Синтез и свойства тонкопленочных гетероструктур на основе Nb, In и их оксидов
Диссертация
Для достижения данных целей были сформулированы и решены следующие задачи: отработка методики нанесения ультратонких слоев индия и ниобия на подложки из монокристаллического кремния и плавленого кварца, позволяющей воспроизводимо формировать однородные и однофазные металлические пленкиразработка принципов твердофазного синтеза в вакууме и в атмосфере кислорода сложных оксидов, содержащих оксиды… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Физико-химические свойства и способы получения тонкопленочных гетероструктур на основе ниобия, индия и их оксидов
- 1. 1. Основные физико-химические характеристики ниобия
- 1. 2. Основные физико-химические характеристики индия
- 1. 3. Окисление металлов и сплавов. Законы роста оксидных пленок
- 1. 4. Описание оксидирования с позиций представлений о самоорганизации переходных слоев вблизи межфазных границ
- 1. 5. Механизм оксидирования ниобия
- 1. 6. Кинетические особенности оксидирования ниобия3 О
- 1. 7. Оптические и газочувствительные свойства №
- 1. 8. Механизм оксидирования индия
- 1. 9. Взаимодействие в системе № - 1п
- 1. 10. Диффузия кислорода в металлах
- 1. 11. Краткая характеристика методов получения тонких пленок
- 1. 12. Влияние дефектов и свободной поверхности на свойства металлов и сплавов. Роль дефектов атомно-кристаллического строения в формирование свойств металлов
- ГЛАВА 2. Основные экспериментальные методики
- 2. 1. Подготовка исходных подложек
- 2. 2. Получение пленок ЫЬ-1п методом магнетронного напыления
- 2. 3. Оксидирование тонких пленок в печи резистивного нагрева
- 2. 4. Оксидирование при пониженном давлении кислорода
- 2. 5. Характеристика эллипсометрического метода
- 2. 6. Установка для окисления с автоматической эллипсометрией
- 2. 7. Методики исследования состава и структуры пленок
- 2. 8. Методики исследования оптических свойств
- ГЛАВА 3. Оксидирование и свойства тонких пленок ниобия и индия
- 3. 1. Кинетические особенности оксидирования пленок ниобия
- 3. 2. Особенности оксидирование тонкопленочного индия в установке автоматической эллипсометрии
- 3. 3. Эволюция фазового состава пленок ниобия при отжиге в потоке кислорода
- 3. 4. Эволюция фазового состава пленок индия при отжиге в потоке кислорода
- 3. 5. Электрофизические свойства оксида ниобия
- ГЛАВА 4. Синтез тонкопленочных гетероструктур на основе ниобия, индия и их оксидов
- 4. 1. Эволюция фазового состава пленок системы 1п/НЬ205/
- 4. 2. Эволюция фазового состава пленок системы №>/1п20з
- ГЛАВА 5. Оптические свойства тонкопленочных гетероструктур на основе индия, ниобия и их оксидов
- 5. 1. Оптические свойства оксидных пленок ниобия и индия
- 5. 2. Оптические свойства тонкопленочных структур с различным характером межфазных границ (1п/№>205 и НЬ/1п203)
- ВЫВОДЫ
Список литературы
- Захарова Г. В. Ниобий и его сплавы / Г. В. Захарова, И. А. Попов, Л. П. Жорова, Б. В. Федин. Москва, 1961. С. 196−199,125−129.
- Ниобий и тантал / Сборник статей под ред. О. П. Колчина. Москва, 1960. С. 21,106−108.
- Рипан Р. Неорганическая химия: В 2 т. / Р. Рипан, И. Четяну- Пер. с румынского И. Б. Берсукера и Н. И. Беличука- Под ред. В. И. Спицына и И. Д. Колли. М: Мир, 1971. — Т. 1. — 560 е.
- Эмсли Джон Элементы / Дж. Эмсли- Пер. с англ. Е. А. Краснушкиной. -М.: Мир, 1993.-255 с.
- Угай Я. А. Введение в химию полупроводников: Учебное пособие для вузов / Я. А. Угай. -М.: Высшая школа, 1975. 334 с.
- Барабаш О.М. Структура и свойства металлов и сплавов / О. М. Барабаш, Ю. Н. Коваль. Киев, 1986. С. 465−466.
- Исследование растворимости кислорода в ниобии / В. М. Орлов, Л. А. Федорова // Неорганические материалы. 1985. — № 5. — С. 202−205.
