автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Микроструктура и свойства тонких пленок аморфного гидрогенизированного сплава кремния с углеродом

На правах рукописи

АРТЁМОВ ЕВГЕНИИ ИВАНОВИЧ

МИКРОСТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЁНОК АМОРФНОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО СПЛАВА КРЕМНИЯ С УГЛЕРОДОМ

(05.27.06 -Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2004

Работа выполнена на кафедре Материаловедения и Физической Химии в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете)

Научный руководитель: доктор технических наук,

доцент Шерченков А.А.

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук,

профессор Фёдоров В.А.

кандидат физ.-мат. наук,

с.н.с. Кудоярова В.Х.

Ведущая организация:

ГосНИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина.

Защита состоится «_»_2004 г.

на заседании диссертационного Совета Д.212.134.03 при Московском государственном институте электронной техники по адресу: 124498, Москва, г. Зеленоград, проезд 4806, д.5 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Соискатель

Артёмов Е.И.

Коледов Л.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Аморфный гидрогенизированный сплав кремния с углеродом (а-8Ю:Н) является перспективным и одним из важных материалов в современной микроэлектронике. Впервые полученный Андерсоном и Спиром в 1977 году, этот материал и по сей день привлекает внимание исследователей. Выбор в качестве объекта исследования аморфного сплава а-8Ю:Н не случаен и продиктован, в первую очередь, его широким приборным применением в полупроводниковой промышленности. Благодаря возможности варьирования ширины запрещенной зоны путём изменения концентрации углерода нелегированные плёнки а-8Ю:Н (толщиной 0,5 -5-1 мкм) используются в солнечных элементах с рч-П- структурой в качестве активного ьслоя, а тонкие (~10 нм) плёнки а-8Ю:Н р-типа - в качестве широкозонного окна. При этом слои а-8Ю:Н обладают достаточно хорошей фотопроводимостью. Использование слоев с различной шириной запрещённой зоны позволяет увеличить диапазон поглощаемых длин волн и, соответственно, повысить эффективность работы батареи солнечных элементов.

Помимо фотовольтаического применения, плёнки а-8Ю:Н также используются при изготовлении фотодиодов и светоизлу-чающих диодов, фототранзисторов, диодов Шоттки, оптотири-сторов, униполярных диодов, датчиков определения цвета, УФ-датчиков. Плёнки а-8Ю:Н находят своё применение в качестве диэлектрических слоев в тонкоплёночных полевых транзисторах, составляющих управляющие матрицы жидкокристаллических дисплеев. Благодаря хорошей термостабильности и теплопроводности, высокой химической инертности, износостойкости и антикоррозионным свойствам плёнки а-8Ю:Н применяются в качестве диэлектрических и пассивирующих слоев в производстве микросхем и устройств с чернильной печатью. Помимо практического применения, а-8Ю:Н благодаря высокой чувствительности микроструктуры к параметрам осаждения, является превосходным объектом для проведения фундаментальных исследований, в

РОС НАЦИвМАЛЫ** ВИММ0ПЖА

частности, установления взаимосвязи между микроструктурой и оптоэлектронными характеристиками.

Однако отмечено, что введение углерода приводит к ухудшению оптоэлектронных свойств a-SiC:H, причины которого в настоящее время до конца не ясны. В некоторых работах наблюдаемое ухудшение связывают с образованием неоднородной микроструктуры с ростом концентрации углерода.

Современные тенденции в технологии некристаллических полупроводников связаны с сохранением высоких оптических и электрофизических свойств материалов при высокой скорости их роста и низкой температуре осаждения, что существенно влияет на микроструктуру. Микроструктура определяет вид распределения плотности состояний, которая, в свою очередь, определяет оптоэлектронные и электрофизические свойства материала. Известно, что микроструктура a-SiC:H особенно чувствительна к параметрам осаждения. В связи с этим получение плёнок a-SiC:H приборного качества при повышенных скоростях осаждения и низких температурах подложки представляет собой сложную задачу. Таким образом, исследование закономерностей формирования микроструктуры и выявление её взаимосвязи с оптоэлек-тронными свойствами плёнок a-SiC:H является актуальной задачей. Её решение позволит получать плёнки a-SiC:H приборного качества при меньших экономических затратах, проводить целенаправленную оптимизацию параметров осаждения. Для этого необходимо проведение всестороннего изучения процессов формирования сплава, начиная с анализа процессов, протекающих в плазме, и заканчивая исследованием микроструктуры сформированных слоев.

Цель работы.

Установление взаимосвязи между микроструктурой и оптоэлектронными свойствами пленок сплава a-SiC:H и разработка принципов усовершенствования технологии получения плёнок приборного качества.

Научная новизна.

1. Методом ИКС были исследованы плёнки a-SiC:H приборного качества с развитой микроструктурой, впервые полученные высокоскоростным методом НЧ ПХО из смеси силана и метана при различных температурах подложки Т„ и различной концентрации метана Яс- Было установлено, что с увеличением температуры подложки концентрация гибридизованного углерода растёт, а концентрация ,у/?~- гибридизованного углерода уменьшается. Увеличение температуры подложки приводит к локальному (в пределах 1 и 2 координационных сфер атома кремния) уменьшению электроотрицательности.

2. Расчёты с использованием химической индукционной модели (ХИМ) свидетельствуют о том, что в плёнках НЧ ПХО a-SiC:H приборного качества соотношение атомов Si и С в первой координационной сфере атома Si отличается от среднего значения по объёму, что свидетельствует о неоднородном распределении атомов углерода. Было определено, что в диапазоне концентраций углерода в структуре материала равновероятно распределены тетраэдры НБ^з, Н81-812С и Н51-81С2. В образцах с концентрацией углерода г>0,16 преобладают Si- тетраэдры ^¡-БьС и НБ^Юз.

3. Расчёты термодинамических характеристик плёнок с применением модели свободной энергии (МСЭ) впервые проводились по усовершенствованной методике с учётом присутствия углерода в модификации графита. Модификация методики расчётов по МСЭ заключалась в учёте зависимости энтальпий образования атомов и энергий химических связей от температуры и вида гибридизации атомных орбиталей углерода. Сравнение результатов расчётов с использованием усовершенствованной методики модели МСЭ с данными ИКС показало, что в условиях НЧ ПХО формируется графитоподобная составляющая структуры плёнок a-SiC:H и что с ростом Х<_' структура плёнок становится химически упорядоченной. Это объясняет неоднородное распределение атомов углерода обеих модификаций в ближайшем окружении атома Si.

4. Обнаружено замедление темпа увеличения ширины запрещённой зоны с ростом концентрации углерода по сравнению с плёнками ВЧ ПХО a-SiC:H. Такое замедление связано с образованием графитоподобной компоненты структуры плёнок a-SiC:H в условиях НЧ ПХО. Увеличение Хс приводит к увеличению концентрации глубоких состояний как в верхней части запрещённой зоны, так и состояний в нижней части запрещённой зоны, вносимых оборванными связями кремния.

Практическая значимость.

1. Показана возможность получения высокоскоростным методом НЧ (55 кГц) ПХО плёнок сплава a-SiC:H с высокой фоточувствительностью при варьировании ширины запрещённой зоны в широких пределах.

2. Усовершенствована методика расчёта по модели свободной энергии для анализа микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, заключающееся в учёте зависимости энтальпий образования атомов и энергий химических связей от температуры и вида гибридизации атомных орбиталей углерода.

3. Установлены взаимосвязи между параметрами осаждения, микроструктурой, морфологией, оптоэлектронными и электрофизическими свойствами плёнок НЧ ПХО a-SiC:H. Выявленные закономерности позволили определить пути оптимизации параметров осаждения для получения плёнок a-SiC:H приборного качества высокоскоростным методом.

4. На основе результатов и выводов, сделанных в диссертационной работе в части исследования взаимосвязи между микроструктурой плёнок НЧ ПХО a-SiC:H и их электрофизическим и оптоэлектронными свойствами, предложен способ осаждения плёнок этого сплава с улучшенными приборными характеристиками.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Углерод из газовой фазы встраивается в растущую поверхность в форме метильных групп. Увеличение концентрации углерода приводит к локальному увеличению электроотрицательности, а увеличение температуры подложки - к её уменьшению. Концентрация яр*- гибридизованного углерода растёт, а концентрация хр'- гибридизованного уменьшается с увеличением температуры подложки.

2. Исследование микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H с использованием ХИМ свидетельствует о неоднородном распределении атомов углерода. Показано, что в диапазоне концентраций углерода г<0,16 в структуре материала равновероятно распределены Si- тетраэдры ^¡-Б^, Н51-5ЬС и НБиБЮг. В образцах с концентрацией углерода /">0,16 преобладают Si- тетраэдры Ш^С и ИБ^С,.

3. Усовершенствованная методика расчёта по МСЭ для анализа микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, учитывающая зависимости теплоты образования атомов и энергии химических связей от температуры и от вида гибридизации атомных орбиталей углерода.

4. В условиях НЧ ПХО в режиме низкой мощности происходит формирование графитоподобной составляющей структуры плёнок а-8Ю.Н. В 1-й координационной сфере атома 81 резко возрастает концентрация гибридизованного углерода при начальном увеличении Хс.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов», Москва, МГУ, 2000 г.;

- 111-й Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - XXI век». Москва. МИЭТ, 22-24 ноября 2000 г.;

- 12-ом Международном симпозиуме «Тонкие плёнки в электронике», Харьков, 23-27 апреля 2001 г.;

- Международном семинаре «Modem Problems in the Physics of Surfaces and Nanostructures», Ярославль, 18-21 июня 2001 г.;

- 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition", International Congress Centre Munich, Germany 22-26 October 2001;

- электронной Всероссийской научной конференции «Электроника», Москва, Зеленоград, МИЭТ, 19-30 ноября 2001 г.;

- Отчётной конференции-выставке по подпрограмме: «Топливо и энергетика» научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», Москва, МЭИ, 2001 г.;

- 8-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 28 февраля-1 марта 2002 г.;

- Международной конференции «Физика электронных материалов ФИЭМ'02», Калуга, Россия, 1-4 Октября 2002 г.;

- IV-ой Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика-2002», Москва, МИЭТ, 19-21 ноября 2002 г.;

- 111-ой и IV-ой Международных конференциях «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», Санкт-Петербург, СПбГУ, 2002 и 2004 гг.;

- ежегодных Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика», Москва, МИЭТ, 2000-2004 гг.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ (в том числе 1 в журнале «Неорганические материалы» и 1 в журнале «Inorganic Materials») и 4 отчёта по научно-исследовательским работам.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе, содержит 174 страницы машинописного текста, включая

22 таблицы, 63 рисунка и список литературы в количестве 163 наименований.

