RU2677266C2 - Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности gaas с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца - Google Patents

Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности gaas с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца Download PDF

Info

Publication number
RU2677266C2
RU2677266C2 RU2017107418A RU2017107418A RU2677266C2 RU 2677266 C2 RU2677266 C2 RU 2677266C2 RU 2017107418 A RU2017107418 A RU 2017107418A RU 2017107418 A RU2017107418 A RU 2017107418A RU 2677266 C2 RU2677266 C2 RU 2677266C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gaas
dielectric films
films
mno
thickness
Prior art date
Application number
RU2017107418A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017107418A (ru
RU2017107418A3 (ru
Inventor
Ирина Яковлевна Миттова
Борис Владимирович Сладкопевцев
Никита Николаевич Третьяков
Виктор Федорович Кострюков
Алексей Алексеевич Самсонов
Елена Викторовна Томина
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ")
Priority to RU2017107418A priority Critical patent/RU2677266C2/ru
Publication of RU2017107418A publication Critical patent/RU2017107418A/ru
Publication of RU2017107418A3 publication Critical patent/RU2017107418A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2677266C2 publication Critical patent/RU2677266C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Использование: для формирования диэлектрических пленок нанометровой толщины на поверхности полупроводников AB. Сущность изобретения заключается в том, что способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности GaAs с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца включает предварительную обработку пластин GaAs концентрированной плавиковой кислотой, промывание их дистиллированной водой, высушивание на воздухе, формирование слоя МnOтолщиной 30±1 нм, последующее термооксидирование при температуре от 450 до 550°С в течение 60 мин при скорости потока кислорода 30 л/ч, согласно изобретению, формирование слоя МnОпроизводят методом магнетронного распыления мишени в аргоновой атмосфере р~ 10Торр. Технический обеспечение возможности формирования наноразмерных структурированных диэлектрических пленок на поверхности GaAs со средним перепадом высот рельефа не более 25 нм, толщиной в пределах от 75 до 200 нм, удельным сопротивлением ~10Ом*см и диэлектрической прочностью ~7×10В/см. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области формирования диэлектрических пленок нанометровой толщины на поверхности полупроводников AIIIBV и может быть применено в технологии создания элементов электроники на поверхности полупроводников, а именно в высокочастотных полевых транзисторах и длинноволновых лазерах, в солнечных батареях, работающих в космосе, для создания структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).
Известно, что наиболее совершенные полупроводниковые гетероструктуры регулируемого состава могут быть синтезированы такими методами, как молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) и химическое парофазное осаждение (CVD). В работе [Beke S. A rewiew of the growth of V2O5 films from 1885 to 2010 / S. Beke // Thin solid films. - 2011. - Vol. 519. - P. 1761-1771] были синтезированы гладкие пленки, состоящие из оксидов ванадия (IV) и (V) наноразмерного диапазона толщины. В работе [n-VO2/p-GaN based nitride-oxide heterostructure with various thickness of VO2 layer grown by MBE / Minhuan Wang [et. al] // Applied Surface Science. - 2016. - V. 389. - P. 199-204] методом МЛЭ на подложке из нитрида галлия были синтезированы высококачественные пленки VO2 с прецизионно контролируемой толщиной, составом и морфологией поверхности. Данный подход имеет существенные недостатки: требуется использование дорогостоящего оборудования и высокочистых веществ и материалов, создание глубокого вакуума и т.д. Методы CVD достаточно широко применяются для нанесения оксидных пленок, например, в работе [The growth of thermochromic VO2 films on glass by atmospheric-pressure CVD: A comparative study of precursors, CVD methodology, and substrates / Dimitra Vernardou, Martyn E. Pemble, David W. Sheel // Chem. Vap. Deposition. - 2006. - Vol. 12. - P. 263-274] рассмотрены различные варианты формирования термохромных пленок диоксида ванадия с использованием различных прекурсоров. Недостатком данного метода является высокая токсичность используемых исходных соединений, а также сложность протекающих химических процессов.
Оксидирование (термическое, анодное, химическое и др.) полупроводников AIIIBV является еще одним подходом к формированию функциональных пленок на их поверхности. Согласно [Воздействие поверхностных наноразмерных слоев V2O5 на кинетику термооксидирования GaAs, состав и морфологию выращенных пленок / Е.В. Томина, Б.В. Сладкопевцев, И.Я. Mummoea, Л.С. Зеленина, А.И. Донцов, Н.Н. Третьяков, Ю.Н. Гудкова, Ю.А. Белашкова // Неорганические материалы. - 2015. - Т. 51, №11. - С. 1228-1232] пленки, выращенные в результате термического оксидирования GaAs с предварительно осажденными из аэрозоля слоями геля V2O5, имеют зеренную структуру со средней высотой рельефа, равной 57 нм. Недостаток данного метода заключается в сложности контроля конечного фазового состава сформированных пленок, что напрямую влияет на их электрофизические свойства.