- Физико-химические свойства окислов: Справочник / Под редакцией Г. В. Самсонова. М.: Металлургия, 1978. — 472 с.
- Химизм и кинетика окисления возгонов электронно-лучевого переплава ниобия / В. М. Чумарев и др. // Металлы. 2003. — № 6.- С. 3−7.
- Барабали О. М. Кристаллическая структура металлов и сплавов / О. М. Барабали, Ю. М. Коваль. Киев: Наукова Думка, 1986. — С. 526−530.
- Хансен М. Структуры двойных сплавов: Справочник / М. Хансен, К. Андренко- Пер. с англ. П. К. Новика и др.- Под ред. И. И. Новикова и И. Л. Рогельберга. 2-е перераб. изд. в 2-х т. М.: Металлургия, 1962. -Т. 2. — 609 с.
- Лазарев В. Б. Химические и физические свойсвтва простых оксидов металлов / В. Б. Лазарев, В. В. Соболев, И. С. Шаплыгин- Отв. редактор И. В. Тананаев. М.: Наука, 1983. — 239 с.
- Репинский С. М. О самоорганизации межфазных границ кристаллических полупроводников / С. М. Репинский // Поверхность. -1995. -№ 7−8. -С. 12−19
- Физическое металловедение: В 3 т. / Под ред. Р. Кана и П. Хаазена- Пер. с англ. под ред. О. В. Абрамова и др. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1987. — Т. 2. — 608 с.
- Кукушкин С. А. Самоорганизация при зарождении многокомпонентных пленок / С. А. Кукушкин, А. В. Осипов // ФТТ. 1995. — Т. 37, № 7. -С. 2127−2132.
- Кукушкин С. А. Кинетика зарождения однокомпонентных пленок из расплавов и растворов / С. А. Кукушкин, А. В. Осипов // ЖТФ. -1995. -Т.65, Вып.6. С.169−175.
- Кубашевский О. Окисление металлов и сплавов / О. Кубашевский, Б. Гопкинс- Пер. с англ. В. А. Алексеева. 2-е изд. М: Металлургия, 1965. -428 с.
- Хауффе К. Реакции в тведых телах и на их поверхности / К. Хауффе — Пер. с немецкого А. Б. Шехтер. -М: Изд-во иностр. лит., 1963. Ч. 2. -с.275.
- Synchrotron radiation photoemission study of the oxidation / P. De Padova, M. Fanfon, R. Larciprete et al. // Surface Science. 1994. — V. 313, Issue 3. — P. 379−391.
- Oxidation of Nb thin films. Micro-Raman mappimg and X-ray diffraction studies / L. Sandalitti, L. Pepero, B. Allieri // Letters Of Material Research. -1998. V. 13, Issue 9. — P. 2457−2460.
- Effect of deposition parameters on optical and mechanical properties of MF-and DC-sputtered Nb205 films / B. Hunsche et all. // Thin Solid Films. -2001.-Vol. 392.- P. 184−190.
- Optical properties and mechanical stress in Si02/Nb205 multilayers / F. Richter et all. // Thin Solid Films. 2001. — Vol. 389. — P. 278−283.
- Electrochromic properties of undoped and lithium doped Nb205 films prepared by the sol-gel method / P. R. Bueno et all. // Electrochimica Acta. -2001.-Vol. 46.-P. 2113−2118.
- Optical and structural properties of dense Si02, Ta205 and Nb205 thin-films deposited by indirectly reactive sputtering technique / Yizhou Song et all. // Vacuum. 2000. — Vol. — 59. — P. 755−763.
- Structural and chemical transformations induced by laser impact on ТЮ2 and Nb205 / T. Le Mercier et all. // Journal of Physics and Chemistry of Solids. -1997.-Vol. 58.-P. 679−684.
- Characterization of niobium oxide electrochromic thin films prepared by reactive d.c. magnetron sputtering / K. Yoshimura et all. // Thin Solid Films. -1996. Vol. 281−282. — P. 235−238.
- Optical and electrochemical characteristics of niobium oxide films prepared by sol-gel process and magnetron sputtering A comparison / Nilgun Ozer et all. // Solar Energy Materials and Solar Cells. 1996. — Vol. 40. — P. 285−296.
- Орлов B.M. Влияние структуры подложки на свойства анодного окисла / В. М. Орлов, Т. Н. Рюнгенен, JI.A. Федорова. Петрозаводск, 1982. — С. 37.
