RU2680668C1 - СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ InP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКСИДА И ФОСФАТА МАРГАНЦА - Google Patents

СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ InP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКСИДА И ФОСФАТА МАРГАНЦА Download PDF

Info

Publication number
RU2680668C1
RU2680668C1 RU2018108820A RU2018108820A RU2680668C1 RU 2680668 C1 RU2680668 C1 RU 2680668C1 RU 2018108820 A RU2018108820 A RU 2018108820A RU 2018108820 A RU2018108820 A RU 2018108820A RU 2680668 C1 RU2680668 C1 RU 2680668C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inp
dielectric films
films
formation
nanoscale dielectric
Prior art date
Application number
RU2018108820A
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Владимирович Сладкопевцев
Ирина Яковлевна Миттова
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 RU2018108820A priority Critical patent/RU2680668C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2680668C1 publication Critical patent/RU2680668C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Использование: для формирования наноразмерных диэлектрических пленок. Сущность изобретения заключается в том, что способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности InP включает предварительную обработку полированных пластин InP травителем HSO:HOHO=2:1:1 в течение 10-12 мин, многократное промывание в бидистиллированной воде, высушивание на воздухе, формирование на поверхности пластин InP слоя MnOтолщиной 25-30 нм методом магнетронного распыления мишени, термооксидирование образцов при температуре 450-550°С в течение 40-70 мин в потоке кислорода в присутствии фосфата марганца Mn(PO). Технический результат: обеспечение возможности формирования наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности InP с толщиной в пределах 70-110 нм и удельным сопротивлением от 4,8⋅10до 1,5⋅10Ом⋅см. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области формирования наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности полупроводников группы AIIIBV и может быть использовано в полупроводниковой микроэлектронике, в частности, для создания МДП-структур (металл - диэлектрик - полупроводник).
Известно, что формирование диэлектрических пленок на полупроводниках группы AIIIBV возможно при использовании физических методов осаждения (методы магнетронного распыления, электронно-лучевого испарения и т.д.) и химических процессов, протекающих на поверхности полупроводника (термическое, анодное, плазменное оксидирование и т.д.). В работе [Агаев В.В. Влияние диэлектрической пленки SrF2 на люминесцентные свойства n-InP / В.В. Агаев, В.А. Созаев, Г.И. Яблочкина //Журнал технической физики. - 2004. - Т. 74, №11. - С. 141-142] на поверхности пленок фосфида индия методом вакуумного испарения осаждались диэлектрические пленки SrF2, являющиеся эффективным защитным покрытием для InP. В работе [Effects of fluorine incorporation on the electrical properties of atomic-layer-deposited Al2O3 gate dielectric on InP substrate / Chen Y. Т., H. Zhao, J. H. Yum, Y. Wang, F. Xue, F. Zhou, J.C. Lee // Journal of the electrochemical society. -2010. - Vol. 157, No. 3. - P. G71-G75] на поверхность p-InP были осаждены диэлектрические слои оксида алюминия методом атомно-слоевого осаждения с последующим внедрением фтора, что позволило значительно улучшить электрофизические характеристики сформированных гетероструктур. Метод электронно-лучевого испарения при сравнительно низких температурах (до 200°С) позволяет осаждать на поверхность InP диэлектрические пленки оксида магния, как указано в работе [Kim Т.W. Microstructural and electrical properties of MgO thin films grown on p-InP (100) substrates at low temperature / T.W. Kim, Y.S. You, T.W. Kim // Applied surface science. - 2001. - Vol. 180, No. 1-2. -P. 162-167].
Термическое оксидирование является одним из самых простых методов синтеза пленок разнообразных оксидов. Термооксидирование полупроводников группы AIIIBV, в отличие от аналогичного процесса на кремнии, приводит к созданию пленок с неудовлетворительными электрофизическими характеристиками, несовершенными внутренними границами раздела, является нетехнологичным с точки зрения длительности процесса формирования. Хемостимулированное термооксидирование фосфида индия позволяет решать эту проблему за счет блокирования отрицательного канала связи между реакциями покомпонентного окисления при собственном термооксидировании полупроводников, ускорения формирования пленок в сравнении с процессом собственного оксидирования (в том числе и за счет разветвления посредством продуктов превращения), целенаправленного изменения состава пленок, его компонентного и фазового распределения по толщине пленки, снижения рабочих параметров процесса и предотвращения деградации; пленок [Миттова И.Я. Влияние физико-химической природы хемостимулятора, способа и метода его введения в систему на механизм термооксидирования GaAs и InP / И.Я. Миттова // Неорганические материалы. - 2014. - Т. 50, №9. - С. 948-955].
Наиболее близкой работой является способ, взятый за прототип [Влияние магнетронно напыленного слоя MnO2 на кинетику термооксидирования InP, состав и морфологию синтезированных пленок/ Н.Н. Третьяков, И.Я. Миттова, Б.В. Сладкопевцев, А.А. Самсонов, С.Ю. Андреенко // Неорганические материалы. - 2017. - Т. 53, №1. - С. 41-48], согласно которому на предварительно обработанные полирующим травителем состава H2SO4 (ХЧ ГОСТ-4204-77,92.80 %-ная): H2O2(ОСЧ ТУ 6-02-570-750, 56%-ная): H2O=2: 1: 1 в течение 10 мин и многократно промытые в бидистиллированной воде полированные пластины InP (ФИЭ-1А ориентации (100), легированные оловом),, методом магнетронного распыления наносили слои MnO2 толщиной около 30 нм. Далее сформированные образцы MnO2/InP термооксидировали, в результате чего на поверхности полупроводника были синтезированы пленку сложного состава, характеризующиеся зеренной структурой со средним размером зерна 55 нм (АСМ).
