Структурные и физические свойства пленок SiCx и SnOx, синтезированных различными методами

Общая характеристика работы. В настоящей работе исследованы состав и структурные свойства тонких пленок 8Ю, синтезированных многократной имплантацией" ионов углерода в кремний/ Различными методами изучены особенности процесса кристаллизации карбида кремния в слоях 81СХ (х — 0,03—1,4) с концентрацией углерода выше, ниже и близкой к стехиометрическому составу 8Ю. Исследованы физические свойства наноразмерных пленок 8пОх, полученных магнетронным распылением, ионно-лучевым распылением и золь-гель методом. Различными физическими методами исследовано влияние термической и плазменной обработок на фазовый состав, микроструктуру, оптические и электрические свойства пленок 8пОх, для создания на их основе сенсоров горючих и токсичных газов.

Актуальность темы

— В последние годы интерес к поверхностным структурам с их особыми свойствами значительно возрос в связи с перспективами широкого использования, в микрои оптоэлектронике. Это обусловлено «существенным влиянием размером объектов на их физико-химические свойства [1−3]. Материалами, обладающими ценными свойствами, как известно, являются диоксид олова (8пОг) и карбид кремния (8Ю).

Перспективным направлением использования тонкопленочных технологий является синтез пленок основе 8Ю, обладающего такими ценными свойствами как высокая твердость (33 400 Мн/м"), стойкость к химическим воздействиям, высокая температура плавления (283 0°С), широкая запрещенная зона (2,3—3,3 эВ) и т. д. Основные области практического применения карбида кремния: оп-тоэлектроника (светодиоды, фотодиоды), высокотемпературная электроника, радиационно-стойкая электроника (ядерные реакторы и космическая электроника), высокочастотная электроника [4, 5].

Интерес, проявляемый к ионному синтезу [6—12], обусловлен1 возможностью создания защитных пленочных покрытий и изолирующих слоев БЮ при изготовлении интегральных схем. Интенсивно развивающимся направлением является формирование методом ионнойимплантациинаноструктурированных систем, содержащих включения кристаллитов й кластеров 81, 8К2 и С, обеспечивающих за счет размерных эффектов—люминесценцию практически: во всей видимойобласти спектра! Это делает актуальным исследованиемеханизмов? формирования нанокристаллов, Бг,. 81С, углеродных кластеровш аморфных, 81(5 преципитатов во время имплантации и отжига:.

Значительный интерес представляет использование: многослойных, структур с формированиемпористой] прослойки между поверхностным слоем металло-оксидаш подложкой из монокристаллического1 карбида кремния, что ¦ позволяет существенно уменьшить отрицательное влияние структурных дефектов подложки с регистрацией дополнительных полос фотолюминесценции [13]:

Способность, слоев диоксида олова изменять электропроводность при адсорбции* газов стало основой их применения"в полупроводниковых сорбцион-ные сенсорах [14−19]. Кроме тогообладая прозрачностью в широком диапазог не длин волн, диоксид олова: используется в> качестве прозрачных проводящих покрытий при изготовлении фотопреобразователей и опто-электрических приборов.

Широкозонные полупроводниковые пленки 8пОх и 81СХ помимо! применения5 в в солнечных преобразователях и сенсорахгаза демонстрируют схожие квантово-размерные свойства при уменьшении размеров, кристаллитов, проявляющиеся, в частностив сдвиге пика фотолюминесценции кристаллитов-в синюю область (390−410 нм, 3—3,2 эВ) и увеличении ширины запрещенной зоны кристаллитов БпОг до 4,2' эВ [ 14]. В связи с этим представляет значительный интерес изучение влияния концентрации компонентов, кластеров, фазового состава [20—23], метода получения пленок 8пОх и 81СХ и их термической или плазменной обработки на процессы кристаллизации и кластеризацииразмеры, кристаллитов и, как следствие, на физические свойства пленок:

Целью работы является: исследование особенностей процесса кристаллизации, микроструктуры и фазового состава слоев 8Юх (х = 0,03−1,4), синтезированных многократной имплантацией-ионов углерода различных энергий в кремнийкомплексное исследование оптических и электрофизических свойств, микроструктуры и фазового состава тонких пленок 8пОх, синтезированных методами золь-гель технологии, магнетронного реактивного распыленияи 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 имплантиро4ванных ионами «С слоев 81 с концентрацией углерода выше, ниже и близкой к стехиометрическому составу 8Ю в температурном интервале 200−1400°С;

— изучение влияния распада кластеров и различных видов межатомных связей на процесс формирования 81-С-связей тетраэдрической ориентации и кристаллизацию карбида кремния в слоях с высокой концентрацией углерода 810⁴, 81Со)95, 81Со, 7 и в слоях с низкой концентрацией углерода 81Со, оз> 81Со, 12 и.

