Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния

Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния

Определена стабильность во времени потенциала поверхности кристаллов кремния после их модификации, выявлена зависимость механизма взаимодействия атомарного водорода с кристаллами от их параметров....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2006
Автори: Жавжаров, Е.Л., Матюшин, В.М.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2006
Назва видання:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Теми:
Материалы электроники
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52976
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:Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния / Е.Л. Жавжаров, В.М. Матюшин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 61-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-52976
record_format dspace
spelling irk-123456789-529762014-01-15T03:10:09Z Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния Жавжаров, Е.Л. Матюшин, В.М. Материалы электроники Определена стабильность во времени потенциала поверхности кристаллов кремния после их модификации, выявлена зависимость механизма взаимодействия атомарного водорода с кристаллами от их параметров. 2006 Article Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния / Е.Л. Жавжаров, В.М. Матюшин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 61-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52976 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
Жавжаров, Е.Л.
Матюшин, В.М.
Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Определена стабильность во времени потенциала поверхности кристаллов кремния после их модификации, выявлена зависимость механизма взаимодействия атомарного водорода с кристаллами от их параметров.
format Article
author Жавжаров, Е.Л.
Матюшин, В.М.
author_facet Жавжаров, Е.Л.
Матюшин, В.М.
author_sort Жавжаров, Е.Л.
title Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния
title_short Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния
title_full Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния
title_fullStr Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния
title_full_unstemmed Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния
title_sort взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2006
topic_facet Материалы электроники
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52976
citation_txt Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния / Е.Л. Жавжаров, В.М. Матюшин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 61-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT žavžarovel vzaimodejstvieatomarnogovodorodaspoverhnostʹûmonokristallovkremniâ
AT matûšinvm vzaimodejstvieatomarnogovodorodaspoverhnostʹûmonokristallovkremniâ
first_indexed 2025-07-05T04:26:49Z
