Структура и электропроводность тонких пленок нитрида алюминия на кремнии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Пленки нитрида алюминия синтезированы с помощью метода реактивного магнетронного напыления на кремниевых подложках n-Si (100). Слои AlN толщиной от 2 до 150 нм получены с целью установления корреляции между строением пленок и их электропроводностью. С помощью электронной микроскопии установлено, что по мере удаления от поверхности подложки аморфное строение пленки переходило к нанокристаллическому. Пленки с толщинами до 20 нм имели высокую проводимость до 10 (Ом·см)–1, при увеличении толщины проводимость резко падала до 10–7 (Ом·см)–1. Предполагается, что высокая проводимость тонких слоев AlN обусловлена высокой плотностью границ зерен, встроенных в аморфную матрицу.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Н. В. Базлов

Санкт-Петербургский государственный университет; Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Author for correspondence.
Email: nikolay.bazlov@gmail.com
Russian Federation, г. Санкт-Петербург; г. Санкт-Петербург

О. Ф. Вывенко

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: nikolay.bazlov@gmail.com
Russian Federation, г. Санкт-Петербург

Н. В. Ниязова

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: nikolay.bazlov@gmail.com
Russian Federation, г. Санкт-Петербург

И. М. Котина

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: nikolay.bazlov@gmail.com
Russian Federation, г. Санкт-Петербург

М. В. Трушин

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: nikolay.bazlov@gmail.com
Russian Federation, г. Санкт-Петербург

А. С. Бондаренко

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: nikolay.bazlov@gmail.com
Russian Federation, г. Санкт-Петербург

