Научный архив: статьи

В данной работе приведены результаты по осаждению и исследованию конденсата оксида цинка на монокристаллических подложках сапфира базисной ориентации, помещаемых на поверхность «горячей» мишени ZnO и на водоохлаждаемое основание магнетрона вблизи мишени (метод магнетронного распыления на постоянном токе). На подложках, расположенных на краю «горячей» мишени, формируется плотный массив нитевидных кристаллов (НК) ZnO, ориентированных перпендикулярно подложке. Конденсат ZnO на подложках, помещенных на магнетрон, представляет собой сплошную пленку с хорошо развитой поверхностью, по структурному совершенству заметно уступающей массиву НК ZnO. Данные факторы могут служить стимулом для дальнейшего изучения процессов формирования НК ZnO (без катализатора) на различных подложках, помещенных на поверхность «горячей» мишени ZnO в областях вне зоны эрозии мишени при изменении технологических параметров (состав рабочего газа и его давление, мощность и др.) в широких пределах. При масштабировании процесса распыления «горячих» мишеней станет возможным получение НК ZnO на подложках большей площади (десятки квадратных сантиметров), что важно для практических применений.

В представленной работе приводятся результаты исследований люминесцентных свойств поверхности сапфира покрытой нанокластерами золота. В качестве метода возбуждения люминесценции в работе был использован поток быстрых электронов с ускоряющим напряжением 40 кВ. Показано, что в ультрафиолетовой области спектра катодолюминесценции чистого сапфира при малых ускоряющих напряжениях (40 кВ) свечение практически отсутствует. После нанесения покрытия золота свечение в ультрафиолетовой области усиливается за счет интенсивной генерации вакансий кислорода в области контакта золота с сапфиром. Показано, что F+-полоса люминесценции при возбуждении потоком быстрых электронов является в сапфире основной, а F-полоса подавлена. Продемонстрировано плазмонное усиление интенсивности люминесценции, как в ультрафиолетовой, так и красной области спектра при нанесении нанокластеров золота. При фокусировке пучка электронов обнаружен эффект усиления люминесценции в ультрафиолетовой области и температурного гашения в красной области спектра. Усиление интенсивности люминесценции F+- центров связано с генерацией новых вакансий кислорода и перезарядкой старых.

Представлены результаты исследования процессов травления (~200 нм/мин) пленки ZnO фокусированным пучком электронов средней энергии (70 кэВ) при плотности потока 1021 см-2с-1 в условиях вакуума 910–5 Па. Показано, что модель травления пленки ZnO, основанная на процессах термодесорбции и электронно-стимулированной десорбции, не подтверждается расчетами. Предложен возможный механизм травле-ния, в основе которого лежит радиолиз, вызванный Оже-распадом в приповерхностных слоях пленок ZnO. Полученные результаты могут иметь важное значение как в исследовании радиационной стойкости устройств на основе ZnO, так и в развитии методов микронного и субмикронного травления данного материала.

В представленной работе изучена кинетика процессов радиационно-индуцированной перестройки поверхности сапфира с нанокристаллами золота с использованием временной зависимости спектров катодолюминесценции. Показано, что основными центрами окраски в УФ-области спектра катодолюминесценции сапфира являются F+-центры, а F-полоса подавлена. Исследование временной зависимости интенсивно-сти F+-центров подтверждает отсутствие этапа поверхностного плавления сапфи-ра в процессе облучения потоком электронов с ускоряющим напряжением 50 кэВ.

Малая величина уширения линии Cr3+ соответствует незначительным отклонениям температуры на поверхности сапфира в процессе электронного облучения. Предложена качественная модель описывающая травление поверхности сапфира с нанокристаллами золота в процессе воздействия электронов. В основе рассмотренной модели лежит радиационно-индуцированный Оже-распад сапфира и формирование в процессе протекания экзотермической реакции интерметаллических фаз Au-Al.

Исследовано влияние островковой структуры Ag на УФ отклик в пленках ZnO. Нанесение островков Ag размерами до 1 мкм уменьшает время релаксации фототока до 1 с. Островки Ag являются эффективным каналом стока электронов. Отжиг пленок ZnO с покрытием Ag в открытой атмосфере при температуре 600 оС возвращает пленки в исходное состояние с длительной релаксацией фототока. Полученные результаты могут найти применение в технологии создания быстрых фотодетекторов на основе ZnO.

Проведен анализ процессов травления сапфировых подложек. Рассматриваются особенности использования методов химико-механического, лазерного, ионного, электронного травления сапфировых подложек. Определено, что при химико-механическом и лазерном травлении плоскостей сапфира происходит послойное удаление материала через промежуточные процессы внутрислоевого растрескивания, а скорость травления коррелирует с межплоскостным расстоянием. В случае применения ионного и электронного травления основным механизмом является образование пронизывающих пор, треков, которые ослабляют межатомные связи и приводят к разрушению кристаллической решетки сапфира. При этом скорость травления различных плоскостей кристалла сапфира коррелирует с потенциальной энергией межатомного взаимодействия внутри соответствующей плоскости. Наименьшая интенсивность F+-полосы катодолюминесценции, как и скорость генерации кислородных вакансий наблюдается для С-плоскости сапфира, атомы кислорода в которых формируют плотноупакованный каркас. Наибольшая интенсивность катодолюминесценции наблюдается для А-плоскости сапфира, в которой атомы обладают наименьшей потенциальной энергией.

Приводятся результаты исследования эволюции спектров УФ-люминесценции в ансамблях вискеров и тетраподов ZnO при возбуждении быстрыми электронами с энергией 60 кэВ. Показано, что увеличение времени воздействия и фокусировка пучка электронов на ансамбль кристаллически совершенных вискеров ZnO приводит только к уширению УФ-полосы в длинноволновую область спектра люминесценции. Аналогичное воздействие на ансамбль тетраподов ZnO с низким кристаллическим качеством приводит к длиноволновому смешению и уширению УФ-полосы спектра люмигнесценции. Наблюдаемые эффекты связаны с травлением поверхности структур ZnO в процессе воздействия быстрых электронов и увеличением концентрации междоузельного цинка.