Положительный эффект введения MnO2 состоит в увеличении темпа прироста толщины пленок по сравнению с собственным оксидированием и быстром химическом связывании индия с блокированием его диффузии в пленку. Недостатком предложенного способа является повышенное содержание оксидов, в частности, оксида индия, обусловливающее полупроводниковый, а не диэлектрический характер формирующихся пленок.
Задача данного изобретения заключается в разработке способа создания на поверхности InP диэлектрических наноразмерных пленок с использованием наноразмерного слоя MnO2 при сохранении технологичности и простоты метода.
Технический результат настоящего изобретения заключается в формировании наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности InP с толщиной в пределах 70-110 нм и удельным сопротивлением от 4,8⋅108 до 1,5-1010 Ом⋅см.
Технический результат достигается тем, что в способе создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности InP с использованием магнетронно нанесенного слоя MnO2 и вводимого в процессе термооксидирования фосфата марганца проводят предварительную обработку полупроводника травителем в течение 10-12 минут, многократное промывание в бидистиллированной воде и высушивание на воздухе, формирование слоя MnO2 толщиной 25-30 нм методом магнетронного распыления мишени из прессованного порошка диоксида марганца, а согласно изобретению, последующее термооксидирование образцов MnO2/InP проводят при температурах 450-550°С в течение 40-70 мин. в потоке кислорода в присутствии фосфата марганца Mn3(PO4)2, испаряющегося из контейнера.
На фиг. 1 приведена таблица значений относительного увеличения толщины оксидной пленки при термическом оксидировании образцов MnO2/InP под воздействием вводимого через газовую фазу Mn3(PO4)2 в различных режимах: а) в сравнении с эталоном InP; б) в сравнении с образцом MnO2/InP
На фиг. 2 приведены ИК-спектры поглощения образцов MnO2/InP, оксидированных под воздействием вводимого из газовой фазы Mn3(PO4)2, после термооксидирования при 500°С в течение 60 минут.
На фиг. 3 приведены данные об идентифицированных фазах (метод рентгенофазового анализа, РФА) в образцах MnO2/InP, оксидированных под воздействием вводимого из газовой фазы Mn3(PO4)2, при различных температурах за время 60 мин.
На фиг. 4 приведена таблица значений удельных сопротивлений образцов, синтезированных термооксидированием при различных температурных режимах.
Способ реализуется следующим образом.
Пример 1.
Перед магнетронным нанесением наноразмерных слоев диоксида марганца для удаления естественного оксидного слоя и разного рода загрязнений поверхность полированных пластин InP обрабатывали травителем состава H2SO4 (ХЧ ГОСТ-4204-77, 92.80%-ная): H2O2(ОСЧ ТУ 6-02-570-750, 56%-ная): H2O=2: 1: 1 в течение 12 минут, после этого пластины трижды промывали в бидистиллированной воде и высушивали на воздухе.
Нанесение наноразмерного слоя хемостимулятора MnO2 на предварительно подготовленную поверхность InP проводили методом магнетронного распыления мишени, спрессованной из порошка диоксида марганца (диаметр мишени 50 мм, чистота - 99,8%, скорость распыления составляла ~2 нм/мин, время - 15 мин), в атмосфере аргона (давление процессного газа - 10⋅10-3 Torr).
Далее навеску порошка Mn3 (PO4)2(m=0.3 г) помещали в цилиндрический кварцевый контейнер (до отметки на этом контейнере), крышкой которого служила пластина оксидируемого InP с магнетронно нанесенным слоем MnO2. Расстояние от поверхности порошка фосфата марганца до рабочей стороны пластины было постоянным и составляло 10 мм. Контейнер устанавливали в предварительно разогретую до 450°С печь резистивного нагрева (МТП-2М-50-500), в которую через шлиф подавали поток кислорода с объемной скоростью 30 л/ч. Постоянство температуры в реакторе обеспечивали измерителем-регулятором ТРМ-10 (точность регулировки ±1°С). Через каждые 10 минут оксидируемый образец извлекали из реактора, обновляли навеску модификатора и продолжали оксидирование до достижения общего времени процесса, равного 60 минутам. Толщину растущих пленок контролировали методом лазерной эллипсометрии, для указанных условий термооксидирования толщина получившейся в итоге пленки составила 70±1 нм.
Как следует из таблицы на фиг. 1, предлагаемый способ значительно интенсифицирует процесс роста пленок как по сравнению с оксидированием чистого InP, так и по сравнению с оксидированием фосфида индия в присутствии только магнетронно нанесенных слоев MnO2. Данные ИК-спектроскопии и РФА (фиг. 2 и 3) свидетельствуют о том, что в полученных пленках практически отсутствуют свободные оксиды индия и марганца и Имеет место широкий ряд фосфатов индия и марганца, что приводит к формированию именно диэлектрических пленок. На фиг. 4 приведены данные об удельном сопротивлении, для указанного режима формирования оно составляет 2,1⋅109 Ом⋅см. Как следует из полученных результатов, сформированные предлагаемым способом пленки являются диэлектрическими.
Пример 2. Способом, описанным в примере 1, увеличив температуру оксидирования до 500°С, получали диэлектрические пленки на поверхности InP. На фиг. 4 представлены данные удельного сопротивления пленок, для указанного режима оксидирования оно составляет максимальное для всего температурного интервала значение 1,5⋅1010 Ом⋅см. Для указанных условий термооксидирования толщина получившейся в итоге пленки составила 84±1 нм (по данным лазерной эллипсометрии).

