Алюминий бывает разным
Тонкие алюминиевые плёнки используются во многих ситуациях, и для разных применений нужны разные их свойства, например шероховатость, сопротивление, толщина. Для некоторых применений желательно иметь возможно более гладкие плёнки, для других существенна температура сверхпроводящего перехода. Свойства плёнок зависят от состава и структуры, в частности, от размера кристаллов и их ориентации (текстуры). Многие характеристики определяются технологией нанесения (например, термическое это напыление или магнетронное распыление), режимом напыления (скорости напыления, вакуума), внесением при напылении примесей.
Исследователи из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Физико-технологического института им. К. А. Валиева РАН, Высшей школы экономики и Южно-Российского государственного политехнического университета им. М. И. Платова (г. Новочеркасск) изучили параметры плёнок алюминия толщиной 150 нм, полученных с помощью двух технологий напыления при разной температуре подложки. Во-первых, плёнок, изготовленных методом магнетронного распыления на подложки Si(111) при 300 K, во-вторых, полученных термическим испарением на подложки Si(111) и оксидированные кремниевые подложки SiO2/Si(001) при 77 и 300 K. «Магнетронные» плёнки оказались крупнозернистыми (160—280 нм) и шероховатыми (4,1—5,0 нм). Ситуация для «термических» плёнок зависела от температуры подложки при напылении. Если эта температура была 300 К, размер зерна оказывался 20—54 нм, шероховатость 1,3—1,5 нм, при 77 К размер зерна составлял 15—45 нм, шероховатость 1,7—2,6 нм. Температура сверхпроводящего перехода для «магнетронных» плёнок была 1,2 К, для «термических» — 2,3 К. Сопротивление мелкозернистых плёнок оказалось в несколько раз больше, чем у крупнозернистых.
Тарасов М. А. и др. Морфология и электрические параметры тонких алюминиевых плёнок, осаждаемых на подложки при температурах от 77 до 800 K. Письма в ЖТФ, 2025, вып. 4. с. 42.
Нестехиометрия для оптики
Плёнки оксидов переходных металлов применяются в микроэлектронике, особый интерес вызывают нестехиометрические плёнки TiO2–x. Причина интереса в том, что при кристаллизации исходно аморфные плёнки TiO2–x превращаются в композит: металлические кластеры в диэлектрической матрице. Электрические свойства таких плёнок известны лишь частично, а для некоторых применений важны оптические свойства, которые изучены плохо.
Исследователи из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН (г. Новосибирск), Новосибирского государственного университета и Новосибирского государственного технического университета синтезировали плёнки TiO2–x методом ионно-лучевого распыления и осаждения и изучили их оптические свойства. Состав плёнок определялся рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Была установлена взаимосвязь оптических параметров, коэффициента преломления и коэффициента поглощения плёнок с параметром нестехиометрии х. Использовались значения x от 0,02 до 1,18 и диапазон длин волн 0,35—1,1 мкм. Для образцов с разной нестехиометрией коэффициент преломления n в указанном диапазоне длин волн и коэффициент поглощения k изменялись по-разному. Например, для х > 0,1 с изменением длины волны от 0,35 до 1,1 мкм значение n увеличивалось от 1,2—1,8 до 3,5—4,5, а для образцов с х < 0,1 при таком же изменении длины волны значение n вело себя существенно иначе — уменьшалось от 2,9 до 2,3. Коэффициент поглощения при таком же изменении длины волны рос от 0,2—2,2 до 0,5—3,5. То есть плёнки с отклонением от стехиометрии х > 0,18 проявляют в основном металлические свойства, а плёнки с x < 0,05 ведут себя как диэлектрические.
Было обнаружено, что отжиг плёнок состава х = 0,58 при температурах 350—600°С приводит к существенному возрастанию поглощения в терагерцовой области спектра из-за роста в плёнках (по данным сканирующей электронной микроскопии) кристаллов пластинчатой формы микронных размеров.
Герасимова А. К. и др. Оптические свойства нестехиометрических оксидов титана. Оптика и спектроскопия, 2025, вып. 1, c. 57.
Карбонильная защита
Уникальные свойства алмаза делают его перспективным материалом для полупроводниковой электроники. Это рекордная теплопроводность, в пять раз больше, чем у меди, высокая электропрочность (пробивное напряжение 800 МB/м) и высокая подвижность носителей заряда. Проблема в том, что алмаз — диэлектрик с большой шириной запрещённой зоны 5,5 эВ. То есть для использования надо сделать из него полупроводники n- и p-типа с требуемой концентрацией примесей (для активных слоёв от 1015 до 1017 см–3, для контактных слоёв — более 1020 см–3) и сохранением прочих хороших свойств. Попытки ввести в алмаз бор для получения проводимости p-типа и фосфор — для n-типа делались неоднократно, но это оказалось сложной задачей.
Функция распределения по размерам частиц карбонильного железа марок Р10 (1), Р20 (2), Р100-Ф2 (3). По оси абсцисс размер частиц, мкм, по оси ординат — количество частиц, отн. ед. В двух случаях видна забавная черта — бимодальность. Рисунок из реферируемой статьи.
Исследователи из Института прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород) разработали технологию легирования алмаза бором и фосфором в плазмохимическом реакторе, где на бездефектную алмазную подложку с атомарно гладкой поверхностью осаждался алмаз из газовой фазы (метод CVD). Газовая смесь состоит из водорода с небольшой (0,1-1%) добавкой метана CH4 при давлении 30—500 торр. Для введения в алмаз бора или фосфора в газовую смесь добавлялся диборан B2H6 или фосфин PH3. Магнетрон, излучающий на частоте 2,45 ГГц, создавал из газов внутри резонатора плазму.
Таким способом удалось получить слои алмаза, сильнолегированные бором и фосфором с концентрациями до 1,5•1021 и 3•1020 см–3 соответственно. Слои имели низкое удельное сопротивление 10–3 и 5—7 Ом•см. На основе таких слоёв созданы структуры для формирования и исследования нескольких видов алмазных приборов: диода Шоттки, pn-диода Шоттки, p-i-n-диода и полевого транзистора. Приводятся характеристики приборов, получены поле пробоя 600 МB/м и плотность тока 1 кА/см2.
Лобаев М. А. и др. CVD-алмазные структуры с p-n-переходом — диоды и транзисторы. ЖТФ, 2025, вып. 3, с. 540.