last_indexed 2025-07-05T04:26:49Z
_version_ 1836779684592877568
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 61 ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 13.04 2006 ã. Îïïîíåíò ê. ò. í. Â. Å. ÊÓÒÍÈÉ (ÍÍÖ "ÕÔÒÈ", ã. Õàðüêîâ) Îïðåäåëåíà ñòàáèëüíîñòü âî âðåìåíè ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëîâ êðåìíèÿ ïîñëå èõ ìîäèôèêàöèè, âûÿâëå- íà çàâèñèìîñòü ìåõàíèçìà âçàèìîäåé- ñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ êðèñòàë- ëàìè îò èõ ïàðàìåòðîâ. Ðàçâèòèå ñîâðåìåííîé íàóêè è òåõíèêè íåðàçðûâ- íî ñâÿçàíî ñ ïåðåõîäîì ê íàíîýëåêòðîíèêå, ÷òî îáóñ- ëàâëèâàåò óìåíüøåíèå ðàçìåðîâ ýëåìåíòîâ äî ñóá- ìèêðîííûõ. Ýòî ïðèâîäèò è ê óñèëåíèþ ðîëè ïîâåðõ- íîñòè ïðèìåíÿåìûõ ìàòåðèàëîâ, è ê ïîûøåíèþ òðå- áîâàíèé ê ïîâåðõíîñòè. Îñîáûé èíòåðåñ âûçûâàþò ñòðóêòóðû, îáðàçîâàí- íûå ðàçíîðîäíûìè ìàòåðèàëàìè, íàïðèìåð ìåòàëëîì è ïîëóïðîâîäíèêîì. Ýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà òàêèõ ãåòåðîñèñòåì çàâèñÿò îò ñîñòîÿíèÿ êîíòàêòèðóþùåé ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëîâ, à çíà÷èò, è îò ñðåäû, ñ êî- òîðîé âçàèìîäåéñòâîâàëà ïîâåðõíîñòü â ïðîöåññå èçãîòîâëåíèÿ ñòðóêòóðû. Ê òàêèì ñðåäàì îòíîñèòñÿ è âîäîðîä, êîòîðûé íå òîëüêî ÿâëÿåòñÿ ôîíîâîé ïðèìåñüþ, ïîñòîÿííî êîí- òàêòèðóþùåé ñ ïîâåðõíîñòüþ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ êðèñòàëëîâ, íî è àêòèâíîé òåõíîëîãè÷åñêîé ñðåäîé, èñïîëüçóåìîé äëÿ ìîäèôèêàöèè òåõ èëè èíûõ ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà.  ñâÿçè ñ ýòèì ñòàíîâèòñÿ âàæíûì èçó÷åíèå âëèÿíèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà íà ïàðàìåòðû ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà êàê ÷àñòè áóäóùåé èíòåãðàëüíîé ñõåìû â óñëîâèÿõ, ïðè êîòî- ðûõ ïðîâîäèòñÿ ìîäèôèêàöèÿ ãåòåðîãðàíèöû "ìåòàëë� ïîëóïðîâîäíèê". Äàííàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà èçó÷åíèþ ïðîöåññîâ âçàèìîäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ ìîíîêðèñ- òàëëàìè êðåìíèÿ. Ìåòîäèêà ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà Èññëåäîâàëèñü êðèñòàëëû êðåìíèÿ n-òèïà, ëåãè- ðîâàííûå ôîñôîðîì, ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì 0,3 Îì·ñì, îðèåíòàöèåé (100); êðèñòàëëû êðåìíèÿ p- òèïà, ëåãèðîâàííûå áîðîì, ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëå- íèåì 1,0 Îì·ñì, îðèåíòàöèåé (111); êðèñòàëëû êðåì- íèÿ n-òèïà, ëåãèðîâàííûå ôîñôîðîì, ñ óäåëüíûì ñî- ïðîòèâëåíèåì 10 Îì·ñì è îðèåíòàöèåé (100) è (111). Ïîâåðõíîñòü êðèñòàëëîâ � õèìè÷åñêè ïîëèðîâàííàÿ. Ïðîâåäåíî òðè âàðèàíòà èññëåäîâàíèé. Ïåðâûé âàðèàíò: âëèÿíèþ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ïîäâåðãàëèñü êðèñòàëëû êðåìíèÿ ñî ñëîåì ñîñòàðåííîãî ïðèðîä- íîãî îêèñëà. Âòîðîé âàðèàíò: ïåðåä îáðàáîòêîé â Í îáðàçöû êðèñòàëëîâ ïîäâåðãàëèñü î÷èñòêå îò îêèñëà ïóòåì õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ â HF ñ ïîñëåäóþùåé êðàòêîâðåìåííîé