81С0)4;

— исследование влияния обработки Н-плазмой тлеющего разряда на структуру кристаллитов (3−8Ю, 81, микроструктуру поверхности и стабильность кластеров;

— исследование структурных, оптических, электрических, и газочувствительных свойств пленок 8пОх, синтезированных методами магнетронного распыления, ионно-лучевого распыления и золь-гель технологии;

— исследование влияния термического отжига и плазменных обработок в различных атмосферах на физические свойства пленок 8пОх, изучение эффекта роста поглощения в инфракрасной области длин волн в пленках 8пОх после отжига при температуре 200 °C или обработки плазмой тлеющего разряда;

— сравнительный анализ влияния обработки Оили Н-плазмой на физические свойства пленок 8пОх, полученных магнетронным распылением и золь-гель методом, установление режимов получения пленок 8пОг с оптимальными структурными и оптическими свойствами непосредственно после осаждения.

Научная новизна работы:

1.Из анализа изменения амплитуды при 800 см" 1 и площади 81С-пика ИК-пропускания впервые выявлены величины концентрации углерода в кремнии (НсЛ4^ = 0,7) и интервалы температур, оптимальные для формирования 8Ю. После отжига при 1200 °C однородных слоев 8ЮХ наибольшие размеры кристаллитов 8Ю шарообразного, игольчатого и пластинчатого типов до 400 нм и наибольшее количество 81—С-связей тетраэдрической ориентации наблюдается для слоя 8Юо, 7, что обусловлено низким содержанием углерода в слоях 81Со, оз> 81Со, 12 и 81С0(4, и высокой концентрацией прочных кластеров в 81Со, 95и ЗК^д. В интервале 800−900°С наибольшее количество 81-С-связей тетраэдрической ориентации характерно для слоя 81С0,4.

2. Впервые предложена структурная модель слоя 81Со, 12, отражающая изменение его фазового состава в объемном выражении и среднего размера кристаллитов 81С и 81 в интервале температур 20−1250°С. После отжига при 1200 °C -50% его объема, свободного от 81-С-кластеров, составляют кристаллиты 81 со средним размером -25 нм, 25% объема — нанокристаллы (3−81С размером ~5 нм и 25% - рекристаллизованный со стороны подложки с-8ь При температурах 800−1400°С поверхность слоев 8ЮХ (х = 0,12−1,4) деформируется с формированием зерен размером -30−100 нм, а рекристаллизованная при 1250 °C ровная поверхность слоя 81Со, оз содержит равномерно распределенные 81: С-включения в виде точечных выступов диаметром —20 нм.

3. Впервые выявлены размерные эффекты, показывающие, что отличие слоев с низкой концентрацией углерода 81Со, оз> 81С0,12 и 81Со, 4 от слоев ЗЮ^,.

SiCo, 95 и SiCo, 7 проявляется в отсутствии пика LO-фононов SiC в спектрах ИК-пропускания и в смещении при 1000 °C минимума пика ТО-фононов SiC в область выше 800 см" 1, характерного для тетраэдрических связей кристаллического SiC, что обусловлено малыми размерами* кристаллитов SiC (< 3 нм) и увеличением вклада их поверхностей, а также поверхностей кристаллитов Si, содержащих укороченные Si-C-связи, в-оптические свойства.

4. Произведены оценки доли атомов углерода, формирующих прочные кластеры в слоях SiCx. При 1300 °C в слое SiCi)4 лишь 9% атомов С образуют оптически активные Si-C-связи, в SiC0,95 — 12%, в SiC0,7 и SiCo, 4~ 16%, в SiCo, i2 ~ 45%, в SiCo, o3 ~ около 100%, а остальные атомы углерода находятся в составе прочных кластеров. Количество N сформированных Si-C-связей в слоях SiCx оказалось растущим с дробной степенью концентрации х: N = a-(ni)y, где у ~ 0,37±0,09, щ= х/0,03, а = const.

