Оптические и фотолюминесцентные свойства пленок Si. Cx.

Оптические и фотолюминесцентные свойства пленок Si. Cx. Ny. Oz, полученных из смесей тетраметилдисилазана с азотом и кислородом. Плеханов А. Г. ИНХ СО РАН, просп. Акад. Лаврентьева, 3, Новосибирск, 630090 e-mail: plehanov@niic. nsc. ru

Эксперимент зона роста пленок r. f. плазма с дополнительным зона термическим возбуждения нагревом дополнительные продукты реагенты реакции (He, N 2 , O 2 ) 1, 1, 3, 3 -тетраметилдисилазан ловушка [(CH 3)2 Si. H]2 NH с жидким N 2 откачка Si: C: N=2: 4: 1 ТМДС Pобщее = 7 x 10 -2 Торр, Pостат. = 5 x 10 -3 Торр, Tроста=373 -973 K Исходные газовые смеси: ТМДС +O 2+ N 2 ТМДС+O 2+ 3 N 2 ТМДС+O 2+ 4 N 2 РO 2/РТМДС=0, 28 РO 2/РТМДС=0, 25 РO 2/РТМДС=0, 21 РN 2/РO 2 =1, 2 РN 2/РO 2 =3, 0 РN 2/РO 2 =4, 08 РN 2/РТМДС =0, 35 РN 2/РТМДС =0, 75 РN 2/РТМДС =0, 82 Подложки: плавленый кварц, Si(100), Ge(111)

373 K 973 K ТМДС+O 2+N 2 ТМДС+O 2+3 N 2 -1 Коэфф. абсорб. x 10 см Si-O 6 , 3 Si-O-C 5 4 3 ТМДС+O 2+4 N 2 C-HSi-CH 3 Si-N 2 Si-C N-H C-C Si-H 1 C-H 0 - 0 1000 2000 3000 4000 -1 Волновое число, см Эволюция ИК-спектров пленок Si. Cx. Ny. Oz: H, выращенных из исходных газовых смесей ТМДС+O 2+x. N 2, с температурой синтеза

Оценка содержания типов химических связей в составе основной полосы ИК – спектров пленок Si. Cx. Ny. Oz: H в зависимости от температуры синтеза и состава исходной газовой смеси

Рис. 4. Эволюция содержания водородсодержащих связей – а) и показателя преломления – б) пленок Si. Cx. Ny. Oz: H с ростом температуры синтеза и состава исходной газовой смеси

Эволюция элементного состава пленок Si. Cx. Ny. Oz: H, выращенных из исходных газовых смесей общего состава ТМДС+O 2+x. N 2 при трех соотношениях PO 2/PТМДС, от температуры синтеза.

Зависимость атомного состава пленок Si. Cx. Ny. Oz: H, от химического состава исходных газовых смесей и температуры синтеза.

Оптические спектры эмиссии газовых смесях ТМДС с кислородом и азотом во время горения ВЧ-плазмы

ТМДС+O 2+N 2 ТМДС+O 2+3 N 2 ТМДС+O 2+4 N 2 КРС-спектры пленок Si. Cx. Ny. Oz: H, полученных из газовых смесей ТМДС+O 2+x. N 2 при температуре 773 K

РЭМ изображения поверхности пленок Si. Cx. Ny. Oz: H, полученных из газовой смеси ТМДС+O 2 +N 2 373 K 973 K 10

ТМДС+O 2+N 2 ТМДС+O 2+3 N 2 ТМДС+O 2+4 N 2 Зависимость коэффициента оптического пропускания пленок, выращенных из исходных газовых смесей ТМДС+O 2+x. N 2 от температуры синтеза

Зависимость ширины запрещенной зоны пленок Si. Cx. Ny. Oz: H от химического состава исходных газовых смесей и температуры синтеза

3 120 Интенсивность x 10 3 Интенсивность x 10 2 80 2 70 100 1 - 873 K, ТМДС+He 60 1 - 673 K, ТМДС +He 80 2 - 873 K, ТМДС+O +4 N 2 2 2 - 673 K, ТМДС +O 2+4 N 2 50 60 40 30 40 20 10 1 0 400 450 500 550 600 650 Длина волны (нм) 3 Интенсивность x 10 2 1 - 473 K, ТМДС +He 800 2 - 473 K, ТМДС +O 2+4 N 2 600 400 200 1 0 400 450 500 550 600 650 Длина волны (нм) Спектры фотолюминесценции пленок Si. Cx. Ny. Oz: H

Дифракционные картины пленок Si. Cx. Ny (а, б) и Si. Cx. Ny. Oz: H (в, г), выращенных при 973 K из газовых смесей ТМДС+He (а, б) и ТМДС+ O 2+4 N 2 (в, г), соответственно. Увеличенные пики (б, г) б) в) г) Размер нанокристаллов 30 -100 нм α-Si 3 -x. Cx. N 4, где x=0, 1, 2, 3 14

Выводы Разработан метод получения высокопрозрачных в УФ, видимой и ИК областях спектра пленок Si. C x N y O z : H с широкой областью химического состава плазмохимическим разложением 1, 1, 3, 3 -тетраметилдисилазана в газовых смесях с азотом и кислородом в температурном интервале 373 - 973 K. Широкая вариация химического состава пленок оксикарбонитрида кремния позволяет получить пленки с широким диапазоном физико- химических и функциональных свойств, таких как: • показатель преломления в диапазоне от 1. 45 до 2. 15; • прозрачность в диапазоне (T ~92 - 99. 7%) в УФ, видимой и ИК областях спектра; • "перестраиваемые" характеристики ширины запрещенной зоны (3. 5 - 5. 4 э. В); Пленки оксикарбонитрида кремния обладают сильными фотолюминесцентными свойствами.

Спасибо за внимание