Содержание работы.

Во введении рассматривается актуальность темы и сформулирована основная цель работы.

В первой главе «Современные представления о микроструктуре аморфного гидрогенизированного сплава кремния с углеродом» приведены установленные на данный момент закономерности формирования микроструктуры плёнок а-8Ю:Н и взаимосвязи между оптическими, электрофизическими свойствами, их микроструктурой и технологическими параметрами. Рассмотрено приборное применение сплава а-8Ю:Н и показана перспективность его использования в микроэлектронике. Представлены наиболее распространённые методы получения плёнок а-8Ю:Н и проанализированы установленные на данный момент закономерности формирования микроструктуры аморфного сплава. Описаны современные методы исследования микроструктуры плёнок а-8Ю:Н и отмечены достоинства метода ИКС.

Во второй главе «Метод получения и методики исследования микроструктуры тонких плёнок НЧ ПХО а-8Ю:Н» в разделе 2.1 представлена технологическая установка для получения пленок а-8Ю:Н высокоскоростным методом НЧ ПХО. Высокая, по сравнению с методом ВЧ ПХО, скорость осаждения плёнок приборного качества достигается благодаря смещению области диссоциации подаваемых газов ближе к растущей поверхности, что обеспечивает высокий поток радикалов в её направлении. К несомненным достоинствам метода НЧ ПХО следует отнести ионную бомбардировку поверхности и более низкие по сравнению с методом ВЧ ПХО температуры подложки. Все вышеперечислен -ные факторы в совокупности определяют закономерности формирования микроструктуры и энергетического спектра носителей заряда в НЧ ПХО а-БЮ:Н.

В разделе 2.2 подробно проанализирована методика исследования микроструктуры плёнок НЧ ПХО а-8Ю:Н по ИК спек-

трам. Метод ИКС позволяет получить качественную и количественную информацию о локальной структуре аморфного сплава. ИКС обладает такими достоинствам, как универсальность, характеристичность, избирательность, большая чувствительность и сравнительная простота.

В разделе 2.3 определен комплекс взаимодополняющих методик для изучения химического состава и микроструктуры НЧ ПХО a-SiC:H - это методы ИКС, ACM, COPP. Показаны возможности данных методов для выявления атомного состава, локальной конфигурации связей и степени структурной разупорядочен-ности в аморфных пленках.

В разделе 2.4 представлены методики для комплексного исследования оптических и фотоэлектрических свойств в широкой области температур. Приведены блок-схемы установок для измерений оптического пропускания, высокотемпературных исследований темновой и фотопроводимости. Описаны методики определения плотности глубоких состояний и состояний в верхней части запрещённой зоны. Плотность глубоких состояний определяется методом постоянного фототока, а плотность состояний в верхней части запрещённой зоны - из моделирования температурной зависимости фотопроводимости.

В третьей главе «Исследование свойств тонких плёнок НЧ ПХО a-SiC:H» в разделе 3.1 проведён анализ химического состава плёнок и установлено, что формирование плёнок происходит в режиме низкой мощности (НМ), отличительной чертой которого является отсутствие прямой диссоциации молекул СН4 в плазме, в результате чего концентрация углерода в плёнке не достигает 50% даже при 80%-й концентрации метана.

В разделе 3.2 с помощью ИК спектроскопии была исследована микроструктура плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, осаждённых при различном химическом составе подаваемой газовой смеси и различных температурах подложки. Было установлено, что рост концентрации метана в смеси с силаном приводит к увеличению концентрации групп Si-CH3, что является косвенным подтверждение реализации режима НМ. Увеличение температуры под-

ложки приводит к уменьшению концентрации связанного водорода и росту концентрации связей Si-C. Рост Хс приводит к локальному (в пределах I и 2 координационных сфер атома кремния) увеличению электроотрицательности, а увеличение температуры подложки - к её уменьшению. Это сопровождается изменением положения пика полосы моды растяжения Si-H: в первом случае на И К спектрах наблюдается смещение пика полосы в сторону больших волновых чисел, а во втором случае - в сторону меньших волновых чисел.

В разделе 3.3 разработана методика определения состава пленок с использованием данных ИКС и СОРР. По раз-

работанной методике был определён элементный состав плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, использовавшийся для расчётов по модели свободной энергии (МСЭ).

В разделе 3.4 проведён статистический анализ данных АСМ, который показал, что островковая микроструктура является собственным свойством пленок НЧ ПХО a-SiC:H. Увеличение концентрации углерода в пленке Хс приводит к уменьшению среднего диаметра островков от 140,8 нм для Хс=0 до 47,1 нм для С ростом температуры подложки проявляется тенденция к увеличению среднего диаметра островков.

В разделе 3.5 приведены данные оптических и электрофизических измерений плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, которые показали, что рост приводит к увеличению ширины запрещённой зоны от 1,65 до 2,26 эВ. Замедление темпа увеличения зависимости Ех=/(Хс) по сравнению с ВЧ ПХО а^ЮЛ в диапазоне Хс>25,4% объясняется образованием связей углерод-углерод, схожих со связями в графите. С увеличением температуры подложки от 160 до 320 °С ¿^уменьшается от 2,01 до 1,86 эВ. Как увеличение Хс, так и увеличение температуры подложки приводят к увеличению протяжённости хвостов зон, что указывает на возрастание степени структурной разупорядоченности в плёнках НЧ ПХО a-SiC:H. Увеличение приводит к увеличению концентрации глубоких состояний как в верхней части запрещённой зоны так и состояний в нижней части запрещённой зоны вносимых обор-

ванными связями Si-. Увеличение температуры подложки не влияет на По результатам комплексного исследования свойств плёнок НЧ ПХО a-SiC:H был определён оптимальный режим формирования плёнок приборного качества: Яс=20%, ТП=175°С. При этом подвижность носителей

заряда 5

В четвёртой главе «Микроструктура и свойства тонких плёнок НЧ ПХО a-SiC:H» в разделе 4.1 проведены расчёты термодинамических функций первичных и вторичных реакций в газовой фазе для температур в диапазоне 298,15-800 К. Анализ результатов показал, что при осаждении плёнок a-SiC:H из смеси встраивание углерода происходит преимущественно в виде атомных конфигураций 8|Н4.п(СНз)п (п=1-4), в которых углерод сохраняет ¿//-гибридизацию. Помимо этого, резко возрастает концентрация связанного водорода, поскольку на один встраиваемый атом углерода приходится 3 атома водорода. Результаты термодинамических расчётов подтверждаются данными ИКС, согласно которым углерод в плёнках находится преимущественно в форме метильных групп.

В разделе 4.2 проведены расчёты с использованием ХИМ в приближении модели случайного связывания (МСС) с целью определения характера распределения атомов углерода в плёнках НЧ ПХО a-SiC:H, полученных при переменной концентрации метана. Результаты расчётов по ХИМ свидетельствуют о неоднородном распределении атомов углерода в исследуемых образцах. Установлено, что рост приводит к локальному (в пределах 1 и 2 координационных сфер атома кремния) увеличению электроотрицательности, а увеличение температуры подложки - к её уменьшению, что приводит к увеличению (в первом случае) и уменьшению (во втором случае) частоты осцилляции связи Si-H. Это проявляется на смещении пика полосы моды растяжения связи Si-H в сторону больших (в первом случае) или меньших (во втором случае) волновых чисел.

Было определено, что в диапазоне концентраций углерода Г<0,16 в структуре материала равновероятно распределены Si-

тетраэдры Ь^-БЬ, НБьЗиС И Н51-81С2. В образцах с концентрацией углерода г>0,16 преобладают Si- тетраэдры [^¡^¡¿С И НБь На основе полученных данных была синтезирована полоса растяжения-сжатия Si-H и построена зависимость раст-сжат~АГ) (зависимость 2 на рис. 1). Из рисунка 1 видно, что график рассчитанной теоретической зависимости отличается от графика экспериментальной зависимости (кривая 1).

Рис. 1. Графики зависимости У$,.н раст-сжат~АГ)- Обозначения: 1 -эксперимент; 2 - расчёт по ХИМ и МСС; 3 - расчёт по ХИМ и МСЭ без учета графитоподобной составляющей; 4 - расчёт по ХИМ и МСЭ с учетом графитоподобной составляющей.

В разделе 4.3 проведены расчёты по ХИМ с использованием МСЭ. Из рис. 1 видно, что график полученной теоретической зависимости (кривая 3) так же, как и график зависимости, рассчитанной по ХИМ в приближении МСС, отличается от графика экспериментальной зависимости. По нашему мнению, расхожде-

ние между экспериментальным и теоретическими графиками зависимости Vsih раст-сжат ) на рис. 1 можно объяснить присутствием sp -гибридизованного углерода в 1-ой координационной сфере центрального атома тетраэдра. Таким образом, нами была модифицирована методика расчётов по МСЭ, учитывающая присутствие sp2- гибридизованного углерода в первой координационной сфере центрального атома тетраэдра, а также учёт зависимости теплоты образования атомов и энергии химических связей от температуры. Расчёты, проведённые с использованием усовершенствованной методики, учитывающей присутствие sp2-гибридизованного углерода, позволили удовлетворительно описать поведение экспериментальной зависимости (см. рис. 1 кривая 4). С использованием МСЭ рассчитаны термодинамические функции (энтальпии /Д/, энтропии S/ц и энергии Гиббса G,\¡ смешения) плёнок НЧ ПХО a-SiC:H. Характер зависимости свидетельствует о химическом упорядочении структуры с ростом Хс, что подтверждает данные ИКС. Под химическим упорядочением понимается образование гетероатом-ных связей. Увеличение Sm с ростом Хс указывает на увеличение структурной разупорядоченности плёнок НЧ ПХО a-SiC:H. Уменьшение с ростом свидетельствует о формировании плёнки в условиях НЧ ПХО в режиме НМ по механизму случайного связывания. Анализ микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H с использованием данных МСЭ указывает на неоднородное распределение атомов углерода обеих модификаций. При начальном введении углерода его концентрация резко увеличивается, в первую очередь, в 1-й координационной сфере атома Si. Расчёты позволили определить, что в 1-й координационной сфере атома Si резко возрастает концентрация sp'- гибридизованного углерода, приводящая к тому, что на один атом Si в Si- центрированном тетраэдре приходится более 3 атомов углерода с sp2- гибл/ 1 Í

ридизацией. С дальнейшим ростом Хс атомы sp~- и sp - гибридизованного углерода начинают занимать места за пределами 1-й координационной сферы атома Si.