5. Установлено, что обработка водородной плазмой тлеющего разряда (27,12 МГц, 20 Вт, 6,5 Па, 100 °C, 5 минут) поликристаллических слоев SiCi)4 приводит к частичному распаду кристаллитов (З-SiC и полному распаду кристаллитов Si. Обработка плазмой и отжиг при температуре 900 °C слоев SiCo, 95 привели к формированию слоя (З-SiC, превосходящего по качеству структуры кристаллитов и гранулярности поверхности необработанный в плазме слой SiC0,95 после изохронного отжига в интервале 200−1400°С. 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 (231,9°С) вызвано сегрегацией нанокристаллов p-Sn и формированием токопроводящих цепочек. Резкий рост сопротивления пленки до 200 кОм при температуре выше точки плавления олова вызван крупнозернистой сегрегацией ?-Sn на границе «пленка-подложка» .

7. Обнаружено, что обработка* Н-плазмой: пленок SnOx, полученных: магне-тронным, распылением, в режиме «осаждение-отжиг-плазма-отжиг» (©-АРА) — 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 пленокЭтому способствует трансформация частшкри-сталлитов Sn203 в кристаллиты с большей'- плотностыо (SnO и Sn02) при селективном воздействии плазмы.

8. Показаночто в, пленках, осажденных золь-гель методом, кратковременная обработкаН-плазмой тлеющего разряда (5 мин) приводит к образованию вакансий" кислорода и появлению кластеров: SnO, что вызывает уменьшение прозрачности пленок на 3—15% в> видимой1 области спектраКратковременнаяобработка пленощ полученных магнетронным распылением, как О-, так и Н-плазмой, приводит к формированию кластеров Sn и уменьшению прозрачности в ближней инфракрасной области.

9. Выявленочто обработка Нили О-плазмой пленок БпОг, полученных золь-гель 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 Sn02.

Практическая значимость работы:

1. Условия осажденияпленок: Sn02 на стекло методом магнетронного распыления, позволяющие без. отжига получить пленки Sn02 с оптимальными размерными! и оптическими свойствамиувеличение их прозрачности после обработки в режиме «осаждение-отжиг-плазма-отжиг» (DAPA) — режимы термического отжига, осажденной золь-гель методом пленки БпОг с высокой газочувствительностью и малым: временем откликадостигнутый обработкой Ни О-плазмой рост газочуствительности пленок ЭпОг могут улучшить характеристики чувствительных элементов газовых сенсоров и проводящих^ просветляющих покрытий фотопреобразователей.

2. Результаты исследованийструктурных свойств однородных пленок 8ЮХ (х = 0,03−1,4) на Б’ц синтезированных ионной имплантациейрежимы получения пленок 8Юо, 7 с наибольшими количеством 81-С-связей тетраэдрической ориентации и размерами кристаллитов 8Ю (400 нм) — зависимости оптических свойств, пленок 81СХ от размеров нанокристаллов 8Ювлияние обработки Н-плазмой тлеющего разряда на структуру пленки и процессы кристаллизацииоценочные величины содержания 81-С-кластеров в слоях 81СХзакономерности формирования оптически: активных связей прираспаде кластеровг могут быть" использованы в технологии получения систем, содержащих нановключения С, 8 г и 8Ю, обеспечивающих за счет квантово-размерного эффекта люминесценцию во всей видимой области спектра и т. д.

Основные положения, выносимые на защиту:

— Зависимость структуры, элементного и фазового состава имплантированных ионами С слоев 81 от концентрации углерода проявляется> в большем количестве 81-С-связей тетраэдрической ориентации и кристаллитов 8Ю в слоях 81С0)7 после отжига в сравнении со слоями 81Со, оз, 8Юо, 12 и 81Со, 4 с низким содержанием углерода и слоями 8Юо, 95 и 8Ю1>4 с высокой концентрацией прочных кластеров.

— Структурная модель слоя 81С0,12 после отжига при 1200 °C представляет слой, в котором -50% объема, свободного от Си 81—С-кластеров, составляют кристаллиты 81 со средним: размером -25 нм, 25% объема — кристаллиты, р-8Ю размером —5 нм и 25% — рекристаллизованный со стороны подложки с-8Ь.