Claims (1)

  1. Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности InP, включающий предварительную обработку полированных пластин InP травителем Н242O22О=2:1:1 в течение 10-12 мин, многократное промывание в бидистиллированной воде, высушивание на воздухе, формирование на поверхности пластин InP слоя МnО2 толщиной 25-30 нм методом магнетронного распыления мишени, термооксидирование образцов при температуре 450-550°С в течение 40-70 мин в потоке кислорода, отличающийся тем, что в процессе термооксидирования через газовую фазу дополнительно вводится фосфат марганца.
RU2018108820A 2018-03-12 2018-03-12 СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ InP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКСИДА И ФОСФАТА МАРГАНЦА RU2680668C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018108820A RU2680668C1 (ru) 2018-03-12 2018-03-12 СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ InP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКСИДА И ФОСФАТА МАРГАНЦА

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018108820A RU2680668C1 (ru) 2018-03-12 2018-03-12 СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ InP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКСИДА И ФОСФАТА МАРГАНЦА

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2680668C1 true RU2680668C1 (ru) 2019-02-25

Family

ID=65479403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018108820A RU2680668C1 (ru) 2018-03-12 2018-03-12 СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ InP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКСИДА И ФОСФАТА МАРГАНЦА

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2680668C1 (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
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
RU2632261C2 (ru) * 2015-12-17 2017-10-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО ВГУ) Способ прецизионного легирования тонких пленок на поверхности InP

Patent 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
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
RU2632261C2 (ru) * 2015-12-17 2017-10-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО ВГУ) Способ прецизионного легирования тонких пленок на поверхности InP