Сопоставление полученных данных о характере распределения атомов углерода с данными АСМ позволило сделать вывод, что уменьшение среднего диаметра островков напрямую связано с ростом концентрации ър3- гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере тетраэдров.

Установлено, что положение уровня Ферми контролируется концентрацией атомов вр3- гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере центральных атомов Би И Сй- тетраэдров. Увеличение связано с увеличением концентрации сильных связей БьС". Наличие точки перегиба зависимости с) мо-

жет быть связано с присутствием ър- гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере центральных атомов Бь И С"- тетраэдров.

С увеличением температуры подложки формирование плёнок НЧ ПХО a-SiC:H становится более интенсивным и наблюдается химическое упорядочение структуры. Сдвиг пика полосы ^¡-Н раст.-сжат. в сторону низких частот может быть объяснён как уменьшением электроотрицательности «среды» с уменьшением концентрации связанного водорода, так и неоднородным распределением атомов углерода. Установлено, что изменение опто-электронных свойств и электрофизических параметров плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, полученных при различных температурах подложки, объясняется упорядочением их структуры.

В разделе 4.4 были рассмотрены методы оптимизации процесса получения плёнок сплава a-SiC:H методом ПХО. Анализ научно-технической литературы, а также полученные нами экспериментальные данные и результаты расчётов свидетельствуют о том, что для получения плёнок a-SiC:H приборного качества методом НЧ ПХО необходимо: 1) добиться высокой степени химического и структурного упорядочения; 2) добиться однородного распределения атомов углерода; и 3) понизить концентрацию графитоподобной составляющей и полисилановых включений SiHn. Результаты работы показали перспективность представленного здесь метода НЧ ПХО для получения плёнок a-SiC:H с улучшенными приборными характеристиками при повышенных

скоростях роста и пониженных температурах подложки. В то же время, экспериментальные результаты свидетельствуют о необходимости дальнейшей оптимизации технологии получения плёнок а-8Ю:Н этим методом. В связи с этим, в данном разделе также представлены возможные пути усовершенствования используемой технологии.

Основные результаты и выводы.

1. Установлено, что формирование плёнок НЧ ПХО а-8Ю:Н происходит в режиме низкой мощности, характерной особенностью которого является отсутствие прямой диссоциации молекул СН4 в плазме, в результате чего концентрация углерода не превышает 50% даже при 80%-й концентрации метана.

2. Установлено по данным ИКС, что рост концентрации метана приводит к увеличению концентрации групп БьСНг,. что является косвенным подтверждением реализации режима низкой мощности. Увеличение температуры подложки приводит к уменьшению концентрации связанного водорода и росту концентрации связей 8ьС. Концентрация ър - гибридизованного углерода растёт, а концентрация ър2- гибридизованного уменьшается с увеличением температуры подложки. Увеличение Хс приводит к локальному (в пределах 1 и 2 координационных сфер атома кремния) увеличению электроотрицательности, а увеличение температуры подложки - к её уменьшению. Это сопровождается изменением положения пика полосы моды растяжения 8ьН: в первом случае на ИК спектрах наблюдается смещение пика полосы в сторону высоких частот, а во втором случае - в сторону меньших волновых чисел.

3. Разработана методика определения состава пленок с использованием данных ИКС и СОРР. По разработанной методике был определён элементный состав плёнок НЧ ПХО а-8Ю:Н. Полученные значения концентраций использовались для расчётов по модели свободной энергии (МСЭ).

4. Проведены расчёты термодинамических функций первичных и вторичных реакций в плазме Результаты расчё-

тов указывают на то, что наибольшая термодинамическая вероятность у реакций, продуктами которых являются атомные конфигурации (СНз) „ (п—1-4). Таким образом, углерод встраивается преимущественно в виде метильных групп, что приводит к резкому возрастанию концентрации связанного водорода.

5. Применена химическая индукционная модель для исследования микроструктуры плёнок a-SiC:H приборного качества, полученных высокоскоростным методом НЧ ПХО. Результаты расчётов свидетельствует о неоднородном распределении атомов углерода. Было определено, что в диапазоне концентраций углерода в структуре материала равновероятно распределены Si- тетраэдры НБьБи, ^¡^¡гС и НБ^ВЮз- В образцах с концентрацией углерода г>0,16 преобладают Si- тетраэдры Н5!-812С и

6. Нами была усовершенствована и применена методика расчётов с использованием модели свободной энергии для анализа микроструктуры плёнок a-SiC:H приборного качества, полученных высокоскоростным методом НЧ ПХО. Модификация модели заключалась в учёте зависимости теплоты образования атомов и энергии химических связей от температуры и от вида гибридизации атомных орбиталей углерода. Используя разработанную методику определения элементного состава плёнок НЧ ПХО a-SiC:H с использованием данных ИКС и СОРР, были проведены расчёты по МСЭ. Характер зависимости энтальпии смешения от концентрации углерода свидетельствует о химическом упорядочении структуры с ростом Увеличение энтропии смешения с ростом указывает на увеличение структурной разупорядоченности плёнок НЧ ПХО a-SiC:H.

7. Сравнение результатов расчётов с использованием усовершенствованной методики модели МСЭ с данными ИКС показало, что в условиях НЧ ПХО формируется графитоподобная составляющая структуры плёнок a-SiC:H. Анализ микроструктуры указывает на неоднородное распределение атомов углерода обеих модификаций. При начальном введении углерода резко увеличивается концентрация его модификации в первую очередь в 1-

й координационной сфере атома Si. С дальнейшим ростом Хс атомы ър2- и ър3- гибридизованного углерода начинают занимать места за пределами 1-й координационной сферы атома Si. Определено, что во всём исследуемом температурном диапазоне Т„= 160^320 °С соотношение атомов Si и С с ър - гибридизацией в первой координационной сфере атома Si отличается от среднего по объёму значения. Установлено, что положение уровня Ферми контролируется концентрацией атомов ър3- гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере центральных атомов Si- и С1- тетраэдров. Увеличение Ек связано с увеличением концентрации сильных связей Si-Cd. Наличие точки перегиба зависимости ЕК=ЛХс) связано как с присутствием ър2- гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере центральных атомов Si- и С1-тетраэдров, так и с неравномерным характером распределения атомов углерода обеих модификаций.

8. Определено, что с увеличением температуры подложки наблюдается химическое упорядочение структуры плёнок НЧ ПХО а^Ю:Н. При этом распределение атомов углерода носит неоднородный характер, что объясняет увеличение энтропии смешения и изменение электрофизических свойств.

9. Данные оптических и электрофизических измерений плёнок НЧ ПХО а^С:Н показали, что рост Хс приводит к увеличению ширины запрещённой зоны. Замедление темпа увеличения ширины запрещённой зоны с ростом концентрации углерода по сравнению с ВЧ ПХО а^С.Н объясняется образованием связей углерод-углерод, схожих со связями в графите. Увеличение Хс приводит к увеличению протяжённости хвостов зон, что указывает на возрастание степени структурной разупорядоченности. Рост

приводит к увеличению концентрации как глубоких состояний в верхней части запрещённой зоны, так и состояний в нижней части запрещённой зоны, вносимых оборванными связями. Установлено, что изменение оптоэлектронных и электрофизических параметров плёнок НЧ ПХО а^Ю.Н, полученных при различных температурах подложки, объясняется упорядочением их структуры. Увеличение температуры подложки не влияет на кон-

центрацию глубоких состояний в верхней части запрещённой зоны.

10. Проведённый статистический анализ данных АСМ показал, что островковая микроструктура является собственным свойством пленок НЧ ПХО а-8Ю:Н. Увеличение Хс приводит к уменьшению среднего диаметра островков ср. Установлено, что уменьшение среднего диаметра островка напрямую связано с ростом концентрации вр'- гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере тетраэдров. С ростом температуры подложки проявляется тенденция к увеличению среднего диаметра островков.

11. Анализ полученных результатов и литературных данных показал, что представленный здесь метод НЧ ПХО является перспективным методом получения плёнок а-8Ю:Н с улучшенными приборными характеристиками при повышенных скоростях роста и пониженных температурах подложки. В то же время, экспериментальные результаты свидетельствуют о необходимости дальнейшей оптимизации технологии получения плёнок а^С:Н этим методом. Перспективным является использование ионной бомбардировки поверхности растущей плёнки. Кроме того, использование ацетилена в качестве газообразного источника углерода повышает эффективность встраивания атомов углерода из газовой фазы в растущую плёнку.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Е.И. Артёмов. «Влияние температуры подложки на концентрацию водорода и микроструктуру плёнок аморфного сплава кремний-углерод». // Материалы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов». Москва. МГУ. 2000. с. 447.

2. Е.И. Артёмов. «ИК-спектры и микроструктура сплава а-8Ю:Н, полученного при различных температурах подложки». // Тез. докл. седьмой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2000». Москва. МИЭТ. 2000. с. 30.

3. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков, Е.И. Артёмов. «Анализ инфракрасных спектров сплавов a-SiC:H с использованием химической индукционной модели». // Тез. докл. Ш-й Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика- XXI век». Москва. МИЭТ, 22-24 ноября 2000 г. с. 132.

4. Е.И. Артёмов. «Анализ полосы ИК поглощения колебательной моды растяжения Si-Н,, в сплаве a-SiC:H с использованием химической индукционной модели». // Тез. докл. восьмой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2001». Москва. МИЭТ. 2001. с. 40.

5. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков, А.Е. Бердников, Е.И. Артёмов. «Анализ инфракрасных спектров сплавов a-SiC:H с использованием химической индукционной модели». // Тез. докл. 12-го Международного симпозиума «Тонкие плёнки в электронике», Харьков, 23-27 апреля 2001 г. с. 80-82.

6. B.G. Budaguan, А.А. Sherchenkov, А.Е. Berdnikov, E.I. Arte-mov. «The investigation of homogeneity of a-SiC:H thin films with using of chemical induction model». // Тез. докл. Международного семинара «Modern Problems in the Physics of Surfaces and Na-nostructures». Ярославль, 18-21 июня 2001 г. с. 51.

7. Boris G. Budaguan, Alexey A. Sherchenkov, Eugene I. Artemov. «The investigation of homogeneity of a-SiC:H thin films for device applications». //Тез. докл. 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Munich, Germany 22-26 October 2001. pp. 261-264.

8. А.А Шерченков, Б.Г.Будагян, Е.И. Артёмов. «Изучение однородности плёнок a-SiC:H, полученных в плазме низкочастотного тлеющего разряда». // Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции «Электроника» (Зеленоград, 19-30 ноября 2001 г.) Москва, МИЭТ, 2001 г., с. 41-42.

9. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков, Е.И. Артёмов. «Изучение однородности плёнок a-SiC:H с использованием химической индукционной модели». // Тез. докл. Отчётной конференции-выставки по подпрограмме «Топливо и энергетика» научно-

технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники». Москва. МЭИ, 2001. с. 167.

10. Е.И. Артёмов. «Влияние структурной неоднородности на электронные свойства плёнок a-SiC:H». // Тез. докл. восьмой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». (Москва, 28 февраля-1 марта 2002 г.). М.: МЭИ. 2002 г. Т. 2, с. 23-24.

11. Е.И. Артёмов. «Термодинамический анализ реакций в плазме НЧ ТР при осаждении o-Si/.tCr:H». // Тез. докл. девятой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2002». Москва, 17-18 апреля 2002 г. МИЭТ. 2002. с. 26.

12. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков, В.В. Жаров, Е.И. Артёмов. «Термодинамический анализ реакций в плазме НЧ ТР при осаждении // Тез. докл. III Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», 24 июля 2002, Санкт-Петербург. 2002. с. 77-78.

13. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков, В.В. Жаров, Е.И. Артёмов. «Термодинамический анализ реакций в плазме НЧ ТР при осаждении // Материалы Международной конференции «Физика электронных материалов ФИЭМ'02», Калуга, Россия, 1-4 Октября 2002 г. с. 94.

14. A.A. Шерченков, Б.Г. Будагян, Е.И. Артёмов. «ИК исследование -гибридизации углерода в сплаве // Тез. докл. IV-й Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика-2002». 4.1. Москва. МИЭТ. 19-21 ноября 2002 г. с. 312.

15. B.G. Budagyan, A.A. Sherchenkov, and E.I. Artemov. "Investigation of microinhomogeneities in a-SiCr:H using the chemical induction model". // Inorganic Materials, vol. 39, No. 12, 2003, pp. 1221-1226. Translated from Neorganicheskie Materialy, vol. 39, No. 12,2003, pp. 1415-1421.

16. Е.И. Артёмов. «Микроструктура плёнок а-8!/.,Сг:Н, полученных методом НЧ ПХО». // Тез. докл. десятой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2003». Зеленоград, 23-24 апреля 2003 г. Москва, МИЭТ. 2003. с. 47.

17. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков, Е.И. Артёмов. «Исследование микронеоднородности пленок а-5Ю,:Н с использованием.хи-мической индукционной модели». // Неорганические материалы, 2003, т. 39, № 12, с. 1415-1421.

18. Е.И. Артёмов. «Применение модели свободной энергии к анализу микроструктуры плёнок // Тез. докл. одиннадцатой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2004» (Зеленоград, 21-23 апреля 2004 г.). Москва, МИЭТ. 2004. с. 35.

19. Б.Г.Будагян, А.А.Шерченков, Е.И. Артёмов. «Применение модели свободной энергии к анализу микроструктуры сплава а-5|/.,Сч:Н». // Сборник трудов IV Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (57 июля 2004, Санкт-Петербург). С-Пб., СПбГУ. 2004.С. 55-56.

Подписано в печать:

Заказ№>$$Тираж 75 экз. Уч.-изд.л.¿У Формат 60x84 1/16.

Отпечатано в типографии МИЭТ.

124498, Москва, г. Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ

»2080 1

Введение.

Глава 1. Современные представления о микроструктуре аморфного гидрогенизированного сплава кремния с углеродом.

1.1. Приборы на основе сплава a-SiC:H.

1.2. Формирование плёнок a-Si:H и a-SiC:H.

1.2.1. Методы получения a-SiC:H.

1.2.2. Закономерности формирования пленок сплава a-SiC:H в плазме TP.

1.2.2.1. Реакции в газовой фазе.

1.2.2.2. Реакции на поверхности.

1.3. Микроструктура и свойства a-SiC:H.

1.3.1. Микроструктура и оптические свойства.

1.3.2. Микроструктура и электрофизические свойства.

1.4. Общая теория колебательных свойств.

1.4.1. Поведение атомов примеси в аморфном кремнии.

1.4.2. Методы изучения микроструктуры и колебательных свойств сплава a-SiC:H.

1.4.2.1. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ).

1.4.2.2. Спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС).

1.4.2.3. Инфракрасная спектроскопия (ИКС).

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Метод получения и методики исследования микроструктуры тонких плёнок НЧПХО a-SiC:H.

2.1. Технология осаждения a-SiC:H методом НЧ ПХО.

2.2. Методика исследования микроструктуры a-SiC:H с помощью ИК спектроскопии.

2.2.1. Анализ ИК спектров. Качественный анализ структуры материала по ИК спектру.

2.2.2. Количественный анализ структуры материала по ИК спектрам.

2.2.3. Погрешности метода ИКС.

2.3. Экспериментальные методы исследования состава и структуры.

2.3.1. Атомная силовая микроскопия (АСМ).

2.3.2. Спектроскопия обратного рассеяния Резерфорда (СОРР).

2.4. Методы измерения оптических и электрофизических свойств тонких пленок a-SiC:H.

2.4.1. Методика измерения темновой проводимости.

2.4.2. Прямой метод измерения коэффициента оптического поглощения.

2.4.3. Определение коэффициента оптического поглощения методом постоянного фототока.

2.4.4. Методика измерения и моделирования фотопроводимости.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследование свойств тонких плёнок НЧ ПХО a-SiC:H.

3.1. Химический состав плёнок.

3.2. Исследование микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H с помощью ИК спектроскопии.

3.2.1. Влияние химического состава газовой смеси на микроструктуру пленок НЧ ПХО a-SiC:H.

3.2.2. Влияние температуры подложки на микроструктуру пленок.

3.3. Разработка методики определения состава сплава a-SixCyHz с использованием данных СОРР и ИКС.

3.4. Морфология поверхности пленок НЧ ПХО a-SiC:H. Влияние химического состава и температуры подложки.

3.5. Оптические и электрофизические свойства тонких пленок НЧ ПХО a-SiC:H.

3.5.1. Определение оптических и электрофизических свойств тонких пленок НЧ ПХО a-SiC:H.

3.5.2. Плотность состояний в НЧ ПХО a-SiC:H.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава 4. Микроструктура и свойства тонких плёнок НЧ ПХО a-SiC:H.

4.1. Термодинамические расчёты химических реакций в плазме SiH4+CH4.

4.2. Исследование микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H переменного состава с помощью расчётов по ХИМ в приближении МСС.

4.3. Применение модели свободной энергии (МСЭ) для исследования микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H.

4.3.1. Влияние концентрации углерода на микроструктуру плёнок

НЧ ПХО a-SiC:H.

4.3.2. Исследование влияния температуры подложки на микроструктуру плёнок НЧ ПХО a-SiC:H.

4.4. Разработка принципов усовершенствования технологии получения плёнок НЧ ПХО a-SiC:H приборного качества.

4.4.1. Получение a-SiC:H с высокой степенью структурной упорядоченности.

4.4.2. Получение a-SiC:H с однородным распределением углерода.

4.4.3. Получение a-SiC:H с низкой концентрацией графитоподобной составляющей структуры и полисилановых включений.

4.5. Выводы по главе 4.

Аморфный гидрогенизированный сплав кремния с углеродом (a-SiC:H) является перспективным и одним из важных материалов в современной микроэлектронике. Впервые полученный Андерсоном и Спиром в 1977 году, этот материал и по сей день привлекает внимание исследователей. Выбор в качестве объекта исследования аморфного сплава a-SiC:H не случаен и продиктован, в первую очередь, его широким приборным применением в полупроводниковой промышленности. Благодаря возможности варьирования ширины запрещенной зоны путём изменения концентрации углерода нелегированные плёнки a-SiC:H (толщиной 0,5н-1 мкм) используются в солнечных элементах с p-i-n- структурой в качестве активного i-слоя, а тонкие (~10 нм) плёнки a-SiC:H р-типа — в качестве широкозонного окна. При этом слои a-SiC:H обладают достаточно хорошей фотопроводимостью. Использование слоев с различной шириной запрещённой зоны позволяет увеличить диапазон поглощаемых длин волн и, соответственно, повысить эффективность работы батареи солнечных элементов.

Помимо фотовольтаического применения, плёнки a-SiC:H также используются при изготовлении фотодиодов и светоизлучающих диодов, фототранзисторов, диодов Шоттки, оптотиристоров, униполярных диодов, датчиков определения цвета, УФ-датчиков. Плёнки a-SiC:H находят своё применение в качестве диэлектрических слоев в тонкоплёночных полевых транзисторах, составляющих управляющие матрицы жидкокристаллических дисплеев. Благодаря хорошей тёрмостабильности и теплопроводности, высокой химической инертности, износостойкости и антикоррозионным свойствам плёнки a-SiC:H применяются в качестве диэлектрических и пассивирующих слоёв в производстве микросхем и устройств с чернильной печатью. Помимо практического применения, a-SiC:H благодаря высокой чувствительности микроструктуры к параметрам осаждения, является превосходным объектом для проведения фундаментальных исследований, в частности, установления взаимосвязи между микроструктурой и оптоэлектронными характеристиками.

