На правах рукописи

БЕЙСЕНХАНОВ Нуржан Бейсенханович

СТРУКТУРНЫЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК SiCx И SnOx,

СИНТЕЗИРОВАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ

Специальность 05.27.01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные

компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Алматы 2011

Работа выполнена в Товариществе с ограниченной ответственностью «Физико-технический институт» г. Алматы Министерства образования и науки Республики Казахстан

Научный консультант:

доктор физико-математических Нусупов Каир Хамзаевич, наук, профессор Физико-технический институт МОН РК, г.Алматы

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических Герасименко Николай Николаевич, наук, профессор Московский государственный институт электронной техники (технический университет) доктор физико-математических Мордкович Виктор Наумович, наук, профессор Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН доктор физико-математических Турьянский Александр Георгиевич, наук, Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского

Защита состоится “27” _сентября_ 2011 г. в 1100 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.081.01 при Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН по адресу:

142432 Московская область, г. Черноголовка, ул. Институтская 6, ИПТМ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН Автореферат разослан “” 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.081. кандидат химических наук Л.А. Панченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интерес к поверхностным структурам с их особыми свойствами значительно возрос в связи с широкими возможностями применения в микрои оптоэлектронике. Перспективным направлением использования тонкопленочных технологий является синтез пленок на основе SiC, обладающего высокой твердостью (33400 Мн/м2), стойкостью к химическим воздействиям, высокой температурой плавления (2830°С), широкой запрещенной зоной (2,33,3 эВ) и т.д., обусловившими применение карбида кремния в высокотемпературной электронике, оптоэлектронике (светодиоды, фотодиоды), радиационно-стойкой электронике, высокочастотной электронике. Метод ионной имплантации используется для создания покрытий и изолирующих слоев SiC при изготовлении интегральных схем. Интенсивно развивающимся направлением является формирование этим методом наноструктурированных систем, содержащих включения кристаллов и кластеров Si, SiC и C, обеспечивающих за счет размерных эффектов люминесценцию во всей видимой области спектра.

Способность слоев диоксида олова изменять электропроводность при адсорбции газов стало основой их применения в полупроводниковых сорбционных сенсорах.

Увеличение вклада поверхности в электрофизические свойства полупроводника и увеличение газочувствительности достигается при переходе от монокристалла к нанокристаллической системе, когда радиус зерна не превышает протяженность обедненного зарядами слоя (для SnO2 3 нм). Кроме того, обладая прозрачностью в широком диапазоне длин волн, SnO2 используется в качестве прозрачных проводящих покрытий при изготовлении фотопреобразователей и опто-электронных приборов.

Широкозонные полупроводниковые пленки SnOx и SiCх помимо применения в солнечных преобразователях и сенсорах газа демонстрируют схожие квантоворазмерные свойства при уменьшении размеров кристаллитов, проявляющиеся, в частности, в сдвиге пика фотолюминесценции кристаллитов SiC в синюю область (390нм, 33,2 эВ) и увеличении ширины запрещенной зоны кристаллитов SnO2 до 4, эВ. Представляет значительный интерес изучение влияния концентрации компонентов, кластеров, фазового состава, метода получения пленок SnOx и SiCх и их термической или плазменной обработки на процессы кристаллизации и кластеризации, размеры кристаллитов и, как следствие, на свойства пленок.

Целью работы является: исследование особенностей процесса кристаллизации, микроструктуры и фазового состава слоев SiCx (x = 0,031,4), синтезированных многократной имплантацией ионов углерода различных энергий в кремний; комплексное исследование оптических и электрофизических свойств, микроструктуры и фазового состава тонких пленок SnOx, синтезированных методами золь-гель технологии, магнетронного реактивного распыления и ионно-лучевого распыления, модифицированных различными условиями термической и плазменной обработок.