Наиболее близкой работой является способ, взятый за прототип [Термическое окисление GaAs под воздействием композиций Sb2O3, Bi2O3, MnO, MnO2 и V2O5 с оксидами алюминия и иттрия / Т.В. Кожевникова, П.К. Пенской, В.Ф. Кострюков, И.Я. Миттова, Б.Л. Агапов, И.В. Кузнецова, С.В. Куцев // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2010. - Т. 12, №3. - С. 212-225], согласно которому на предварительно обработанной концентрированной плавиковой кислотой (49%) и промытой дистиллированной водой поверхности GaAs (111) в процессе термического оксидирования под воздействием композиций оксидов (Al2O3+MnO2) и (Y2O3+MnO2), вводимых в систему через газовую фазу, формировали пленки с толщиной в диапазоне от 40 до 200 нм. Установлено, что добавление инертного компонента Al2O3 к MnO2 ослабляет эффективность воздействия последнего на процесс роста пленок за счет интенсификации превращений в малоактивный по отношению к оксидированию GaAs оксид Mn3O4. Еще одним недостатком предложенного способа является использование композиции оксидов, вводимых непосредственно в процессе оксидирования (постоянное расходование хемостимулятора), что технологически усложняет процесс. Введение хемостимулятора через газовую фазу в процессе оксидирования AIIIBV, как правило, приводит к формированию полупроводниковых пленок с газочувствительными свойствами.
Задача данного изобретения заключается в разработке технически просто реализуемого способа создания на поверхности GaAs диэлектрических наноструктурированных пленок с использованием наноразмерного слоя хемостимулятора MnO2.
Технический результат настоящего изобретения заключается в формировании наноразмерных структурированных диэлектрических пленок на поверхности GaAs со средним перепадом высот рельефа не более 25 нм, толщиной в пределах от 75 до 200 нм, удельным сопротивлением ~1010 Ом*см и диэлектрической прочностью ~7×106 В/см, экономичным и экспрессным способом.
Технический результат достигается тем, что в способе создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности GaAs с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца, включающем предварительную обработку пластин GaAs концентрированной плавиковой кислотой, промывание их дистиллированной водой, высушивание на воздухе, формирование слоя MnO2 толщиной 30±1 нм, последующее термооксидирование при температуре от 450 до 550°С в течение 60 мин при скорости потока кислорода 30 л/ч, согласно изобретению, формирование слоя MnO2 производят методом магнетронного распыления мишени в аргоновой атмосфере pAr ~ 10-3 Торр.
На фиг. 1 приведена таблица 1 полученных значений качественных показателей синтезированных пленок в зависимости от температуры термического оксидирования.
На фиг. 2 представлено АСМ-изображение поверхности GaAs с магнетронно нанесенным MnO2 после термооксидирования при 500°С, область сканирования 5×5 мкм2.
На фиг. 3 в таблице 2 приведены параметры, описывающие шероховатость синтезированных пленок в процессе термооксидирования гетероструктур MnO2/GaAs по результатам обработки АСМ-изображения размером 5×5 мкм2.
На фиг. 4 представлено АСМ-изображение поверхности GaAs с магнетронно нанесенным MnO2 после термооксидирования при 530°С, область сканирования 5×5 мкм2
Способ реализуется следующим образом.
Пример 1.
Перед началом процесса магнетронного распыления поверхность полированных пластин GaAs обрабатывали концентрированной плавиковой кислотой (ω(HF)=49%) в течение 10 минут, после чего пластины промывались в дистиллированной воде и высушивались на воздухе. Обработка проводилась для удаления естественного оксидного слоя на поверхности и разного рода загрязнений.
Напыление слоя хемостимулятора MnO2 на поверхность GaAs толщиной равной 30±1 нм осуществляли методом магнетронного распыления мишени, спрессованной из порошка диоксида марганца (чистота 99,8%; диаметр 50 мм), в аргоновой атмосфере (рост ~ 10-6 Торр; pAr ~ 10-3 Торр; скорость вращения держателя подложки 30 об./мин.).
Термическое оксидирование гетероструктур MnO2/GaAs проводили в горизонтальном кварцевом реакторе диаметром 30 мм печи МТП-2М-50-500, предварительно разогретом до рабочей температуры равной 500°С. Постоянство температуры в реакторе обеспечивалось измерителем и регулятором ТРМ-10 (±1°С). Скорость потока кислорода составляла 30 л/ч.
На фиг. 2 представлено АСМ-изображение поверхности GaAs с магнетронно нанесенным MnO2 после термооксидирования. На фиг. 3 приведены параметры, описывающие шероховатость синтезированных пленок в процессе термооксидирования гетероструктур MnO2/GaAs по результатам обработки АСМ-изображения размером 5×5 мкм2. Электрофизические характеристики представлены на фиг. 1. Сформированные пленки характеризуются удельным сопротивлением 1×1010 Ом*см и диэлектрической прочностью 6,2×106 В/см.
Как следует из полученных результатов, сформированные пленки являются диэлектрическими с зеренной структурой и со средним перепадом высот рельефа равным 25 нм.
Пример 2. Способом, описанным в примере 1, получали диэлектрические пленки MnO2 на поверхности GaAs, увеличив температуру оксидирования до 530°С На фиг. 4 представлено АСМ-изображение поверхности GaAs с магнетронно нанесенным MnO2 после термооксидирования, область сканирования 5×5 мкм2. На фиг. 3 приведены параметры, описывающие шероховатость синтезированных пленок в процессе термооксидирования гетероструктур MnO2/GaAs по результатам обработки АСМ-изображения размером 5×5 мкм2. Электрофизические характеристики представлены на фиг. 1. Сформированные пленки характеризуются удельным сопротивлением 0,8×1010 Ом*см и диэлектрической прочностью 7,6×106 В/см.
Как следует из полученных результатов, сформированные пленки являются диэлектрическими с зеренной структурой и со средним перепадом высот рельефа равным 2 нм.