Однако отмечено, что введение углерода приводит к ухудшению опто-электронных свойств a-SiC:H, причины которого в настоящее время до конца не ясны. В некоторых работах наблюдаемое ухудшение связывают с образованием неоднородной микроструктуры с ростом концентрации углерода.

Современные тенденции в технологии некристаллических полупроводников связаны с сохранением высоких оптических и электрофизических свойств материалов при высокой скорости их роста и низкой температуре осаждения, что существенно влияет на микроструктуру. Микроструктура определяет вид распределения плотности состояний, которая, в свою очередь, определяет оптоэлек-тронные и электрофизические свойства материала. Известно, что микроструктура a-SiC:H особенно чувствительна к параметрам осаждения. В связи с этим получение плёнок a-SiC:H приборного качества при повышенных скоростях осаждения и низких температурах подложки представляет собой сложную задачу. Таким образом, исследование закономерностей формирования микроструктуры и выявление её взаимосвязи с оптоэлектронными свойствами плёнок a-SiC:H является актуальной задачей. Её решение позволит получать плёнки a-SiC:H приборного качества при меньших экономических затратах, проводить целенаправленную оптимизацию параметров осаждения. Для этого необходимо проведение всестороннего изучения процессов формирования сплава, начиная с анализа процессов, протекающих в плазме, и заканчивая исследованием микроструктуры сформированных слоев.

Целью данной диссертационной работы являлось установление взаимосвязи между микроструктурой и оптоэлектронными свойствами пленок сплава a-SiC:H и разработка принципов усовершенствования технологии получения плёнок приборного качества.

Научная новизна

1. Методом ИКС были исследованы плёнки a-SiC:H приборного качества с развитой микроструктурой, впервые полученные высокоскоростным методом НЧ ПХО из смеси силана и метана при различных температурах подложки Тп и различной концентрации метана Re- Было установлено, что с увеличением температуры подложки концентрация sp3- гибридизованного углерода растёт, а концентрация sp2- гибридизованного углерода уменьшается. Увеличение температуры подложки приводит к локальному (в пределах 1 и 2 координационных сфер атома кремния) уменьшению электроотрицательности.

2. Расчёты с использованием химической индукционной модели (ХИМ) свидетельствуют о том, что в плёнках НЧ ПХО a-SiC:H приборного качества соотношение атомов Si и С в первой координационной сфере атома Si отличается от среднего значения по объёму, что свидетельствует о неоднородном распределении атомов углерода. Было определено, что в диапазоне концентраций углерода г<0,16 в структуре материала равновероятно распределены Si- тетраэдры HSi-Si3, HSi-Si2C и HSi-SiC2- В образцах с концентрацией углерода г>0,16 преобладают Si- тетраэдры HSi-Si2C и HSi-SiC2

3. Расчёты термодинамических характеристик плёнок с применением модели свободной энергии (МСЭ) впервые проводились по усовершенствованной методике с учётом присутствия углерода в модификации графита. Модификация методики расчётов по МСЭ заключалась в учёте зависимости энтальпий образования атомов и энергий химических связей от температуры и вида гибридизации атомных орбиталей углерода. Сравнение результатов расчётов с использованием усовершенствованной методики модели МСЭ с данными ИКС показало, что в условиях НЧ ПХО формируется графитоподобная составляющая структуры плёнок a-SiC:H и что с ростом Хс структура плёнок становится химически упорядоченной. Это объясняет неоднородное распределение атомов углерода обеих модификаций в ближайшем окружении атома Si.

4. Обнаружено замедление темпа увеличения ширины запрещённой зоны с ростом концентрации углерода по сравнению с плёнками ВЧ ПХО a-SiC:H. Такое замедление связано с образованием графитоподобной компоненты структуры плёнок a-SiC:H в условиях НЧ ПХО. Увеличение Хс приводит к увеличению концентрации глубоких состояний как в верхней части запрещённой зоны, так и состояний в нижней части запрещённой зоны, вносимых оборванными связями кремния.

Практическая значимость

1. Показана возможность получения высокоскоростным методом НЧ (55 кГц) ПХО плёнок сплава a-SiC:H с высокой фоточувствительностью при варьировании ширины запрещённой зоны в широких пределах.

2. Усовершенствована методика расчёта по модели свободной энергии для анализа микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, заключающееся в учёте зависимости энтальпий образования атомов и энергий химических связей от температуры и вида гибридизации атомных орбиталей углерода.

3. Установлены взаимосвязи между параметрами осаждения, микроструктурой, морфологией, оптоэлектронными и электрофизическими свойствами плёнок НЧ ПХО a-SiC:H. Выявленные закономерности позволили определить пути оптимизации параметров осаждения для получения плёнок a-SiC:H приборного качества высокоскоростным методом.

4. На основе результатов и выводов, сделанных в диссертационной работе в части исследования взаимосвязи между микроструктурой плёнок НЧ ПХО a-SiC:H и их электрофизическим и оптоэлектронными свойствами, предложен способ осаждения плёнок этого сплава с улучшенными приборными характеристиками.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Углерод из газовой фазы встраивается в растущую поверхность в форме метальных групп. Увеличение концентрации углерода приводит к локальному увеличению электроотрицательности, а увеличение температуры подложки - к её уменьшению. Концентрация sp3- гибридизованного углерода растёт, а концентрация sp2- гибридизованного уменьшается с увеличением температуры подложки.

2. Исследование микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H с использованием ХИМ свидетельствует о неоднородном распределении атомов углерода. Показано, что в диапазоне концентраций углерода г<0,16 в структуре материала равновероятно распределены Si- тетраэдры HSi-Si3, HSi-Si2C и HSi-SiC2. В образцах с концентрацией углерода г>0,16 преобладают Si- тетраэдры HSi-Si2C и HSi-SiC2.

3. Усовершенствованная методика расчёта по МСЭ для анализа микроструктуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, учитывающая зависимости теплоты образования атомов и энергии химических связей от температуры и от вида гибридизации

2 3 sp - или sp ) атомных орбиталей углерода.

4. В условиях НЧ ПХО в режиме низкой мощности происходит формирование графитоподобной составляющей структуры плёнок a-SiC:H. В 1-й координационной сфере атома Si резко возрастает концентрация sp - гибридизованного углерода при начальном увеличении Хс.

Основные результаты и выводы.

1. Установлено, что формирование плёнок НЧ ПХО a-SiC:H происходит в режиме «низкой мощности», характерной особенностью которого является отсутствие прямой диссоциации молекул СН4 в плазме, в результате чего концентрация углерода не превышает 50% даже при 80%-й концентрации метана.

2. Установлено по данным ИКС, что рост концентрации метана приводит к увеличению концентрации групп Si-CH3, что является косвенным подтверждением реализации режима низкой мощности. Рост температуры подложки приводит к уменьшению концентрации связанного водорода и росту концентрации связей Si-C. Концентрация sp3- гибридизованного углерода растёт, а концентрау ция sp - гибридизованного уменьшается с увеличением температуры подложки. Увеличение концентрации углерода приводит к локальному (в пределах 1 и 2 координационных сфер атома кремния) увеличению электроотрицательности, а рост температуры подложки - к её уменьшению. Это сопровождается изменением положения пика полосы моды растяжения Si-H: в первом случае на ИК спектрах наблюдается смещение пика полосы в сторону высоких частот, а во втором случае - в сторону меньших волновых чисел.

3. Разработана методика определения состава пленок a-Si;(CyHz с использованием данных ИКС и СОРР. По разработанной методике был определён элементный состав плёнок НЧ ПХО a-SiC:H. Полученные значения концентраций использовались для расчётов по модели свободной энергии (МСЭ).

4. Проведены расчёты термодинамических функций первичных и вторичных реакций в плазме SiH4 и СН4. Результаты расчётов указывают на то, что наибольшая термодинамическая вероятность у реакций, продуктами которых являются атомные конфигурации SiH4n(CH3)n (п=1-4). Таким образом, углерод встраивается преимущественно в виде метальных групп, что приводит к резкому возрастанию концентрации связанного водорода.

5. Применена химическая индукционная модель для исследования микроструктуры плёнок a-SiC:H приборного качества, полученных высокоскоростным методом НЧ ПХО. Результаты расчётов свидетельствует о неоднородном распределении атомов углерода. Было определено, что в диапазоне концентраций углерода r<0,16 в структуре материала равновероятно распределены Si- тетраэдры HSi-Si3, HSi-Si2C и HSi-SiC2. В образцах с концентрацией углерода г>0,16 преобладают Si- тетраэдры HSi-Si2C и HSi-SiC2.

6. Нами была усовершенствована и применена методика расчётов с использованием модели свободной энергии для анализа микроструктуры плёнок a-SiC:H приборного качества, полученных высокоскоростным методом НЧ ПХО. Модификация модели заключалась в учёте зависимости теплоты образования атомов и энергии химических связей от температуры и от вида гибридизации

2 3 sp - или sp ) атомных орбиталей углерода. Используя разработанную методику определения элементного состава плёнок НЧ ПХО a-SiC:H с использованием данных ИКС и СОРР, были проведены расчёты по МСЭ. Характер зависимости энтальпии смешения от концентрации углерода свидетельствует о химическом упорядочении структуры с ростом концентрации углерода. Увеличение энтропии смешения с ростом концентрации углерода указывает на увеличение структурной разупорядоченности плёнок НЧ ПХО a-SiC:H.

7. Расчёты с использованием МСЭ подтвердили предположение о том, что в условиях НЧ ПХО формируется графитоподобная составляющая структуры плёнок a-SiC:H. Анализ микроструктуры указывает на неоднородное распределение атомов углерода обеих модификаций. При начальном введении атомов углерода его концентрация резко увеличивается, в первую очередь, в 1-й координационной сфере атома Si. Расчёты позволили определить, что в 1-й координационной сфере атома Si возрастает концентрация sp - гибридизованного углерода, приводящая к тому, что на один атом Si в Si-центрированном тетраэдре приходится более 3 атомов углерода с sp2- гибридизацией. С дальнейшим ростом

2 3 концентрации углерода атомы sp - и sp - гибридизованного углерода начинают занимать места за пределами 1-й координационной сферы атрма Sj^ Установлено, что положение уровня Ферми контролируется концентрацией атомов sp3-гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере центральных атомов Si- и Cd- тетраэдров. Рост Eg связан с увеличением концентрации сильных связей Si-Cd. Наличие точки перегиба зависимости Eg от концентрации углерода связано как с присутствием sp2- гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере центральных атомов Si- и Cd- тетраэдров, так и с неравномерным характером распределения атомов углерода обеих модификаций.