ïðîìûâêîé â äåèîíèçîâàííîé âîäå. Òîëùèíà îêèñëà îöåíèâàëàñü ýëëèïñîìåòðè÷åñêèì ìåòîäîì è ñîñòàâëÿëà 3�4 íì äëÿ ñîñòàðåííîãî îêèñëà è ïðèìåðíî 1 íì äëÿ ñâåæåïðîòðàâëåííîé ïî- âåðõíîñòè. Òðåòèé âàðèàíò: îïðåäåëÿëîñü âëèÿíèå îáðàáîòêè â Í ñâåæåïðîòðàâëåííîé ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ íà ïàðàìåòðû èçãîòîâëåííûõ èç íèõ ñòðóê- òóð "ìåòàëë�ïîëóïðîâîäíèê". Îïûòíûå îáðàçöû ïîä- âåðãàëèñü òðàâëåíèþ â HF, ïîñëå ÷åãî ÷àñòü êðèñ- òàëëà îáðàáàòûâàëàñü àòîìàðíûì âîäîðîäîì. Ïóòåì òåðìè÷åñêîãî èñïàðåíèÿ â âàêóóìå ÷åðåç ìàñêó ïðî- âîäèëîñü íàíåñåíèå îäíîãî èç êîíòàêòîâ � ïëåíêè íèêåëÿ. Äëÿ ñîçäàíèÿ âòîðîãî ýëåêòðè÷åñêîãî êîí- òàêòà ñ îáðàòíîé ñòîðîíû íà âñþ ïëîùàäü ìåõàíè- ÷åñêè âòèðàëàñü ïàñòà ãàëëèÿ. ÂÀÕ ñòðóêòóð "ìåòàëë� ïîëóïðîâîäíèê" èññëåäîâàëèñü íà ïðîìûøëåííî èç- ãîòîâëåííîé àâòîìàòèçèðîâàííîé óñòàíîâêå. Àòîìàðíûé âîäîðîä ïîëó÷àëè ïóòåì äèññîöèàöèè ìîëåêóëÿðíîãî âîäîðîäà â âûñîêî÷àñòîòíîé ïëàçìå. Ìîëåêóëÿðíûé âîäîðîä âûäåëÿëñÿ èç ðàñòâîðà KOH (20%) â äèñòèëëèðîâàííîé âîäå ïóòåì ýëåêòðîëèçà. Äàëåå âîäîðîä ïðîïóñêàëñÿ ÷åðåç ôîðáàëëîí äëÿ óëàâëèâàíèÿ êàïåëü KOH, îñóøèòåëüíûé ñòîëáèê, çàïîëíåííûé ãðàíóëèðîâàííîé ùåëî÷üþ KOH, è ïî- ñòóïàë â ðàáî÷óþ êàìåðó. Êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ âî- äîðîäà èçìåðÿëàñü êàëîðèìåòðè÷åñêèì ìåòîäîì è ñîñòàâëÿëà ïðèìåðíî 1019 ì�3 ïðè äàâëåíèè â ðàáî- ÷åé êàìåðå 20 Ïà. Èñïîëüçîâàíèå ìàãíèòíîé ëîâóøêè è ðàñïîëîæå- íèå èññëåäóåìûõ îáðàçöîâ â êàìåðå íà ðàññòîÿíèè 25 ñì îò îáëàñòè ðàçðÿäà ïîçâîëèëî èñêëþ÷èòü ïîïà- äàíèå ðàäèêàëîâ ãèäðîêñèëà è èîíîâ âîäîðîäà íà îá- ðàçöû [1]. Òàêèì îáðàçîì, íàä ïîâåðõíîñòüþ îáðàç- öîâ íàõîäèëàñü àòîìàðíî-ìîëåêóëÿðíàÿ ñìåñü âîäî- ðîäà. Âðåìÿ îáðàáîòêè îáðàçöîâ âàðüèðîâàëîñü îò 30 äî 720 ñåêóíä. Âåëè÷èíà ðàáîòû âûõîäà ýëåêòðîíà îïðåäåëÿëàñü íà îñíîâå èçìåðåíèé êîíòàêòíîé ðàçíèöû ïîòåíöèà- ëîâ (ÊÐÏ) ìåòîäîì äèíàìè÷åñêîãî êîíäåíñàòîðà [2]. Òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ êîíòàêòíîé ðàçíèöû ñîñòàâëÿëà ±0,005 ýÂ. Ïåðåä èçìåðåíèÿìè ÊÐÏ êðèñòàëëû âû- äåðæèâàëèñü ïðè êîìíàòíûõ óñëîâèÿõ ñ öåëüþ óñòà- íîâëåíèÿ ðàâíîâåñíîãî ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé ñî- ñòîÿíèÿ. Ïî ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ íàáëþäàëñÿ ðàç- ÂÇÀÈÌÎÄÅÉÑÒÂÈÅ ÀÒÎÌÀÐÍÎÃÎ ÂÎÄÎÐÎÄÀ Ñ ÏÎÂÅÐÕÍÎÑÒÜÞ ÌÎÍÎÊÐÈÑÒÀËËΠÊÐÅÌÍÈß Å. Ë. ÆÀÂÆÀÐÎÂ, ä. ô.-ì. í. Â. Ì. ÌÀÒÞØÈÍ Óêðàèíà, Çàïîðîæñêèé íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò E-mail: jin@zntu.edu.ua Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 62 ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ áðîñ ÊÐÏ (<±0,01 ýÂ) âäîëü ïîâåðõíîñòè, ïîýòîìó ðåçóëüòèðóþùåå çíà÷åíèå íàõîäèëîñü êàê ñðåäíåå àðèôìåòè÷åñêîå ñåðèè èçìåðåíèé. Èçìåðåíèå ÊÐÏ êðèñòàëëîâ îñóùåñòâëÿëîñü ïåðåä îáðàáîòêîé, ïîñ- ëå îáðàáîòêè àòîìàðíûì âîäîðîäîì, à òàêæå ÷åðåç íåêîòîðîå âðåìÿ ïîñëå âûäåðæêè îáðàçöîâ ïðè êîì- íàòíûõ óñëîâèÿõ. Äëÿ èçìåðåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ êðèñòàëëîâ êðåì- íèÿ âî âðåìÿ îáðàáîòêè àòîìàðíûì âîäîðîäîì áûëè ñîçäàíû òåñòîâûå ñòðóêòóðû: ïî êðàÿì ïëàñòèíîê êðåìíèÿ 5×60×0,3 ìì ïîñëå ñíÿòèÿ â HF îêèñëà íà- íîñèëàñü ãàëëèåâàÿ ïàñòà, èãðàþùàÿ ðîëü îìè÷å- ñêèõ êîíòàêòîâ. Íà ïàñòó ñ ïîìîùüþ ïðèæèìíûõ êîí- òàêòîâ ïîäñîåäèíÿëñÿ ýëåêòðè÷åñêèé êîíòàêò, ìåñòî êîíòàêòà ïîêðûâàëîñü êîìïàóíäîì. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ è èõ îáñóæäåíèå Èññëåäîâàíèå ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëîâ êðåìíèÿ ïîêàçàëî, ÷òî îáðàáîòêà àòîìàðíûì âîäî- ðîäîì ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ðàáîòû âûõîäà âñåõ îáðàçöîâ. Èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè îáðàç- öîâ n-Si è p-Si îò âðåìåíè îáðàáîòêè àòîìàðíûì âî- äîðîäîì ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 1. Êàê âèäíî, ïîòåí- öèàë ïîâåðõíîñòè èçìåíÿåòñÿ óæå ïîñëå 30 ñ âçàè- ìîäåéñòâèÿ ñ àòîìàðíûì âîäîðîäîì, à ïîñëå 180� 300 ñ âçàèìîäåéñòâèÿ ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè äîñòè- ãàåò íåêîòîðîãî ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ. Äëÿ ïîñëå- äóþùèõ èññëåäîâàíèé áûëî âûáðàíî âðåìÿ âçàèìî- äåéñòâèÿ 180 ñ. Êàê âèäíî èç ðèñ. 1, ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè dWF, à çíà÷èò, è ðàáîòà âûõîäà n- è p-Si, äî îáðàáîòêè àòî- ìàðíûì âîäîðîäîì îòëè÷àþòñÿ íåçíà÷èòåëüíî (0,06±0,01 ýÂ), ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ ÿâëåíèåì òàê íàçû- âàåìîãî �ïèííèíãà� óðîâíÿ Ôåðìè çà ñ÷åò íàëè÷èÿ ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé è �çàãðÿçíåíèé� [3, ñ. 32� 33]. Âçàèìîäåéñòâèå àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ ïîâåðõ- íîñòüþ êàê n-, òàê è p-Si ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ïî- òåíöèàëà ïîâåðõíîñòè, ò. å. ðàáîòû âûõîäà. Ïðè ýòîì ýêñïåðèìåíòàëüíî çàôèêñèðîâàíî, ÷òî áîëüøåå âëè- ÿíèå èñïûòûâàåò p-Si (111). Íàáëþäàåìîå îòëè÷èå âî âçàèìîäåéñòâèè àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ îïûòíûìè êðèñòàëëàìè ìîæåò áûòü ñâÿçàíî êàê ñ ðàçíîé êðèñ- òàëëîãðàôè÷åñêîé îðèåíòàöèåé, òàê è ñ òèïîì ïðîâî- äèìîñòè êðèñòàëëîâ (çà ñ÷åò ïðîöåññîâ êîìïëåêñî- îáðàçîâàíèÿ âîäîðîäà ñ àòîìàìè ïðèìåñè áîðà è ôîñ- ôîðà [4, 5]). Èçìåðåíèÿ, âûïîëíåííûå in-situ, ïîêàçàëè, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå îáðàçöîâ èçìåíÿåòñÿ âî âðåìÿ îáðà- áîòêè äî 20%, à ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ îáðàáîòêè ñî- ïðîòèâëåíèå âîçâðàùàåòñÿ ê ñâîåìó ïåðâîíà÷àëüíî- ìó çíà÷åíèþ çà ñ÷èòàííûå ñåêóíäû. Ýòî ÿâëåíèå îáúÿñíÿåòñÿ ÿâëåíèåì ãåíåðàöèè íîñèòåëåé çàðÿäà [6] âî âðåìÿ ðåêîìáèíàöèè àòîìàðíîãî âîäîðîäà íà ïî- âåðõíîñòè êðèñòàëëà è ïðîöåññàìè àäñîðáöèè. Ïî- ñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå îáðàáîòàííîãî îáðàçöà â ðàâ- íîâåñíîì ñîñòîÿíèè íå îòëè÷àåòñÿ îò íåîáðàáîòàí- íîãî, òî ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî ïðè óñëîâèÿõ ïðîâåäå- íèÿ ýêñïåðèìåíòà êîìïëåêñîîáðàçîâàíèÿ ñ àòîìàìè ïðèìåñè íå ïðîèñõîäèò. Òàêèì îáðàçîì, íåñêîëüêî ðàçíàÿ ðåàêöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü îïûòíûõ îáðàçöîâ äîëæíà áûòü ñâÿçàíà ñ ðàçíîé îðèåíòàöèåé îáðàçöîâ. Ñîãëàñíî [7, ñ. 480�481], ïëîòíîñòü ðàçîðâàííûõ ñâÿçåé íà ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ (111) áîëüøå, ÷åì íà ïîâåðõíîñòè (100), à ñëåäîâàòåëüíî, óäåëüíàÿ àêòèâ- íîñòü ïîâåðõíîñòè (111) ê âçàèìîäåéñòâèþ ñ âîäî- ðîäîì òîæå áîëüøå. Èññëåäîâàíèÿ âîçäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà íà ïîâåðõíîñòü êðèñòàëëîâ n-Si (100) è (111) ñ îäè- íàêîâûì óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì ïîäòâåðäèëè ïðåäïîëîæåíèå î ðàçíîé ðåàêöèîííîé ñïîñîáíîñòè ïîâåðõíîñòåé îðèåíòàöèè (100) è (111). Èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà äëÿ Si (111) îêàçàëîñü íà 0,07 ý áîëüøå, ÷åì äëÿ Si (100). Ñëåäîâàòåëüíî, âçàèìîäåéñòâèå àòî- ìàðíîãî âîäîðîäà ñ ïîâåðõíîñòüþ ïîëóïðîâîäíèêà íå çàâèñèò îò òèïà ïðîâîäèìîñòè è îïðåäåëÿåòñÿ ñî- ñòîÿíèåì ïîâåðõíîñòè � êîëè÷åñòâîì ðàçîðâàííûõ ñâÿçåé, àäñîðáèðîâàííûìè ÷àñòèöàìè è ò. ä. Èññëåäîâàíèå ïðîöåññîâ ðåëàêñàöèè ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ïðè âûäåðæêå â êîìíàòíûõ óñëîâèÿõ ïîêàçàëî, ÷òî èõ ïîâåäåíèå ñóùåñòâåííî çàâèñèò íå òîëüêî îò îáðàáîòêè â Í, íî è îò ïðåäûäó- ùèõ ïðîöåññîâ îáðàáîòêè êðèñòàëëîâ. Íà âñåõ îïûò- íûõ îáðàçöàõ íàáëþäàåòñÿ óìåíüøåíèå ðàáîòû âû- õîäà âî âðåìåíè. Ðåëàêñàöèÿ ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñ- òè îáðàçöîâ ñ ñîñòàðåííûì åñòåñòâåííûì è ñâåæèì òîíêèì ñëîåì SiO2 ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 2. Ïîòåíöè- àë ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ñ ñîñòàðåííûì îêèñëîì óìåíüøàåòñÿ ïî÷òè äî íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ çà 36� 48 ÷. Íà îáðàçöàõ, ïðîòðàâëåííûõ íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä îáðàáîòêîé â Í, ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè çíà- ÷èòåëüíî îòëè÷àåòñÿ îò íåîáðàáîòàííîãî äàæå ïîñëå 240 ÷ âûäåðæêè (ðàçíèöà ïîòåíöèàëîâ îáðàáîòàííîãî è êîíòðîëüíîãî îáðàçöîâ ñîñòàâëÿåò 0,180 ýÂ). Òî åñòü íàáëþäàþòñÿ áåñïîâîðîòíûå èçìåíåíèÿ ïîòåíöèàëà dWF, ý 0 �0,2 �0,4 �0,6 100 300 500 700 t, c n�Si p�Si Ðèñ. 1. Èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ îò âðåìåíè îáðàáîòêè àòîìàðíûì âîäîðîäîì dWF, ý 0 �0,2 �0,4 �0,6 50 100 150 200 250 t, ÷ 1 2 4 3 Ðèñ. 2. Ðåëàêñàöèÿ ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè îáðàáîòàí- íûõ â Í îáðàçöîâ (300 ñ) ïðè âûäåðæêå â êîìíàòíûõ óñ- ëîâèÿõ: 1, 2 � îáðàçåö Si ñî ñâåæåïðîòðàâëåííîé ïîâåðõíîñòüþ ñîîòâåò- ñòâåííî äî îáðàáîòêè â Í è ïîñëå íåå; 3, 4 � îáðàçåö Si ñ ñî- ñòàðåííûì ñëîåì åñòåñòâåííîãî îêèñëà ñîîòâåòñòâåííî äî îáðàáîòêè â Í è ïîñëå