Методами электронографии, электронной и зондовой микроскопии изучено строение пленок, полученных отжигом на воздухе и в азоте предварительно нанесенных слоев металлического алюминия на (0001) поверхность сапфировых пластин. Совершенство получаемых пленок Al2O3 повышается с повышением температуры отжига на воздухе до 1400 °С, со снижением скорости нагрева до 50 °С час-1, а также при наличии на поверхности пленки микрорельефа. При отжиге в азоте получены многослойные, неоднородные по составу пленки оксидов алюминия.
Процесс нанесения металлических или диэлектрических плёнок и контроль их толщины и качества часто определяет успех или неуспех эксперимента. Измерение толщины обеспечивают соответствующие датчики, устанавливаемые в непосредственной близости от подложки. Кроме того, известно, что функциональные возможности любой напылительной системы повышаются при подаче отрицательного напряжения смещения на подложку. Это позволяет получать пленки более высокой чистоты, управлять параметрами кристаллической структуры и другими свойствами плёнок. При возникновении на подложке отрицательного потенциала смещения в момент подачи на неё высокочастотного (ВЧ) напряжения происходит направленное движение в сторону растущей плёнки положительно заряженных ионов рабочего газа, что приводит к травлению поверхности. В данной работе для создания устройства контроля толщины были объединены два физических процесса: травление подложки при подаче на неё отрицательного смещения и оптический метод контроля растущей плёнки. Лежащий в основе системы контроля роста пленок оптический метод делает предложенное устройство в значительной степени универсальным.
Методами электронографии, электронной и рентгеновской дифракции изучено строение пленок, полученных отжигом в азоте предварительно нанесенных слоев металлического алюминия на (0001) поверхность сапфировых пластин. Пленки нитрида алюминия на подложках сапфира растут, в соответствии с ориентационным соотношением (0001)<10 1 0>AlN║ ║(0001)<11 2 0>Al2O3. Наилучшие результаты были получены при нитридизации алюминиевых пленок на сапфире в режиме нагрева до температуры 1200 °С (со скоростью нагрева ~100 °С/час) и выдержке в течении 1 часа.
Методами рентгеновской дифракции и магнитометрии изучено строение пленок, полученных отжигом на воздухе предварительно нанесенных чередующихся слоев металлов Co, Fe и Ni, Fe на (0001)-поверхность сапфировых пластин. Показано, что слои ферритов кобальта и никеля толщиной 30 нм обладают коэрцитивной силой порядка 1200 Э и 800 Э соответственно. Методами магнитной силовой микроскопии продемонстрирована возможность формирования магнитной доменной структуры в пленках феррита никеля и кобальта.
Предложена система контроля толщины напыляемых металлических плёнок на стеклянные призмы. Показано, что с её помощью можно контролировать толщину тонких (5–100 нм) металлических плёнок на призмах для возбуждения поверхностного плазмонного резонанса. Относительная простота схемы устройства определяется тем, что для возбуждения используется расходящийся пучок монохроматического лазерного излучения, который формируется выпуклым сферическим зеркалом. Система также позволяет автоматически регистрировать и сохранять результаты изменения параметров в течение всего процесса напыления. В основе конструкции лежит эффект нарушенного полного внутреннего отражения, реализуемый в схеме Кречмана.
Получены тонкие пленки ZnO на подложках (0001) Al2O3 с террасно-ступенчатой наноструктурой поверхности после термохимической нитридизации и с буферными слоями золота. Исследованы их электрические и фотолюминесцентные свойства. Наибольшую подвижность и удельное сопротивление имеют пленки ZnO, полученные на AlN/(0001) Al2O3, которые обладали высоким структурным совершенством. Применение Au в качестве буферных слоев также приводит к повышению структурного совершенства эпитаксиальных пленок ZnO. Однако при этом наблюдается значительное снижение подвижности, связанное с рассеянием на атомах золота, внедренных в решетку ZnO, и уменьшение концентрации носителей.
В данной работе предложена методика формирования бинарных пленок AlN и ZnO неполярных и полуполярных ориентаций на сапфире термохимическим и термическим методами, а также выполнена их характеризация дифракционными и микроскопическими методами. Показано, что отжиг подложек сапфира с террасно-ступенчатой наноструктурой поверхности в восстановительной газовой среде при высокой температуре 1650 °С позволяет получать сплошные неполярные монокристаллическая пленка AlN с гексагональной структурой типа вюрцита. Приведены результаты постростового отжига (1200 °С) поликристаллической пленки ZnO толщиной около 1 мкм, нанесенной на поверхность темплейта (11 2 0) AlN/-Al2O3. Анализ полюсных фигур рентгеновской дифракции демонстрирует формирование в результате постростового отжига текстурированной полуполярной пленки 1011 ZnO. Такая методика формирования неполярных и полуполярных пленок AlN и ZnO может найти широкое применение в пьезоэлетронике и оптоэлектронике.
В работе проведено исследование влияния потоков атомов железа на формирование слоев графена на поверхности монокристаллов карбида кремния в процессе его вакуумной термодеструкции. Установлены скорости встречных потоков железа позволяющих формировать композитные графеновые слои различной структуры с внедренными атомами железа. Показано, что в отсутствие потоков железа в процессе вакуумной термодеструкции на поверхности карбида кремния формируется только многослойный графен (островки с линейными размерами 3–5 мкм) с разным содержанием дефектов.
Методами рентгеновской дифракции и магнитно-силовой микроскопии исследовались пленки системы Bi25FeO39-BFO на R-срезах сапфира. В нанокристаллах BFO наблюдался эффект обратного магнитоэлектрического переключения при приложении напряжения величиной ±10 В вдоль поверхности пленки. Величина магнитного момента нанокристаллов BFO, определенная в модели двух малых магнитов, была порядка 10-8–10-9 emu.
Современные технологические операции в микроэлектронике, интегральной фотонике, а также в современных биомедицинских исследованиях требуют прецизионных измерений геометрических и диэлектрических параметров наноразмерных слоёв. В некоторых случаях из-за специфики формирования нанометровых слоёв, заключающейся в островковом (кластерном) механизме роста на начальных стадиях, использование традиционных оптических методов не позволяет получить объективную информацию. Настоящая статья посвящена исследованию метода контроля параметров формирования кластерных нанометровых плёнок с помощью плазмонной спектроскопии.
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.
В работе исследовано влияние процесса термодеструкции в вакууме при температуре 1300 оС на электрофизические свойства кристаллов 6H-SiC. Исследованы температурные зависимости удельного сопротивления кристаллов 6H-SiC до и после обработки. Установлено, что удельное сопротивление кристаллов при этом возрастает многократно (в 300 раз). Показано, что в результате обработки на поверхности 6H-SiC формируются графеновые слои, а система n-SiC-графен представляет собой диод Шоттки.
- 1
- 2