Современные технологические операции в микроэлектронике, интегральной фотонике, а также в современных биомедицинских исследованиях требуют прецизионных измерений геометрических и диэлектрических параметров наноразмерных слоёв. В некоторых случаях из-за специфики формирования нанометровых слоёв, заключающейся в островковом (кластерном) механизме роста на начальных стадиях, использование традиционных оптических методов не позволяет получить объективную информацию. Настоящая статья посвящена исследованию метода контроля параметров формирования кластерных нанометровых плёнок с помощью плазмонной спектроскопии.
В рамках решения нерелятивистской электродинамической задачи получены формулы для тангенциальной диссипативной силы (силы электростатического трения) аксиальносимметричного зонда, движущегося параллельно плоской поверхности однородных пластин, или покрытых тонкими пленками пластин с различным сочетанием диэлектрических свойств. Разработаны численный алгоритм и программа расчета силы электростатического трения. В качестве примера вычислены силы трения металлического шарика вблизи металлической поверхности при фиксированной разности потенциалов между ними. Сравнение рассчитанных сил трения с экспериментальными значениями диссипативных сил в условиях электростатического взаимодействия обнаруживает расхождение на 8 порядков величины в меньшую сторону, как и в теоретических оценках других авторов. Зависимость силы трения от расстояния до поверхности аналогична наблюдавшейся в эксперименте.
Методом электронно-лучевого испарения получены пленки висмута толщиной от 6 до 200 нм на стекле и исследованы их морфология, структура, текстура, оптические и электрические свойства. Показано, что для всех образцов происходит самоорганизация нанокристаллического висмута в текстуру, в которой наиболее плотные атомные плоскости кристаллов ориентированы параллельно поверхности стекла.
Рассмотрена методика локального микроанализа элементного состава тонких объектов (пленок) и идентификации микрофаз вещества по характеристическим рентгеновским спектрам. Этот метод позволяет проводить комплексное изучение электронномикроскопических объектов и в настоящее время выделился в самостоятельное направление — электронно-зондовый микроанализ тонких пленок. Область применения метода весьма широка и разнообразна: это металлургия, полупроводниковая электроника, минералогия, биология и т. д. Рассмотрена аппаратура, применяемая для микроанализа тонких пленок, и даны рекомендации по технологии приготовления объектов.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников — физиков и металловедов, занимающихся исследованием тонких пленок, микроструктуры тонких слоев и микрочастиц вещества. Может быть полезна студентам соответствующих вузов.
Исследованы морфологические, структурные, оптические и фотоэлектрических свойства плёнок Mg 2 Si с толщинами 496 нм и 682 нм на кремнии Si (111). Наличие в колебательных спектрах пропускания минимума при волновом числе фотонов 270 см-1 показало, что обе плёнки содержат зерна с составом Mg 2 Si. Установлено, что для обеих плёнок Mg 2 Si характерен островковый рост Вольмера-Вебера. При меньшей толщине плёнки наблюдается неполностью срощенные ограненные зерна площадью от 0,12 до 0,48 мкм2, а при большей толщине – сплошная плёнка с некоторой плотностью провалов и состоящая из мелких коагулировавших зерен с площадью от 0,02 до 0,06 мкм2. Из данных рентгеновской дифракции установлено, что обе плёнки являются поликристаллическими с параметрами кристаллической решетки: 6,3392–6,3536 Å для плёнки с меньшей толщиной образца и 6,3440– 6,3498 Å – для плёнки с большей толщиной. Анализ ВАХ в резисторной приборной структуре на основе плёнок Mg 2 Si показал, что в диапазоне напряжений от -5 В до +5 В они являются близкими к линейным и симметричным. При этом с увеличением смещения обеих полярностей от 0 В до 1,5–2,0 В сопротивление пленок экспоненциально уменьшается, а затем уменьшается почти линейно, выходит на насыщение. Анализ фотоотклика плёнок Mg 2 Si с алюминиевыми контактными площадками в диапазоне длин волн 420–1200 нм показал, что вид спектра и амплитуда зависят от смещения на освещаемом контакте. Для обеих плёнок при отрицательном смещении спектры имеют колоколообразную форму с максимумами при 860 нм (тонкая пленка) и 750 нм (толстая пленка) и различной величиной фотоотклика, который максимален для сплошной пленки. При положительном смещении на освещаемом контакте спектр фотоотклика снижается в 3–4 раза. Такое поведение связано с неоднородностью генерации электрондырочных пар в плёнках в сплошных и несплошных (межзёренные барьеры) и разницей в их разделении электрическим полем гетероперехода Mg 2 Si/Si при двух типах смещения с последующей их экстракцией в плёнку Mg 2Si. В целом можно сделать вывод, что плёнки Mg 2 Si ведут себя как полупроводниковые фоторезисторы
Рассмотрены варианты использования тонких пленок на основе свинцово-галогенидного перовскита CsPbBr 3 в качестве фоточувствительных слоев в нематических жидкокристаллических ячейках. Установлено влияние режима термической обработки при превращении тонких пленок перовскитов в устойчивое положение, по отношению к солнечным молекулам нематических жидких кристаллов 4’-пентил-4-бифенилкарбоннитрила. Для сравнения перовскитных пленок были использованы методы спектрофотометрии, оптической микроскопии и измерения воздействия контактных углов смачивания с каплями воды и жидких кристаллов. Разработан первый нематический жидкокристаллический электрооптический модулятор с фоточувствительным слоем на основе перовскитов. С использованием схемы Фредерикса были установлены параметры электрооптических откликов указанной конфигурации устройства.