Для достижения цели необходимо было решить следующие основные задачи:

- исследование структуры, элементного и фазового состава имплантированных С+ слоев Si с концентрацией углерода выше, ниже и близкой к стехиометионами рическому составу SiC в температурном интервале 2001400C;

- изучение влияния распада кластеров и различных видов межатомных связей на процесс формирования SiC-связей тетраэдрической ориентации и кристаллизацию карбида кремния в слоях с высокой концентрацией углерода SiC1,4, SiC0,95, SiC0,7 и в слоях с низкой концентрацией углерода SiC0,03, SiC0,12 и SiC0,4;

- исследование влияния обработки Н-плазмой тлеющего разряда на структуру кристаллитов -SiC, Si, микроструктуру поверхности и стабильность кластеров;

- исследование структурных, оптических, электрических, и газочувствительных свойств пленок SnOx, синтезированных методами магнетронного распыления, ионнолучевого распыления и золь-гель технологии;

- исследование влияния термического отжига и плазменных обработок в различных атмосферах на физические свойства пленок SnOx, изучение эффекта роста поглощения в инфракрасной области длин волн в пленках SnOх после отжига при температуре 200°С или обработки плазмой тлеющего разряда;

- сравнительный анализ влияния обработки О- или Н-плазмой на физические свойства пленок SnOx, полученных магнетронным распылением и золь-гель методом, установление режимов получения пленок SnO2 с оптимальными структурными и оптическими свойствами непосредственно после осаждения.

Научная новизна работы:

1. Из анализа изменения амплитуды при 800 см-1 и площади SiC-пика ИКпропускания впервые выявлены величины концентрации углерода в кремнии (NC/NSi = 0,7) и интервалы температур, оптимальные для формирования SiC. После отжига при 1200С однородных слоев SiCx наибольшие размеры кристаллитов SiC шарообразного, игольчатого и пластинчатого типов до 400 нм и наибольшее количество SiC-связей тетраэдрической ориентации наблюдается для слоя SiC0,7, что обусловлено низким содержанием углерода в слоях SiC0,03, SiC0,12 и SiC0,4, и высокой концентрацией прочных кластеров в SiC0,95 и SiC1,4. В интервале 800900С наибольшее количество SiC-связей тетраэдрической ориентации характерно для слоя SiC0,4.

2. Впервые предложена структурная модель слоя SiC0,12, отражающая изменение его фазового состава в объемном выражении и среднего размера кристаллитов SiC и Si в интервале температур 20-1250C. После отжига при 1200C ~50% его объема, свободного от SiC-кластеров, составляют кристаллиты Si со средним размером ~ нм, 25% объема нанокристаллы -SiC размером ~5 нм и 25% рекристаллизованный со стороны подложки с-Si. При температурах 800-1400°C поверхность слоев SiCx (x = 0,121,4) деформируется с формированием зерен размером ~30100 нм, а рекристаллизованная при 1250°C ровная поверхность слоя SiC0,03 содержит равномерно распределенные Si:C-включения в виде точечных выступов диаметром ~20 нм.

3. Впервые выявлены размерные эффекты, показывающие, что отличие слоев с низкой концентрацией углерода SiC0,03, SiC0,12 и SiC0,4 от слоев SiC1,4, SiC0,95 и SiC0, проявляется в отсутствии пика LO-фононов SiC в спектрах ИК-пропускания и в смещении при 1000С минимума пика ТО-фононов SiC в область выше 800 cм-1, характерного для тетраэдрических связей кристаллического SiC, что обусловлено малыми размерами кристаллитов SiC ( 3 нм) и увеличением вклада их поверхностей, содержащих укороченные SiC-связи, в оптические свойства.

4. Произведены оценки доли атомов углерода, формирующих прочные кластеры в слоях SiCх. При 1300С в слое SiC1,4 лишь 9% атомов С образуют оптически активные SiC-связи, в SiC0,95 12%, в SiC0,7 и SiC0,4 16%, в SiC0,12 45%, в SiC0,03 около 100%, а остальные атомы углерода находятся в составе прочных кластеров. Количество N сформированных SiC-связей в слоях SiCх оказалось растущим с дробной степенью концентрации x: N = а·(n1)y, где y 0,37±0,09, n1= х/0,03, а = const.

5. Установлено, что обработка водородной плазмой тлеющего разряда (27, MГц, 20 Вт, 6,5 Пa, 100С, 5 минут) поликристаллических слоев SiC1,4 приводит к частичному распаду кристаллитов -SiC и полному распаду кристаллитов Si. Обработка плазмой и отжиг при температуре 900С слоев SiC0,95 привели к формированию слоя -SiC, превосходящего по качеству структуры кристаллитов и гранулярности поверхности необработанный в плазме слой SiC0,95 после изохронного отжига в интервале 200–1400С. Эффект плазмо-стимулированной кристаллизации является следствием распада прочных кластеров под воздействием водородной плазмы.