8. Определено, что с ростом температуры подложки наблюдается химическое упорядочение структуры плёнок НЧ ПХО a-SiC:H. При этом распределение атомов углерода носит неоднородный характер, что объясняет увеличение энтропии смешения и изменение электрофизических свойств.

9. Данные оптических и электрофизических измерений плёнок НЧ ПХО a-SiC:H показали, что рост концентрации углерода приводит к увеличению ширины запрещённой зоны. Замедление роста ширины запрещённой зоны по сравнению с ВЧ ПХО a-SiC:H объясняется образованием связей углерод-углерод, схожих со связями в графите. Увеличение концентрации углерода приводит к увеличению протяжённости хвостов зон, что указывает на возрастание степени структурной разупорядоченности. Рост концентрации углерода приводит к увеличению концентрации как глубоких состояний в верхней части запрещённой зоны, так и состояний в нижней части запрещённой зоны, вносимых оборванными связями. Установлено, что изменение оптоэлектронных и электрофизических параметров плёнок НЧ ПХО a-SiC:H, полученных при различных температурах подложки, объясняется упорядочением их структуры. Рост температуры подложки не влияет на концентрацию глубоких состояний в верхней части запрещённой зоны.

10. Проведённый статистический анализ данных АСМ показал, что ост-ровковая микроструктура является собственным свойством пленок НЧ ПХО a-SiC:H. Увеличение концентрации углерода в пленке приводит к уменьшению среднего диаметра островков. Установлено, что уменьшение среднего диаметра островка напрямую связано с ростом концентрации sp3- гибридизованного углерода в 1-й координационной сфере Si-тетраэдров. С ростом температуры подложки проявляется тенденция к увеличению среднего диаметра островков.

11. Анализ полученных результатов и литературных данных показал, что представленный здесь метод НЧ ПХО является перспективным методом получения плёнок a-SiC:H с улучшенными приборными характеристиками при повышенных скоростях роста и пониженных Тп. В то же время, экспериментальные результаты свидетельствуют о необходимости дальнейшей оптимизации технологии получения плёнок a-SiC:H этим методом. Для этого предлагается использовать ионную бомбардировку поверхности растущей плёнки, подавая на подложки отрицательное смещение. Согласно нашим экспериментальным данным, температура подложки должна быть выбрана из диапазона Тп=175+225 °С. Также, необходимо использовать импульсную модуляцию ТР. Перспективным является использование ацетилена в качестве газообразного источника углерода, поскольку повышается эффективность встраивания атомов углерода в растущую плёнку из газовой фазы. Кроме того, для получения плёнок a-SiC:H методом НЧ ПХО с улучшенными электрофизическими параметрами перспективным является использование разбавления водородом подаваемой газовой смеси SiH4+C2H2 в подрежиме с недостатком силана.

1. D.A. Anderson, W.E. Spear. Philos. Mag., т. 35, 1977, с. 1.

2. W. Gao, S.H. Lee, J. Bullock, Y. Xu, D.K. Benson, S. Morrison, H.M. Branz. Firsta-SiC:H photovoltaic-powered monolithic tandem electrochromic smart window device. Solar Energy Materials and Solar Cells, т. 59, 1999, с. 243-254.

3. S.M. Ifltiquar, A.K. Barua. Control of the properties of wide bandgap a-SiC:H filmsprepared by RF PECVD method by varying methane flow rate. Solar Energy Materials and Solar Cells, т. 56, 1999, c.l 17-123.

4. F. Giorgis, C.F. Pirri, E. Tresso, V. Rigato, S. Zandolin, P. Rava. Wide band gap amorphous silicon-based alloys. Physica В т. 229, 1997, с. 233-239.

5. F. Giorgis, F. Giuliani, C.F. Pirri, E. Tresso, J.P. Conde, V. Chu. Wide band gap a-SiC:H films for optoelectronic applications. J. of Non-Cryst. Solids, т. 227-230,1998, с. 465-469.

6. A.A. Айвазов, Б.Г. Будагян, С.П. Вихров, А.И. Попов. «Неупорядоченные полупроводники». М.: Издательство МЭИ, 1995. 352 с.

7. H. Stiebig, Y. Mandryka, E. Bunte, H.-J. Biichner, К. H. Jun, G. Jager. Amor-Ш phous silicon a promising material for diodes with ultra thin absorber. J. of Optoelectronics and Advanced Materials, т. 5, № 5, 2003, с. 1305-1317.

8. P. Musumeci, L. Calcagno, A. Makhtari, P. Baeri, G. Compagnini, C. F. Pirri. Ion beam effects on the hydrogenated bonds of amorphous silicon carbide. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В, т. 166-167, 2000, с. 404-409.

9. Magafas L. The effect of thermal annealing on the optical properties of a-SiC:H films. J. of Non-Cryst. Solids, т. 238, 1998, с. 158-162.

10. Matthias Hillebrand, Frank Blecher, Jiirgen Sterzel, Markus Bohm. An amorphous silicon photoconductor for UV detection. // MRS Symp. Proc. 2003, c. 762.

11. Pereyra I., Carreno M.N., Tabacniks M.H., Prado R.J., Fantini M.C.A. The influence of "starving plasma" regime on carbon content and bonds in a-Si.xCx:H thin films. J. Appl. Phys., т. 84, № 5, 1998, c. 2371-2379.

12. I. Pereyra, M.N.P. Carreno. Wide gap a-Sii.xCx:H thin films obtained under starving plasma deposition conditions. J. Non-Cryst. Solids, т. 201, 1996, с. 110-118

13. Li Wang, Jun Xu, Tianfu Ma, Wei Li, Xinfan Huang, Kunji Chen. The influence of the growth conditions on the structural and optical properties of hydrogenated amorphous silicon carbide thin films. J. of Alloys and Compounds, т. 290, 1999, с. 273-278.

14. Lijun Jiang, Xiang Chen, Xuhong Wang, Ligiang Xu, Frank Stubhan, Karl-Heinz Merkel. a-SiC:H films deposited by LT PECVD used for moisture and corrosion resistant applications. Thin Solid Films, т. 352, 1999, с. 97-101.

15. Шарафутдинов Р.Г., Бакланов М.Р., Аюпов Б.М. и др. // ЖТФ. т. 65, вып. 1, • 1995, с. 181-185.

16. Струнин В.И., Худайбергенов Г.Ж. и др. // Тез. докл. X конф. по физике газового разряда. Рязань, 2000, с. 182-183.21. «Физика газового разряда». Ю.П. Райзер. М. 1987, 592 с.

17. Maley N. Critical investigation of the infrared-transmission-data analysis of hydrogenated amorphous silicon alloys. Phys. Rev. В, т. 46, № 4, 1992, с. 20782085.

18. Brodsky M.H., Cardona Manuel, Cuomo J.J. Infrared and Raman spectra of the silicon-hydrogen bonds in amorphous silicon prepared by glow discharge and sputtering. Phys. Rev. В, т. 16, № 8, 1977, с. 3556-3571.

19. Langford A.A., Fleet M.L., Nelson B.P., Lanford W.A., Maley N. Infrared absorption strength and hydrogen content of hydrogenated amorphous silicon. Phys. Rev. В, т. 45, № 23, 1992, c. 13367-13377.

20. Furukawa Shoji, Matsumoto Nobuo. Estimation methods for localized-state distribution profiles in undoped and phosphorous-doped a-Si:H. Phys. Rev. В, т. 27, № 8, 1983, с. 4955-4960.

21. Pollard W.B., Lucovsky G. Phonons in polysilane alloys. Phys. Rev. В, т. 26, № 6, 1982, с. 3172-3180.

22. Freeman E.C., Paul William. Infrared vibrational spectra of rf-sputtered hydrogenated amorphous silicon. Phys. Rev. В, т. 18, № 8, 1978, с. 4288-4300.

23. Ouwens J. Daey, Schropp R.E.I. Hydrogen microstructure in hydrogen amorphous silicon. Phys. Rev. В, т. 54, № 24, 1996, с. 17759-17762.

24. Guizot J.L., Nomoto K., Matsuda A. Surface reactions during the a-Si:H growth in the diode and triode glow discharge reactors. Surf. Sci., т. 244, №1-2, 1991, с. 2238.

25. Matsuda A, Nomoto K, Takeuchi Y, Suzuki A., Yuuki A., Perrin J. Surf. Sci., т. 227, №3, 1990.

26. Matsuda A., Goto Т.//MRS Symp. Proc., т. 164, №3, 1990.

27. В.И. Струнин, A.A. Ляхов, Г.Ж. Худайбергенов, В.В. Шкуркин. Моделирование процесса разложения силана в высокочастотной плазме. // ЖТФ, т. 72, вып. 6, 2002, с. 109-114.

28. А.В. Кириков, В.В. Рыжов, А.И. Суслов. Кинетика свободных радикалов в плазме искрового разряда в метане. // Письма в ЖТФ, 1999, том 25, вып. 19, с. 82-86.

29. Legrand J.-C., Diamy A.M., Hrach R. et al. // Proc. of ISPC 12. Minneapolis, August 21-25, 1995, c. 601-606.

30. Tashiba K., Nishida M., Harima H. et al. J. Phys. D: Appl. Phys., т. 17, № 8, 1984, с. 1727-1742.

31. J.L. Andujar, E. Pascual, G. Viera, E. Bertran. Optical emission spectroscopy of rf ^ glow discharges of methane-silane mixtures. Thin Solid Films, т. 317, 1998, с.120.123.

32. I. Solomon, M.P. Schmidt, H. Tran-Quoc. Selective low-power plasma decomposition of silane-mixtures for the preparation of methylated amorphous silicon. Phys. Rev. В, т. 38, № 14, 1988, c. 9895-9901.

33. Perrin J. Plasma and surface reactions during a-Si:H film growth. J. Non-Cryst. Solids, т. 137&138, 1991, c. 639-644.

