Исследование пленок диоксида кремния, модифицированных углеродом | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 27 июля, печатный экземпляр отправим 31 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №52 (238) декабрь 2018 г.

Дата публикации: 27.12.2018

Статья просмотрена: 83 раза

Библиографическое описание:

Харкавый А. В., Ашурова К. Т. Исследование пленок диоксида кремния, модифицированных углеродом // Молодой ученый. — 2018. — №52. — С. 1-3. — URL https://moluch.ru/archive/238/55168/ (дата обращения: 19.07.2019).



В данной работе описаны результаты исследования электрофизических свойств тонких пленок диоксида кремния различных модификаций.

Ключевые слова: диоксид кремния, углерод, пористые пленки, модифицированные пленки, порометрия, диэлектрическая проницаемость.

Введение

Пористые диэлектрические пленки кремния получили широкое применение в качестве основы для создания датчиков газа. Преимуществом сенсоров на базе пористого кремния является низкое энергопотребление в сравнении с датчиками газа на основе оксидов металлов. Кроме того, возможно использование в области оптоэлектроники, биологии и медицине из-за специфических оптических и электрических свойств в качестве сенсоров для диагностики и лечения заболеваний, а также для лекарственного скрининга. Использование данных материалов в качестве изоляционных прослоек в микросхемах позволяет снизить диэлектрические потери и время прохождения сигналов [1, с. 3].

Подготовка образцов

В процессе были получены металл-диэлектрик-металл (МДМ) структуры, в которых в роли диэлектрика выступал диоксид кремния различной модификации. Материалом металлических обкладок является термически испаренный алюминий. Толщина проводящего слоя составляет 100 нм. Диэлектрический слой диоксида кремния (SiO2) был получен методом магнетронного распыления кремниевой мишени в среде кислорода (рабочее давление (4–6) ·10–3 мм.рт.ст, ток разряда 200 мА, ускоряющая разность потенциалов 400 В). Пленка модифицированного углеродом диоксида кремния (SiO2М) была получена распылением составной мишени кремний-углерод (Si+C) c соотношением площадей 70/30 в среде кислорода при тех же условиях. Толщина диэлектрических слоев как SiO2, так и SiO2М составляла 100 нм. Данная толщина была выбрана из соображения сплошности пленки [2, с. 3].

Результаты исследования

В результате эксперимента было выяснено, что среднее значение емкости уменьшилось на 23 %. Это может быть связано с присутствуем в пленке SiO2М газовой фазы, имеющей низкую диэлектрическую проницаемость. Исходя из этого, полученная пленка SiO2М имеет пористую структуру. Подтверждением этому является уменьшение тангенса угла диэлектрических потерь в пленке SiO2М в два раза. Поскольку тангенс характеризует отношение активной части тока к реактивной, то такое его поведение свидетельствует об уменьшении активной составляющей и, следовательно, об увеличении сопротивления пленки. Высокое сопротивление полученной пленки SiO2М обусловлено захватом носителей заряда ловушками на границе пор [3, с. 3].

Используя метод емкостной порометрии пористость структуры можно определить из соотношения [4, с. 3]:

(1)

Рассчитанный параметр, характеризующий пористость полученной пленки равен 0,296. Следовательно, объемная доля пор в структуре SiO2М составляет около 30 %.

В ходе эксперимента был проведен статистический анализ полученных МДМ структур (табл.1).

Таблица 1

Результаты статистического анализа

Статистические параметры

SiO2

SiO2М

C, пФ

tgδ

C, пФ

tgδ

Среднее

397

0,031

305

0,016

Стандартная ошибка

7,58

4,56·10–3

8,84

2,15·10–3

Стандартное отклонение

49

0,029

59

0,014

Эксцесс

0,313

-0,305

-0,777

5,00

Асимметричность

0,602

0,878

-0,233

2,32

Дисперсия выборки

2358

8,5·10–4

3514

2,07·10–4

Генеральная дисперсия

2300

8,31·10–4

3435

2,02·10–4

Количество образцов

41

41

45

45

Для определения нормальности распределения параметров пленок использовался критерий Пирсона (табл.2).

