Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃

Исследована радиационная стойкость пленок нанокристаллического карбида кремния nc-SiC на подложке из монокристалла сапфира в условиях облучения высокоэнергетическими (10 МэВ) электронами в диапазоне флюенса 5∙10¹⁴—2∙10²⁰ см⁻². Установлено, что радиационные изменения в пленках nc-SiC в первую очередь...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Семенов, A.В., Лопин, A.В., Борискин, В.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2017
Назва видання:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Теми:	Материалы электроники
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130089
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃ / A.В. Семенов, A.В. Лопин, В.Н. Борискин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 3. — С. 40-48. — Бібліогр.: 28 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-130089
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1300892018-02-06T03:03:39Z Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃ Семенов, A.В. Лопин, A.В. Борискин, В.Н. Материалы электроники Исследована радиационная стойкость пленок нанокристаллического карбида кремния nc-SiC на подложке из монокристалла сапфира в условиях облучения высокоэнергетическими (10 МэВ) электронами в диапазоне флюенса 5∙10¹⁴—2∙10²⁰ см⁻². Установлено, что радиационные изменения в пленках nc-SiC в первую очередь проявляются в УФ-области спектра поглощения, обусловленной межзонными переходами. Показано, что вслед за начальной разупорядоченностью пленок nc-SiC, полученной при флюенсе 5∙10¹⁴—1∙10¹⁶ см⁻², происходит упорядочение структуры при дозах облучения (1—5)∙10¹⁷ см⁻². Установлено, что начало отжига дефектов в облученных пленках наблюдается уже при 200°C. Существенные изменения оптических свойств в сапфире начинаются при флюенсе 5∙10¹⁷ см⁻², что следует учитывать при использовании этих материалов для оптоэлектронных приборов в условиях интенсивных радиационных воздействий. Досліджено стійкість до радіації плівок нанокристалічного карбіду кремнію на підкладці з монокристала сапфіра в умовах опромінення високоенергетичними (10 МеВ) електронами в діапазоні 5∙10¹⁴—2∙10²⁰ см⁻². Встановлено, що радіаційні зміни в плівках nc-SiC в першу чергу проявляються в УФ-області спектра поглинання, яка пов'язана з міжзонними переходами. Показано, що слідом за початковою разупорядкованістю плівок nc-SiC при флюенсі 5∙10¹⁴—1∙10¹⁶ см⁻² відбувається впорядкування структури при дозах опромінення (1—5)∙10¹⁷ см⁻². Встановлено, що початок відпалу дефектів в опромінених плівках спостерігається вже за температури 200°C. Істотні зміни оптичних властивостей в сапфірі починаються при флюенсі 5∙10¹⁷ см⁻², що слід враховувати при використанні цих матеріалів для оптоелектронних приладів і сенсорів в умовах інтенсивного радіаційного впливу. It was studied the effect of irradiation with high-energy (10 MeV) electrons on the optical properties of nanocrystalline carbide film system silicon / sapphire substrates in a wide range of fluences of 5∙10¹⁴ to 9∙1019 cm⁻² and subsequent annealing in vacuum in the range of 200—1200°C. It was found that radiation-induced changes in the optical properties of nc-SiC films is primarily manifested in the UV region of the spectrum associated with interband transitions, as well as in the region of the spectrum due to the absorption of intrinsic defects and disordered regions. It was established in the beginning of the annealing of defects in irradiated films has been observed at 200°C, which indicates the high concentration of carbon vacancies with the lowest activation energy. Significant changes in the optical properties of sapphire begin at fluence 5∙10¹⁷ cm⁻², which should be considered when using these materials under conditions of intense radiation impact. 2017 Article Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃ / A.В. Семенов, A.В. Лопин, В.Н. Борискин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 3. — С. 40-48. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2017.3.40 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130089 539.216.281,261 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Материалы электроники Материалы электроники
spellingShingle	Материалы электроники Материалы электроники Семенов, A.В. Лопин, A.В. Борискин, В.Н. Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃ Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	Исследована радиационная стойкость пленок нанокристаллического карбида кремния nc-SiC на подложке из монокристалла сапфира в условиях облучения высокоэнергетическими (10 МэВ) электронами в диапазоне флюенса 5∙10¹⁴—2∙10²⁰ см⁻². Установлено, что радиационные изменения в пленках nc-SiC в первую очередь проявляются в УФ-области спектра поглощения, обусловленной межзонными переходами. Показано, что вслед за начальной разупорядоченностью пленок nc-SiC, полученной при флюенсе 5∙10¹⁴—1∙10¹⁶ см⁻², происходит упорядочение структуры при дозах облучения (1—5)∙10¹⁷ см⁻². Установлено, что начало отжига дефектов в облученных пленках наблюдается уже при 200°C. Существенные изменения оптических свойств в сапфире начинаются при флюенсе 5∙10¹⁷ см⁻², что следует учитывать при использовании этих материалов для оптоэлектронных приборов в условиях интенсивных радиационных воздействий.
format	Article
author	Семенов, A.В. Лопин, A.В. Борискин, В.Н.
author_facet	Семенов, A.В. Лопин, A.В. Борискин, В.Н.
author_sort	Семенов, A.В.
title	Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃
title_short	Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃
title_full	Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃
title_fullStr	Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃
title_full_unstemmed	Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃
title_sort	влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического sic на подложках из монокристалла al₂o₃
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Материалы электроники
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130089