6. Установлено, что в пленках SnOx, полученных ионно-лучевым методом в условиях дефицита кислорода, значительное уменьшение сопротивления (в 60 раз) при температурах близких к точке плавления олова (231,9C) вызвано сегрегацией нанокристаллов -Sn и формированием токопроводящих цепочек. Резкий рост сопротивления пленки до 200 кОм при температуре выше точки плавления олова вызван крупнозернистой сегрегацией -Sn на границе “пленкаподложка”.

7. Обнаружено, что обработка Н-плазмой пленок SnOх, полученных магнетронным распылением, в режиме “осаждение-отжиг-плазма-отжиг” (DAPA) приводит к увеличению их прозрачности в диапазоне 300-1100 нм по сравнению с режимами “осаждение-отжиг” (DA) и “осаждение-плазма-отжиг” (DPA). На основе выведенного из уравнения Лорентц-Лоренца соотношения показано увеличение пористости пленок. Этому способствует трансформация части кристаллитов Sn2O3 в кристаллиты с большей плотностью (SnO и SnO2) при селективном воздействии плазмы.

8. Показано, что в пленках, осажденных золь-гель методом, кратковременная обработка H-плазмой тлеющего разряда (5 мин) приводит к образованию вакансий кислорода и появлению кластеров SnO, что вызывает уменьшение прозрачности пленок на 315% в видимой области спектра. Кратковременная обработка пленок, полученных магнетронным распылением, как О-, так и Н-плазмой, приводит к формированию кластеров Sn и уменьшению прозрачности в ближней инфракрасной области.

9. Выявлено, что обработка Н- или О-плазмой пленок SnO2, полученных зольгель методом, не изменяет их фазовый состав, вследствие чего рост газочувствительности не зависит от вида плазмы. Обработка О-плазмой приводит к более значительному росту газочувствительности пленок, полученных магнетронным распылением, чем Н-плазмой, в связи с доокислением пленок до SnO2.

Практическая значимость работы:

1. Условия осаждения пленок SnO2 на стекло методом магнетронного распыления, позволяющие без отжига получить пленки SnO2 с оптимальными размерными и оптическими свойствами; увеличение их прозрачности после обработки в режиме “осаждение-отжиг-плазма-отжиг” (DAPA); режимы термического отжига осажденной золь-гель методом пленки SnO2 с высокой газочувствительностью и малым временем отклика; достигнутый обработкой Н- и О-плазмой рост газочуствительности пленок SnO2 могут улучшить характеристики чувствительных элементов газовых сенсоров и проводящих просветляющих покрытий фотопреобразователей.

2. Результаты исследований структурных свойств однородных пленок SiCx (x = 0,031,4) на Si, синтезированных ионной имплантацией; режимы получения пленок SiC0,7 c наибольшими количеством SiC-связей тетраэдрической ориентации и размерами кристаллитов SiC (400 нм); зависимости оптических свойств пленок SiCх от размеров нанокристаллов SiC; влияние обработки Н-плазмой тлеющего разряда на структуру пленки и процессы кристаллизации; оценочные величины содержания SiС-кластеров в слоях SiCх; закономерности формирования оптически активных связей при распаде кластеров могут быть использованы в технологии получения систем, содержащих нановключения С, Si и SiC, обеспечивающих за счет квантоворазмерного эффекта люминесценцию во всей видимой области спектра и т.д.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Зависимость структуры, элементного и фазового состава имплантированных С+ слоев Si от концентрации углерода проявляется в большем количестве ионами SiC-связей тетраэдрической ориентации и кристаллитов SiC в слоях SiC0,7 после отжига в сравнении со слоями SiC0,03, SiC0,12 и SiC0,4 с низким содержанием углерода и слоями SiC0,95 и SiC1,4 с высокой концентрацией прочных кластеров.

- Структурная модель слоя SiC0,12 после отжига при 1200C представляет слой, в котором ~50% объема, свободного от С- и SiC-кластеров, составляют кристаллиты Si со средним размером ~25 нм, 25% объема кристаллиты -SiC размером ~5 нм и 25% рекристаллизованный со стороны подложки с-Si.

- Формирование SiC-связей тетраэдрической ориентации в слоях с высокой концентрацией углерода SiC1,4, SiC0,95 и SiC0,7 обусловлено распадом прочных С- и SiC-кластеров, в слоях SiC0,12 и SiC0,4 распадом кластеров и одинарных SiCсвязей, в SiC0,03 уменьшением количества оборванных связей атомов углерода.