íåå Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 63 ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ ïîâåðõíîñòè, à ñëåäîâàòåëüíî, è ìîäèôèêàöèÿ ïîâåðõ- íîñòè è ïðèïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ ïîëóïðîâîäíèêà ïîñëå îáðàáîòêè â Í. Èñõîäÿ èç êàðòèíû èçìåíåíèÿ ïîòåíöèàëà ðàçíûõ ïîâåðõíîñòåé ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà íà îáðàçöàõ ñ ñîñòàðåííûì îêèñëîì ïðî- õîäèò ïðåèìóùåñòâåííî çà ñ÷åò ôèçè÷åñêîé àäñîðá- öèè. Ïîñêîëüêó ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ñ òîíêèì ñâåæèì ñëîåì îêèñëà ïðè âûäåðæêå â êîì- íàòíûõ óñëîâèÿõ èçìåíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî è îñòàåò- ñÿ íà óðîâíå, êîòîðûé ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò ñîñòîÿíèÿ äî îáðàáîòêè, òî äëÿ òàêîé ïîâåðõíîñòè íàèáîëåå âåðîÿòíîé ÿâëÿåòñÿ ìîäèôèêàöèÿ ïîòåíöèà- ëà ïîâåðõíîñòè çà ñ÷åò õèìè÷åñêîé àäñîðáöèè. Äëÿ îáúÿñíåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çàâèñèìîñ- òåé ìîæíî ïðåäïîëîæèòü ñëåäóþùóþ ìîäåëü âçàè- ìîäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ ïîâåðõíîñòüþ Si. Àòîìàðíûé âîäîðîä àäñîðáèðóåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà è óâåëè÷èâàåò òåì ñàìûì ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè. Ïðè ýòîì åñëè ïîâåðõíîñòü áûëà ïî- êðûòà ñëîåì ñîñòàðåííîãî ïðèðîäíîãî îêèñëà, òî íàèáîëåå âåðîÿòíîé îêàçûâàåòñÿ ôèçè÷åñêàÿ àäñîðá- öèÿ âîäîðîäà. Ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè òàêèõ îáðàç- öîâ ïðè âûäåðæêå â êîìíàòíûõ óñëîâèÿõ óìåíü- øàåòñÿ äî ïåðâîíà÷àëüíîãî çà 36�48 ÷ èëè, êàê ïî- êàçûâàåò ýêñïåðèìåíò, åùå áûñòðåå � ïðè íàãðåâà- íèè. Íà ïîâåðõíîñòè ñâåæåïðîòðàâëåííûõ îáðàçöîâ ìîæåò ðåàëèçîâàòüñÿ ìåõàíèçì õåìîñîðáöèè, ïðè êî- òîðîì âîäîðîä âñòóïàåò âî âçàèìîäåéñòâèå ñ ðàçî- ðâàííûìè ñâÿçÿìè íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà. Ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè òàêèõ îáðàçöîâ îñòàåòñÿ îò- ëè÷íûì îò íåîáðàáîòàííûõ îáðàçöîâ â òå÷åíèå äëè- òåëüíîãî âðåìåíè. Ïðè ýòîì â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåé- ñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ Si ïîòåíöèàë ïîâåðõíî- ñòè ñ îðèåíòàöèåé (111) èçìåíÿåòñÿ áîëüøå, ÷åì ñ îðèåíòàöèåé (100), â ðåçóëüòàòå áîëüøåãî êîëè÷åñòâà ðàçîðâàííûõ ñâÿçåé [7]. Èññëåäîâàíèÿ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê (ÂÀÕ) ñòðóêòóð "ìåòàëë�ïîëóïðîâîäíèê" ïîäòâåð- äèëè ïðåäëîæåííóþ ìîäåëü. Íà âñåõ îïûòíûõ îá- ðàçöàõ íàáëþäàåòñÿ îòëè÷èå ÂÀÕ ñòðóêòóð, êîòîðûå áûëè èçãîòîâëåíû èç îáðàáîòàííîãî àòîìàðíûì âî- äîðîäîì ïîëóïðîâîäíèêà, îò ÂÀÕ ñòðóêòóð, èçãîòîâ- ëåííûõ èç íåîáðàáîòàííîãî ïîëóïðîâîäíèêà. Òèïè÷- íûå âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè êîíòàêòà "ìå- òàëë�ïîëóïðîâîäíèê" (Ni�Si) ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3. Îáðàáîòêà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà àòîìàðíûì