citation_txt	Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃ / A.В. Семенов, A.В. Лопин, В.Н. Борискин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 3. — С. 40-48. — Бібліогр.: 28 назв. — рос.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT semenovav vliânieélektronnogooblučeniânaoptičeskiesvojstvaplenoknanokristalličeskogosicnapodložkahizmonokristallaal2o3 AT lopinav vliânieélektronnogooblučeniânaoptičeskiesvojstvaplenoknanokristalličeskogosicnapodložkahizmonokristallaal2o3 AT boriskinvn vliânieélektronnogooblučeniânaoptičeskiesvojstvaplenoknanokristalličeskogosicnapodložkahizmonokristallaal2o3
first_indexed	2025-07-09T12:50:22Z
last_indexed	2025-07-09T12:50:22Z
_version_	1837173754388545536
fulltext	Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 40 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 ÓÄÊ 539.216.281,261 A. В. СЕМЕНОВ1,2, A. В. ЛОПИН1, В. Н. БОРИСКИН3 Óêðàèíà, ã. Хàðьêîâ, 1Иíñòèòóò мîíîêðèñòàëëîâ НАНÓ, 2НÒÓ «Хàðьêîâñêèé ïîëèòåõíèчåñêèé èíñòèòóò», 3ННЦ «Хàðьêîâñêèé фèзèêî-òåõíèчåñêèé èíñòèòóò» НАНÓ E-mail: savladi@ukr.net ВЛИЯНИЕ ЭЛЕÊÒРОННОГО ОБЛÓЧЕНИЯ НА ОПÒИЧЕСÊИЕ СВОЙСÒВА ПЛЕНОÊ НАНОÊРИСÒАЛЛИЧЕСÊОГО SiC НА ПОÄЛОЖÊАХ ИЗ МОНОÊРИСÒАЛЛА Al2O3 Одíèм èз ïåðâîîчåðåдíыõ òðåбîâàíèé ê ïåð- ñïåêòèâíым ýëåêòðîííым ïðèбîðàм ÿâëÿåòñÿ ïî- âышåíèå èõ ñòîéêîñòè ê èíòåíñèâíым ðàдèàцè- îííым âîздåéñòâèÿм. В ñâÿзè ñ ýòèм, âíèмàíèå ðàзðàбîòчèêîâ îбðàщåíî ê íàíîêðèñòàëëèчåñêèм ïîëóïðîâîдíèêîâым мàòåðèàëàм, îбëàдàющèм èñêëючèòåëьíî âыñîêèмè ïîðîãàмè ðàдèàцèîí- íыõ дåãðàдàцèè è àмîðфèзàцèè ïî ñðàâíåíèю ñ мîíîêðèñòàëëàмè [1—3]. Эòî îбóñëîâëåíî âы- ñîêîé êîíцåíòðàцèåé èíòåðфåéñíыõ îбëàñòåé â âèдå ãðàíèц íàíîêðèñòàëëîâ, êîòîðыå мîãóò âы- ñòóïàòь â êàчåñòâå ïîãëîòèòåëåé òîчåчíыõ дåфåê- òîâ è îбåñïåчèâàòь óñêîðåíèå èõ ðåêîмбèíàцèè [4, 5]. Мàòåðèàëы íà îñíîâå íàíîêðèñòàëëèчå- ñêîãî êàðбèдà êðåмíèÿ nc-SiC ïðèâëåêàюò îñî- бîå âíèмàíèå â ñâÿзè ñ êîмïëåêñîм óíèêàëьíыõ ñâîéñòâ SiC, òàêèõ êàê âыñîêèå зíàчåíèÿ ïîðî- ãîâîé ýíåðãèè дåфåêòîîбðàзîâàíèè (25—35 ýВ) [6, 7], âыñîêîòåмïåðàòóðíàÿ ñòàбèëьíîñòь, õè- мèчåñêàÿ èíåðòíîñòь è îòëèчíыå мåõàíèчåñêèå ñâîéñòâà [8, 9]. Êðîмå фóíдàмåíòàëьíыõ ñâîéñòâ ñëîè nc-SiC, ïîëóчåííыå ïðÿмым èîííым îñàж- дåíèåм [10], îбëàдàюò ðÿдîм ñâîéñòâ, ñâÿзàí- íыõ ñ òàêèмè êâàíòîâымè ýффåêòàмè â íàíî- êðèñòàëëàõ, êàê àíîмàëьíî âыñîêàÿ íåëèíåé- íî îïòèчåñêàÿ âîñïðèèмчèâîñòь [11, 12], êîë- ëåêòèâíыå мàãíèòíыå ñâîéñòâà [13], мíîãîñòó- ïåíчàòàÿ мåжêðèñòàëëèòíàÿ òóííåëьíàÿ ïðîâî- дèмîñòь [14]. Эòè ñâîéñòâà îбóñëîâëèâàюò ïåð- ñïåêòèâы шèðîêîãî ïðèмåíåíèÿ ïëåíîê âî мíî- ãèõ îбëàñòÿõ мèêðîýëåêòðîíèêè, îïòîýëåêòðî- Исследована радиационная стойкость пленок нанокристаллического карбида кремния nc-SiC на подложке из монокристалла сапфира в условиях облучения высокоэнергетическими (10 МэВ) элек- тронами в диапазоне флюенса 5⋅1014—2⋅1020 см–2. Установлено, что радиационные изменения в пленках nc-SiC в первую очередь проявляются в УФ-области спектра поглощения, обусловленной межзонными переходами. Показано, что вслед за начальной разупорядоченностью пленок nc-SiC, полученной при флюенсе 5⋅1014—1⋅1016 см–2, происходит упорядочение структуры при дозах облуче- ния (1—5)⋅1017 см–2. Установлено, что начало отжига дефектов в облученных пленках наблюдает- ся уже при 200°C. Существенные изменения оптических свойств в сапфире начинаются при флюен- се 5⋅1017 см–2, что следует учитывать при использовании этих материалов для оптоэлектронных приборов в условиях интенсивных радиационных воздействий. Ключевые слова: нанокристаллические пленки SiC, монокристаллы Al2O3, спектры поглощения, об- лучение электронами, радиационные дефекты, радиационное упорядочение, отжиг дефектов. íèêè, êâàíòîâîé ýëåêòðîíèêè â óñëîâèÿõ âíåш- íèõ жåñòêèõ âîздåéñòâèé. Иññëåдîâàíèÿ âëèÿíèÿ îбëóчåíèÿ ïëåíîê nc-SiC âыñîêîýíåðãåòèчåñêèмè (10 МýВ) ýëåê- òðîíàмè, âыïîëíåííыå ðàíåå â [15], ïîêàзàëè âыñîêóю ðàдèàцèîííóю ñòîéêîñòь мàòåðèàëà è íåмîíîòîííóю зàâèñèмîñòь ñâîéñòâ îò фëюåíñà îбëóчåíèÿ. Пðè ýòîм быëî óñòàíîâëåíî, чòî бî- ëåå ñëàбым зâåíîм â ðàдèàцèîííîé ñòàбèëьíî- ñòè îïòèчåñêèõ ñâîéñòâ ñèñòåмы «nc-SiC-ïëåíêà + ïîдëîжêà Al2O3» ÿâëÿåòñÿ ïîдëîжêà: íåñмî- òðÿ íà òî, чòî мîíîêðèñòàëë Al2O3 ÿâëÿåòñÿ îд- íèм èз íàèбîëåå ðàдèàцèîííî ñòîéêèõ êðèñòàë- ëèчåñêèõ мàòåðèàëîâ, ñàïфèðîâàÿ ïîдëîжêà ïðîÿâèëà бîëåå âыñîêóю зàâèñèмîñòь èзмåíåíèÿ îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè îò фëюåíñà îбëóчåíèÿ ïî ñðàâíåíèю ñ nc-SiC ïëåíêàмè. Пîýòîмó â íàñòî- ÿщåé ðàбîòå бîëåå дåòàëьíî èññëåдîâàíî âëèÿ- íèå âыñîêîýíåðãåòèчåñêîãî (10 МýВ) ýëåêòðîí- íîãî îбëóчåíèÿ è âîññòàíàâëèâàющåãî îòжèãà íà îïòèчåñêèå ñâîéñòâà ñèñòåмы, ñîñòîÿщåé èз ïëåíêè nc-SiC ïðîèзâîëьíîãî ðîмбîýдðèчåñêî- ãî ïîëèòèïà è ïîдëîжêè Al2O3. Экспериментальные образцы и методика измерений Пðîâîдèëîñь îбëóчåíèå ýëåêòðîíàмè ñ ýíåð- ãèåé 10 МýВ íàíîêðèñòàëëèчåñêèõ ïëåíîê êàð- бèдà êðåмíèÿ òîëщèíîé 1,2 мêм, îñàждåííыõ íà ïîдëîжêè èз ñàïфèðà мåòîдîм ïðÿмîãî èîííî- ãî îñàждåíèÿ [10]. В èññëåдóåмыõ ïëåíêàõ ñî- DOI: 10.15222/TKEA2017.3.40 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 41 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 дåðжàíèå êðèñòàëëèчåñêîé фàзы SiC (ïðåèмó- щåñòâåííî êðèñòàëëèòîâ ïîëèòèïà 21R ðàзмå- ðîм 4—5 íм) ñîñòàâëÿëî 80% [16]. Обðàзцы ïëåíîê nc-SiC íà ïîдëîжêàõ èз ñàï- фèðà ïîýòàïíî îбëóчàëè íà óñêîðèòåëå ýëåêòðî- íîâ ÊÓÒ [17] ñêàíèðóющèм èмïóëьñíым ïóч- êîм ýëåêòðîíîâ ñî ñëåдóющèмè ïàðàмåòðàмè: — чàñòîòà ñêàíèðîâàíèÿ ïóчêà 3 Гц; — êîëèчåñòâî èмïóëьñîâ â ñåêóíдó 200; — дëèòåëьíîñòь èмïóëьñà 3,6 мêñ; — àмïëèòóдà èмïóëьñà òîêà 0,5 А; — ýíåðãèÿ ýëåêòðîíîâ 10 МýВ. Нåбîëьшàÿ òîëщèíà ïëåíîê è ïîдëîжåê (0,5 мм) è âыñîêàÿ ýíåðãèÿ îбëóчàющèõ ýëåêòðîíîâ îбå- ñïåчèâàëè ïîëíыé ïðîëåò ýëåêòðîíîâ чåðåз ïëåí- êè è ïîдëîжêè. Одíè è òå жå îбðàзцы îбëóчàëè ïîýòàïíî òðèíàдцàòь ðàз ñ íàðàñòàющèм фëюåí- ñîм Fi (ñм. табл. 1). Оïòèчåñêèå ñâîéñòâà ïëå- íîê èзмåðÿëè ïîñëå êàждîãî îбóчåíèÿ. Äëÿ îïðåдåëåíèÿ òåмïåðàòóðы îòжèãà ðàдèà- цèîííыõ дåфåêòîâ ïîñëå íàбîðà îбðàзцàмè фëю- åíñà 3⋅1018 ñм–2 чàñòь îбðàзцîâ быëà ñòóïåíчà- òî îòîжжåíà â âàêóóмå â òåмïåðàòóðíîм дèàïà- зоне 200—1200°C. Äëÿ îïðåдåëåíèÿ èзмåíåíèé îïòèчåñêèõ ñâîéñòâ ïëåíîê nc-SiC â ñèñòåмå «ïëåíêà — ïîд- ëîжêà» îòдåëьíî èзмåðÿëè îïòèчåñêèå õàðàêòå- ðèñòèêè чèñòîãî ñàïфèðà ïðè òåõ жå óñëîâèÿõ îбëóчåíèÿ. Оïòèчåñêèå ïàðàмåòðы ïëåíîê è ïîдëîжåê èзóчàëè ñïåêòðîфîòîмåòðèчåñêèмè мåòîдàмè ñ èñïîëьзîâàíèåм ñîâðåмåííыõ мåòîдèê îбðàбîò- êè ñïåêòðîâ. Сïåêòðàëьíыå èзмåðåíèÿ ïðîâî- дèëèñь íà ñïåêòðîфîòîмåòðå Lambda 35 фèðмы Perkin Elmer â дèàïàзîíå 190—1100 íм. Измåðÿëè êîýффèцèåíòы ïðîïóñêàíèÿ è îò- ðàжåíèÿ (â òîм чèñëå è дèффóзíîãî) ïëåíîê nc-SiC íà ïîдëîжêå. Из ñïåêòðîâ îòðàжåíèÿ âы- чèñëÿëè òîëщèíó ïëåíêè SiC d è åå ïîêàзàòåëь ïðåëîмëåíèÿ n [18]. Из ñïåêòðîâ ïðîïóñêàíèÿ âычèñëÿëè îïòèчåñêóю ïëîòíîñòь, êîýффèцè- åíò ïîãëîщåíèÿ è дèффåðåíцèàëьíóю îïòèчå- ñêóю ïëîòíîñòь DD = Di(l) – D0(l) = lg [Ti(l)/T0(l)], (1) ãдå D0(l), Di(l) è T0(l), Ti(l) — ñîîòâåòñòâåí- íî, îïòèчåñêàÿ ïëîòíîñòь è êîýффèцèåíò ïðî- ïóñêàíèÿ îбðàзцà â èñõîдíîм ñîñòîÿíèè è ïîñëå i-ãî фëюåíñà (ëèбî îòжèãà) íà дëèíå âîëíы l. Äëÿ òîãî чòîбы ïðîàíàëèзèðîâàòь ñïåêòð ïî- ãëîщåíèÿ â ïëåíêàõ nc-SiC, èз ñïåêòðîâ èñõîд- íыõ ïëåíîê íà ïîдëîжêàõ âычèòàëè ïîãëîщå- íèå è îòðàжåíèå â ïîдëîжêàõ Al2O3. Исследование оптических параметров пленки nc-SiC Нà рис. 1 ïðåдñòàâëåíы ñïåêòðы ïðîïóñêà- íèÿ, îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè è îòðàжåíèÿ èñõîд- íыõ îбðàзцîâ è ïîñëå êàждîãî ýòàïà îбëóчåíèÿ. Рèñ. 1. Сïåêòðы îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè (a), ïðîïó- ñêàíèÿ (б) è îòðàжåíèÿ (в) èñõîдíîé nc-SiC-ïëåíêè íà ïîдëîжêå èз Al2O3 (F0) è ïîñëå îбëóчåíèÿ ðàз- ëèчíым фëюåíñîм ýëåêòðîíîâ F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 5⋅1014 1⋅1015 5⋅1015 1⋅1016 5⋅1016 1⋅1017 5⋅1017 1⋅1018 3⋅1018 9⋅1018 1,23⋅1019 2⋅1019 9⋅1019 Òàбëèцà 1 Величина флюенсов, которыми поэтапно облучали исследуемые образцы (в см–2) О ïò èч åñ êà ÿ ïë îò íî ñò ь 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 Эíåðãèÿ фîòîíà, ýВ F0 F4 F2 F6F1 F10 F8 F11 F5 F9 F7 F3 П ðî ïó ñê àí èå , % 80 60 40 20 0 200 400 600 800 1000 1200 Äëèíà âîëíы, íм F0 F1— F9 F10 F11 О òð àж åí èå , % 40 30 20 10 0 200 400 600 800 1000 1200 Äëèíà âîëíы, íм F0, F4 F2 F6 F1 F10 F8 F11 F5 F9 F7 F3 à) б) â) А В Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 42 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 Пðèâåдåííыå íà ðèñ. 1, а ñïåêòðы îòðàжàюò ñòðóêòóðíî чóâñòâèòåëьíыå зàâèñèмîñòè мàêñè- мóмîâ îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè (ОП) îò фëюåíñà îбëóчåíèÿ. Выïîëíåííыé íàмè ðàíåå [15] дå- òàëьíыé àíàëèз òàêèõ зàâèñèмîñòåé ïîãëîщåíèÿ îбëóчåííыõ ïëåíîê ïðè ýíåðãèÿõ фîòîíîâ íèжå è âышå êðàÿ фóíдàмåíòàëьíîãî ïîãëîщåíèÿ ïî- зâîëÿåò ñдåëàòь âыâîд, чòî íàêîïëåíèå ðàдèà- цèîííыõ дåфåêòîâ â ãðàíèчíыõ ðàзóïîðÿдîчåí- íыõ îбëàñòÿõ ïëåíîê íàíîêðèñòàëëèчåñêîãî SiC ïðîèñõîдèò мåдëåííåå, чåм â êðèñòàëëèчåñêîé фàзå SiC. Òàêîå зàêëючåíèå õîðîшî ñîãëàñóåò- ñÿ ñ îбщåé мîдåëью ðàдèàцèîííîé óñòîéчèâî- ñòè íàíîêðèñòàëëèчåñêèõ мàòåðèàëîâ. Из ñïåêòðîâ ïðîïóñêàíèÿ íà ðèñ. 1, б âèд- íî, чòî ïîëîжåíèå êðàÿ фóíдàмåíòàëьíîé ïî- ëîñы ïîãëîщåíèÿ зàâèñèò îò óðîâíÿ фëюåíñîâ ýëåêòðîííîãî îбëóчåíèÿ, à ïðîзðàчíîñòь îбëó- чåííыõ ïëåíîê óмåíьшàåòñÿ âî âñåм ñïåêòðàëь- íîм дèàïàзîíå, ïðè ýòîм íàбëюдàåòñÿ íåêîòî- ðîå íàñыщåíèå îò фëюåíñà. Из ðèñóíêà òàêжå âèдíî, чòî óãîë íàêëîíà êðàåâîãî óчàñòêà êðè- âîé ïðîïóñêàíèÿ óмåíьшàåòñÿ ñ óâåëèчåíèåм ýëåêòðîííыõ фëюåíñîâ, чòî óêàзыâàåò íà èзмå- íåíèå ãðàíèцы зàïðåщåííîé зîíы. В òî жå âðå- мÿ, зíàчèòåëьíàÿ âåëèчèíà ïðîïóñêàíèÿ îбëó- чåííыõ ñ мàêñèмàëьíым фëюåíñîм îбðàзцîâ â дëèííîâîëíîâîé îбëàñòè (îêîëî 700 íм) îñíîâ- íîé ïîëîñы ïîãëîщåíèÿ (бîëåå 40%) è чåòêàÿ èíòåðфåðåíцèîííàÿ êàðòèíà ñâèдåòåëьñòâóюò î ñîõðàíåíèè ñòðóêòóðíîãî ñîâåðшåíñòâà íàíîêðè- ñòàëëèчåñêîé фàзы â ïëåíêàõ, ïðîзðàчíîñòь êî- òîðыõ чóâñòâèòåëьíà ê èзмåíåíèю êîýффèцèåí- òà ïîãëîщåíèÿ. Äëÿ îдíîзíàчíîãî îïðåдåëåíèÿ ïàðàмåòðîâ ýíåðãåòèчåñêîé ñòðóêòóðы ïîëóïðîâîдíèêà быëî ïðîàíàëèзèðîâàíî ïîãëîщåíèå è îïðåдåëåíà шè- ðèíà зàïðåщåííîé зîíы. В îбщåм âèдå âзàèмî- ñâÿзь мåждó шèðèíîé зàïðåщåííîé зîíы Eg, êî- ýффèцèåíòîм ïîãëîщåíèÿ a è чàñòîòîé èзëóчå- íèÿ n мîжåò быòь ïðåдñòàâëåíà âыðàжåíèåм [19] d(ln(aE))/dE = m/(E–Eg), (2) ãдå m — êîýффèцèåíò, îòðàжàющèé ïðèðîдó îïòèчåñêèõ ïåðåõîдîâ. Äëÿ íåïðÿмыõ ðàзðåшåí- íыõ ïåðåõîдîâ â êàðбèдå êðåмíèÿ m = 2 [18]. Эêñòðåмóмы ýòîé фóíêцèè óêàзыâàюò íà зíà- чåíèÿ ýíåðãèè îïòèчåñêèõ ïåðåõîдîâ, ñîîòâåò- ñòâóющèå зîííîé ñòðóêòóðå èññëåдóåмîé ïëåíêè [19], ïîýòîмó ñïåêòðы ïîãëîщåíèÿ быëè ïåðå- ñòðîåíы â êîîðдèíàòàõ d(ln(aE))/dE è E — ñм. рис. 2. В ýòîм ñëóчàå îцåíêó âåëèчèíы зàïðå- щåííîé зîíы â îбщåм âèдå ïðîâîдèëè ïî ïî- ëîжåíèю мàêñèмóмà ñïåêòðà ïîãëîщåíèÿ, ò. å. ïî ïîëîжåíèю ïèêà, ñîîòâåòñòâóющåãî ïåðåõî- дó ýëåêòðîíà â зîíó ïðîâîдèмîñòè. Нàëèчèå íå- ñêîëьêèõ мàêñèмóмîâ íà ïîëóчåííыõ ãðàфèêàõ ñâèдåòåëьñòâóåò î ïðèñóòñòâèè íåñêîëьêèõ ïå- ðåõîдîâ â ýíåðãåòèчåñêîм ñïåêòðå íàíîêðèñòàë- ëèчåñêîé ñèñòåмы. Из ïðèâåдåííыõ íà ðèñ. 1, а ñïåêòðîâ ОП âèдíî, чòî ïëåíêà èмååò ñëîж- íóю ñòðóêòóðó êðàÿ ñîбñòâåííîãî ïîãëîщåíèÿ. Хàðàêòåðíымè îñîбåííîñòÿмè è îòëèчèÿмè ñïåê- òðîâ ïîãëîщåíèÿ ïëåíîê nc-SiC ÿâëÿåòñÿ ïðî- òÿжåííîñòь ñïåêòðîâ â дëèííîâîëíîâóю îбëàñòь ñ ïåðåêðыòèåм зàïðåщåííыõ зîí ñîîòâåòñòâóю- щèõ ïîëèòèïîâ. Сîãëàñíî [19] íàëèчèå мàêñè- мóмîâ íà ãðàфèêàõ ðèñ. 2 ñîîòâåòñòâóåò ïåðåõî- дàм ýëåêòðîíà â зîíó ïðîâîдèмîñòè. Оïòèчåñêèå ïåðåõîды E1 è E2 ñîîòâåòñòâóюò íåïðÿмым ðàзðåшåííым ïåðåõîдàм, õàðàêòåðè- зóющèм дëèííîâîëíîâîé õâîñò, ñâÿзàííыé ñ ïî- ÿâëåíèåм дîïîëíèòåëьíîãî ïîãëîщåíèÿ êàê дå- фåêòàмè â зàïðåщåííîé зîíå SiC, òàê è мàòåðè- àëîм ãðàíèчíыõ мåжêðèñòàëëèòíыõ îбëàñòåé. Оïòèчåñêèé ïåðåõîд E3 õàðàêòåðèзóåò îïòèчå- ñêóю шèðèíó зàïðåщåííîé зîíы. Пîñêîëьêó ýòîò ïèê зíàчèòåëьíî óшèðåí, îí быë àïïðîê- ñèмèðîâàí òðåмÿ ãàóññèàíàмè ñ ýíåðãèÿмè Е31 = 2,35 ýВ, Е32 = 2,67 ýВ è Е33 = 2,89 ýВ, êî- òîðыå бëèзêè ê ýíåðãèÿм зàïðåщåííыõ зîí â SiC êóбèчåñêîãî è ðîмбîýдðèчåñêèãî ïîëèòèïà [20]. Óñðåдíåííîå зíàчåíèå ýíåðãèè ïðÿмîãî ïåðåõî- дà ñîñòàâëÿåò Е = 2,63 ýВ, чòî ñîâïàдàåò ñ èз- мåðåíèÿмè â êîîðдèíàòàõ (aE)2 è Е. Äëÿ êîëèчåñòâåííîãî îïðåдåëåíèÿ õàðàêòå- ðèñòèê ïëåíêè â îêðåñòíîñòè ãðàíèцы фóíдà- мåíòàëьíîãî ïîãëîщåíèÿ èñïîëьзóåм âыðàжå- íèå дëÿ êîýффèцèåíòà ïîãëîщåíèÿ â ýòîé îб- ëàñòè ïðè hn < Eg â âèдå [21, 22] a(hn) = B∙DE0 3/2∙exp(hn/DE0). (3) Здåñь ïðåдýêñïîíåíòà DE0 — ýмïèðèчåñêèé ïàðàмåòð, èмåющèé ðàзмåðíîñòь ýíåðãèè è îïè- ñыâàющèé шèðèíó ïîëîñы ëîêàëèзîâàííыõ ñî- d ln (a E )d E 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 1 2 3 4 5 6 7 Эíåðãèÿ фîòîíà, ýВ E33 E32 E3 E1 E2 E31 Рèñ. 2. Зàâèñèмîñòь d(ln(aE))/dE îò ýíåðãèè фîòî- íà, ïîëóчåííàÿ èз ñïåêòðîâ íà ðèñ. 1, а Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 43 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 ñòîÿíèé â ýíåðãåòèчåñêîé щåëè, êîòîðыé îòðà- жàåò âëèÿíèå ðàзëèчíыõ дåфåêòîâ, ïðèâîдÿщèõ ê ðàзмыòèю ãðàíèцы ïîëîñы. Пîêàзàòåëь ñòå- ïåíè 3/2 óчèòыâàåò ïðÿмыå зàïðåщåííыå ïå- ðåõîды, дëÿ íåïðÿмîзîííыõ ïîëóïðîâîдíèêîâ (ïðè íåïðÿмыõ зàïðåщåííыõ ïåðåõîдàõ) îí бó- дåò ðàâåí 3 [23]. Вõîдÿщèé â âыðàжåíèå (3) êîýффèцèåíò B ïðîïîðцèîíàëåí êîíцåíòðàцèè âêëючåíèé è дå- фåêòîâ, îбðàзîâàííыõ â ïëåíêå, è îïðåдåëÿåò íàêëîí êðàåâîãî óчàñòêà фóíдàмåíòàëьíîé ïî- ëîñы ïîãëîщåíèÿ. С ïîмîщью ýòîé фîðмóëы быëî îцåíåíî èз- мåíåíèå êîíцåíòðàцèè дåфåêòîâ â ïëåíêå nc-SiC â зàâèñèмîñòè îò ýëåêòðîííыõ фëюåíñîâ, êîòî- ðîå èëëюñòðèðóåòñÿ ðèñ. 1, а. В ñîîòâåòñòâèè ñ дàííымè ñòðóêòóðíîãî àíàëèзà [16, 24] мîдåëь ïëåíêè SiC ïðåдñòàâëÿåòñÿ â âèдå ñîâîêóïíî- ñòè íàíîêðèñòàëëîâ ðàзëèчíîãî òèïà: ïðåèмó- щåñòâåííî ðîмбîýдðèчåñêîãî ïîëèòèïà 21R-SiC, дðóãèõ ñîïóòñòâóющèõ ïîëèòèïîâ (íàïðèмåð, êóбèчåñêîãî 3C-SiC ñ ðàзмåðàмè êðèñòàëëîâ îò 4 дî 6 íм), íàíîêðèñòàëëîâ êðåмíèÿ è мåж- ãðàíèчíîé îбëàñòью, ñîдåðжàщåé ðàзóïîðÿдî- чåííыå фàзы êàðбèдà êðåмíèÿ è îêñèдîâ, òà- êèõ êàê SiОx. Нà êðèâыõ ðèñ. 1, а мîжíî âыдåëèòь дâå îб- ëàñòè îïòèчåñêîãî ïîãëîщåíèÿ. Обëàñòь А íà- õîдèòñÿ â îбëàñòè ýíåðãèé фîòîíîâ E < Eg, îíà îбóñëîâëåíà ïåðåõîдàмè, íåïîñðåдñòâåííî âêëю- чàющèмè дåфåêòíыå ñîñòîÿíèÿ. В îбëàñòè В (E>Eg) îïòèчåñêîå ïîãëîщåíèå ñâÿзàíî ñ ïåðå- õîдàмè â ïîëíîñòью êîîðдèíèðîâàííîé ñèñòå- мå, дî íåêîòîðîé ñòåïåíè âîзмóщåííîé дåфåê- òàмè. Êðàé ïîãëîщåíèÿ, ñîåдèíÿющèé дâå ýòè îбëàñòè, ÿâëÿåòñÿ ñëîжíым. Пðè íèзêèõ ýíåð- ãèÿõ фîòîíîâ ïîÿâëÿåòñÿ õâîñò, îбóñëîâëåííыé дåфåêòàмè. Оïòèчåñêàÿ ïëîòíîñòь ýêñïîíåíцè- àëьíî зàâèñèò îò ýíåðãèè фîòîíà ïðè íåбîëь- шèõ зíàчåíèÿõ Е, à ïðè бîëåå âыñîêèõ èзмåíÿ- åòñÿ ïî ñòåïåííîмó зàêîíó. Пîñêîëьêó ïðè îбëóчåíèè ýëåêòðîíàмè ñ ýíåðãèåé 10 МýВ ãåíåðèðóюòñÿ òîчåчíыå ðàдè- àцèîííыå дåфåêòы (мåждîóзåëьíыå àòîмы, âà- êàíñèè è èõ êîмïëåêñы), â ñïåêòðàõ îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè îбëóчåííыõ ïëåíîê дîëжíы íàбëю- дàòьñÿ ñîîòâåòñòâóющèå èзмåíåíèÿ. Äëÿ êîëè- чåñòâåííîãî îïèñàíèÿ ýòèõ èзмåíåíèé êðàåâыå óчàñòêè ñïåêòðàëьíыõ êðèâыõ быëè àïïðîêñè- мèðîâàíы фóíêцèåé (3) — èз зíàчåíèé ОП âы- чèñëåíы è зàòåм àïïðîêñèмèðîâàíы êîýффèцè- åíòы ïîãëîщåíèÿ (hn). Из табл. 2 âèдíî, чòî ïðè ïîñëåдîâàòåëьíîм îбëóчåíèè ïëåíîê íàíîêðèñòàëëèчåñêîãî êàðбè- дà êðåмíèÿ ïðîèñõîдèò ðîñò ïàðàмåòðîâ àïïðîê- ñèмàцèè B è DE0 âïëîòь дî фëюåíñà F4, óмåíь- шåíèå дî мèíèмóмà (F6), à зàòåм ïîñòåïåííîå óâåëèчåíèå â 1,2—1,7 ðàзà. Óâåëèчåíèå B è DE0 îòðàжàåò íå òîëьêî óшèðåíèå ïîëîñы ëîêàëèзî- âàííыõ ñîñòîÿíèé â ýíåðãåòèчåñêîé щåëè, ñâÿ- зàííîå ñ óâåëèчåíèåм êîíцåíòðàцèè ðàзëèчíыõ дåфåêòîâ, íî è ñóщåñòâåííîå èзмåíåíèå íàêëî- íà êðàÿ ïîëîñы ïîãëîщåíèÿ. Пðè бîëьшèõ êîíцåíòðàцèÿõ дåфåêòîâ êðè- âàÿ îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè ñòàíîâèòñÿ бîëåå ïî- ëîãîé è ïðîòÿжåííîé â дëèííîâîëíîâóю îбëàñòь âèдèмîãî óчàñòêà ñïåêòðà, чòî ïðèâîдèò ê èз- âåñòíым зàòðóдíåíèÿм ïðè îïðåдåëåíèè âåëè- чèíы îïòèчåñêîé щåëè. В ïåðâîм ïðèбëèжåíèè îцåíèòь âëèÿíèå дåфåêòíîé ñîñòàâëÿющåé ïëå- íîê íà ñïåêòðы ïîãëîщåíèÿ мîжíî ïóòåм âзà- èмíîãî âычèòàíèÿ ñïåêòðîâ îïòèчåñêîé ïëîò- íîñòè ïëåíîê nc-SiC, ïîëóчåííыõ ïðè ðàзëèч- íыõ фëюåíñàõ. Нà рис. 3 ïîêàзàíы ñïåêòðы дèффåðåíцèàëь- íîé ОП ïëåíîê nc-SiC, ïîëóчåííыå îòíîñèòåëь- íî ñïåêòðîâ ОП èñõîдíыõ îбðàзцîâ. Из ðèñóí- êà âèдíî, чòî âíàчàëå ïðîèñõîдèò ñóщåñòâåííыé ðîñò ïîãëîщåíèÿ â òàê íàзыâàåмîм õâîñòå, óõî- дÿщåм â зàïðåщåííóю зîíó, бëàãîдàðÿ âîзíèê- íîâåíèю â зàïðåщåííîé зîíå íîâыõ дåфåêòîâ. Зàòåм íàчèíàåò ïðîèñõîдèòь ðàдèàцèîííыé îò- жèã дåфåêòîâ è ïðè шåñòîм фëюåíñå ðàзíîñò- íыé ñïåêòð ïîãëîщåíèÿ ñòðåмèòñÿ ê íóëю. Эòè ðåзóëьòàòы ñîãëàñóюòñÿ è дîïîëíÿюò дàííыå î ðàдèàцèîííîм îòжèãå дåфåêòîâ â ïëåíêå nc-SiC ïðè фëюåíñå 1016 ñм–2 , ïðåдñòàâëåííыå â [15]. Òàбëèцà 2 Параметры аппроксимации представленных на рис. 3 спектров оптической плотности пленок nc-SiC при различных флюенсах Фëюýíñ F0 F1 F2 F3 F4 F5 B, ñм-1ýВ3/2 0,038 0,0537 0,058 0,061 0,058 0,0573 DE0, ýВ 0,566 0,6255 0,6309 0,6351 0,6344 0,633 Фëюýíñ F6 F7 F8 F9 F10 F11 B, ñм1ýВ3/2 0,0533 0,0613 0,062 0,065 0,0672 0,0658 DE0, ýВ 0,629 0,6487 0,6634 0,668 0,6758 0,6549 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 44 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 В [25] быëî ïîêàзàíî, чòî ïðè òîëщèíå ïëå- íîê nc-SiC îò 1 дî 2 мêм íàбëюдàåòñÿ óñòîéчè- âàÿ èíòåðфåðåíцèÿ, îñîбåííî чåòêî íàбëюдàåмàÿ â ñïåêòðå îòðàжåíèÿ ïðè l > 500 íм. Иñïîëьзóÿ ðåзóëьòàòы èзмåðåíèÿ êîýффèцèåíòà îòðàжå- íèÿ ïîñëå ïðîâåдåííîãî îбëóчåíèÿ (ðèñ. 1, в), быëè ðàññчèòàíы ïîêàзàòåëь ïðåëîмëåíèÿ è êîýффèцèåíò ýêñòèíêцèè ïëåíêè â дèàïàзîíå l = 788—818 íм. Имåííî â ýòîé îбëàñòè ïðîèñ- õîдÿò ñмåщåíèÿ èíòåðфåðåíцèîííîãî мàêñèмó- мà ñ ïîðÿдêîм èíòåðфåðåíцèè N = 8, à ñëåдî- âàòåëьíî, îïòèчåñêîé òîëщèíы d = nd. Зíàчèò, ïîñêîëьêó фëюåíñы ýëåêòðîííîãî îбëóчåíèÿ íå âëèÿюò íà ãåîмåòðèчåñêóю òîëщèíó ïëåíêè, èз- мåíÿåòñÿ ïîêàзàòåëь ïðåëîмëåíèÿ ïëåíêè. Еñëè ïðîàíàëèзèðîâàòь ïðèâåдåííóю íà рис. 4 зàâèñèмîñòь, ðàññчèòàííóю èз ñïåêòðîâ îòðàжå- íèÿ ïî èíòåðфåðåíцèîííîé êðèâîé, мîжíî ãîâî- ðèòь î êîððåëÿцèè ýòîé зàâèñèмîñòè ñ âышåïðè- âåдåííымè дàííымè. Из ãðàфèêà âèдíî, чòî ïî мåðå óâåëèчåíèÿ фëюåíñà îбëóчåíèÿ ïðîèñõî- дèò óñèëåíèå ðàзóïîðÿдîчåííîñòè ñòðóêòóðы â ïëåíêàõ SiC è ðîñò ïîêàзàòåëÿ ïðåëîмëåíèÿ îò 2,8816 дî 3,2805, дîñòèãàющåãî мàêñèмóмà ïðè фëюåíñàõ 5⋅1015—1⋅1016 ñм–2. Äàëåå, ïðè фëю- åíñå 1⋅1017 ñм-2 ïðîèñõîдèò ðàдèàцèîííîå óïî- ðÿдîчåíèå, îбóñëîâëåííîå óмåíьшåíèåм êîíцåí- òðàцèè ðàдèàцèîííыõ дåфåêòîâ зà ñчåò èõ àí- íèãèëÿцèè. Пîñëå ýòîãî зàâèñèмîñòь ïîêàзàòå- ëÿ ïðåëîмëåíèÿ îò дîзы îбëóчåíèÿ ýëåêòðîíà- мè ïðîõîдèò чåðåз мèíèмóм, óêàзыâàÿ òåм