34. Ishihara S., Hirao T. // Proc. 46th Annual Meeting of Jpn. Soc. Appl. Phys., Kyoto, 1985, c.748.

35. Drevillon В., Toulemonde M. Hydrogen content of amorphous silicon films deposited in a multipole plasma. J. Appl. Phys., т. 58, №1, 1985, с. 535-540.

36. Perrin J., Takeda Y., Hirano N., Matsuura H., Matsuda A. Effect of ion bombard® ment on the growth and properties of hydrogenated amorphous silicon-germaniumalloys. Jpn. J. Appl. Phys. т. 28, № 1, 1989, с. 5-11.

37. J. Robertson. The electronic and atomic structure of hydrogenated amorphous Si-C alloys. Philos. Mag. В, т. 66, № 5, 1992, с. 615-638.

38. Gracin D., Bogdanovic I., Borjanovic V., Jaksic M., Pastuovic Z., Dutta J.M.,

39. Ф Vlahovic В., Nemanich R.J. Quantitative analysis of a-Si^C^H thin films by vibrational spectroscopy and nuclear methods. Vacuum, т. 61, 2001, с. 303-308.

40. Soonil Lee, Dong-Sup Kim, Sung-Gyu Rhee, Soo-ghee Oh, Kwang-Ryeol Lee. Structure and optical properties of Si incorporated diamond-like carbon films deposited by r.f. plasma-assisted chemical vapor deposition. Thin Solid Films, т. 341, 1999, с. 68-72.

41. Mark A. Petrich, Karen K. Gleason, Jeffrey A. Raimer. Structure and properties of amorphous hydrogenated silicon carbide. Phys. Rev. В, т. 36, № 18, 1987, с.• 9722-9731.

42. С. Maneghini, F. Boscherini, F. Evangelisti, S. Mobilio. Structure of a-SiC:H alloys by wide-angle x-ray scattering: Detailed determination of first- and second-shell environment for Si and С atoms. Phys. Rev. В, т. 50, № 16, 1994, с. 1 153511545.

43. Leonardo L. Tessler, Ionel Solomon. Photoluminescence of tetrahedrally coordi• nated a-Si,.xCx:H. Phys. Rev. В т. 52, №15, 1995-1, с. 10962-10971.

44. P.С. Kelires. Short-range order and energetics of disordered silicon-carbon alloys. Phys. Rev. В, т. 46, № 16, 1992, c. 10048-10061.

45. D.M. Bhusari, S.T. Kshirsagar. Effect of radio-frequency power and substrate temperature on properties of hot-plasma-box glow-discharge-deposited hydrogenated amorphous silicon carbon alloys. J. Appl. Phys., т. 73, № 4, 1993, с. 17431749.

46. Solomon I., Tessler L.R. Very high-gap tetrahedrally coordinated amorphous silicon-carbon alloys. // MRS Proc., т. 336, 1994, с. 505-510.

47. Patric R. McCurdy, Jason M. Truitt, Ellen R. Fisher. Pulsed and continuous wave plasma deposition of amorphous, hydrogenated silicon carbide from SiH4/CH4 plasmas. J. Vac. Sci. Technol. A. T. 17(5), 1999, c. 2475-2484.

48. B.G. Yacobi, B. Von Roedern, A.H. Mahan, K.M. Jones. Microstructure and electronic properties of hydrogenated amorphous silicon-carbon alloys. Phys. Rev. B, т. 31, № 12, 1985, c. 8257-8258.

49. McKenzie D.R. Infrared absorption and bonding in amorphous hydrogenated silicon-carbon alloys. J. Phys. D: Appl. Phys., № 18, 1985, c. 1935-1948.

50. A.H. Mahan, P. Menna, R. Tsu. Appl. Phys. Lett., т. 51, 1987, с. 1167.

51. P.I. Rovira, F. Alvarez. Chemical (dis)order in a-SiixCx:H for x<0.6. Phys. Rev.

52. В, т. 55, № 7, 1997-1, c. 4426-4434.

53. N.F. Mott, E.A. Davis. «Electronic Processes in Non-Crystalline Materials». 2nd ed. Clarendon Press, Oxford, 1979, c. 289.

54. H. Мотт, Э. Дэвис. «Электронные процессы в некристаллических полупроводниках». М.: Мир, 1982, с. 664.

55. Saraie J., Fujii Y., Yoshimoto M., Yamazoe K., Matsunami H. Preparation of hydrogenated amorphous Si-C alloy films and their properties. Thin Solid Films, т. 117, 1984, с. 59-69.

56. Shu-Ya Lin. Vibrational local modes of a-SiixCx:H alloys and variation of local modes in different local environments. J. Appl. Phys., т. 80, № 3, 1996, с. 13991404.

57. Joannopoulos J.D., Pollard W.B. Solid State Commun., т. 20, 1976, с. 947.

58. Sidhu L.S., Kosteski Т., Zukotynski S., Kherani N.P. Infrared vibration spectra of ф hydrogenated, deuterated, and tritiated amorphous silicon. J. Appl. Physics, т. 85,5, 1999, с. 2574-2578.

59. JI. Фелдман, Д. Майер. «Основы анализа поверхности тонких пленок». М.: Мир. 1989. 344 с.

60. Chu W.K., Mayer J.W., Nicolet М.А. «Backscattering spectroscopy». Academic Press, New York, 1987.

61. Lannin J.S. Structural order and dynamics of non crystalline condensed matter. In: Disordered semiconductors. // Под ред. Kastner M., Thomas G.A., Ovshinsky S.R. Plenum Press, N.Y.& London. 1987, c. 283-295.

62. Li F., Lannin J.S. Raman coupling parameter variation in amorphous silicon. Phys. Rev В, т. 39, 1989, c. 6220-6222.

63. Yndurain F., Sen P. Effects of local configuration on the lattice dynamics of group• IV semiconductors. Phys. Rev. В, т. 14, 1976, с. 531-537.th

64. Meek P.E. The vibrational properties of a-Ge. // Proc. of 4 Int. Conf. Physics of

65. Non-Cryst. Solids. // Под ред. Frischet G.N. Trans Tech Publ., Winterthur, 1977, c. 586-590.

66. Budaguan B.G., Aivazov A.A., Meytin M.N., Radosel'sky A.G. The perspectives of high-rate low frequency a-Si:H films deposition: solar cell application and stability control. // MRS Symp. Proc., т. 485, 1998, с. 297-302.

67. Budaguan B.G., Aivazov A.A., Sazonov A.Yu., Popov A.A., Berdnikov A.E. High-rate deposition of a-Si:H films in 55 kHz glow discharge: growth mechanisms and film structure. // MRS Symp. Proc., т. 467, 1997, с. 585-590.

68. Budaguan B.G., Sherchenkov A.A., Stryahilev D.A., Sazonov A.Yu., Radoselsky

69. Lucovsky G., Nemanich R.J., Knights J.C. Structural interpretation of the vibrational spectra of a-Si:H alloys. Phys. Rev. В, т. 19, № 4, 1979, с. 2064-2073.

70. Shanks M., Fang C.J., Ley L., Cardona M., Demond F.J., Kalbitzer S. Infrared spectrum and structure of hydrogenated amorphous silicon. Phys. Stat. Solidi (B), т. 100, № 1, 1980, c. 43-56.

71. Reitano R., Foti G. Oscillator strength and effective charge in amorphous silicon carbon alloy. Solid State Communications, т. 115, 2000, с. 375-378.

72. Bullot J., Schmidt M.P. Phys. Status Solidi B, № 143, 1987, c. 345.

73. Wieder H., Cardona M., Guarnieri C.R. Phys. Status Solidi (b), № 92, 1979, c. 99.

74. Shanks H.R., Jeffrey F.R., Lowry M.E. J. Phys. (Paris) C4, № 42, 1983, c. 773.

75. John P., Odeh I.M., Thomas M.J.K., Tricker M.J., Wilson J.I.B., England J.B.A., Newton D. J. Phys., № 14, 1981, c. 309.

76. Pinarbasi M., Maley N., Myers A., Abelson J.R. Thin Solid Films, т. 171, 1989, с. 217.

77. Cardona M. Phys. Stat. Sol. В, т. 118, 1983, с. 463.

78. Lin W.L., Tsai H.K., Lee S.C., Sah W.J., Tzeng W.J. Appl. Phys. Lett., т. 51, 1987, с. 2112.

79. Demichelis F„ Crovini G., Pirri C.F., Tresso E. Philos. Mag. В, т. 68, № 7, 1996, с. 213.

80. Basa D.K., Smith F.W. Thin Solid Films, т. 192, 1990, с. 121.

81. Tawada Y., Tsuge K., Kondo M., Okamoto H., Hamakawa Y. J. Appl. Phys. т. 53, 1982, с. 5273.

82. Lotter E„ Bauer G.H. // MRS Symp. Proc., № 258, 1992, c. 517.

83. Demichelis F., Pirri C.F. Solid State Phenomena, т. 44-46, 1995, с. 385.

84. Nakazawa К., Ueda S., Kumeda M., Morimoto A., Shimizu T. Jpn. J. Appl. Phys., №21, 1992, c. 176.

85. Fujimoto F., Ootsuka A., Komaki K., Iwata Y., Yamane I., Yamashita H., Hashi-Ф moto Y., Tawada Y., Nishimura K., Okamoto H., Hamakawa Y. Jpn. J. Appl.

86. Phys., № 23, 1984, c. 810.

87. Balagurov A., Drozdov Y.A., Karpova N.Y., Korobov E., Lupacheva A.N., Omel' yanovski E.M., Orlov A.F., Ukhorskaya T.A. Fiz. Tverd. Tela, т. 31, 1989 с. 231 Sov. Phys. Solid State, т. 31, 1989, с. 1783.

88. De Oliveira M.L., Camargo Jr. S.S., Freire Jr. F.L. J. Appl. Phys., т. 71, 1992, с. 1531.

89. F. Demichelis, G. Crovini, F. Giorgis, C.F. Pirri, E. Tresso. Comparison between methane and acetylene as carbon sources for C-rich a-SiC:H films. Diamond and Related Materials, № 4, 1995, c. 473-477.

90. Demichelis F., Crovini G., Pirri C.F., Tresso E., Galloni R., Rizzoli R, Sum-monte C., Zignani F., Rava P., Madan A. Philos. Mag. В, т. 69, № 7, 1994, с. 377.