Claims (1)

  1. Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности GaAs с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца, включающий предварительную обработку пластин GaAs концентрированной плавиковой кислотой, промывание их дистиллированной водой, высушивание на воздухе, формирование слоя MnO2 толщиной 30±1 нм, последующее термооксидирование при температуре от 450 до 550°С в течение 60 мин при скорости потока кислорода 30 л/ч, отличающийся тем, что формирование слоя MnO2 производят методом магнетронного распыления мишени в атмосфере аргона при давлении порядка 10-3 Торр.
RU2017107418A 2017-03-06 2017-03-06 Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности gaas с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца RU2677266C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017107418A RU2677266C2 (ru) 2017-03-06 2017-03-06 Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности gaas с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017107418A RU2677266C2 (ru) 2017-03-06 2017-03-06 Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности gaas с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017107418A RU2017107418A (ru) 2018-09-13
RU2017107418A3 RU2017107418A3 (ru) 2018-09-13
RU2677266C2 true RU2677266C2 (ru) 2019-01-16

Family

ID=63639490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017107418A RU2677266C2 (ru) 2017-03-06 2017-03-06 Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности gaas с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677266C2 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101088607A (zh) * 2006-06-13 2007-12-19 攀枝花学院 一种用纳米钒材料制备高效钒催化剂工艺方法
US8207048B2 (en) * 2005-12-27 2012-06-26 Commissariat A L'energie Atomique Method for producing ordered nanostructures
RU2550316C1 (ru) * 2013-12-30 2015-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный унивреситет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") Способ создания наноразмерных наноструктурированных оксидных пленок на inp с использованием геля пентаоксида ванадия

