АТОМДАРДЫ СӘЙКЕС АЛМАСТЫРУ ӘДІСІ АРҚЫЛЫ КРЕМНИЙ ҚАБАТТАРЫНЫҢ БЕТҮСТІНЕ КРИСТАЛДЫҚ SiC ТҮЗІЛУІ

Бұл жұмыста Si(100) кремний тілігінің бетінде атомдарды сәйкес алмастыру әдісімен кремний карбидінің монокристалды қабықшалары синтезделді. Қабықшалар 0,8 Па қысымдағы СО газ ағынында 20 минут ішінде 1200 °С және 1300 °С температураларда синтезделді. 1200–1300 °С температураларының атомдарды алмастыру әдісімен кремнийдің бетке жақын аймағындағы моно және поликристалды қабаттардың, сондай-ақ наноқұрылымды SiC фазаларының түзілуіне әсері талданған. Жоғары сапалы кристалды кремний карбидті қабыршақтың түзілуі және синтез жағдайларының SiC құрылымдық фазаларының жалпы көлеміне, бетінің микроқұрылымы мен наноқұрылымына әсері көрсетілген. Температураның 1200 °С-тан 1300 °С-қа дейін жоғарылауы кремний карбидінің қарқынды түзілуіне және синтезделген кремний карбиді қабатының қалыңдығы- ның ұлғаюына байланысты Si–C байланыстарының санының 1,9 есе артуына әкелетіні анықталды. Нанокристалдар ядроларының микро және нанокристалдарға неғұрлым қарқынды түрленуіне байланысты кристалдық фазаның үлес салмағының артуы байқалады. Көміртек атомдарының кремнийге 1300 °С температурада терең енуінің қарқынды процестері оның құрылымының аморфизациялануы және 1300 °С жоғары температурада кристалдық фазаларға айналуы мүмкін Si-C байланыстарының түзілуі болып табылады. SiC кристалдық фазасының үлесі нанокристалдық ядролардың микро және нанокристалдарға қарқынды трансформациясы есебінен қабыршақтың көлемінің 50,2% дейін артады. Si (100) бетінде әртүрлі SiC құрылымдарының түзілуі атомдарды сәйкес алмастыру әдісінің негізгі принциптеріне толық сәйкес келетіні тәжірибе жүзінде көрсетілген.

1. Kukushkin S.A., Osipov A.V. (2008) New method for growing silicon carbide on silicon by solid-phase epitaxy: Model and experiment, Physics of the Solid State, vol. 50 (7), pp. 1238–1245. https://doi.org/10.1134/S1063783408070081

2. Kukushkin S.A., Osipov A.V. and Feoktistov N.A. (2014) Synthesis of Epitaxial Silicon Carbide Films through the Substitution of Atoms in the Silicon Crystal Lattice: A Review, Physics of the Solid State, vol. 56 (8), pp.1507–1535. https://doi.org/10.1134/S1063783414080137

3. Kukushkin S.A., Osipov A.V. (2012) Thin-film heteroepitaxy by the formation of the dilatation dipole ensemble, Doklady Physics, vol. 57, pp. 217–220. https:// doi.org/10.1134/S1028335812050072

4. Kukushkin S.A., Osipov A.V. (2014) Topical review. Theory and practice of SiC growth on Si and its applications to wide-gap semiconductor films, Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 47, 313001–313001–41. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/31/313001

5. Kukushkin S.A., Osipov A.V. (2022) Thermodynamics, kinetics, and technology of synthesis of epitaxial layers of silicon carbide on silicon by coordinated substitution of atoms, and its unique properties. A review, Condensed Matter and Interphases, vol. 24(4), pp. 407–458. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10549

6. Kelly A., Groves G.W. (1970) Crystallography and crystal defects. London: Longman, 428 p. https://books.google.kz/books/about/Crystallography_and_Crystal_Defects.html?id=1bC6nQEACAAJ&redir_esc=y

7. Kukushkin S.A., Osipov A.V. and Soshnikov I.P. (2017) Growth of epitaxial SiC layer on Si (100) surface of n- and p-type of conductivity by the atoms substitution method, Reviews on Advanced Materials Science, vol. 52, pp. 29–42. http://www.ipme.ru/e-journals/RAMS/no_15217/05_15217_kukushkin.pdf

8. Kukushkin S.A., Osipov A.V. (2017) Drift mechanism of mass transfer on heterogeneous reaction in crystalline silicon substrate, Physica B: Condensed Matter, vol. 512, pp. 26–31. http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2017.02.018.

9. Nussupov K.Kh., Beisenkhanov N.B., Bakranova D.I., Keinbai S., Turakhun A.A., Sultan A.A. (2018) Razrabotka i izgotovleniye vakuumnoy elektropechi dlya termoobrabotki i sinteza nanostruktur i materialov (Development and manufacture of a vacuum electric furnace for heat treatment and synthesis of nanostructures and materials.), Vestnik KBTU, vol. 3(46), pp. 134–144.

10. Kukushkin S.A., Nussupov K.Kh., Osipov A.V., Beisenkhanov N.B., Bakranova D.I. (2017) Structural properties and parameters of epitaxial silicon carbide films, grown by atomic substitution on the high-resistance (111) oriented silicon, Superlattices and Microstructures, vol. 111, pp. 899–911. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2017.07.050

11. Kukushkin S.A., Nusupov K.Kh., Osipov A.V., Beisenkhanov N.B. and Bakranova D.I. (2017) X-Ray Reflectometry and Simulation of the Parameters of SiC Epitaxial Films on Si (111), Grown by the Atomic Substitution Method, Physics of the Solid State, vol. 59 (5), pp. 1014–1026. https://doi.org/10.1134/S1063783417050195

12. Nussupov K.Kh., Beisenkhanov N.B., Keiinbay S., Sultanov A.T. (2022) Silicon carbide synthesized by RF magnetron sputtering in the composition of a double layer antireflection coating SiC/MgF2, Optical Materials, 112370, pp. 1–10. https: //doi.org/10.1016/j.optmat.2022.112370

13. Mutschke H., Andersen A.C., Clément D., Peiter H.T. (1999) Infrared properties of SiC particles, Astron. Astrophys, vol. 345, pp. 187–202. https://adsabs.harvard.edu/full/1999A%26A...345..187M

14. Kimura T., Kagiyama Sh. and Yugo Sh. (1981) Structure and annealing properties of silicon carbide thin layers formed by ion implantation of carbon ions in silicon, Thin Solid Films, 81, pp. 319–327. https://doi.org/10.1016/0040-6090(81)90516-2

15. Nussupov K.Kh., Beisenkhanov N.B. (2011) 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, Ed. Moumita Mukherjee, InTech, Chapter 4, pp. 69–114. https://doi.org/10.5772/22256