Таблица 2

Критерий Пирсона

SiO2

SiO2М

Критическое значение χ2

C, пФ

tgδ

C, пФ

tgδ

χ2

9

31

10

163

14

Из данных, представленных в таблице 2, следует, что распределение емкостей обеих пленок близко к нормальному. Следовательно, результаты эксперимента являются релевантными и воспроизводимыми. Следующее из таблицы 1 расхождение дисперсии выборки и генеральной дисперсии не превышает 5 %, что делает возможным массовое производство структур с заданными параметрами.

Заключение

При модифицировании пленки диоксида кремния углеродом структура диэлектрика становится пористой. Несмотря на уменьшение емкости пленок SiO2М, их изоляционные свойства улучшаются.

Литература:

  1. Shamiryan D. Low-k dielectric materials / D. Shamiryan, T. Abell, F. Iacopi, K. Maex // Journal Materialstoday. — 2004. — Vol. 7. — P. 34–39.
  2. Сахаров Ю. В. Исследование пористых пленок диоксида кремния / Ю. В. Сахаров, П. Е. Троян // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. — 2011, декабрь. — № 2 (24). — С. 77–80.
  3. Algun G. An investigation of the electrical properties of porous silicon. G. Algun, M. C. Arikan // Tr. J. of Physics. — 1999. — P. 789–797.
  4. Тутов Е. А. Адсорбционно-емкостная порометрия / Е. А. Тутов, А. Ю. Андрюков, Е. Н. Бормонтов // Физика и техника полупроводников. — 2001. — Т. 35. — С. 850–853.
Основные термины (генерируются автоматически): полученная пленка, пленка, кремний, среда кислорода, результат эксперимента, статистический анализ, генеральная дисперсия, диэлектрическая проницаемость.


Похожие статьи

Определение концентрации свободных носителей заряда...

Плёнки карбида кремния были получены методом магнетронного осаждения, путем распыления одной мишени из карбида кремния.

Анализ сегнетоэлектрических пленок, моделирование гистерезиса... Здесь — относительная диэлектрическая проницаемость...

Оптические фильтры на основе наноструктур с квантовыми точками

Если диэлектрическая проницаемость частицы отрицательная, то теорема единственности электростатики не выполняется.

Именно поэтому металлические наночастицы ведут себя на оптических частотах подобно диэлектрикам с дисперсией.

Электрическое поле в диэлектриках с неоднородной структурой

Введем обозначения: толщина первого слоя диэлектрика , диэлектрическая проницаемость , второго слоя соответственно и . Будем рассматривать идеальный случай, когда ток проводимости отсутствует и проводимости слоев диэлектрика равны нулю .

Анализ сегнетоэлектрических пленок, моделирование...

Уникальные физические свойства сегнетоэлектрических материалов (высокая диэлектрическая проницаемость, изменяемая под действием внешнего электрического поля) позволяют создавать на их основе новый класс структур металл–диэлектрик–полупроводник (МДП)...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

Благодаря своим свойствам кремний находит применение в различных областях наука, промышленности и медицины. В настоящее момент разработаны физические (молекулярно-лучевую эпитаксию, магнетронное распыление, вакуумное дуговое испарение, ионно-лучевое...

Исследование механизмов релаксационных процессов в пленках...

Проведено исследование релаксационных процессов, протекающих в пленках полипропилена, наполненного аэросилом. Показано, что за релаксацию электретного состояния в исследуемых образцах отвечает объемная проводимость.

Исследование механических напряжений в микромеханических...

Плёнки карбида кремния были получены методом магнетронного осаждения, путем

В ходе сравнительного эксперимента на два образца плёнки карбида кремния осаждались в одном

Такая постановка сравнительного эксперимента позволила исключить посторонние факторы.