ñà- мым íà íåêîòîðîå ñòðóêòóðíîå óïîðÿдîчåíèå. Вñå èзмåðåííыå îïòèчåñêèå âåëèчèíы ïîдòâåðж- дàюò ðàдèàцèîííîå óïîðÿдîчåíèå ïðè дîзàõ îб- ëóчåíèÿ 1⋅1017 — 5⋅1017 ñм–2. Нà рис. 5 ïðåдñòàâëåíы ñïåêòðы ОП ïëåíîê nc-SiC, îбëóчåííыõ фëюåíñîм F11 = 1,23⋅1019 ñм–2 è îòîжжåííыõ ïðè ðàзëèчíîé òåмïåðàòóðå, à â табл. 3 — ïàðàмåòðы àïïðîêñèмàцèè, ïîëóчåí- íыå ïðè îбðàбîòêå ñïåêòðîâ ñ ïîмîщью фîð- мóëы (3). Нà ðèñ. 5 âèдíî, чòî ñ ïîâышåíèåм òåмïå- ðàòóðы îòжèãà îïòèчåñêàÿ ïëîòíîñòь ïëåíêè Òàбëèцà 3 Параметры аппроксимации представленных на рис. 3 спектров ОП пленок nc-SiC (кривые 2—9) DD 1,0 0,5 0 –0,5 –1,0 1 2 3 4 5 Эíåðãèÿ фîòîíà, ýВ F11 F13 F12 F1 F9 F3 F10 F8 F2 F7 F6F5 Рèñ. 3. Сïåêòðы дèфåðåíцèàëьíîé îïòèчåñêîé ïëîò- íîñòè îбëóчåííыõ ðàзëèчíымè фëюåíñàмè ïëåíîê nc-SiC, ïîëóчåííыå îòíîñèòåëьíî èñõîдíыõ îбðàзцîâ 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 100 101 102 103 104 105 lg(F⋅1014) (F â ñм–2) П îê àз àò åë ь ïð åë îм ëå íè ÿ Рèñ. 4. Зàâèñèмîñòь ïîêàзàòåëÿ ïðåëîмëåíèÿ ïëåíêè nc-SiC îò фëюåíñà ïðè ïîýòàïíîм îбëóчåíèè Òåмïåðàòóðà îòжèãà, °С — 200 400 600 800 900 1000 1100 B, ñм–1⋅ýВ3/2 0,065 0,059 0,0551 0,053 0,052 0,048 0,041 0,04 DE0, ýВ 0,6549 0,661 0,6435 0,6373 0,6289 0,6244 0,5851 0,5846 О ïò èч åñ êà ÿ ïë îò íî ñò ь 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 Эíåðãèÿ фîòîíà, ýВ Рèñ. 5. Сïåêòðы ОП èñõîдíыõ ïëåíîê (1) è îбëóчåí- íыõ фëюýíñîм F11 дî îòжèãà (2) è îòîжжåííыõ â âà- êóóмå ïðè ðàзëèчíыõ òåмïåðàòóðàõ (3—9) 3 — 200°С; 4 — 400°С; 5 — 600°С; 6 — 800°С; 7 — 900°С; 8 — 1000°С; 9 — 1100°С 3 2 1 4 5 9 6 87 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 45 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 óмåíьшàåòñÿ íåмîíîòîííî. Пîñëå ïåðâîãî îò- жига при температуре 200°С наблюдается зна- чèòåëьíîå óмåíьшåíèå ïîãëîщåíèÿ, ñâÿзàííîå, âèдèмî, ñ îòжèãîм дåфåêòîâ íà îñíîâå âàêàíñèé óãëåðîдà, èмåющèõ íàèмåíьшóю ýíåðãèю àêòè- âàцèè дèффóзèè. Зàòåм ïðè îбщåé òåíдåíцèè ê óмåíьшåíèю îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè íàбëюдà- юòñÿ åå êîëåбàíèÿ â дðóãóю ñòîðîíó ïðè òåмïå- ратуре отжига 800°С. При температуре отжига 1100°С ОП обрабо- òàííîé ïëåíêè ïðàêòèчåñêè ñîâïàдàåò ñ ОП èñ- õîдíîé ïëåíêè. Эòè дàííыå õîðîшî êîððåëèðó- юò ñî зíàчåíèÿмè ïàðàмåòðîâ B è DE0, ïðåдñòàâ- ленными в табл. 3. Уже при 200°C начинают- ñÿ èзмåíåíèÿ â îбëóчåííыõ ïëåíêàõ, чòî ñâèдå- òåëьñòâóåò î бîëьшèõ êîíцåíòðàцèÿõ âàêàíñèé ñ мàëîé ýíåðãèåé àêòèâàцèè дèффóзèè. Из ëè- òåðàòóðы èзâåñòíî, чòî òàêèмè ðàдèàцèîííымè дåфåêòàмè â êàðбèдå êðåмíèÿ ÿâëÿюòñÿ âàêàí- ñèè óãëåðîдà Vñ, êîòîðыå íàчèíàюò îòжèãàòь- ся при 200°С [26]. Лèíåéíî óмåíьшàÿñь ïðè óмåíьшåíèè òåмïå- ратуры отжига в диапазоне 200—1200°C, значе- íèÿ B è DE0 дîñòèãàюò мèíèмóмà, ò. å. дîñòè- ãàåòñÿ мàêñèмàëьíîå óïîðÿдîчåíèå ñòðóêòóðы пленки при температуре 1100—1200°C. Таким îбðàзîм, ñóщåñòâåííыõ дåãðàдàцèîííыõ åå èз- мåíåíèé íå íàбëюдàåòñÿ, â îòëèчèå îò ñàïфèðà, îïòèчåñêèå ñâîéñòâà êîòîðîãî íàчèíàюò ñóщå- ñòâåííî èзмåíÿòьñÿ óжå ïðè фëюåíñå 5⋅1017 ñм–2. Исследование оптической плотности подложки Al2O3 Äîïîëíèòåëьíî быëî ïðîâåдåíî èññëåдîâà- íèå ðàдèàцèîííîé ñòîéêîñòè ñàïфèðà, ïîñêîëь- êó èзмåíåíèå åãî îïòèчåñêèõ ñâîéñòâ âëèÿåò íà ðåзóëьòàòы èзмåðåíèé ñïåêòðàëьíыõ зàâèñèмî- ñòåé êîýффèцèåíòîâ ïðîïóñêàíèÿ è îòðàжåíèÿ ñèñòåмы «ïëåíêà — ïîдëîжêà». Изâåñòíî, чòî Al2O3 óñòîéчèâ ê èîíèзèðóю- щèм èзëóчåíèÿм, à ñóщåñòâåííàÿ ïåðåñòðîéêà дåфåêòíîé ñòðóêòóðы è èзмåíåíèÿ åãî ýëåêòðî- фèзèчåñêèõ ñâîéñòâ íàбëюдàåòñÿ ëèшь ïðè îб- ëóчåíèè âыñîêîýíåðãåòèчåñêèмè чàñòèцàмè, êî- òîðыå âызыâàюò ïðÿмыå ñмåщåíèÿ àòîмîâ [27]. Òàêîå îбëóчåíèå ïðèâîдèò ê ïîÿâëåíèю ñåðèè цåíòðîâ îêðàñêè, îòâåòñòâåííыõ зà мíîãîчèñëåí- íыå ïîëîñы àíèзîòðîïíîãî ïîãëîщåíèÿ è ëюмè- íåñцåíцèè â óëьòðàфèîëåòîâîé è âèдèмîé îб- ëàñòÿõ ñïåêòðà [28]. Пîýòîмó íåîбõîдèмî зíàòь ñòåïåíь дåãðàдàцèè чèñòîé ñàïфèðîâîé ïîдëîж- êè дëÿ ïîñëåдóющåãî êîððåêòíîãî óчåòà èзмå- íåíèé îïòèчåñêèõ ñâîéñòâ ïðè ýëåêòðîííîм îб- ëóчåíèè ñàмîé ïëåíêè nc-SiC. Нà рис. 6 ïðåдñòàâëåíы ñïåêòðы îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè чèñòîé ñàïфèðîâîé ïîдëîжêè (óчàñò- êà бåз nc-SiC ïëåíêè) ïðè ðàзëèчíыõ фëюåíñàõ îбëóчåíèÿ è òåмïåðàòóðàõ îòжèãà. Из ïîëóчåí- íыõ зàâèñèмîñòåé быëî óñòàíîâëåíî, чòî èзмå- íåíèå îïòèчåñêèõ ñâîéñòâ ïîдëîжêè èз Al2O3 íà- чèíàåò ïðîÿâëÿòьñÿ óжå ïðè ïåðâîм ýëåêòðîííîм фëюåíñå (ðèñ. 6, а). Пðîïóñêàíèå óмåíьшàåòñÿ íà 6,2% (íà дëèíå âîëíы 327 íм) дëÿ фëюåí- ñà F1 è íà 8,4% дëÿ фëюåíñà F6. С фëюåíñà F7 (5⋅1017 ñм–2) íàчèíàюò фîðмèðîâàòьñÿ ïîëîñы ïîãëîщåíèÿ âîзíèêшèõ дåфåêòîâ. Нàèбîëьшèé ïèê ïîãëîщåíèÿ ïðèõîдèòñÿ íà ýíåðãèю фîòî- íà 6 ýВ. Мåíьшèå ïî èíòåíñèâíîñòè ïèêè ïîãëî- щåíèÿ íàõîдÿòñÿ íà 4,06 è 4,85 ýВ. Пîãëîщåíèå Al2O3 ïðè 6 ýВ (205 íм) è ñâÿзàííàÿ ñ íèм ëю- мèíåñцåíцèÿ ïðè 3 ýВ (415 íм) îбóñëîâëåíы ïå- ðåõîдàмè â ýíåðãåòèчåñêîé ñòðóêòóðå F-цåíòðà мåждó p-ïîдîбíым âîзбóждåííым ñîñòîÿíè- åм, ëåжàщèм âбëèзè дíà зîíы ïðîâîдèмîñòè, è s-ïîдîбíым îñíîâíым ñîñòîÿíèåм. Хàðàêòåðíыå ïîëîñы ïîãëîщåíèÿ ïðè 4,8 ýВ (260 íм) è 5,4 ýВ (230 íм) ñâÿзàíы ñ F+-цåíòðîм [28]. Äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ ñâîéñòâ мîíîêðèñòàë- ëèчåñêîé ïîдëîжêè быë ïðîâåдåí ðÿд îòжèãîâ â âàêóóмå îбðàзцà Al2O3 ïîñëå îбëóчåíèÿ фëюåí- ñîм F11. Рåзóëьòàòы ïîêàзàëè, чòî ïðè òåмïåðà- турах отжига 800°C и выше сапфир практически âîññòàíàâëèâàåò ñâîè îïòèчåñêèå õàðàêòåðèñòè- О ïò èч åñ êà ÿ ïë îò íî òñ ь 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 1 2 3 4 5 6 7 Эíåðãèÿ фîòîíà, ýВ F0 F1—F6 F10 F8 F11 F9 F7 à) 200°С 400°С 600°С 800—1100°С F0 1 2 3 4 5 6 7 Эíåðãèÿ фîòîíà, ýВ О ïò èч åñ êà ÿ ïë îò íî òñ ь 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 Рèñ. 6. Сïåêòðы ОП чèñòîé ñàïфèðîâîé ïîдëîжêè (бåз ïëåíêè) ïðè ðàзëèчíыõ фëюåíñàõ îбëóчåíèÿ (а) è òåмïåðàòóðàõ îòжèãà, ïðîâåдåííîãî ïîñëå îбëóчå- íèÿ фëюåíñîм F11 (б) б) F11 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 46 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 êè, êàê ýòî âèдíî èз ðèñ. 6, б. Пðè ýòîм, îдíà- êî, îïòèчåñêèå ñâîéñòâà ó îòîжжåííыõ ïîдëî- жåê бëèзêè ê ñâîéñòâàм ïîдëîжåê, îбëóчåííыõ фëюåíñàмè F1 è F2, ïîñêîëьêó èõ ïðîïóñêàíèå íà 6—7% мåíьшå, чåм дëÿ èñõîдíîãî