Представлены результаты исследования элементного состава, морфологии поверхности, оптических и электронных свойств тонких плёнок Mg2Si, сформированных на Si (111). Оба образца, содержащие плёнки, формировались послойно методом реактивной эпитаксии, но при разной температуре прогрева подложек. Сформированные плёнки, состоящие из чередующихся слоёв Mg и Si в соотношении 3:1, по данным электронной оже-спектроскопии содержат атомы Mg и Si в соответствующих слоях. Методом комбинационного рассеяния света установлено наличие на графиках образцов пиков при сдвиге 258 и 348 см-1, принадлежащих Mg2Si. Данные инфракрасной спектроскопии также свидетельствуют о наличии силицида магния в составеплёнок. Проведена оценка толщины выращенных плёнок Mg2Si, исходя из известных данных о зависимости амплитуды пиков поглощения при 272 см-1 от коэффициента поглощения. По результатам исследования образцов в инфракрасном-ультрафиолетовом диапазоне и на основегеометрических расчётов определена ширина запрещённой зоны Mg2Si.
Прецизионное исследовательское и технологическое оборудование, как правило, не способно обеспечить свои паспортные характеристики без качественной системы вибрационной защиты. Активная виброизоляция объекта обеспечивается с помощью дополнительного источника движения - актуатора. Наиболее перспективные по точностным характеристикам актуаторы реализуются на основе интеллектуальных материалов, таких как материалы с памятью формы, пьезоэлектрические и магнитострикционные материалы, электро- и магнитоактивные жидкости и эластомеры. Актуаторы на основе одного из типов электроактивных полимеров, диэлектрических эластомеров, показывают высокие характеристики по точности и быстродействию и работают за счёт деформации рабочего тела под действием высокой разности потенциалов электрического поля. В работе представлено сравнение актуаторов на основе листовых и тонкоплёночных управляющих электродов. Оценено влияние качества поверхности полимера и типа электродов на диапазон перемещений актуатора и максимальные амплитуды колебаний, которые способна подавлять система на основе диэлектрического эластомера. Показано, что формирование электрода методом магнетронного распыления в вакууме позволяет создать тонкоплёночный слой меди, который покрывает эластомер, несмотря на развитую поверхность. Отмечено, что после ионной обработки поверхность эластомера приобретает более равномерную, регулярную структуру, а тонкоплёночный слой электрода качественно формируется по топологии эластомера.
Справочник по технологии тонких пленок — наиболее современное и фундаментальное издание, посвященное тонким пленкам твердых веществ, находящим широкое применение в микроэлектронике, оптике, магнитной технике, СВЧ и космической технике и др. Справочник издается в двух томах. В т. 1 включены гл. 1—7, в т. 2 — гл. 8—21.
В т. 2 справочника рассмотрены особенности тонких пленок: их рост и структура, методы ее исследования, толщина и химический состав пленок, а также зависимость их структуры от технологии.
Излагаются физические свойства полупроводниковых диэлектрических, ферромагнитных, пьезоэлектрических и сверхпроводящих пленок и зависимость параметров пленок от технологии. Отражены также основные направления применения тонких Пленок в интегральных микросхемах, СВЧ устройствах, создании дискретных электронных элементов.
Книга является универсальным справочным пособием для широкого круга инженеров и конструкторов радиоэлектродной аппаратуры, разработчиков интегральных микросхем и радиоэлектронных элементов, научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся в области микроэлектроники, физики и технологии изготовления тонких пленок.
Проблема роста тонких пленок сложна и многогранна, отдельным ее аспектам посвящен ряд обзоров и монографий. Цель настоящей монографии - дать с единых позиций последовательный количественный анализ ростовых закономерностей и морфологических изменений в тонких пленках, растущих по островковому механизму, на всех стадиях конденсации, от зарождения до формирования сплошного слоя. Отличительной особенностью анализа является учет существенно статистической природы коллектива растущих и взаимодействующих островков, из которого в конечном итоге и формируется сплошная пленка.