Экспериментальные и теоретические исследования влияния...

диэлектрическая проницаемость окружающей среды; – модуль упругости АС; – время.

Тонкие пленки нитрида кремния чаще всего являются изолирующим слоем в кремниевой электронике.

В начале остановимся на результатах исследования оже-спектров кремния.

О соотношениях Крамерса-Кронига для изолированной...

Общеизвестна важная роль, которую играют в теории волн соотношения Крамерса-Кронига, связывающие вещественную и мнимую часть диэлектрической проницаемости вещества (или вещественную и мнимую часть его диэлектрической восприимчивости...

Исследование реакции окислительного хлорфосфорилирования...

Алосманов Р. М., Меликова А. Я., Азизов А. А., Буният-заде И. А., Магеррамов А. М. Исследование реакции окислительного хлорфосфорилирования синтетического дивинильного каучука под действием PCl3 в присутствии кислорода методом планирования эксперимента...

Похожие статьи

Определение концентрации свободных носителей заряда...

Плёнки карбида кремния были получены методом магнетронного осаждения, путем распыления одной мишени из карбида кремния.

Анализ сегнетоэлектрических пленок, моделирование гистерезиса... Здесь — относительная диэлектрическая проницаемость...

Оптические фильтры на основе наноструктур с квантовыми точками

Если диэлектрическая проницаемость частицы отрицательная, то теорема единственности электростатики не выполняется.

Именно поэтому металлические наночастицы ведут себя на оптических частотах подобно диэлектрикам с дисперсией.

Электрическое поле в диэлектриках с неоднородной структурой

Введем обозначения: толщина первого слоя диэлектрика , диэлектрическая проницаемость , второго слоя соответственно и . Будем рассматривать идеальный случай, когда ток проводимости отсутствует и проводимости слоев диэлектрика равны нулю .

Анализ сегнетоэлектрических пленок, моделирование...

Уникальные физические свойства сегнетоэлектрических материалов (высокая диэлектрическая проницаемость, изменяемая под действием внешнего электрического поля) позволяют создавать на их основе новый класс структур металл–диэлектрик–полупроводник (МДП)...

Обзор методов нанесения кремниевых покрытий

Благодаря своим свойствам кремний находит применение в различных областях наука, промышленности и медицины. В настоящее момент разработаны физические (молекулярно-лучевую эпитаксию, магнетронное распыление, вакуумное дуговое испарение, ионно-лучевое...

Исследование механизмов релаксационных процессов в пленках...

Проведено исследование релаксационных процессов, протекающих в пленках полипропилена, наполненного аэросилом. Показано, что за релаксацию электретного состояния в исследуемых образцах отвечает объемная проводимость.

Исследование механических напряжений в микромеханических...

Плёнки карбида кремния были получены методом магнетронного осаждения, путем

В ходе сравнительного эксперимента на два образца плёнки карбида кремния осаждались в одном

Такая постановка сравнительного эксперимента позволила исключить посторонние факторы.

Экспериментальные и теоретические исследования влияния...

диэлектрическая проницаемость окружающей среды; – модуль упругости АС; – время.

Тонкие пленки нитрида кремния чаще всего являются изолирующим слоем в кремниевой электронике.

В начале остановимся на результатах исследования оже-спектров кремния.

О соотношениях Крамерса-Кронига для изолированной...

Общеизвестна важная роль, которую играют в теории волн соотношения Крамерса-Кронига, связывающие вещественную и мнимую часть диэлектрической проницаемости вещества (или вещественную и мнимую часть его диэлектрической восприимчивости...

Исследование реакции окислительного хлорфосфорилирования...

Алосманов Р. М., Меликова А. Я., Азизов А. А., Буният-заде И. А., Магеррамов А. М. Исследование реакции окислительного хлорфосфорилирования синтетического дивинильного каучука под действием PCl3 в присутствии кислорода методом планирования эксперимента...

Задать вопрос