- Кофстад П. Отклонения от стехиометрии, диффузия и электроводность в простых окислах металлов / П. Кофстад- Пер. с англ. О, Е. Каширенинова- Под ред. Н. Н. Семенова. М.: Мир, 1975. — 396 с.
- Koinuma H., Shimoyama J., Mizusaki J. et al. // Extended Abstracts 18th Int. Conf. on Solid State Devices and Materials. Tokyo, Japan. — 1986. — P. 763.
- Левинский Ю. В. P-T-x-диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 2 т. / Ю. В. Левинский. М.: Металлургия, 1990. -359 с.
- Куликов И. С. Термодинамика оксидов / И. С. Куликов. М.: Металлургия, 1986.-358с.
- Houston J. Е. / J. Е. Houston, Е. Е. Kohnke // J. Appl. Phys., 1965. -V. 36. -P. 3931.
- Швалев В. О. / В. О. Швалев, В. Г. Теплов // Поверхность. Физика, химия, механика. 1991. — № 1. — С. 98.
- Крегер Ф. Химия несовершенных кристаллов / Ф. Крегер- Пер. с англ. В. П. Зломанова, Под ред. О. М. Порлторака. М.: Мир, 1969. — 654 с.
- Properties of Nb205 films prepared by DC and MF reactive sputtering / M. Ruske, G. Brauer, J. Pistner et al. // Thin Solid Films. 1999. — V. 351. -P. 146- 150.
- Полупроводниковые сенсоры для контроля состава газовых сред / Н. П. Максимович, Д. Е. Дышель, Л. Е. Еремина и др. //Журнал аналитической химии. -1990. Вып. 7.
- Synthesis of pure and loaded powders of W03 for Nb205 detection through thick film technology / M. Bio et all. // Sensors and Actuators B: Chemical. -2004. Vol. 103.-№ 1. — P. 102−106.
- Jayatissa Ahalapitiya H. Annealing effect on the formation of nanocrystals in thermally evaporated tungsten oxide thin films // Ahalapitiya H. Jayatissa,
- Shih-Te Cheng and Tarun Gupta // Materials Scienceand Engineering B. -2004. V. 109. — № 1−3. — P. 269−275.
- The structure and electrical conductivity of vacuum-annealed Nb205 thin films / M. Gillet et all. // Thin Solid Films. 2004. — Vol. 467. — № 1−2. — P. 239 246.
- Sol-gel electrochromic W03 coatings on glass / A. Patra et all. // Materials Letters. 2004. — V. 58. — № 6. — P. 1059−1063.
- Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов / П. Кофстад. -Москва, 1968.-С. 302−313.
- Левинский Ю.В. Диаграммы состояния металлов с газами / Ю. В. Левинский. Москва, 1975. — С. 231−239.
- Федоров П.И. Индий / П. И. Федоров, Р. Х. Акчурин. Москва, 2000. -С. 20−35.
- Sangaletti L., Depero L. E, Allieri В. Oxidation of In thin films. Micro-Raman mapping and X-ray diffraction studies // J. of Materials Research. 1998. V. 13. Issue 9. P. 2457−2460.
- Pao Ч. Н. Новые направления в химии твердого тела / Ч. Н. Рао, Дж. Ропалакришан. Москва, 1990. — С. 238,299.
- Нестехиометричкские соединения / под. Ред. Л. Манделькорна. Москва, 1971.-С. 112−133.
- Гаврелюк А.И. Структурные изменения при электрохромном и фотохромном процессах в трехокиси вольфрама / А. И. Гаврелюк, В. Г. Прохватилов, Ф. А. Чудновский // ФТТ. 1982. — Т. 24. — № 4. — С. 982−991.
- Gillet М. Structure of tungsten oxide nanoclusters / M. Gillet, K. Maiek, E. Gillet. // Surface Science. 2004. — Vol. 566−568. — Part 1. — P. 383−389.
- Кубашевский О. Окисление металлов и сплавов / О. Кубашевский, Б. Гопкинс. Москва, 1965.-С. 376.
- Brewer L. Prediction of transition metal phase diagrams / L. Brewer. // J. of Nuclear Materials. 1974. — Vol. 51. — P. 2−11.
- Characterization and crystalline Structures of Tungsten Thin Films / M. Gasgnier et all. //Phys. Stat. Sol. (a). 1983. — V. 79. — P. 531−542.