âîäîðîäîì ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ òàê íàçûâàåìîé �ïÿòêè� ïðÿìîé âåòâè ÂÀÕ. Îòëè÷èå õàðàêòåðèñòèê ñîõðàíÿåòñÿ äàæå ïîñëå 3 ìåñ âûäåðæêè, ÷òî ñâèäå- òåëüñòâóåò î íåîáðàòèìûõ èçìåíåíèÿõ ïàðàìåòðîâ ïî- âåðõíîñòè. Ðàñ÷åòû, âûïîëíåííûå íà îñíîâå àíàëèçà ÂÀÕ [7, ñ. 178�197] ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì, ïîêàçàëè, ÷òî â ñðåäíåì âåëè÷èíà áàðüåðà ïîñëå îá- ðàáîòêè àòîìàðíûì âîäîðîäîì óâåëè÷èâàåòñÿ íà ïî- âåðõíîñòè Si (111) íà 0,22�0,25 ý (ñ 0,53 äî 0,77 ýÂ) è íà 0,1�0,13 ý (ñ 0,66 äî 0,78 ýÂ) íà ïîâåðõíîñòè (100). Òàêèì îáðàçîì, èññëåäîâàíèÿ ÂÀÕ êîíòàêòîâ "ìåòàëë�ïîëóïðîâîäíèê" ïîäòâåðäèëè âîçìîæíîñòü äîëãîâðåìåííîé ìîäèôèêàöèè ïîòåíöèàëà ïîâåðõíî- ñòè Si ïîä äåéñòâèåì àòîìàðíîãî âîäîðîäà â äîñòà- òî÷íî øèðîêèõ ãðàíèöàõ, à òàêæå çàâèñèìîñòü ýô- ôåêòà îò êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îðèåíòàöèè ïîâåðõ- íîñòè êðèñòàëëà. Âûâîäû Ïðè âçàèìîäåéñòâèè àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ êðèñ- òàëëàìè ïîëóïðîâîäíèêîâ ïðîèñõîäèò ìîäèôèêàöèÿ ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòè è ïðèïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ êðè- ñòàëëîâ. Ïðè ýòîì íàáëþäàþòñÿ ñëåäóþùèå ýôôåêòû. Îáðàáîòêà êðèñòàëëîâ êðåìíèÿ àòîìàðíûì âîäî- ðîäîì ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñ- òè, êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò óâåëè÷åíèþ ðàáîòû âûõî- äà. Ïðè îáðàáîòêå êðèñòàëëîâ â Í ñ êîíöåíòðàöèåé ≈1019 ì�3 èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà ñîñòàâëÿåò ≈0,3 ý êàê äëÿ n-Si, òàê è äëÿ p-Si. Ýòî èçìåíåíèå ïðîèñõî- äèò â ïåðâóþ î÷åðåäü çà ñ÷åò àäñîðáöèè àòîìàðíîãî âîäîðîäà. Ïðîöåññû âçàèìîäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ êðèñòàëëàìè êðåìíèÿ ðàçíîãî òèïà ïðîâîäèìîñòè ïðè äàííûõ óñëîâèÿõ ýêñïåðèìåíòà íå îòëè÷àþòñÿ, ïîñêîëüêó êîìïëåêñîîáðàçîâàíèÿ íå íàáëþäàåòñÿ. Êàê ïîêàçàëè èçìåðåíèÿ, íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíè- êà óðîâåíü Ôåðìè ÿâëÿåòñÿ çàêðåïëåííûì îêîëî ñå- ðåäèíû çàïðåùåííîé çîíû, è ýôôåêò âëèÿíèÿ íà ñâîé- ñòâà ïðèïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ êàê n-Si, òàê è p-Si, îêà- çûâàåòñÿ îäèíàêîâûì. Íà âçàèìîäåéñòâèå àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ ïîâåðõ- íîñòüþ êðèñòàëëà ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îêàçûâàåò ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè. Òàê, äëÿ îáðàçöîâ êðåìíèÿ ñ ñîñòàðåííûì ñëîåì ïðèðîäíîãî îêèñëà ïðè îáðà- áîòêå èõ àòîìàðíûì âîäîðîäîì íàèáîëåå âåðîÿòíûì ÿâëÿåòñÿ ìåõàíèçì ôèçè÷åñêîé àäñîðáöèè. Äëÿ ñâå- æåïðîòðàâëåííûõ îáðàçöîâ ðåàëèçóåòñÿ åùå è âàðè- àíò õèìè÷åñêîé àäñîðáöèè ñ îáðàçîâàíèåì ñâÿçåé âîäîðîäà ñ ðàçîðâàííûìè ñâÿçêàìè íà ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà. Ïîòåíöèàë òàêîé ïîâåðõíîñòè îñòàåòñÿ îò- ëè÷íûì îò ïîòåíöèàëà êîíòðîëüíûõ îáðàçöîâ äàæå ïîñëå 240 ÷ âûäåðæêè