References

  1. Иванов А.М., Строкан Н.Б., Котина И.М. и др. // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. № 10. С. 41.
  2. Иванов А.М., Котина И.М., Ласаков М.С. и др. // Физика и техника полупроводников. 2010. Т. 44. № 8. С. 1064.
  3. Hwan-Chul Lee, Guen-Hong Kimb, Soon-Ku Hong et al. // Thin Solid Films.1995. V. 261. P. 148.
  4. Oliveira I.C., Grigorov K.G., Maciel H.S. et al. // Vacuum. 2004. V. 75. P. 331. http://dx.doi.org/10.1016/j.vacuum.2004.04.001
  5. Tilo P. Drusedau, Jurgen Blasing // Thin Solid Films. 2000.V. 377–378. P. 27.
  6. Clement M., Iborra E., Sangrador J. et al. // J. Appl. Phys. 2003. V. 94. P. 1495. http://dx.doi.org/10.1063/1.1587267
  7. Signore M.A., Bellini E., Taurino A. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2013. V. 74. P. 1444. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpcs.2013.05.003
  8. Jae Hyoung Choi, Jeong Yong Lee, Jin Hyeok Kim // Thin Solid Films. 2001. V. 384. P. 166.
  9. Bing-Hwai Hwang, Chi-Shan Chen, Hong-Yang Lu, Tzu-Chien Hsu // Mater. Sci. Eng. A. 2002. V. 325. P. 380.
  10. Wen-Jen Liu, Shih-Jeh Wu, Chih-Min Chen et al. // J. Cryst. Growth. 2005. V. 276. P. 525. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.11.421
  11. Zhang J.X., Chen Y.Z., Cheng H. et al. // Thin Solid Films. 2005. V. 471. P. 336. http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2004.06.161
  12. Auner G.W., Jin F., Naik V.M., Naik R. // J. Appl. Phys. 1999. V. 85. P. 7879. https://doi.org/10.1063/1.370600
  13. Ishihara M., Li S.J., Yumoto H. et al. // Thin Solid Films. 1998. V. 316. P. 152.
  14. Adam T., Kolodzey J., Swann C.P. et al. // Appl. Surf. Sci. 2001. V. 175–176. P. 428.
  15. Iriarte G.F., Engelmark F., Katardjiev I.V. // J. Mater. Res. 2002. V. 17. № 6. P. 1469.
  16. Brien V., Pigeat P. // J. Cryst. Growth. 2007. V. 299. P. 189. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2006.10.238
  17. Yarar E., Hrkac V., Zamponi C. et al. // AIP Adv. 2016. V. 6. P. 075115. https://doi.org/10.1063/1.4959895
  18. Xiao-Hong Xu, Hai-Shun Wu, Cong-Jie Zhang, Zhi-HaoJin // Thin Solid Films. 2001. V. 388. P. 62.
  19. Liu H.Y., Tang G.S., Zeng F., Pan F. // J. Cryst. Growth. 2013. V. 363. P. 80. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2012.10.008
  20. Wen-Jen Liu, Shih-Jeh Wu, Chih-Min Chen et al. // J. Cryst. Growth. 2005. V. 276. P. 525. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.11.421
  21. Signore M.A., Taurino A., Valerini D. et al. // J. Alloys Compd. 2015. V. 649. P. 1267. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.05.289
  22. Fathimulla A., Lakhani A.A. // J. Appl. Phys. 1983. V. 54. P. 4586. http://dx.doi.org/10.1063/1.332661
  23. Elmazria O., Assouar M.B., Renard P., Alnot P. // Phys. Status. Solidi. A. 2003. V. 196. № 2. P. 416. http://dx.doi.org/10.1002/pssa.200306446
  24. Schmidt R., Mayrhofer P., Schmid U., Bittner A. // J. Appl. Phys. 2019. V. 125. P. 084501. https://doi.org/10.1063/1.5050181
  25. Powder Diffraction File, JCPDS International Centre for Diffraction Data. PA. 1998. https://www.icdd.com/pdfsearch/
  26. Corbin N.D. // J. Eur. Cer. Soc. 1989. V. 5. P. 143.
  27. Brien V., Pigeat P. // J. Cryst. Growth. 2008. V. 310. P. 3890. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2008.06.021
  28. Von Richthofen A., Domnick R. // Thin Solid Films. 1996. V. 283. P. 37.
  29. Vergara L., Clement M., Iborra E. et al. // Diam. Relat. Mater. 2004. V. 13. P. 839. http://dx.doi.org/10.1016/j.diamond.2003.10.063
  30. Slack G.A. // J. Phys. Chem. Solids. 1973. V. 34. P. 321.
  31. Slack G.A., Tanzilli R.A., Pohl R.O., Vandersande J.W. // J. Phys. Chem. Solids. V. 48. № 7. P. 641.
  32. Slack G.A., Schowalter L.J., Morelli D., Freitas Jr. J.A. // J. Cryst. Growth. 2002. V. 246. P. 287.
  33. Harris J.H., Youngman R.A., Teller R.G. // J. Mater. Res. 1990. V. 5. № 8. P. 1763. https://doi.org/10.1557/JMR.1990.1763
  34. Westwood A.D., Youngman R.A., McCartney M.R. et al. // J. Mater. Res. 1995. V. 10. № 5. P. 1270. https://doi.org/10.1557/JMR.1995.1270
  35. Westwood A.D., Youngman R.A., McCartney M.R. et al. // J. Mater. Res. 1995. V. 10. № 5. P. 1287. https://doi.org/10.1557/JMR.1995.1287
  36. Westwood A.D., Youngman R.A., McCartney M.R. et al. // J. Mater. Res. 1995. V. 10. № 10. P. 2573. https://doi.org/10.1557/JMR.1995.2573
  37. Matare H.F. // J. Appl. Phys. 1984. V. 56. P. 2605. https://doi.org/10.1063/1.333793
  38. Matare H.F. // J. Appl. Phys. 1986. V. 59. P. 97. https://doi.org/10.1063/1.336846
  39. Fiegl B., Kuhnett R., Ben-Chorin M., Koch F. // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 65. P. 371. https://doi.org/10.1063/1.112379
  40. Yanev V., Rommel M., Lemberger M. et al. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 252910. https://doi.org/10.1063/1.2953068

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM images of AlN films grown by the RMN method on n-Si (001) substrates. Films with a thickness of 2 (a) and 6 nm (b) are solid amorphous with nanocrystalline inclusions. Films with a thickness of 38 (b) and 150 nm (g) are nanocrystalline with a columnar texture.

Download (40KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. A transverse image of a sample with an AlN film 120 nm thick, obtained using a TEM on a 50 nm thick lamella. The accelerating voltage is 200 kV. Dotted lines highlight: amorphous layer I, located at the surface of the substrate, transition layer II with amorphous and nanocrystalline phases, and nanocrystalline layer III (a). The electron diffraction pattern obtained on the lamella. The light disk in the central part is associated with the presence of an amorphous phase in the film. The numbers 1-6 indicate concentric circles with diffraction maxima due to reflection from families of crystallographic planes. Diffraction maxima caused by the silicon substrate are observed in the lower left corner of Figure (b).

Download (49KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Direct branches of the BACH structures Au–AlN–(n-Si). The thickness of the AlN film (in nm) is indicated next to the corresponding curves. The temperature is 294 K.

Download (19KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Voltage dependences of conductivity for Au–AlN–(n-Si) structures with different thicknesses of AlN films, calculated from the straight branches of the VAC.

Download (18KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the value of the specific conductivity on the thickness of the sprayed AlN films. The temperature is 294 K. The regions I, II, III corresponding to the layers in Fig. 2a are shown. The dotted lines show the course of the dependence σ(h) at thicknesses less than and greater than 20 nm.

Download (14KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences