Разработка физико-технологических режимов формирования структур SiNX/Si для применений в кремниевой оптоэлектронике и фотонике : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Ф. Ф. Комаров

Abstract

Объектами исследования являлись структуры SiNx/Si и ITO/SiNx/Si с различным соотношением компонент Si/N в нитридном слое. Цель настоящей работы – разработка физико-технологических режимов формирования слоев SiNx/Si, исследование влияния режимов нанесения и термообработок на структурные и оптические свойства нитридных слоев. Поиск ключевых факторов, обеспечивающих эффективную люминесценцию. Создание светоизлучающих и фоточувствительных структур ITO/SiNx/Si видимого и ближнего инфракрасного (ИК) диапазонов длин волн, определение их характеристик. Методом химического осаждения из газовой фазы изготовлены 4 пленки нитрида кремния на кремниевых подложках SiNx/Si: 3 пленки характеризовались наличием избыточных атомов кремния, одна содержала избыточные атомы азота по сравнению со стехиометрией. Проведены термические отжиги в интервале температур 900 – 1200 °С. Методами Резерфордовского обратного рассеяния, спектроскопии комбинационного рассеяния света, просвечивающей электронной микроскопии и фотолюминесценции изучены распределение элементов по глубине и фазовые превращения в выращенных пленках нитрида кремния. В процессе термообработок происходит образование и кристаллизация аморфных кластеров кремния. Обнаружено, что в состав нитридных слоев входит водород, который испаряется после высокотемпературной обработки. В результате проведения исследований установлено, что после отжига образцов при температуре 900 °С начинает проявляться фотолюминесценция, природу которой можно объяснить 3-мя механизмами: краевая люминесценция нитрида кремния, ФЛ кремниевых нанокластеров, излучательная рекомбинация вызванная наличием дефектов в нитридной пленке. Продемонстрирована возможность изменения положения максимума спектра люминесценции путем варьирования соотношения компонент Si/N в нитридном слое. Изготовлены тестовые полупроводниковые структуры ITO/SiNx/Si/Al для измерения вольт-амперных характеристик, фотопроводимости и электролюминесценции. Структуры с тонкими (<100 нм) пленками нитрида, отожженными при температурах 900-1200 °С проявляли электролюминесценцию при напряжениях близких к напряжению пробоя структуры. Эти же образцы обладали чувствительностью к свету галогенной лампы, которая проявлялась в изменении вольт-амперных характеристик полученных структур. Область применения: результаты, полученные при выполнении работы, могут быть использованы при создании приборов опто- и микроэлектроники на белорусских электронных предприятиях ОАО «Интеграл», Минский научно-исследовательский институт радиоматериалов и российских предприятиях ЗАО «Оптоган» в Санкт-Петербурге (производство светодиодов и светодиодных чипов), НТО «Микрон» в Зеленограде.