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8207048B2 (en) * 2005-12-27 2012-06-26 Commissariat A L'energie Atomique Method for producing ordered nanostructures
CN101088607A (zh) * 2006-06-13 2007-12-19 攀枝花学院 一种用纳米钒材料制备高效钒催化剂工艺方法
RU2550316C1 (ru) * 2013-12-30 2015-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный унивреситет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") Способ создания наноразмерных наноструктурированных оксидных пленок на inp с использованием геля пентаоксида ванадия

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Н.Н. ТРЕТЬЯКОВ, И.Я. МИТТОВА, В.В. КОЗИК, Б.В. СЛАДКОПЕВЦЕВ, В.Ф. КОСТРЮКОВ, Ю.И. СТУДЕНИКИНА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ И ФАЗОВОГО СОСТАВА ПЛЕНОК, СИНТЕЗИРОВАННЫХ ХЕМОСТИМУЛИРОВАННЫМ ТЕРМООКСИДИРОВАНИЕМ InP ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КОМПОЗИЦИИ ОКСИДОВ V2O5 + MnO2 РАЗНОГО СОСТАВА, ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ, ФИЗИКА, Т. 57, N 7/2, стр. 186-191, 2014. Б.В. СЛАДКОПЕВЦЕВ, И.Я. МИТТОВА, Е.В. ТОМИНА, А.В. ЗАБОЛОТСКАЯ, А.А. САМСОНОВ, А.И. ДОНЦОВ, ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ И МЕХАНИЗМА ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК ПРИ ОКСИДИРОВАНИИ ГЕТЕРОСТРУКТУР V2O5/InP, СФОРМИРОВАННЫХ МЕТОДАМИ РЕАКТИВНОГО МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА ПРОВОДНИКА, ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ, ФИЗИКА, Т. 57, N 7/2, стр. 148-152, 2014. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017107418A (ru) 2018-09-13
RU2017107418A3 (ru) 2018-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yahia et al. Raman study of oriented ZnO thin films deposited by sol–gel method
Cross et al. A low temperature combination method for the production of ZnO nanowires
KR102243956B1 (ko) 챔버 코팅들
EP2899295B1 (fr) Procédé de réalisation par ALD d'une couche mince de formule MYx
Ionescu et al. Oxygen etching of thick MoS 2 films
Gao et al. ZnO nanorods/plates on Si substrate grown by low-temperature hydrothermal reaction
KR20140144222A (ko) 원자층 퇴적
Ghafouri et al. Photoluminescence investigation of crystalline undoped ZnO nanostructures constructed by RF sputtering
GB2615867A (en) A method of forming a graphene layer structure and a graphene substrate
Okimura et al. Epitaxial growth of V2O3 thin films on c-plane Al2O3 in reactive sputtering and its transformation to VO2 films by post annealing
JP6041346B2 (ja) グラフェン/SiC複合材料の製造方法及びそれにより得られるグラフェン/SiC複合材料
RU2677266C2 (ru) Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности gaas с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца
CN113013020A (zh) 一种基于厚度刻蚀的大面积超薄二维氮化物的生长方法
He et al. Structural and interfacial properties of high-k HfOxNy gate dielectric films
US20090091033A1 (en) Fabrication of metal oxide films
GB2605211A (en) A method of forming a graphene layer structure and a graphene substrate
JPWO2006137332A1 (ja) ダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法
RU2680668C1 (ru) СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ InP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКСИДА И ФОСФАТА МАРГАНЦА
RU2341847C1 (ru) Способ синтеза пленок карбида кремния на кремниевой подложке
JP5589310B2 (ja) 被膜形成物の製造方法
WO2019049876A1 (ja) エピタキシャルシリコン薄膜の製造に用いられるシリコン基板及びその製造方法
CN114806549B (zh) 一种磷掺杂增强硅纳米晶发光强度的方法
CN114651084B (zh) 层叠膜结构体和其制造方法
KR102713076B1 (ko) 산화규소막 형성방법
Dimitrov et al. Morphological features and optical properties of nanosized ZrO2 films prepared by sol-gel spin coating

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200307