- Отличие оптических свойств слоев с низкой концентрацией углерода SiC0,03, SiC0,12 и SiC0,4 проявляется в отсутствии пика LO-фононов SiC в спектрах ИКпропускания и смещении при 1000С минимума пика ТО-фононов SiC в область выше 800 cм-1, характерного для тетраэдрических связей кристаллического SiC, что обусловлено малыми размерами кристаллитов SiC ( 3 нм) и увеличением вклада их поверхностей, содержащих укороченные SiC-связи, в оптические свойства.

- Эффект плазмо-стимулированной кристаллизации в процессе отжига предварительно обработанных водородной плазмой тлеющего разряда пленок SiC является следствием распада прочных С- и SiC-кластеров при воздействии плазмы.

- Уменьшение/увеличение электрического сопротивления пленок SnOx в области ниже/выше точки плавления Sn (231,9С) обусловлено формированием/распадом проводящих цепочек из нанокристаллов -Sn.

- Эффект увеличения пористости и прозрачности синтезированных методом магнетронного распыления пленок SnOx после обработки водородной плазмой тлеющего разряда в режиме “осаждение-отжиг-плазма-отжиг”. Эффект роста поглощения в инфракрасной области длин волн в пленках SnO2 после отжига при температуре 200°С или обработки Н- или О-плазмами, обусловленный сегрегацией Sn.

- Направленные изменения фазового состава, микроструктуры поверхности и физических свойств пленок SnOx при обработке Н- или О-плазмой позволяют существенно улучшить их прозрачность и газочувствительность.

Личный вклад диссертанта. Автор был инициатором исследований по SiC либо наиболее активным участником исследований по SnO2, инициированных Мухамедшиной Д.М., выполняя определяющую либо особую роль при постановке задачи, выборе средств достижения цели, обсуждении полученных результатов, подготовке научных статей и коррекции дальнейших исследований. Автором выполнены: расчет доз ионов для конструирования профилей распределения C в Si; получение, обработка и анализ результатов исследования структурных свойств SiCx и SnOx методом рентгеновской дифракции; обработка и анализ данных ИК-спектроскопии, Ожеэлектронной спектроскопии, просвечивающей электронной спектроскопии пленок SiCx; обсуждение и анализ результатов исследования микроструктуры поверхности методом атомно-силовой микроскопии, данных измерения электрических и газочувствительных характеристик, прозрачности пленок SnOx. Предложены модели структуры, механизмы формирования Si-C-связей тетраэдрической ориентации, механизмы взаимосвязи структурных и физических свойств SiCx и SnOx. Разработан безэталонный метод расчета инструментальной составляющей полуширины рентгеновских линий для определения размеров кристаллитов. Ключевые статьи и доклады по теме диссертации автором написаны лично либо совместно на основании коллективного анализа, обработки и обсуждения результатов. Обобщение представленного к защите материала выполнено автором.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на:

12th International Conference on Defects-Recognition, Imaging & Physics in Semiconductors (Germany, Berlin, 2007);

EMRS Symposium «Functional oxides for advanced semiconductor technologies» (France, Strasbourg, 2004);

International Symposium «High Technology Plasma Processes» (St. Petersbourg, 2006);

E-MRS Symposium K: ZnO and Related Materials (France, Nice, 2006);

MRS-2005 «Semiconductor Defect Engineering-Materials, Synthetic Structures and Devices» (USA, San Francisco, 2005), EMRS Symposium “TPP8 Thermal Plasma Processes” (France, Strasbourg, 2004), VI Международной конференции “Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах” (Томск, 2008);

International Conference «Quantum Complexities in Condensed Matter» (Uzbekistan, Bukhara, 2003);

5th World Seminar on Heat Treatment and Surface Engineering (Iran, Isfahan, 1995);

Международной школе-семинаре «Физика конденсированного состояния» (Казахстан, Усть-Каменогорск, 2004);

7-ой Международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (Усть-Каменогорск, 2003);

3d, 4th and 6th International Conferences «Nuclear and Radiation Physics» (Almaty, 2001, 2003, 2007).

2nd Eurasian Conference “Nuclear Science and its Application” (Almaty, 2002);

10-й Международной конференции “Физика твердого тела» (Караганда, 2008);

8-й Международной конференции «Физика твердого тела» (Алматы, 2004);

4-м Международном Симпозиуме "Physics@Chemistry of Carbon Materials/ NanoEngineering" (Алматы, 2006).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 51 работах, включающие статьи в Международных (12) рецензируемых журналах, в рейтинговых российских (8) и казахстанских (19) журналах, а также доклады конференций.