ïðè êîìíàòíûõ óñëîâèÿõ, à âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè ñòðóêòóð, èçãîòîâëåí- íûõ íà ìîäèôèöèðîâàííîé ïîâåðõíîñòè, îòëè÷àþòñÿ îò êîíòðîëüíûõ â òå÷åíèå âñåãî ïåðèîäà èññëåäîâà- íèÿ. Èíòåíñèâíîñòü âçàèìîäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäî- ðîäà ñ ïîâåðõíîñòüþ êðåìíèÿ çàâèñèò îò ïëîòíîñòè ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé. Òàê, ïðè îäèíàêîâûõ óñ- ëîâèÿõ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ àòîìàðíûì âîäîðîäîì ïî- âåðõíîñòü Si ñ îðèåíòàöèåé (111) èñïûòûâàåò áîëü- øèå èçìåíåíèÿ ïîòåíöèàëà, ÷åì ïîâåðõíîñòü ñ îðè- åíòàöèåé (100). 0 I, ìÀ 4 2 �2 �1,5 �1,0 �0,5 0,5 1,0 U, B 1 2 Ðèñ. 3. Âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè ñòðóêòóð Ni�Si, èçãîòîâëåííûõ ñ Si, îáðàáîòàííûì â Í (1) è íå îáðàáî- òàííûì â Í (2) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4 64 ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ Òàêèì îáðàçîì, ïîä äåéñòâèåì àòîìàðíîãî âîäî- ðîäà ïðîèñõîäèò íåîáðàòèìàÿ ìîäèôèêàöèÿ ýëåêòðî- ôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ êðèñòàëëîâ Si, à ñëåäîâàòåëü- íî, è âëèÿíèå íà ïàðàìåòðû ñòðóêòóð, êîòîðûå èçãî- òîâëÿþòñÿ íà ìîäèôèöèðîâàííîé ïîâåðõíîñòè. Ýòî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ðàçðàáîòêå è èñïîëüçîâà- íèè òåõíîëîãèé ìîäèôèêàöèè è óïðàâëåíèÿ ïàðàìåò- ðàìè ãåòåðîñòðóêòóð íà îñíîâå Si [8]. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Âîëüêåíøòåéí Ô. Ô., Ãîðáàíü À. Í., Ñîêîëîâ Â. À. Ðàäèêà- ëîðåêîìáèíàöèîííàÿ ëþìèíåñöåíöèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâ.� Ì.: Íàóêà, 1976. 2. Âóäðàô Ä., Äåë÷àð Ò. Ñîâðåìåííûå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ ïîâåðõíîñòè.� Ì.: Ìèð, 1989. 3. Ïðîáëåìû ôèçèêè ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâ / Ïîä ðåä. Î. Â. Ñíèòêî.� Ê.: Íàóê. äóìêà, 1981. 4. Ôåêëèñîâà Î. Â., ßðûêèí Í. À. Âçàèìîäåéñòâèå âîäîðîäà ñ ðàäèàöèîííûìè äåôåêòàìè â êðåìíèè p-òèïà ïðîâîäèìîñòè // Ôèçèêà è òåõíèêà ïîëóïðîâîäíèêîâ� 2001.� Ò. 35, âûï. 12.� Ñ. 1417�1422. 5. Rizk R., P. de Mierry, Ballutaud D. et al. Hydrogen diffusion and passivation processes in p- and n-type crystalline silicon // Phys. Rev. B.� 1991.� Vol. 44.� P. 6141�6151. 6. Ãîðáàíü À. Í., Ñàâ÷åíêî Í. Ì., Øâåö Þ. À. Âåíòèëüíûé ýôôåêò â ïîëóïðîâîäíèêå ñ p�n-ïåðåõîäîì ïðè ðåêîìáèíàöèè àòîìîâ âîäîðîäà íà åãî ïîâåðõíîñòè // Ôèçèêà è òåõíèêà ïîëó- ïðîâîäíèêîâ.� 1976.� Ò. 10, âûï. 12.� Ñ. 2381�2384. 7. Ìàëåð Ð., Êåéìèíñ Ò. Ýëåìåíòû èíòåãðàëüíûõ ñõåì.� Ì.: Ìèð, 1989. 8. Æàâæàðîâ Å. Ë., Ìàòþøèí Â. Ì. Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ìî- äèôèêàöèÿ ìåäíûõ ïëåíîê ïîä âîçäåéñòâèåì àòîìàðíîãî âîäîðî- äà // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ðàäèîýëåêòðîííîé àïïàðà- òóðå (ÒÊÝÀ).� 2006.� ¹ 1.� C. 50�53. ÂÛÑÒÀÂÊÈ. ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

Схожі ресурси