ИК-СПЕКТРОСКОПИЯ ТОЛСТОЙ ПЛЕНКИ КАРБИДА КРЕМНИЯ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ

В работе методом магнетронного распыления при одновременном распылении мишени кремния и мишени графита в высокочастотном режиме 13,56 МГц осуществлен синтез толстых пленок карбида кремния на поверхности с-Si. Параметры магнетронного распыления были следующие: мощность магнетрона - 150 Вт, расход газа аргона 2.4 л/ч, давление в камере 0.4 Па, температура кремниевой подложки - 100 °C, длительность осаждения 3 часа. Впервые показано доминирование укороченных Si-C-связей в аморфной пленке карбида кремния сразу после осаждения, приведшее к сме­щению максимума ИК-спектра в область выше 800 см^-1 - вплоть до 870 см^-1. Результаты трактуются интенсивным зародышеобразованием в процессе осаждения. Показано, что после осаждения пленки почти половина (49,2 %) Si-C-связей находится в составе очень мелких зародышей нанокристаллов с размерами менее 3 нм. Быстрый отжиг в течение 5 минут осуществлен при температуре 970 °С, которая достигалась в течение 10 s. Наблюдалось смещение максимума пика SiC из коротковолновой области (870 см^-1) в длинноволновую область (820 см^-1) ИК-спектра после быстрого отжига пленки. Выявлено, что кристаллизация толстой пленки карбида кремния происходит не за счет кристаллизации аморфной фазы, а за счет увеличения размеров и упорядочения структуры мелких зародышей SiC и их трансформации в нанокристаллы SiC.

1. Liao F., Girshick S. L., Mook W. M., Gerberich, W. W., Zachariah, M. R. Superhard nanocrystalline silicon carbide films // Appl. Phys. Lett. - 2005. - 86. - P. 171913 - 171915.

2. Афанасьев А. В., Ильин В. А., Корляков А. В., Лебедев A. O., Лучинин В. В., Таиров Ю. М. Карбид кремния. Вклад СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Признание и перспективы // В кн. Физика и технология микро- и наносистем. - 2011. - С. 50-86 / под ред. В. В. Лучинина и В. В. Малиновского - Санкт-Петербург: Изд. Русская коллекция. - 2011. - 239 с.

3. Yаn Н., Wang В., Song Х. М., Таn L. W., Zhang S. J., Chen G. H., Wong S. P., Kwok R. W. M., Lео W. M. L. Study on SiC layers synthesized with carbon ion beam at low substrate temperature // Diamond and related materials. - 2000. - 9. - P. 1795 - 1798.

4. Chen D., Wong S. P., Yang Sh., Мо D. Composition, structure and optical properties of SiC buried layer formed by high dose carbon implantation into Si using metal vapor vacuum arc ion source // Thin Solid Films. - 2003. - 426. - P. 1 - 7.

5. Calcagno L., Musumeci P., Roccaforte F., Bongiorno C., Foti G. Crystallization mechanism of amorphous silicon carbide // Appl. Surf. Sci. - 184. - 2001. - P. 123-127.

6. Nussupov K. Kh., Beisenkhanov N. B., Zharikov S. K., Beisembetov I. K., Kenzhaliev B. K., Akhmetov T. K., Seitov B. Zh. Structure and Composition of Silicon Carbide Films Synthesized by Ion Implantation // Phys. Solid State. - 56 (11). - 2014. - P. 2307-2321.

7. Kukushkin S. A., Osipov A. V., Feoktistov N. A. Synthesis of epitaxial silicon carbide films through the substitution of atoms in the silicon crystal lattice: a review. // Phys. Solid State. - 56 (8). - 2014. - P. 1507-1535.

8. Kukushkin S. A., Nussupov K. Kh., Osipov A. V, Beisenkhanov N. B., Bakranova D. I. Structural properties and parameters of epitaxial silicon carbide films, grown by atomic substitution on the high-resistance (111) oriented silicon // Superlattices and Microstructures. - 111. - 2017. - P. 899-911.

9. Перекрестов В. И., Корнющенко А. С., Загайко И. В. Получение пленок карбида кремния ме­тодом магнетронного распыления составной углерод-кремниевой мишени // Журнал нанота електронноі фізики. - 7 (2). - 2015. - 02016 (5cc).

10. Joung Y.-H., Kang H. I., Kim J. H., Lee H.-S., Lee J., Choi W. S. SiC formation for a solar cell passivation layer using an RF magnetron cosputtering system // Nanoscale Res. Lett. - 2012. - 7 (1) : 22.

11. Nussupov K. Kh., Beisenkhanov N. B. The Formation of Silicon Carbide in the SiCx Layers (x = 0.03-1.4) Formed by Multiple Implantation of C Ions in Si. In book: Silicon carbide - Materials, Processing and Applications in Electronic Devices. - 2011. - Ed. Moumita Mukherjee. - InTech. - Chapter 4. - P. 69 - 114.

12. Chen D., Cheung W. Y, Wong S. P. Ion beam induced crystallization effect and groth kinetics of buried SiC layers formed by carbon implantation into silicon // Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res. B. - 148. - 1999. - P. 589-593.

13. Mutschke H., Andersen A. C., Clement D., Henning T. Peiter. Infrared properties of SiC particles // Astron. Astrophys. - 1999. - V. 345. -P. 187-202.

14. Лисовский И. П., Индутный И. З., Гненный Б. Н., Литвин П. М., Мазунов Д. О., Оберемок А. С., Сопинский Н. В., Шепелявый П. Е. Фазово-структурные превращения в пленках SiOx в процессе вакуумных термообработок // Физика и техника полупроводников. - 2003. - Т. 37, вып.1. - С. 98-103.

15. Nussupov K. Kh., Beisenkhanov N. B., Valitova I. V., Mit’ K. A., Mukhamedshina D. M., Dmitrieva E. A. Structure properties of carbon implanted silicon layers // J. of Materials Science: Materials in Electronics. - 2008. - 19. - Р. 254-262.