- Назаренко И. H. Решение обратной задачи эллипсометрии для слоя с изменяющимся по толщине комплексным показателем преломления / И. Н. Назаренко, Д. JI. Дорофеев // Вестник ВГУ: Сер. Химия-Биология. -2001.-№ 1,-С. 164−169.
- Назаренко И.Н. Физико-химическая модель оксидирования полупроводников и металлов. Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж. 1997. 73 с.
- An ellipsometric study of W thin films deposited on Si / A.G. Deineka et all. //Thin Solid Films. 1999. — V. 339. — P. 216−219.
- Лазарев В.Б. Химические и физические свойства простых оксидов / В. Б. Лазарев, В. В. Соболев, И. С. Шаплыгин. Москва, 1983. — С. 203−207.
- Кофстад П. Отклонение от стехиометрии, диффузия и электропроводность в простых окислах металлов / П. Кофстад. Москва, 1975. — С. 227−229.
- Deb S.K. Optical and photoelectric properties and colour centers in thin films of tungusten oxide / S.K. Deb // Phil. Mag. 1973. — V. 27. — № 4. — P. 801 822.
- Nakamura A. Fundamental adsorption edge of evaporated amorphous W03 films / A. Nakamura, S. Yamada // J. Appl. Phys. 1981. — V. 24. — № 1. — P. 55−59.
- Miyake K. Electrical and optical properties of reactively sputtered tungsten oxide films / Miyake K., Kaneko H., Teramoto Y. // J. Appl. Phys. 1982. — V. 53. — № 3. — P. 1511−1515.
- Репинский C.M. О самоорганизации межфазных границ кристаллических полупроводников//Поверхность. 1995.№ 7−8.С.12−19.
- Кукушкин С.А. Самоорганизация при зарождении многокомпонентных пленок //ФТТ. 1995. Т. 37. № 7. С. 2127−2132.
- Кукушкин С. А. Кинетика зарождения однокомпонентных пленок из расплавов и растворов // ЖТФ. 1995. Т. 65. Вып. 6. С. 169−175.
- Physical and structural characterization of tungsten oxide thin films for Nb205 gas detection / D. Manno et all. // Thin Solid Films. 1998. — Vol. 324. — P. 44−51.
- Мень A.H. Физико-химические свойства нестехиометрических окислов / А. Н. Мень, Ю. П. Воробьев, Г. И. Чуфарова. Ленинград, 1973. — С. 57−59.
- Ю.Д. Третьяков Химия нестехиометрических окислов / Ю. Д. Третьяков. -Москва, 1974. С. 334−335.
- Rozati S.M. Transparent conductive Sn-doped indium oxide thin films deposited by spray pyrolysis technique / S.M. Rozati, T. Ganj // Renewable Energy.-2004.-V. 29.-№ 10.-P. 1671−1676.
- Electrical and optical characteristics of thin films by pulsed laser deposition In203 ceramic target / S.H. Kim et all. // Thin Solid Films. 2005. — V. 475. -№ 1−2. -P. 262−266
- Effect of substrate temperature on electrical, structural, optical and cathodoluminescent properties of In203-Sn thin films prepared by spray pyrolysis / A. El Hichou et all. // Thin Solid Films. 2004. — V. 458. -№ 1−2.-P. 263−268.
- Куцнецова C.A. Полупроводниковые пленки на основе In203 / С. А. Куцнецова, В. В. Козик // Конденсированные среды и межфазные границы. 2002. — Т. 4. — № 1. — С. 32−34.
- Фролов В.В. Химия / В. В. Фролов. Москва, 1975. — С. 402−412.
- Угай Я.А. Неорганическая химия / Я. А. Угай. Москва, 1989. — С. 156 167.
- Данилин Б.С. Магнетронные распылительные системы / Б. С. Данилин, В. К. Сырчин. Москва: Изд-во Радио и связь, 1982. — 72 с.
- Назаренко И. Н. Решение обратной задачи эллипсометрии для слоя с изменяющимся по толщине комплексным показателем преломления / И. Н. Назаренко, Д. JI. Дорофеев // Вестник ВГУ: Сер. Химия-Биология. -2001.-№ 1,-С. 164−169.
- Ормонт Б.Ф. Структуры неорганических веществ / Б. Ф. Ормонт. -Москва, 1950.-С. 505.
- Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников / Ю. И. Уханов. Москва: Изд-во Наука, 1977. — 130 с. Уханов Ю. И. Оптические свойства полупроводников / Ю. И. Уханов. — Москва: Изд-во Наука, 1977. — 130 с.