îбðàзцà. Исследование оптической плотности системы «пленка — подложка» Нà рис. 7 ïðèâåдåíы ñïåêòðы îïòèчåñêîé ïëîòíîñòè ïîñëå фëюåíñà F9 ñèñòåмы «ïëåíêà nc-SiC — ïîдëîжêà Al2O3» è åå ñîñòàâëÿющèõ. Нàчèíàÿ ïðèмåðíî ñ фëюåíñà 1018 ñм–2, îïòè- чåñêàÿ ïëîòíîñòь ñèñòåмы «ïëåíêà — ïîдëîж- êà» ñóщåñòâåííî óâåëèчèâàåòñÿ зà ñчåò òîãî, чòî ðàñòåò îïòèчåñêîå ïîãëîщåíèå ðàдèàцèîííыõ дå- фåêòîâ â ïîдëîжêå Al2O3. Из ïðèâåдåííыõ зàâèñèмîñòåé âèдíî, чòî ïîãëîщåíèå â ñàïфèðå â ðåзóëьòàòå îбëóчåíèÿ óñèëèâàåòñÿ â îбëàñòè фóíдàмåíòàëьíîãî ïî- ãëîщåíèÿ SiC (>2 ýВ). Оñîбåííî зíàчèòåëьíыé âêëàд ïîãëîщåíèå â ñàïфèðå âíîñèò â îбщåå ïî- ãëîщåíèå ñèñòåмы «ïëåíêà nc-SiC — ïîдëîж- êà Al2O3» â îбëàñòè 6—30%, чòî ñëåдóåò óчè- òыâàòь ïðè ðàзðàбîòêå ïðèбîðîâ íà îñíîâå òà- êîé ñèñòåмы дëÿ ýêñïëóàòàцèè â жåñòêèõ ðàдè- àцèîííыõ óñëîâèÿõ. Выводы Пðîâåдåííыå èññëåдîâàíèÿ âëèÿíèÿ îбëóчå- íèÿ ñèñòåмы, ñîñòîÿщåé èз ïëåíêè nc-SiC ïðî- èзâîëьíîãî ðîмбîýдðèчåñêîãî ïîëèòèïà è ïîд- ëîжêè Al2O3, âыñîêîýíåðãåòèчåñêèмè (10 МýВ) ýëåêòðîíàмè íà îïòèчåñêèå ñâîéñòâà â шèðîêîм дèàïàзîíå фëюåíñîâ (îò 5⋅1014 дî 9⋅1019 ñм–2) ïîêàзàëè, чòî ðàдèàцèîííыå èзмåíåíèÿ, â ïåð- âóю îчåðåдь, ïðîÿâëÿюòñÿ â ÓФ-îбëàñòè ñïåê- òðà, ñâÿзàííîé ñ мåжзîííымè ïåðåõîдàмè, à зà- òåм â îбëàñòè ñïåêòðà, îбóñëîâëåííîé ïîãëîщå- íèåм ñîбñòâåííымè дåфåêòàмè è íåóïîðÿдîчåí- íымè îбëàñòÿмè. Вñëåд зà íåêîòîðîé íàчàëьíîé ðàзóïîðÿдîчåííîñòью ñòðóêòóðы ïëåíîê nc-SiC ïðè фëюåíñàõ 5⋅1014 —1⋅1016 ñм–2 ïðîèñõîдèò åå óïîðÿдîчåíèå ïðè фëюåíñàõ (1—5)⋅1017 ñм–2. Нàчàëî îòжèãà дåфåêòîâ â îбëóчåííыõ ïëåíêàõ наблюдается уже при 200°C, что свидетельству- åò î бîëьшîé êîíцåíòðàцèè óãëåðîдíыõ âàêàí- ñèé, èмåющèõ íàèмåíьшèå ýíåðãèè àêòèâàцèè дèффóзèè. Пîñêîëьêó ñóщåñòâåííыå èзмåíåíèÿ îïòèчåñêèõ ñâîéñòâ â ñàïфèðå íàчèíàюòñÿ ïðè фëюåíñå 5⋅1017 ñм–2, ýòî ñëåдóåò óчèòыâàòь ïðè èñïîëьзîâàíèè ñèñòåмы «ïëåíêà nc-SiC — ïîд- ëîжêà Al2O3» дëÿ îïòîýëåêòðîííыõ ïðèбîðîâ è ñåíñîðîâ, ðàбîòàющèõ â óñëîâèÿõ èíòåíñèâíыõ ðàдèàцèîííыõ âîздåéñòâèé. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ 1. Ackland G. Controlling radiation damage // Science.— 2010.— Vol. 327, iss. 5973.— P. 1587—1588.— http://dx.doi.org/10.1126/science.1188088 2. Misra A., Demkowicz M., Zhang X., Hoagland R. The radiation damage tolerance of ultra-high strength nanolayered composites // JOM.— 2007.— Vol. 59, iss. 9.— P. 62— 65.— http://dx.doi.org/10.1007/s11837-007-0120-6 3. Samaras M., Hoffelner, W., Victoria M. Irradiation of pre-existing voids in nanocrystalline iron // J. Nucl. Mater.— 2006.— Vol. 352, iss.1—3.— P. 50—56.—http:// dx.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2006.02.041. 4. Shen T.D., Feng Sh., Tang M., Valdez J.A., Wang Y., Sickafus K.E. Enhanced radiation tolerance in nanocrystalline MgGa2O4 // Appl. Phys. Lett.— 2007.— Vol. 90, iss. 24.— P. 263115—263120.— http://dx.doi. org/10.1063/1.3155855. 5. Hochbauer T., Misra A., Hattar K., Hoagland R. G. Influence of interfaces on the storage of ion-implanted He in multilayered metallic composites // J. Appl. Phys.— 2005.— Vol. 98, iss. 12.— P. 123516—123524.— http:// dx.doi.org/10.1063/1.2149168. 6. Properties of Advanced Semiconductor Materials: GaN, A1N, InN, SiC, SiGe // Ed. by M.E. Levinshtein, S.L. Rumyantsev, M.S. Shur.— USA, N.Y., John Wiley & Sons, 2001.— 216 p. 7. Barry A.L, Lehman B., Fritsch D., Brauning D. Mechanisms of unexpected reduction in hole concentration in Al-doped 4H-SiC 4H-SiC by 200 keV electron irradiation // IEEE Trans. Nucl. Sci.— 1991.— Vol. 38.— P. 1111— 1119.— https://doi.org/IETNAE. 8. Kalinina E.V. The effect of irradiation on the properties of SiC and devices based on this compound // Semiconductors.— 2007.— Vol. 41, iss. 7.— P. 745—783. — https://doi.org/10.1134/S1063782607070019. 9. Lebedev A.A., Ivanov A.M., Strokan N.B. Radiation hardness of SiC and hard radiation detectors based on the SiC films // Semiconductors.—2004 .— Vol. 38, iss. 12.— P. 125—131. 10. Semenov A.V., Puzikov V.M., Dobrotvorskaya M.V., Fedorov A.G., Lopin A.V. Nanocrystalliine SiC films prepared by direct deposition of carbon and silicon ions // Thin Solid Films.— 2008.— Vol. 516, iss.10.— P. 2899—2905.— https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.05.059 11. Brodyn M.S., Volkov V.I., Lyakhovetskii V.R., Rudenko V.I., Puzikov V.M., Semenov A.V., Nonlinear refraction in nanocrystalline silicon carbide films // JETP Letters.— 2008.— Vol. 88, iss. 6.— P. 442—444.— https://doi.org/10.1134/S0021364008180094 12. Borshch A.A., Brodyn M.S., Starkov V.N., Rudenko V.N., Volkov V.I., Boyarchuk A.Yu., Semenov A.V. Broadband optical limiting in thin nanostructured silicon carbide films and its nature // Optics Communication.— 2016.— Vol. 364.— P. 88—92.— DOI: 10.1016/j.optcom.2015.11.040 13. Semenov A.V., Pashchenko V.O., Khirnyi V.F., Kozlovskyi А.А., Mateichenko P.V. Magnetism in nanocrystalline SiC films // Physica E, Low-dimensional Systems and Nanostructures.— 2015.— Vol. 74.— P. 220—225.— https://doi.org/10.1016/j.physe.2015.07.006 14. Kozlovskyi A., Semenov A., Scoryk S. Electron transport in nanocrystalline SiC films obtained by direct ion deposition // Superlattices and Microstructures.— 2016.— Vol. 216.— P. 596—604.— http://dx.doi.org/10.1016/j. spmi.2016.10.013 Рèñ. 7. Сïåêòðы ОП ñèñòåмы «ïëåíêà nc-SiC — ïîд- ëîжêà Al2O3» è åå ñîñòàâëÿющèõ 1 2 3 4 5 6 7 Эíåðãèÿ фîòîíà, ýВ О ïò èч åñ êà ÿ ïë îò íî òñ ь 4 3 2 1 0 1 — ñèñòåмà «ïëåíêà—ïîдëîжêà» 2 — ïîдëîжêà Al2O3 3 — ïëåíêà nc-SiC 1 2 3 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 47 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 15. Semenov A. V., Lopin A. V., Puzikov V. M., Boriskin V. N. Effect of irradiation on the properties of nanocrystalline silicon carbide films // Semiconductors.— 2009.— Vol. 43, iss. 10.— P. 1322—1327.— https://doi.org/10.1134/ S106378260910011X 16. Semenov A. V., Puzikov V. M., Golubova E. P. et al. Low-temperature production of silicon carbide films of different polytypes // Semiconductors.— 2009.— Vol. 43, iss 5.