Разработать и исследовать физико-технологические режимы роста тонких и сверхтонких слоев SiC на кремниевых пластинах для перспективных приборных структур микро- и оптоэлектроники : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель П. И. Гайдук

Abstract

Объект исследования - гетероэпитаксиальные структуры SiC/Si, SiC/SiGe/Si, выращенные в условиях вакуумной высокотемпературной обработки в присутствии углеводородных паров с применением буферных слоев упруго-деформированных SiGe сплавов, нано-профилированных поверхностей или слоев пористого кремния. Цели НИР - установление физических закономерностей эпитаксиального роста слоев SiC на подложках кремния c буферными слоями SiGe в условиях высокого вакуума в зависимости от параметров процесса и в присутствии углеводородных паров; разработка технологических режимов выращивания гетероструктур SiC/Si. Основные методы исследований: просвечивающая электронная микроскопия, растровая электронная микроскопия, Резерфордовское обратное рассеяние, комбинационное рассеяние света. Использовались следующие приборы: электронные микроскопы ЭМ-125, Philips CM-20, LEO- 1455VP, ускоритель ионов AN2500, микрорамановский спектрометр Nanofinder High End (Lotis TII), лазерный комплекс «Прометей», высокотемпературные печи и др. В результате выполнения созданы режимы выращивания тонких и сверхтонких слоев карбида кремния на кремниевых подложках: - с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии буферных слоев напряженных Si1-xGex сплавов различного состава (x = 0 – 0,23) и последующего электронно-лучевого испарения углерода на подложку SiGe/Si; - путем вы- сокотемпературной карбидизации (ВК) образцов кремния с буферными профилированными слоями в углеродсодержащей вакуумной атмосфере при 950 – 1250 ºС; - путем имплантации углерода (150 кэВ, 1016 см-2, 550 ºС) в многослойные эпитаксиальные структуры SiGe/Si. Методами ПЭМ показано формирование эпитаксиальных слоев кубического карбида кремния, качество которых улучшается при использовании буферных слоев. Так, использование буферных SiGe слоев на границе раздела Si/SiC позволяет уменьшать плотность скрученных вдоль нормали к поверхности микродвойников, улучшать кристаллическое качество слоев SiC, в три раза увеличивать интенсивность пиков XRD, а также уменьшать на ~50 % шероховатость поверхности. Полученные результаты научных исследований и разработанные технологические режимы выращивания сверхтонких слоев SiC на кремниевых подложках с различными буферными слоями Si1-xGex/Si могут быть использованы для проведения дальнейших исследований по разработке режимов формирования гетероэпитаксиальных структур SiС/Si на пластинах кремния диаметром 100 мм как базисных подложках для приборов электроники на основе карбида кремния и нитрида галлия.