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Н.Н. Третьяков, Б.В. Сладкопевцев, С.В. Мироненко, В.А. Щедрина, А.А. Самсонов, Е.В. Томина, И.Я. Миттова. ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ ГЕТЕРОСТРУКТУР NiO /InP В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМА ТЕРМООКСИДИРОВАНИЯ, ЭКОЛОГОБЕЗОПАСНЫЕ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ, Материалы II Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием, Улан-Удэ, 15-17 мая 2014. Т *
Н.Н. Третьяков, Б.В. Сладкопевцев, С.В. Мироненко, В.А. Щедрина, А.А. Самсонов, Е.В. Томина, И.Я. Миттова. ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ ГЕТЕРОСТРУКТУР NiO /InP В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМА ТЕРМООКСИДИРОВАНИЯ, ЭКОЛОГОБЕЗОПАСНЫЕ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ, Материалы II Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием, Улан-Удэ, 15-17 мая 2014. Томина Елена Викторовна, ХЕМОСТИМУЛИРОВАННОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ GaAs И InP ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ d-МЕТАЛЛОВ (Ni, Co, V), ИХ ОКСИДОВ И КОМПОЗИЦИЙ ОКСИДОВ, ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ, Воронеж, 2016. *
омина Елена Викторовна, ХЕМОСТИМУЛИРОВАННОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ GaAs И InP ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ d-МЕТАЛЛОВ (Ni, Co, V), ИХ ОКСИДОВ И КОМПОЗИЦИЙ ОКСИДОВ, ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ, Воронеж, 2016. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Straňák et al. Formation of TiOx films produced by high-power pulsed magnetron sputtering
Eufinger et al. Photocatalytic activity of dc magnetron sputter deposited amorphous TiO2 thin films
US6541079B1 (en) Engineered high dielectric constant oxide and oxynitride heterostructure gate dielectrics by an atomic beam deposition technique
Fan et al. δ-Bi2O3 thin films prepared by reactive sputtering: Fabrication and characterization
US8864957B2 (en) Vanadium oxide thin films
Zhang et al. Evolution of Si suboxides into Si nanocrystals during rapid thermal annealing as revealed by XPS and Raman studies
Chen et al. Characterization of transparent conductive delafossite-CuCr1− xO2 films
Soto et al. Growth of SiC and SiC x N y films by pulsed laser ablation of SiC in Ar and N 2 environments
Badillo-Ávila et al. Cu2O thin films obtained from sol-gel cuo films using a simple argon/dry-air microwave plasma
Yu et al. Structure, composition and properties of p-type CuCrO2 thin films
Chopade et al. RF plasma MOCVD of Y2O3 thin films: Effect of RF self-bias on the substrates during deposition
RU2680668C1 (ru) СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК НА ПОВЕРХНОСТИ InP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКСИДА И ФОСФАТА МАРГАНЦА
Chang et al. Plasma oxidation of aluminum film on GaAs—A study by Auger spectroscopy and transmission electron microscopy
Labidi et al. Synthesis of pure Cu2O thin layers controlled by in-situ conductivity measurements
Varanasi et al. Large area Ba1− xSrxTiO3 thin films for microwave applications deposited by pulsed laser ablation
Khemasiri et al. Crucial role of reactive pulse-gas on a sputtered Zn 3 N 2 thin film formation
Vo et al. Control of growth mode and crystallinity of aluminium-doped zinc oxide thin film at room temperature by self-assembled monolayer assisted modulation on substrate surface energy
US20090091033A1 (en) Fabrication of metal oxide films
RU2436727C2 (ru) Способ получения нанокристаллических пленок рутила
Zuo et al. Interface reactions of Ag@ TiO2 nanocomposite films
Dai et al. Epitaxial growth of rutile films on Si (100) substrates by thermal oxidation of evaporated titanium films in argon flux
Matveev et al. Synthesis of MgB2 films in Mg vapour flow and their characterization
RU2677266C2 (ru) Способ создания наноразмерных диэлектрических пленок на поверхности gaas с использованием магнетронно сформированного слоя диоксида марганца
Jun et al. P-type ZnO thin films prepared by in situ oxidation of DC sputtered Zn3N2: Ga
Kreutz et al. PLD of perovskite coatings for optoelectronics, microelectronics, and microtechnology