— P. 685—689. https://doi.org/10.1134/ S1063782609050273 17. Ayzatsky M. I., Akchurin Yu. I., Beloglaso V. I. et al. Electron linacs in NSC KIPT: R&D and application. // Proc. of the 14th Conf. on Charged Particle Accelerators.— Russia, Protvino.— 1994.— Vol. 4.—P. 259—267. 18. Lopin, A. V., Semenov.A.V., Puzikov V. M. Optical properties of Silicon Carbide obtained by direct ion deposition // Functional materials.— 2006.— Vol. 15, iss. 4.— P. 631— 636. 19. Chakrabarti S., Ganduli D., Chaudhuri S. Optical properties of g-Fe2O3 nanoparticles dispersed on sol—gel silica spheres // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures.— 2004.— Vol. 24, iss. 3-4.— P. 333—342. — https://doi.org/10.1016/j.physe.2004.06.036. 20. Choyke W. J. Optical and electronic properties of SiC // The Physics and Chemistry of Carbides, Nitrides and Borides, NATO ASI Series.— 1990.— Vol. 185.— P. 563—587. 21. Srikant V., Clarke D. R. On the optical band gap of zinc oxide //J. Appl. Phys.— 1997.— Vol. 81, iss. 10.— P. 6357— 6364.— http://dx.doi.org/10.1063/1.367375. 22. Gorbatenko L. S., Novodvorsky O. A., Panchenko V. Ya. et al. Characterization of ZnO:Ga and ZnO:N films prepared by PLD // Laser Physics.— 2009.— Vol. 19, iss. 5.— P. 1152—1157. https://doi.org/10.1134/ S1054660X11080019 23. Mott N.F., Davis E.A. Electronic processes in non- crystalline materials.— Oxford: Seiten, 1971.— 437 p. 24. Сåмåíîâ А.В., Лîïèí А.В., Пóзèêîâ В.М. Нèзêîòåмïåðàòóðíîå ïîëóчåíèå è îïòèчåñêèå ñâîéñòâà ïëå- íîê êàðбèдà êðåмíèÿ // Пîâåðõíîñòь. Рåíòãåíîâñêèå, ñèí- õðîòðîííыå è íåéòðîííыå èññëåдîâàíèÿ.— 2004.—âыï. 9.— С. 99—106. 25. Лîïèí А.В., Сåмåíîâ А.В., Пóзèêîâ В.М. Оïòèчåñêèé дàòчèê òåмïåðàòóðы íà îñíîâå íàíîêðèñòàë- ëèчåñêîé ïëåíêè SiC // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.— 2007.— Выï. 4. — Р. 22. 26. Bockstedte M., Mattausch A., Pankratov O. Ab initio study of the annealing of vacancies and interstitials in cubic SiC: Vacancy interstitial recombination and aggregation of carbon interstitials // Phys. Rev. B.— 2004.—Vol. 69.— P. 235202—235212.— https://doi.org/10.4028/www. scientific.net/MSF.483-485.523. 27. Evans B. D., Pogatshnik G. J., Chen Y. Optical properties of lattice defects in a-Al2O3 // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B.— 1994.— Vol. 91.— P.258—262.— https:// doi.org/10.1016/0168-583X(94)96227-8. 28. Evans B. D., Stapelbroek M. Optical properties of the F+-center in crystalline Al2O3 // Phys. Rev. B.— 1978.— Vol.18, iss. 12.—P.7089—7098.— https://doi. org/10.1103/PhysRevB.18.7089. Äата поступления рукописи в редакцию 01.12 2016 г. О. В. СЕМЕНОВ1,2, О. В. ЛОПІН1, В. Н. БОРІСКІН3 Óêðàїíà, м. Хàðêіâ, 1Іíñòèòóò мîíîêðèñòàëіâ НАНÓ, 2НÒÓ «Хàðêіâñьêèé ïîëіòåõíічíèé іíñòèòóò», 3ННЦ «Хàðêіâñьêèé фізèêî-òåõíічíèé іíñòèòóò» НАНÓ E-mail: savladi@ukr.net ВПЛИВ ЕЛЕÊÒРОННОГО ОПРОМІНЕННЯ НА ОПÒИЧНІ ВЛАСÒИВОСÒІ ПЛІВОÊ НАНОÊРИСÒАЛІЧНОГО SiC НА ПІÄÊЛАÄÊАХ З МОНОÊРИСÒАЛА Al2O3 Äосліджено стійкість до радіації плівок нанокристалічного карбіду кремнію на підкладці з монокристала сапфіра в умовах опромінення високоенергетичними (10 МеВ) електронами в діапазоні 5⋅1014—2⋅1020 см–2. Встановлено, що радіаційні зміни в плівках nc-SiC в першу чергу проявляються в УФ-області спек- тра поглинання, яка пов'язана з міжзонними переходами. Показано, що слідом за початковою разупорядкованістю плівок nc-SiC при флюенсі 5⋅1014—1⋅1016 см–2 відбувається впорядкування струк- тури при дозах опромінення (1—5)⋅1017 см–2. Встановлено, що початок відпалу дефектів в опромінених плівках спостерігається вже за температури 200°C. Істотні зміни оптичних властивостей в сапфірі починаються при флюенсі 5⋅1017 см–2, що слід враховувати при використанні цих матеріалів для опто- електронних приладів і сенсорів в умовах інтенсивного радіаційного впливу. Ключові слова: нанокристалічні плівки SiC, монокристали Al2O3, спектри поглинання, опромінення елек- тронами, радіаційні дефекти, радіаційне упорядкування, відпал дефектів. DOI: 10.15222/TKEA2017.3.40 UDC 539.216.281,261 A.V. SEMENOV1,2, A.V. LOPIN1, V.N. BORISKIN3 Ukraine, Kharkiv, 1Institute for Single Crystals of NASU, 2NTU «Kharkiv Polytechnic Institute», 3National Scientific Center «Kharkov Institute of Physics & Technology» of NASU E-mail: savladi@ukr.net EFFECT OF ELECTRON IRRADIATION ON THE OPTICAL PROPERTIES OF NANOCRYSTALLINE SiC FILMS ON SINGLE CRYSTAL Al2O3 SUBSTRATES It was studied the effect of irradiation with high-energy (10 MeV) electrons on the optical properties of nanocrystalline carbide film system silicon / sapphire substrates in a wide range of fluences of 5⋅1014 to 9⋅1019 cm–2 and subsequent annealing in vacuum in the range of 200—1200°C. It was found that radiation-induced changes in the optical properties of nc-SiC films is primarily manifested in the UV region of the spectrum associated with interband transitions, as well as in the region of the spectrum due to the absorption of intrinsic Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 3 48 МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ ISSN 2225-5818 defects and disordered regions. It was established in the beginning of the annealing of defects in irradiated films has been observed at 200°C, which indicates the high concentration of carbon vacancies with the lowest activation energy. Significant changes in the optical properties of sapphire begin at fluence 5⋅1017 cm–2, which should be considered when using these materials under conditions of intense radiation impact. Keywords: nanocrystalline SiC films, Al2O3 single crystals, absorption spectra, electron irradiation, radiation defects, radiation ordering, annealing of defects. REFERENCES 1. Ackland G. Controlling radiation damage. Science. 2010, vol. 327, iss. 5973, pp. 1587-1588. http://dx.doi. org/10.1126/science.1188088 2. Misra A., Demkowicz M., Zhang X., Hoagland R. The radiation damage tolerance of ultra-high strength nanolayered composites. JOM, 2007,vol. 59, iss. 9, pp. 62-65. http:// dx.doi.org/10.1007/s11837-007-0120-6 3. Samaras M., Hoffelner, W., Victoria M. Irradiation of pre-existing voids in nanocrystalline iron. J. Nucl. Mater, 2006, vol. 352, iss. 1-3, pp. 50-56. http://dx.doi. org/10.1016/j.jnucmat.2006.02.041. 