— Формирование 81-С-связей тетраэдрической ориентации в слоях с высокой концентрацией углерода 8Юо, 95 и БЮо,? обусловлено распадом прочных Си 81-С-кластеров, в слоях 81Со, 12 и 8Ю0,4 — распадом-кластеров^ и одинарных 8г-С-связей, в 8Юо, оз ~ уменьшением количества оборванных связей атомовуглерода.

— Отличие оптических свойств слоев с низкой концентрацией! углерода 81С0, оз> 81Со, 12 и $ 1С0,4 проявляется в отсутствии пика ЬО-фононов^С в спектрах ИК-пропускания и смещении при 1000 °C минимума пика ТО-фононов 8Ю в область выше 800 см" 1, характерного для тетраэдрических связей кристаллического 8Ю, что обусловлено малыми размерами кристаллитов 8Ю (< 3 нм) и увеличением вклада их поверхностей, а также поверхностей кристаллитов 81, содержащих укороченные 81—С-связи, в оцтические свойства.

— Эффект плазмо-стимулированной кристаллизации в процессе отжига предварительно обработанных водородной плазмой тлеющего разряда пленок 8Ю является следствием распада прочных Си 81~С-кластеров при воздействии плазмы.

— Уменьшение/увеличение электрического сопротивления пленок 8пОх в области ниже/выше точки плавления 8п (231,9°С) обусловлено формированием/распадом проводящих цепочек из нанокристаллов |3−8п.

— Эффект увеличения пористости и прозрачности синтезированных методом магнетронного распыления пленок-8пОх после обработки водородной плазмой тлеющего разряда в режиме «осаждение-отжиг-плазма-отжиг». Эффект роста поглощения в инфракрасной области длин волн в пленках 8п02 после отжига при температуре 200 °C или обработки Нили О-плазмами, обусловленный сегрегацией 8п.

— Направленные изменения фазового состава, микроструктуры поверхности и физических свойств пленок 8пОх при обработке Нили О-плазмой позволяют существенно улучшить их прозрачность и газочувствительность.

Личный вклад диссертанта. Автор был инициатором исследований по 81С либо наиболее активным участником исследований по ЭпОг, 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 С в 81- получение, обработка и анализ результатов исследования структурных свойств 8ЮХ и 8пОх методом рентгеновской дифракцииобработка и анализ данных ИК-спектроскопии, Оже-электронной спектроскопии, просвечивающей электронной спектроскопии пленок 8ЮЧобсуждение и анализ результатов исследования микроструктуры поверхности методом атомно-силовой микроскопии, данных измерения электрических и газочувствительных характеристик, прозрачности пленок 8пОх. Предложены модели структуры, механизмы формирования 8ьС-связей тетраэдрической ориентации, механизмы взаимосвязи структурных и физических свойств 81СХ и 8пОх. 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.

Связь работы с другими научно-исследовательскими работами. Основная часть материалов диссертации была получена в ходе выполнения научно-исследовательских работ, входящих в программы фундаментальных исследований Министерства образования и науки Республики Казахстан:

Исследовать наноструктурированныё материалы и твердотельные системы с целью создания материалов, приборов и устройств различного функционального назначения" (ГР 0103РК432, шифр Ф0312, 2003;2005 гг.) — «Исследовать наноструктурные и спинтронные системы для создания новых материалов и сплавов» (ГР 0106РК1 049, шифр ФОЗ54−09, 2006;2008 гг.) — «Исследование физических процессов формирования нанообъектов и наноструктур на поверхности и границах раздела различных материалов для создания приборньгх структур широкогодиапазона применений» (ГР 0109РК887, шифр Ф0500, 2009;2011 гг.).

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 6>h 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 диссертации

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

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Для слоев БЮх, сформированных многократной имплантацией в 81 ио.

