Введение
ГЛАВА I. Литературный обзор 14
1.1 Кристаллическая структура карбида кремния и алмаза . 14
1.2 Общие представления об углероде и его пленках 16
1.2.1 Характеристика микро- и наноструктуры аморфных пленок углерода 17
1.2.2 Характеристика микро- и наноструктуры микрокристаллических и нанокристаллических пленок алмаза 19
1.2.3 Влияние условий синтеза на структуру нано- и ультрананокристаллических пленок алмаза 24
1.2.4 Исследование алмазоподобных пленок методом Рамановской спектроскопии 28
1.3 Сравнительная характеристика методов получения пленок аморфного алмазоподобного углерода 34
1.4 Влияние параметров синтеза на состав и структуру пленок SiC 45
1.4.1 Гомоэпитаксия слоев SiC 45
1.4.2 Гетероэпитаксия слоев SiC 48
1.4.3 Синтез микрокристаллических пленок SiC 50
1.4.4 Влияние условий синтеза на структуру аморфных пленок карбида кремния 53
1.5 Теории зародышеобразования . 56
1.6 Механизм реконструкции Гаррисона (Harrison) 59
1.7 Модели, основанные на механизме Гаррисона . 63
1.8 Области применения и перспективы использования алмазоподобных пленок углерода 67
1.9 Области применения карбида кремния. 71
1.10 Заключение к главе I 73
ГЛАВА II. Методы синтеза и исследования пленок карбида кремния и углерода 75
2.1 Материалы 75
2.2 Методика подготовки подложек . 76
2.3 Характеристики экспериментальных установок ХОГФ и методика синтеза пленок карбида кремния 76
2.4 Характеристики установок ХОГФ и методика синтеза пленок углерода . 79
2.5 Методы исследования 81
2.5.1 Просвечивающая ИК-спектроскопия 81
2.5.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС) 82
2.5.3 Рентгенофазовый анализ (РФА) 82
2.5.4 Исследование морфологии поверхности (СЗМ) 82
2.6 Измерение толщины пленок SiC 83
2.7 Измерение толщины пленок углерода 83
2.8 Измерение внутренних напряжений в гетероструктуре a-C:H/Si . 84
2.9 Измерение вольтамперных характеристик пленок a-C:H 84
2.10 Измерение механических свойств a-C:H 84
2.11 Определение электрохимических свойств a-C:H 85
2.12 Разработка способа исследования и систематизации углеродных пленок путем анализа спектров комбинационного рассеяния . 85
2.12.1 Формулировка проблемы и способа ее решения . 85
2.12.2 Модель трансформации микроструктуры материала в процессе перехода от макро- к нано- и аморфному состоянию . 88
2.12.3 Моделирование спектров комбинационного рассеяния света 93
2.13 Определение характеристических переменных спектра КРС . 99
2.13.1 Определение качества спектра КРС 99
2.13.2 Построение базовой линии 101
2.13.3 Определение максимума интенсивности базового спектра 102
2.13.4 Оценка концентрации связанного водорода . 103
2.13.5 Определение центра масс спектра КРС 104
2.13.6 Определение ширины спектра на полувысотах интенсивности в точках центра масс и максимума спектра 105
2.13.7 Оценка доли углерода с sp2- и sp3- типом гибридизации 107
2.13.8 Идентификация материала 108
2.13.9 Определение характеристического коэффициента кристалличности . 110
2.14 Заключение к главе II. 112
ГЛАВА III. Исследование процессов зарождения и роста аморфных и кристаллических пленок 113
3.1 Описание структуры кристаллических решеток карбида кремния и алмаза с позиции высокомолекулярных соединений 113
3.2 Результаты исследования энергетически выгодной атомарной структуры грани (100) 117
3.3 Результаты исследования атомарной структуры зародышей, образующихся на грани (100) 119
3.4 Результаты исследования механизма зарождения кристаллической пленки на грани (100) 123
3.4.1 Результаты исследования механизмов зарождения и роста кристаллических пленок алмаза из радикалов C2 126
3.5 Результаты исследования механизмов зарождения аморфных пленок на грани (100) 128
3.5.1 Результаты исследования механизмов зарождения и роста аморфных пленок из радикалов C2 130
3.5.2 Результаты исследования механизмов зарождения гидрогенезированных пленок на грани (100) 131