Структура и объем диссерации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 245 наименований, изложена на 295 страницах, содержит 112 рисунков и 22 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, перечислены основные положения, выносимые на защиту, научная новизна результатов и их практическая значимость, раскрыта структура диссертации.

В первом разделе приводятся основные физические свойства и методы получения карбида кремния SiC и оксида олова SnO2. Освещены методы синтеза пленок SiC, их структурные и физические свойства, рассматриваются свойства гетеропереходов на основе эпитаксиальных слоев типа (р)3С-SiC (n)6H-SiC и нанокристаллических пленок SiC различных политипов, раскрыты достоинства синтеза пленок SiCx методом ионной имплантации, рассматриваются их структурные свойства в зависимости от условий внедрения и термообработки. Также рассмотрены характеристики SnO2 как сенсорного материала, модели электрической проводимости, механизм газочувствительности и методы получения пленок. Описаны возможности применения золь-гель технологии и метода магнетронного распыления для синтеза пленок, а также применение термических и плазменных обработок для модификации их свойств.

На основании обзора сформулированы цели и задачи исследования.

Во втором разделе диссертации описаны использованные методы получения, обработки и исследования тонких пленок SnOx и SiCx. Слои SiCx получены имплантацией ионов +С12 в монокристаллические пластины Si на модернизированном ускорителе ИЛУ-4. Для получения тонких пленок SnOx использовались методы ионнолучевого распыления, магнетронного распыления и золь-гель метод.

Обработка плазмой тлеющего разряда мощностью ~20 Вт проводилась на лабораторной установке. Плазмообразующий газ водород получен с помощью электролизера, а кислород разложением KMnO4 при 200°С. Разряд низкотемпературной плазмы осуществлен ВЧ-генератором на частоте 27,12 МГц с емкостной связью.

Структура слоев SnOx и SiCx исследовалась методом рентгеновской дифракции с использованием скользящих узкоколлимированных рентгеновских лучей на установке УРС-2,0. Микроструктура поверхности исследовалась на атомно-силовом микроскопе JSPM5200 (JEOL, Japan) с использованием полуконтактного (AFM AC) метода.

Исследования морфологии и структуры слоев SiCx проводились методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM-100CX (JEOL, Japan). ИКспектроскопия слоев SiCx проводилась на аппарате UR-20 при перпендикулярном падении ИК-лучей и под углом 73 от нормали к поверхности образца. Элементный состав пленок SiCx исследовался методом Оже-электронной спектроскопии при последовательном распылении слоев пучком ионов аргона с энергией 1 кэВ. Спектры пропускания пленок SnOx в диапазоне 1902500 нм измерялись на спектрофотометрах СФ-256УВИ и СФ-256БИК. Поверхностное электрическое сопротивление пленок SnOx измерялось методом Ван-дер-Пау на четырехзондовой установке.

В качестве подложек для осаждения SnOx были использованы пластины из стекла марки “Corning” и поликристаллического корунда. Для синтеза SiCx использовались пластины монокристаллического кремния размером 7 12 0,4 мм, ориентацией (100), с удельным сопротивлением 410 Ом·см.

В третьем разделе диссертации представлены результаты по исследованию структуры, состава и особенностей процесса кристаллизации SiC в интервале температур 2001400C в слоях SiC1,4, SiC0,95, SiC0,7, SiC0,4, SiC0,12, SiC0,03, полученных многократной имплантацией в кремний ионов углерода с энергиями 40, 20, 10, 5 и 3 кэВ.

Методом Оже-электронной спектроскопии показано, что профили распределения атомов углерода в кремнии близки к прямоугольным и соответствуют расчетным профилям, построенным с использованием величин среднего проективного пробега ионов Rp(Е), среднеквадратичного отклонения Rp(Е) Gibbons J.F. и др. (теория LSS).

Высокотемпературный отжиг (1250C) в потоке Ar в присутствии кислорода приводит к формированию структур SiO2,6:SiC1,4, SiO2,33:SiC0,95 и SiO3,0:SiC0,7.