91. Y. Bounouh, M.L. Theye, A. Dehbi-Alaoui, A. Matthews, J.P. Stoquert. Phys.

92. Rev. В, т. 51, 1995, c. 9597.

93. T. Heitz, B. Drevillon, J.E. Bouree, C. Godet. Early stages of the growth of hydrogenated amorphous carbon investigated by in situ infrared ellipsometry. J. Non-Cryst. Solids, т. 227-230, 1998, с. 636-640.

94. N.A. Morrison, S.E. Rodil, A.C. Ferrari, J. Robertson, W.I. Milne. High rate deposition of ta-C:H using an electron cyclotron wave resonance plasma source. Thin Solid Films, т. 337, 1999, с. 71-73.

95. Gracin D., Desnica U.V., Ivanda M. J. Non-Cryst. Solids, т. 149, 1992, с. 257.

96. Aivazov A.A., Budaguan B.G., Stryahilev D.A. Investigation of inhomogenei-Ф ties in a-SiNr:H alloys by infrared spectroscopy. J. Non-Cryst. Solids, № 167,1994, c. 185-191.

97. Takada M., Iwata Y., Fujimoto F., Komaki K., Kobayashi K., Yamashita H., Haba M. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. В, т. 45, 1990, с. 223.

98. Deki H., Fukuda M., Miyazaki S., Hirose M. Surface morphologies of hydrogenated amorphous silicon at the early stages of plasma-enhanced chemical vapor deposition. Jpn. J. Appl. Phys., т. 34, 1995, с. 1027-1030.

99. Коркишко Ю.Н., Борисов А.Г., Никитина Н.Г., Суханова JI.C., Петрова В.З. «Методы исследования состава и структуры материалов электроннойтехники. Часть 1. Методы исследования состава материалов электронной техники». // М. МГИЭТ (ТУ). 1997. 256 с.

100. А. Меден, М. Шо. «Физика и применение аморфных полупроводников». М. Мир. 1991. 669 с.

101. Handbook of Chemistry and Physics, 72nd ed., edited by R.C. Weast (CRC press, Boca Ration, FL, 1991).

102. Chadi D. J. Phys. Rev. Lett, т. 43, 1979.

103. Lin D.-S., Miller Т., Chiang T.-C., Tsu R., Greene J. E. Phys. Rev. т. 48, 1993, с. 11846.

104. Niemann J., Bauhofer W. Properties of a-SiixCx:H thin films deposited from the organosilane triethylsilane. Thin Solid Films, т. 352, 1999, с. 249-258.

105. Schropp R.E.I., Zeman M. Amorphous and microcrystalline silicon solar cells: modeling, materials and device technology. Kluwer Academic publishers, Boston/Dordrecht/London, 1998, c.207.

106. Kota Sato, Hitoshi Haruta, Yukinobu Kumashiro. Ab initio molecular-orbital study on the surface reactions of methane and silane plasma chemical vapor deposition. Phys. Rev. В, т. 55, 1997, c. 15467-15470.

107. J. Xu, W. J. Choyke, J. T. Yates Jr. Amorphous SiC film formation on Si (100) using electron beam excitation. Applied Surface Science, т. 120, 1997, с. 279-286.

108. B.G.Budagua^ A.A.Sherchenkov, G.L.Gorbulin, V.D.Chernomordic. The development of a high rate technology for wide-bandgap photosensitive a-SiC:H alloys. J. of Alloys and Compounds т. 327/1-2, 2001, с. 146-150.

109. B.G.Budaguan, A.A.Sherchenkov, J.W. Metselaar. A.A. Aivazov. The properties of a-SiC:H and a-SiGe:H films deposited by 55 kHz PECVD. // Abstracts of MRS Spring Meeting, San Francisco, USA, A 19.6. 1999, c. 35.

110. Будагян Б.Г. «Особенности структуры и физические свойства неупорядоченных полупроводников». М. МГИЭТ (ТУ), 1994, 96 с.

111. Stutzman М. 1989, Phil. Mag. В, т. 60, с. 531.

112. Gallagher A. Neutral radical deposition from silane discharges. J. Appl. Phys., т. 63, № 7, 1988, с. 2406-2413.

113. Kushner M.J. A plasma chemistry and surface model for the deposition of a-Si:H from rf glow discharges: a study of hydrogen content. // MRS Symp. Proc., т. 68, 1986, с. 293-307.

114. Mihelcic D, Schubert V., Schindler R.N., Potzinger P. Rate constants for the reaction of hydrogen and deuterium atoms with silane. J. Phys. Chem. т. 81, № 16, 1977, с. 1543-1545.

115. В.М. Глазов, В.В. Жаров, JI.M. Павлова. «Термодинамические расчёты химических и фазовых равновесий. Растворы и химические реакции». Москва, МИЭТ, 1995, 188 с.

116. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков, В.В. Жаров, Е.И. Артёмов. Термодинамический анализ реакций в плазме НЧ TP при осаждении (х=0ч-0,51). // Материалы Международной конференции «Физика электронных материалов ФИЭМ'02», Калуга, 1-4 Октября 2002 г., с. 94.

117. Tsu D.V., Lucovsky G. Davidson B.N. Effects of the nearest neighbors and the alloy matrix on SiH stretching vibrations in the amorphous SiOr:H (0<r<2) alloy system. Phys. Rev. В, т. 40, № 3, 1989, с. 1795-1805.

118. Tsu D.V., Lucovsky G. SiH stretching vibration in silicon suboxides: local and remote induction effects. J. Non-Cryst. Solids, № 114, 1989, c. 501-503.

119. Parsons G.N., Lucovsky G. Silicon-hydrogen bond-stretching vibrations in hydrogenated amorphous silicon-nitrogen alloys. Phys. Rev. В, т. 41, № 3, 1990, с. 1664-1667.

120. Будагян Б.Г., Айвазов А.А., Стряхилев Д.А., Кудоярова В.Х. Анализ инфракрасных спектров сплавов a-SiN/H с использованием индукционной модели. // Физика и техника полупроводников, т. 28, № 5, 1994, с. 781-789.

121. Tsu D.V., Lucovsky G. Properties of the Si-H bond-stretching absorption band in a-Si:H grown by remote plasma enhanced CVD (RPECVD). J. Non-Cryst. Solids, №97&98, 1987, c. 839.

122. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков, Е.И. Артёмов. Исследование микронеоднородности пленок tf-SiC/H с использованием химической индукционной модели. // Журнал «Неорганические материалы», 2003, том 39, № 12, с. 14151421.

123. Ikurou Umezu, Keiji Maeda. Structure of amorphous SiN^H studied by photo-emission and infrared absorption. Jpn. J. Appl. Phys. т. 30, № 10, 1991, с. 25472552.

124. H. Efstathiadis, Z. Yin, F.W. Smith. Atomic bonding in amorphous hydrogenated silicon carbide alloys: A statistical thermodynamic approach. Phys. Rev. В, т. 46, №20, 1992, с. 13119-13130.

125. Z. Yin, F.W. Smith. Free-energy model for bonding in amorphous covalent alloys. Phys. Rev. В 1991-1, т. 43, № 5, с. 4507-4510.

126. H.R. Philipp. J. Phys. Chem. Solids т. 32, 1971, с. 1935; J. Electrochem. Soc., т. 120, 1973, с. 295.

127. К. Mui, F.W. Smith. Tetrahedron model for the dielectric function of amorphous silicon-carbon alloys. Phys. Rev. В, т. 35, № 15, 1987, с. 8080-8088.

128. G. Lucovsky. Chemical effects on the frequencies of Si-H vibrations in amorphous solids. Solid State Communications, т. 29, 1979, с. 571-576.

129. L. Calcagno, F. Giorgis, A. Makthari, P. Musumeci, F. Pirri. Compositional and structural properties of deuterated plasma enhanced chemical vapour deposited silicon-carbon alloys. Philos. Mag. В, т. 79, № 10, 1999, с. 1685-1694.

130. Дж. Эмсли. «Элементы». // Пер. с англ. М.: Мир, 256 с. 1993.

131. JI.B. Гурвич и др. «Энергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону». М.: Наука. 1974, 351с.156. «Физические свойства алмаза». Справочник под ред. Н.В. Новикова. К.: Наукова думка, 1987, 188 с.

132. Zhining Xia, Qiting Shen, Chenzhong Cao, Ying Huang, Shengshi Zhiliang Li. Electronegativity scaled as a average attracting energy of valence-shell electrons in a ground-state free atom. J. of the Chinese Chemical Society, т. 48, №4, 2001, с. 701-707.

133. A. Tabata, H. Kamijo, Y. Suzuoki, T. Mizutani. Effect of hydrogen radicals on properties and structure of a-Si.xCx:H films. J. of Non-Cryst. Solids, т. 227-230, 1998, c.456-459.

134. Pauling L. «The nature of chemical bond». // 3rd ed. 1960.

135. УТВЕРЖДАЮ" кюректор МИЭТ JSapxoTKHH В.А.х сг И1. W 2004 г.1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Артёмова Е.И.

136. Микроструктура и свойства тонких плёнок аморфного гидрогенизированногосплава кремния с углеродом".

137. И.о. зав. каф. Материаловедения \\и физической химии, д.т.н. ^-ЛкГ^чШерченков А.А.1. Доц., к.т.н.1. Штерн Ю.И.1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Артёмова Е.И.

138. Микроструктура и свойства тонких плёнок аморфного гидрогенизиро-ванного сплава кремния с углеродом".

139. Указанная методика, экспериментальные образцы и результаты их исследований используются в лабораторном практикуме при обучении студентов по направлению подготовки дипломированных специалистов 654100 «Электроника и микроэлектроника».

140. И.о. зав. каф. Материаловеденияи физической химии, д.т.н.1. Шерченков А.А.1. Доц., к.т.н.1. Штерн Ю.И.

141. УТВЕРЖДАЮ" Директор ИМИ РАНд.т.н., профессор1. В.А.Курчидис" 004г.1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Артёмова Е.И. "Микроструктура и свойства тонких плёнок аморфного гидрогенизировного сплава кремния с углеродом".

142. Зав. сектором лаборатории № 4, к.х.н.