mineralogist 79, (1994) 622-632;

[19] P.L. Hansen, R. Brydson D.W. McComb, Microsc. Microanal. Microstruct. 3, (1992) 213 - 219;

[20] D.W. McComb, R. Brydson, P.L. Hansen, R.S. Payne, J. Php: Condens. Matter 4 (1992) 8363-8374;

[21] J.A. Tossel, J. Phys. Chem. Solids. 36, (1975) 1273428;

[22] A. Balzarotti, A. Biankoni, E. Burattini, Phys. Stat. Sol. (b) 63, (1974) 77-87;

[23] J.A. Tossel, J. Am. Chem. Soc. 97 (1975) 4840;

[24] E.O. Filatova, V.A. Luk'anov, R. Barchewitzet, J. Phys. Condens. Matter. 11, (1999) 3355;

Размещено на Allbest.ru