4. Shen T.D., Feng Sh., Tang M., Valdez J.A., Wang Y., Sickafus K.E. Enhanced radiation tolerance in nanocrystalline MgGa2O4. Appl. Phys. Lett, 2007, vol. 90, i s s . 2 4 , pp . 2 6 3115 - 2 63120 . h t t p ://dx .do i . org/10.1063/1.3155855. 5. Hochbauer T., Misra A., Hattar K., Hoagland R. G. Influence of interfaces on the storage of ion-implanted He in multilayered metallic composites. J. Appl. Phys, 2005, vol. 98, iss. 12, pp. 123516-123524. http://dx.doi. org/10.1063/1.2149168. 6. Properties of Advanced Semiconductor Materials: GaN, A1N, InN, SiC, SiGe. Ed. by M.E. Levinshtein, S.L. Rumyantsev, M.S. Shur. USA, N.Y., John Wiley & Sons, 2001, 216 p. 7. Barry A.L, Lehman B., Fritsch D., Brauning D. Mechanisms of unexpected reduction in hole concentration in Al-doped 4H-SiC 4H-SiC by 200 keV electron irradiation. IEEE Trans. Nucl. Sci, 1991, vol. 38, pp. 1111-1119, https://doi.org/IETNAE. 8. Kalinina E.V. The effect of irradiation on the properties of SiC and devices based on this compound. Semiconductors. 2007, vol. 41, iss. 7, pp. 745—783. https:// doi.org/10.1134/S1063782607070019. 9. Lebedev A. A., Ivanov A. M., Strokan N. B. Radiation hardness of SiC and hard radiation detectors based on the SiC films. Semiconductors, 2004. vol. 38, iss. 12, pp. 125—131. 10. Semenov A.V., Puzikov V.M., Dobrotvorskaya M.V., Fedorov A.G., Lopin A.V. Nanocrystalliine SiC films prepared by direct deposition of carbon and silicon ions. Thin Solid Films, 2008, vol. 516, iss.10, pp. 2899-2905. https://doi. org/10.1016/j.tsf.2007.05.059 11. Brodyn M.S., Volkov V.I., Lyakhovetskii V.R., Rudenko V.I., Puzikov V.M., Semenov A.V. Nonlinear refraction in nanocrystalline silicon carbide films. JETP Letters, 2008, vol. 88, iss. 6, p. 442-444. https://doi. org/10.1134/S0021364008180094 12. Borshch A.A., Brodyn M.S., Starkov V.N., Rudenko V.N., Volkov V.I., Boyarchuk A.Yu., Semenov A.V. Broadband optical limiting in thin nanostructured silicon carbide films and its nature. Optics Communication, 2016, vol. 364, pp. 88-92. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2015.11.040 13. Semenov A.V., Pashchenko V.O., Khirnyi V.F., Kozlovskyi А.А. Mateichenko P.V. Magnetism in nanocrystalline SiC films. Physica E, Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2015, vol. 74, pp. 220-225. https://doi. org/10.1016/j.physe.2015.07.006 14. Kozlovskyi A., Semenov A., Scoryk S. Electron transport in nanocrystalline SiC films obtained by direct ion deposition. Superlattices and Microstructures, 2016, vol. 216, pp. 596-604. http://dx.doi.org/10.1016/j.spmi.2016.10.013 15. Semenov A. V., Lopin A. V., Puzikov V. M., Boriskin V. N. Effect of irradiation on the properties of nanocrystalline silicon carbide films. Semiconductors, 2009, vol. 43, iss. 10, pp. 1322-1327. https://doi.org/10.1134/ S106378260910011X 16. Semenov A.V., Puzikov V.M., Golubova E.P., Baumer V.N., Dobrotvorskaya M.V. Low-temperature production of silicon carbide films of different polytypes. Semiconductors, 2009, vol. 43, iss 5, pp. 685-689. https://doi.org/10.1134/ S1063782609050273 17. Ayzatsky M.I., Akchurin Yu.I., Beloglaso V.I., Biller E.Z., Boriskin V.N., Gurin V.A., Demidov N.V., Dovbnya A.N., Krivchikov B.P., Myfel V.B., Popenko V.A., Kushnir V.A., Levandovsky S.P., Mitrochenko V.V., Stepin D.L., Shendrik V.A., Savchenko A.N., Tolsto L.E., Terehov, B.A., Tur Yu.D., Vishnyakov V.A., Uvarov V.L., Zavada A.V. Electron linacs in NSC KIPT: R&D and application. Proc. 14th Conf.on Charged Particle Accelerators. Russia, Protvino, 1994, vol. 4, pp. 259-267. 18. Lopin, A. V., Semenov.A.V., Puzikov V. M. Optical properties of Silicon Carbide obtained by direct ion deposition. Functional materials, 2006, vol. 15, iss. 4, pp. 631-636. 19. Chakrabarti S., Ganduli D., Chaudhuri S. Optical properties of g-Fe2O3 nanoparticles dispersed on sol—gel silica spheres. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2004, vol. 24, iss. 3-4, pp. 333-342. https:// doi.org/10.1016/j.physe.2004.06.036. 20. Choyke W.J. Optical and electronic properties of SiC. The Physics and Chemistry of Carbides, Nitrides and Borides, NATO ASI Series, 1990, vol. 185, pp. 563-587. 21. Srikant V., Clarke D. R. On the optical band gap of zinc oxide. J. Appl. Phys, 1997, vol. 81, iss. 10, pp. 6357-6364. http://dx.doi.org/10.1063/1.367375. 22. Gorbatenko L. S., Novodvorsky O. A., Panchenko V. Ya., Khramova O. D., Cherebilo Ye. A., Lotin A. A., Wenzel C., Trumpaicka N., Bartha J. W. Characterization of ZnO:Ga and ZnO:N films prepared by PLD. Laser Physics, 2009, vol. 19, iss. 5, pp. 1152-1157. http://dx.doi.org/10.1134/ S1054660X11080019 23. Mott N. F., Davis E. A. Electronic Processes in Non- Crystalline Materials. Oxford. Seiten, 1971, 437 p. 24. Semenov A.V., Lopin A.V., Puzikov V.M. [Low- temperature production and optical properties of silicon carbide films]. Poverkhnost`. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neitronnye issledovaniya, 2004, iss. 9, pp. 99-106. 25. Lopin A.V., Semenov A.V., Puzikov V.M. [Optical temperature sensor based on a nanocrystalline SiC film]. Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature, 2007, iss. 4, pp. 22. 26. Bockstedte M., Mattausch A., Pankratov O. Ab initio study of the annealing of vacancies and interstitials in cubic SiC: Vacancy interstitial recombination and aggregation of carbon interstitials. Phys. Rev. B, 2004, vol. 69, pp. 235202- 235212. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ MSF.483-485.523. 27. Evans B. D., Pogatshnik G. J., Chen Y. Optical properties of lattice defects in a-Al2O3. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, 1994, vol. 91, pp. 258-262.— https://doi. org/10.1016/0168-583X(94)96227-8. 28. Evans B. D., Stapelbroek M. Optical properties of the F+-center in crystalline Al2O3. Phys. Rev. B, 1978, vol.18, iss. 12, pp. 7089-7098. https://doi.org/10.1103/ PhysRevB.18.7089.

Влияние электронного облучения на оптические свойства пленок нанокристаллического SiC на подложках из монокристалла Al₂O₃

Репозитарії

Схожі ресурси