- Jenko М. High-resolution AES analysis and imaging of In203 oxidized surface using field emission auger microprobe / M. Jenko, B. Erjavec, M. Milun // Vacuum. -2003.-V. 71.-№ 1−2.-P. 19−25.
- Данилин Б.С. Магнетронные распылительные системы / Б. С. Данилин,
- В.К. Сырчин- Под. ред. Б. С. Данилина. М.: Радио и связь, 1982. -72 с.
- Колбасников Н.Г. О роли вакансий в формировании свойств металлов /
- Н.Г. Колбасников //Металлы. 1998. — № 6. — С. 80−90.
- Колобов H.A. Диффузия и окисление полупроводников / H.A. Колобов, М. М Самохвалов- Под. ред. H.A. Колобова. // М.: Металлургия, 1975. -456 с.
- Основы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия, эпитаксия. /Под ред. Р. Бургера и Р. Донована. // М.: Мир, 1969. 452 с.
- Ховив A.M. Лазерный метод формирования оксидных пленок на поверхности проводящих твердых тел / A.M. Ховив. Воронеж: Изд-во ВГАУ, 1997.-82с.
- Кинетика взаимодействия кислорода с поверхностью. Образование и рост оксидной фазы на поверхности металла / Ю. Н. Девятко, C.B. Рогожкин, В. Н. Тронин и др. //Поверхность. 1991. — № 10. — С. 128−131.
- Гусев Е.П. Начальная стадия окисления металлов в модели решеточного газа /Е.П. Гусев, А. П. Попов // Поверхность. 1991. — № 2. — С. 33−46.
- Доильницына В.В. О закономерностях процесса окисления металлов / В.В.
- Доильницына //Металлы. 1999. — № 5. — С. 27−32.
- Лазарев В.Б., Химические и физические свойства простых оксидовметаллов / В. Б. Лазарев, В. В. Соболев, И.С. Шаплыгин- Под ред. В. Б. Лазарева. М.: Наука, 1983. — 239 с.
- Кофстад П. Отклонение от стехиометрии, диффузия и электропроводностьв простых окислах металлов / П. Кофстад. // М.: Мир, 1975. 400 с. 91.. A.M. Захарова- Под ред. И. И. Новикова, И. Л. Рогельберга М.:
- Металлургия, 1970. Т. 2. — 472с.
- Носков М.М. Оптические и магнетооптические свойства металлов / М. М
- Носков. Свердловск: Изд-воУНЦ АН ССР, 1981.-220 с.
- Temperature stability of sputtered niobium-oxide films / S. Ventaraj et all. //
- Journal of Applied Phisics. 2002. — Vol. 91. — P. 4863 — 4871.
- Тутов E.A. Метод высокочастотных вольт-фарадных характеристик висследованиях сенсорных гетероструктур / Е. А. Тутов, Е. Н. Бормонтов //Полупроводниковые гетероструктуры: сб. науч. тр. / Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 2005. — С. 81−95.
- Прибытков Д.М. Лазерно-стимулированное оксидированиетонкопленочного титана / Д. М. Прибытков, Н. А. Дивакова, Д. А. Ховив // Цветные металлы. Б.м. 2005. № 9. -С. 30−32.
- Логачева В.А. Формирование пленок оксида ниобия намонокристаллическом кремнии / В. А. Логачева, H.A. Дивакова, Ю. А. Тихонова, Э. А. Долгополова, A.M. Ховив // Неорганические материалы. -2007.-Т. 43. № 11. -С. 1−6.
- Дивакова H.A. Кристаллизация пленок оксида ниобия Nb205 // H.A.
- Дивакова, В.А. Логачева, Ю.А. Тихонова // Материалы III Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах (ФАГРАН-2002)». г. Воронеж. -2002.-С. 521−522.
- Дивакова H.A. Эволюция фазового состава оксидных пленок ниобия притермооксидировании на монокристаллическом кремнии / H.A. Дивакова,
- B.А. Логачева, Ю. А. Тихонова // Материалы Всероссийской школы-конференции «Современные проблемы в микро- и нанотехнологии». г. Ставрополь. 2006. — С. 16−17.
- Дивакова H.A. Механизм оксидирования тонких пленок ниобия. / H.A.
- Дивакова, В.А. Логачева, A.M. Ховив // Тезисы XI Международной научной конференции «Физика и технология получения тонких пленок», г. Ивано-Франковск. 2007. — С. 84−85.