12 нов С с энергиями 40, 20, 10, 5 и 3 кэВ, выявлены закономерности влияния распада кластеров и оптически активных связей на формирование 81−0-связей тетраэдрической ориентации, характерных для кристаллического карбида кремния. Формирование этих связей в слоях с высокой концентрацией углерода 81С], 4, 8Юо, 95 и 81С0,7 происходит преимущественно в результате распада оптически неактивных 81-С-кластеров в интервале температур 900−1300°Св слоях 81С0,12 и 8Юо, 4 — в результате распада кластеров в интервале 1200—1300°С и оптически активных одинарных 81-С-связей в интервале 700—1200°Св слоях 81Со, оз — в результате уменьшения количества оборванных связей атомов углерода в интервале 900—1000°С.

2. Выявлены величины концентрации углерода в кремнии и интервалы температур, оптимальные для формирования 81С. После отжига при 1200 °C однородных слоев 8ЮХ наибольшие размеры кристаллитов 81С шарообразного, игольчатого и пластинчатого типов до 400 нм и наибольшее количество 8ЬС-связей тетраэдрической ориентации наблюдается для слоя 81С0,7, что обусловлено низким содержанием углерода в слоях 81Со, оз, $ 1Со, 12 и 81Со, 4, и высокой концентрацией прочных кластеров в слоях 81Со, 95 и ЗЮ^. В интервале 800~900°С наибольшее количество тетраэдрических 8Ь-С-связей характерно для слоев 81Со, 4.

3. Впервые предложена структурная модель слоя 81С0,12, отражающая изменение его фазового состава в объемном выражении и среднего размера кристаллитов 8Ю и 81 в интервале температур 20−1250°С. После отжига при 1200 °C —50% его объема, свободного от 81—С-кластеров, составляют кристаллиты 81 со средним размером —25 нм, 25% объема — кристаллиты р-8Ю размером -5 нм и 25% — рекристаллизованный со стороны подложки с-81.

4. Изучены закономерности изменения структуры поверхности слоев SiCx (х = 0,03−1,4) с изменением температуры. При температурах 800−1400°С поверхности слоев деформируются с формированием гранул размером -30−100 нм, состоящих из кристаллитова рекристаллизованная при 1250 °C ровная поверхность слоя SiCo, o3 содержит равномерно распределенные включения SiC в виде точечных выступов диаметром -20 нм.

5.Выявлены размерные эффекты, проявляющиеся в влиянии размеров кристаллитов карбида кремния на его оптические свойства. Отличие слоев с низкой концентрацией углерода SiCo, o3, SiCo, i2 и SiC0,4 от слоев SiC14, SiCo, 95 и SiC0)7 проявляется в отсутствии пика LO-фононов SiC в спектрах ИК-пропускания и в смещении при 1000 °C минимума пика ТО-фононов SiC в область волновых чисел выше значения 800 см" 1, характерного для тетраэд-рических связей кристаллического SiC, что обусловлено малыми размерами кристаллитов SiC (< 3 нм) и увеличением вклада их поверхностей, а также поверхностей кристаллитов Si, содержащих сильные укороченные Si—С-связи, в РЖ-поглощение.

6. Произведены оценки доли атомов углерода, формирующих кластеры в слоях SiCx. При 1300 °C в слое SiCi, 4 лишь 9% атомов С образуют оптически активные Si-C-связи, в SiC0,95 ~ 12%, в SiC0,7 и SiC0,4- 16%, в SiC0, i2 ~ 45%, в SiC0, o3 ~~ около 100%, а остальные атомы углерода находятся в составе прочных кластеров. Общее количество N сформированных Si-C-связей в слоях SiCx оказалось растущим с дробной степенью концентрации х: N = a-(ni)y, где у — 0,37±0,09, n,= х/0,03, а = const.

7. Установлено, что обработка в водородной плазме тлеющего разряда (27.12 МГц, 20 Вт, 6,5 Па, 100 °C, 5 минут) поликристаллических слоев SiCi, 4 приводит к частичному распаду кристаллитов P-SiC и полному распаду кристаллитов Si. Обработка в плазме и отжиг при температуре 900 °C слоев SiCo, 95 привели к формированию слоя |3-SiC, превосходящего по качеству структуры кристаллитов и гранулярности поверхности необработанный в плазме слой SiCo, 95 после изохронного отжига в интервале 200−1400°С. Эффект плазмо-стимулированной кристаллизации является следствием распада прочных кластеров’под воздействием Н-плазмы.