Методом просвечивающей электронной микроскопии показано, что после отжига при 1200С слои SiC1,4 и SiC0,95 представляют собой однородные поликристаллические пленки карбида кремния, состоящие из зерен шарообразного и пластинчатого типа размером до 80 нм, а слой SiC0,7 из зерен размером до 400 нм. Переходный слой с пониженной концентрацией углерода между подложкой Si и SiC0,7 образует пилообразную SiCSi структуру, в которой атомы избыточного кремния между крупными зернами SiC в процессе рекристаллизации объединены с подложкой.

Методом рентгеновской дифракции показано появление кристаллитов -SiC размерами ~37 нм при температурах выше 1100С для слоев SiC1,4, SiC0,95, SiC0,7, а для слоев SiC0,4, SiC0,12 появление кристаллитов Si и SiC при меньших температурах. После отжига при 1200C ~50% свободного от углеродных кластеров объема слоя SiC0,12 составляют кристаллиты Si со средним размером ~25 нм, 25% объема кристаллиты -SiC размером ~5 нм и 25% рекристаллизованный со стороны подложки с-Si (рис.1a). Поверхность слоев SiCx (x = 0,121,4) при температурах 8001400°C деформируется с образованием зерен размером ~30100 нм. Ровная поверхность рекристаллизованных при 1250С слоев SiC0,03 содержит равномерно распределенные в Si включения SiC в виде точечных выступов диаметром ~20 нм (рис.2).

Из температурных зависимостей амплитуд SiC-пика ИК-пропускания при фиксированных волновых числах установлено, что формирование SiC-связей близких к тетраэдрической ориентации (рис. 3, кривая 3) при 9001300C в слоях с высокой концентрацией углерода SiC1,4, SiC0,95 и SiC0,7 происходит преимущественно за счет распада прочных оптически неактивных SiC-кластеров; в слоях SiC0,12 и SiC0,4 в результате распада прочных кластеров в интервале 12001300С и оптически активных одинарных SiC-связей (кривая 1) в интервале 7001200С; в слоях SiC0,03 в результате уменьшения количества оборванных связей атомов углерода в интервале 9001000С ввиду отсутствия углеродных кластеров. Количество SiC-связей тетраоС наибольшим для слоя SiC0,7. Меньшее количество этих связей в слоях SiC0,4, SiC0,12 и SiC0,03 вызвано меньшим содержанием углерода, а в слоях SiC1,4 и SiC0,95 высокой концентрацией прочных кластеров, распадающихся при высоких температурах.

Поэтому при меньших температурах 800900оС (рис.3г, (3)) наибольшее количество тетраэдрических SiC-связей характерно для слоя SiC0,4.

Отличие слоев с низкой концентрацией углерода SiC0,03, SiC0,12 и SiC0,4 от слоев SiC1,4, SiC0,95 и SiC0,7 проявляется в отсутствии пика LO-фононов SiC в спектрах ИКпропускания и в смещении минимума пика ТО-фононов SiC в область выше 800 cм- (рис.4а), характерного для тетраэдрических связей кристаллической фазы SiC, что Объем фазы, % Рисунок 1 Кристаллизация слоя SiC0,12: а)соотношение объемов фаз при различных температурах; б)формирование кристаллитов Si и SiC (9001000°C) Рисунок 2 Атомно-силовая микроскопия поверхности слоев c различной концентрацией углерода (SiC0,03, SiC0,12, SiC0,4, SiC0,95, SiC1,4) после отжига Рисунок 3 – Температурная зависимость амплитуды ИК-пропускания при волновых числах 700 см-1 (1), 750 см-1 (2), 800 см-1 (3), 850 см-1 (4) и 900 см-1 (5): a) SiC1,4; б) обусловлено малыми размерами кристаллитов SiC ( 3 нм) и увеличением вклада их поверхностей, а также поверхностей кристаллитов Si, содержащих укороченные SiC-связи, в оптические свойства. Для слоев SiC0,12 и SiC0,4 возврат в интервале 11001400С положения минимума пика к 800 cм-1 вызваны ростом размеров кристаллитов SiC до величин 3,55 нм и выше.

Полагая, что площадь SiC-пика пропорциональна количеству оптически активных SiC-связей (рис.4б) и 100% атомов С в слое SiC0,03 включены в эти связи после отжига, предположено, что увеличение концентрации углерода в n1 раз (n1= х/0,03 = (NC/NSi)/0,03) должно увеличить площадь пика в n2 раз (n2= Aх(T)/ A0,03(1000С)) и n = n2, если не наступило насыщения в амплитуде пропускания и атомы углерода не