Толстые слои SiCх.

Формирование структуры и моделирование параметров аморфных и кристаллических пленок карбида кремния, синтезированных физическими и химическими методами.

Инфракрасная спектроскопия, рентгеновская рефлектометрия, рентгеновская дифракция, атомно-силовая микроскопия.

Осуществлен синтез толстых пленок SiCx различной толщины на поверхности Si методом магнетронного распыления в высокочастотном режиме 13,56 МГц при условиях: 150 Вт, Ar 2,4 л/ч, 100C, 10800 или 28800 сек. Быстрый отжиг (970°С, 5 минут, вакуум) привел к увеличению амплитуды SiC-пика от 0,473 до 0,765 a.u., уменьшению полуширины от 320 до 250 см-1 и смещению максимума пика от 850 до 825 см-1 вследствие улучшения структуры пленки и формирования нанокристаллов SiC. Высота поверхности толстой пленки после осаждения и отжига (970°С, 30 мин) является ровной в пределах 21 нм, средняя шероховатость составила Ra = 2,90 нм. Выявлена однородность толстой пленки SiC по поверхности пластины Si диаметром 150 мм. Новизна: Методом рентгеновской дифракции показано формирование гексагональной и кубической гранецентрированной фаз карбида кремния в толстой пленке после отжига (970°С, 5 минут, вакуум).

Определена плотность и толщина пленок SiC на Si, синтезированных в высокочастотном режиме 13,56 МГц. Выявлено, что толстые пленки имеют многослойную структуру и значения плотности близкие к плотности алмаза 3,51 г/см3. Плотность верхнего слоя толщиной 215 нм после осаждения составляет 3,59 г/см3. После быстрого отжига в вакууме (970°С, 5 мин) и длительного отжига в Ar (970°С, 120 мин) пленка имеет плотность 3,452 г/см3.

Проведены лабораторные научные исследования. Результаты опубликованы в материалах международного форума и конференций, в книге, направлены для опубликования в журналы. Пленки SiC, обладающие высокой твердостью и радиационной стойкостью, широкой запрещенной зоной будут использованы при создании солнечных элементов собственного производства в лаборатории.

Пленки SiCx могут использоваться в качестве подложек в приборостроении, увеличивают КПД солнечных элементов в 1,3 раза.

Солнечная энергетика, жаростойкий и абразивный материал, наноэлектроника.

Эпитаксиальные и нанокристаллические слои SiCх.

формирование структуры и моделирование параметров аморфных и кристаллических пленок карбида кремния, синтезированных физическими и химическими методами.

исследования: инфракрасная спектроскопия, рентгеновская рефлектометрия, рентгеновская дифракция.

Выполнен расчет электросопротивлений графитовой спирали. На основе известных параметров исходной графитовой спирали было получено выражение, позволяющее рассчитать спираль графита для любого выбранного электрического сопротивления. Разработан и изготовлен специальный высокотемпературный нагреватель к электропечи, предназначенный для синтеза тонких эпитаксиальных слоев SiC методом замещения атомов в приповерхностной области пластины кремния большой площади для использования в качестве подложек в полупроводниковой наноэлектронике. Разработан, собран и испытан новый управляемый источник питания большей мощности, дроссель и емкости к электропечи. Новизна. В пленке карбида кремния, синтезированной методом замещения атомов в оптимальном режиме (1250°С, 20 мин, газ CO, 0.8 Па), около 80% Si-C-связей содержатся в составе кристаллической фазы карбида кремния, включая монокристаллический слой (11,4%), нанокристаллы (29,9%) и их зародыши (39%). Аморфная фаза карбида кремния (9,3%) представляет собой смесь сильно дефектных деформированных нанокристаллов. Также часть Si-C-связей (10,4%) включены в состав SiC-кластеров и дилатационных диполей. Увеличение плотности толстых пленок SiC, синтезированных методом магнетронного распыления, после длительного отжига в сравнении с быстрым отжигом указывает на улучшение структуры вследствие трансформации аморфной составляющей в кристаллическую фазу и формирования редкой структурной фазы moissanite 5H-SiC (линия 5H-SiC(003)).

Проведены испытания высокотемпературной печи до температуры 1200°С. В случае толстой сапфировой трубы большого внутреннего диаметра (94 мм) температура 1202°С достигнута на 175 минуте. Потребляемая мощность составила 5256 Вт. Достигнуты токи до 116,8 А при подаваемом напряжении 45 В. Сопротивление печи уменьшается с 0,81 до 0,38 Ом при повышении температуры.

проведены лабораторные научные исследования. Результаты опубликованы в материалах международных зарубежных и казахстанских конференций, в зарубежных рецензируемых и казахстанских журналах. Пленки SiC, обладающие высокой твердостью и радиационной стойкостью, широкой запрещенной зоной будут использованы при создании солнечных элементов собственного производства в лаборатории.

пленки SiCx могут использоваться в качестве подложек в приборостроении, увеличивают КПД солнечных элементов в 1,3 раза.

солнечная энергетика, жаростойкий и абразивный материал, наноэлектроника.

эпитаксиальные и нанокристаллические слои SiCх

Формирование структуры и моделирование параметров аморфных и кристаллических пленок SiC, синтезированных физическими и химическими методами

ИК-спектроскопия, рентгеновская рефлектометрия, рентгеновская дифракция

Установлено, что отличием структуры пленки SiC, осажденной методом магнетронного распыления на поверхность монокристаллического слоя SiC, от пленки SiC, осажденной на поверхность монокристаллического c-Si, является формирование зародышей нанокристаллов, дилатационных диполей и кластеров с укороченными Si-C связями (890-965 см-1), вместо Si–C-связей аморфной фазы (600-792 см-1). Выявлено, что среди антиотражающих покрытий SiC/MgF2, SiC/ZnO/MgF2, ZnS/MgF2 и TiO2/SiO2 наиболее эффективной является структура SiC(50 nm) + MgF2(110 nm) ввиду низкого отражения в области 360–485 нм и большой плотности тока. Новизна: Отличием синтеза пленок SiC методом замещения атомов при температуре 1350°C в атмосфере газа СО (0,8 Па, 20 мин) является формирование нанокристаллов β-SiC, 6Н-SiC, 15R-SiC, тридимита SiO2, монокристаллических слоев β-SiC и 6Н-SiC монокристаллических слоев β-SiC, 6Н-SiC, микрокристаллитов β-SiC, 6Н-SiC и SiO2. После осаждения на поверхность пленки слоя SiCx методом магнетронного распыления (13,56 МГц, 150 Вт, 10800 сек, Ar – 2,4 л/ч, 100°С) происходит увеличение объема монокристаллических фаз β-SiC и 6Н-SiC.

Пленки SiC, обладающие высокой твердостью и радиационной стойкостью, широкой запрещенной зоной будут использованы в качестве антиотражающего слоя, а также диффузионного барьера в контактной системе при создании солнечных элементов собственного производства в лаборатории. Электрические нагреватели для электропечи, созданной для синтеза карбидокремниевых и алмазоподобных структур, были применены для формирования контактной системы солнечных элементов, зародышеобразование и кристаллизация в которой идет аналогичным образом.

Рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР: рекомендуется использование SiCx в качестве твердых покрытий при изготовлении буров, в качестве антиотражающего слоя солнечных батарей и в наноэлектронике.

пленки SiCx увеличивают КПД солнечных элементов в 1,3 раза.

солнечная энергетика, наноэлектроника.