3.5.3 Результаты исследования механизмов образования кластеров графита на грани (100) 133
3.6 Результаты исследования атомарной структуры грани (111) . 134
3.7 Результаты исследования атомарной структуры зародышей на грани (111) 136
3.8 Результаты исследования атомарных структур зародышей, образующихся на ступенях разориентированных граней (111) 139
3.9 Результаты исследования процессов зарождения и роста пленок на ступенях грани (111) 140
3.10 Результаты исследования процессов зарождения и роста аморфных пленок на гранях (111) 144
3.11 Анализ влияния условий осаждения на структуру пленок 146 3.11.1 Кинетика зарождения и роста пленок углерода на гранях (100) 146
3.11.1.1 Кинетика зарождения и роста пленок углерода на гранях (100) из димеров углерода 154
3.11.1.2 Кинетика зарождения и роста кристаллических пленок углерода на гранях (100) из радикалов CH3* 165
3.11.1.3 Кинетика зарождения и роста аморфных пленок углерода на гранях (100) из радикалов CH3* 170
3.11.2 Кинетика зарождения и роста пленок на гранях (111) 177
3.11.3 Кинетика зарождения и роста пленок на ступенях разориентированных граней (111) 182
3.12 Влияние дополнительной активации газовой фазы на процессы роста пленок.. 185
3.13 Влияние скорости расхода источников компонентов пленки и газа-носителя
на микроструктуру осаждаемого материала 186
3.14 Многофакторная модель 188
3.15 Оценка значений фактора скорости накопления ошибок роста 190
3.16 Заключение к главе III 194
ГЛАВА IV. Анализ результатов исследования пленок углерода 197
4.1 Анализ влияния условий синтеза на скорость роста пленок углерода 197
4.2 Анализ влияния потенциала самосмещения и давления в реакторе на величину внутренних напряжений в гетероструктурах a-C:H/Si 203
4.3 Анализ влияния потенциала самосмещения и давления в реакторе на твердость пленок a-C:H 208
4.4 Анализ влияния потенциала самосмещения и давления в реакторе на электрические свойства 213
4.5 Анализ результатов исследования пленок a-C:H методом просвечивающей ИК-спектрометрии 219
4.6 Анализ влияния потенциала самосмещения и давления в реакторе на
оптические свойства a-C:H пленок 222
4.7 Анализ результатов исследования a-C:H пленок методом КРС 225
4.8 Изучение электрохимических свойств гетероструктур а-С:Н/Si . 233
4.9 Анализ результатов исследования процессов роста кристаллических пленок алмаза 239
4.9.1 Анализ влияния состава газовой смеси на кристалличность пленок алмаза (рост из радикалов СH3*) 239
4.9.2 Анализ влияния температуры подложки на кристалличность пленок алмаза 246
4.9.3 Анализ влияния парциального давления радикалов С2 на кристалличность пленок алмаза . 248
4.9.4 Анализ кинетики осаждения пленок алмаза из радикалов С2 250
4.9 Выводы к главе V . 252
ГЛАВА V. Анализ результатов исследования пленок карбида кремния . 255
5.1 Кинетика осаждения тонких пленок карбида кремния 255
5.2 Анализ влияния условий осаждения на морфологию поверхности пленок SiC . 259
5.2.1 Анализ влияния температуры синтеза на морфологию поверхности пленки SiC . 259
5.2.2 Анализ влияния ориентации подложки на морфологию поверхности пленки SiC 263
5.3 Анализ кристалличности и фазового состава пленок SiC по данным РФА 264
5.4 Анализ влияния условий синтеза на состав и микроструктуру пленок карбида кремния по данным ИК-спектроскопии . 269
5.4.1 Общие представления об ИК-спектрах карбида кремния . 269
5.4.2 Анализ влияния типа активации процесса синтеза на состав и микроструктуру пленок SiC 272
5.4.3 Анализ ИК-спектров образцов SiC, полученных из различных типов ХКС . 276
5.4.4 Анализ ИК-спектров образцов SiC, синтезированных при различной температуре 279
5.4.5 Анализ ИК-спектров образцов, синтезированных при различной скорости
расхода водорода 280
5.5. Анализ состава и микроструктуры пленок SiC по данным КРС 281
5.6 Заключение к главе V . 286
Основные результаты и выводы 288
Литература