8. Выявлены закономерности влияния обработки в водородной плазме на увеличение прозрачности и пористости пленок SnOx, полученных, магнетронным распылением. Обработка в режиме «осаждение-отжиг-плазма-отжиг» (DAPA) приводит к увеличению «их прозрачности в диапазоне 3 001 100 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 Sn203 в кристаллиты с большей плотностью (SnO и Sn02) при селективном воздействии Н-плазмы.

9. Показана принципиальная возможность получения кристалло-аморфных наноструктур, в которых кристаллиты оксидов олова чередуются с кластерами, полученными селективной аморфизацией кристаллитов SnO, Sn02 и Sn203 обработкой в Н-плазме тлеющего разряда. При этом нарушается порядок расположения атомов в тех плоскостях (hkl) кристаллитов, вдоль которых происходят колебания частиц плазмы (например, в плоскостях, ориентированных в интервале углов Брэгга 15°<9<20° и углов 15°<а<45° в плоскости, перпендикулярной к падающему рентгеновскому пучку).

10. Изучен механизм влияния сегрегации избыточного олова и фазового состава на электросопротивление пленок SnOx, полученных ионно-лучевым методом в условиях дефицита кислорода. Показано, что значительное уменьшение сопротивления (в 60 раз) при температурах близких к точке плавления олова (231,9°С) вызвано сегрегацией нанокристаллов ?-Sn и формированием токопроводящих цепочек. Резкий рост сопротивления пленки до 200 кОм при температуре выше точки плавления олова вызван крупнозернистой сегрегацией |3-Sn на границе «пленка-подложка» .

11. Выявлены закономерности воздействия обработки Нили О-плазмой тлеющего разряда на свойства пленок SnOx, полученных магнетронным распылением. Рост поглощения в ближней инфракрасной области после отжига при 200 °C либо 5-минутной обработки в плазмах вызвансегрегацией, нано-частиц олова. Позитивное, недостижимое термической обработкой, воздействие 10−20 минутной обработки О-плазмой на структуру пленок SnOx заключается в их кластеризации и доокислении в едином процессе, приводяг щим к росту прозрачности пленок в ближней инфракрасной области.

12. Установлены закономерности влияния обработки Нили О-плазмой на рост газочувствительности пленок Sn02. Обработка в плазмах пленок Sn02, полученных золь-гель методом, не изменяет их фазовый состав, вследствие чего рост газочувствительности не зависит от вида плазмы. Обработка О-плазмой пленок, полученных магнетронным распылением, приводит к более значительному росту газочувствительности, чем Н-плазмой, в связи с доокислением пленки до Sn02. Кратковременная обработка О-плазмой (5 мин) оказалась эффективной для обнаружения микроколичеств паров этанола 0,1−0,2 мг/л.

13. Выявлены явления самоорганизации вещества в слоях SnOx и SiCx, заключающиеся в интенсивном формировании кристаллитов Sn02 размером 4 нм в процессе осаждения пленок методом магнетронного распыления (давление смеси Ai—02 2,7 Па), кристаллитов Sn02 размером 3 нм при осаждении пленок золь-гель методом (концентрация Sn в растворе 0,14 моль/л), прочных Си C-Si-кластеров в слоях SiCx и кристаллитов Si размером 2 нм в слоях SiCo, o3 при имплантации ионов С+ в Si.

В работе решена проблема модификации структурных свойств пленок SnOx и SiCx посредством обработки в плазме тлеющего разряда. Обработка в водородной и кислородной плазме позволила существенно улучшить прозрачность и газочувствительные свойства пленок SnOx, используемых при изготовлении фотопреобразователей и в полупроводниковых сорбционные сенсорах, а также улучшить структурные свойства пленок SiCx, используемых в оптоэлектронике.

Выявлены условия синтеза пленок, позволяющие методом магнетронного распыления без отжига получить пленки Sn02 с оптимальными размерными и оптическими свойствами (средний размер зерен -4 нм, прозрачность -90%- ширина запрещенной зоны -4,0 эВкоэффициент преломления -1,8) — золь-гель методом получить пленки Sn02 с высокой газочувствительностью, минимальным временем отклика (2 сек) — и оптимальными размерами кристаллитов (6 нм) — методом ионной имплантации получить пленки SiCoj с наибольшими размерами кристаллитов SiC (400 нм) и наибольшим количеством Si—С-связей тетраэдрической ориентации.