Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния
Определена стабильность во времени потенциала поверхности кристаллов кремния после их модификации, выявлена зависимость механизма взаимодействия атомарного водорода с кристаллами от их параметров....
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Datum: | 2006 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2006
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52976 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния / Е.Л. Жавжаров, В.М. Матюшин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 61-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859556360326217728 |
|---|---|
| author | Жавжаров, Е.Л. Матюшин, В.М. |
| author_facet | Жавжаров, Е.Л. Матюшин, В.М. |
| citation_txt | Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния / Е.Л. Жавжаров, В.М. Матюшин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 61-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Определена стабильность во времени потенциала поверхности кристаллов кремния после их модификации, выявлена зависимость механизма взаимодействия атомарного водорода с кристаллами от их параметров.
|
| first_indexed | 2025-11-26T12:31:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4
61
ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
13.04 2006 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. Â. Å. ÊÓÒÍÈÉ
(ÍÍÖ "ÕÔÒÈ", ã. Õàðüêîâ)
Îïðåäåëåíà ñòàáèëüíîñòü âî âðåìåíè
ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëîâ
êðåìíèÿ ïîñëå èõ ìîäèôèêàöèè, âûÿâëå-
íà çàâèñèìîñòü ìåõàíèçìà âçàèìîäåé-
ñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ êðèñòàë-
ëàìè îò èõ ïàðàìåòðîâ.
Ðàçâèòèå ñîâðåìåííîé íàóêè è òåõíèêè íåðàçðûâ-
íî ñâÿçàíî ñ ïåðåõîäîì ê íàíîýëåêòðîíèêå, ÷òî îáóñ-
ëàâëèâàåò óìåíüøåíèå ðàçìåðîâ ýëåìåíòîâ äî ñóá-
ìèêðîííûõ. Ýòî ïðèâîäèò è ê óñèëåíèþ ðîëè ïîâåðõ-
íîñòè ïðèìåíÿåìûõ ìàòåðèàëîâ, è ê ïîûøåíèþ òðå-
áîâàíèé ê ïîâåðõíîñòè.
Îñîáûé èíòåðåñ âûçûâàþò ñòðóêòóðû, îáðàçîâàí-
íûå ðàçíîðîäíûìè ìàòåðèàëàìè, íàïðèìåð ìåòàëëîì
è ïîëóïðîâîäíèêîì. Ýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà òàêèõ
ãåòåðîñèñòåì çàâèñÿò îò ñîñòîÿíèÿ êîíòàêòèðóþùåé
ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëîâ, à çíà÷èò, è îò ñðåäû, ñ êî-
òîðîé âçàèìîäåéñòâîâàëà ïîâåðõíîñòü â ïðîöåññå
èçãîòîâëåíèÿ ñòðóêòóðû.
Ê òàêèì ñðåäàì îòíîñèòñÿ è âîäîðîä, êîòîðûé íå
òîëüêî ÿâëÿåòñÿ ôîíîâîé ïðèìåñüþ, ïîñòîÿííî êîí-
òàêòèðóþùåé ñ ïîâåðõíîñòüþ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ
êðèñòàëëîâ, íî è àêòèâíîé òåõíîëîãè÷åñêîé ñðåäîé,
èñïîëüçóåìîé äëÿ ìîäèôèêàöèè òåõ èëè èíûõ ñâîéñòâ
ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà. Â ñâÿçè ñ ýòèì ñòàíîâèòñÿ
âàæíûì èçó÷åíèå âëèÿíèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà íà
ïàðàìåòðû ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà êàê ÷àñòè
áóäóùåé èíòåãðàëüíîé ñõåìû â óñëîâèÿõ, ïðè êîòî-
ðûõ ïðîâîäèòñÿ ìîäèôèêàöèÿ ãåòåðîãðàíèöû "ìåòàëë�
ïîëóïðîâîäíèê".
Äàííàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà èçó÷åíèþ ïðîöåññîâ
âçàèìîäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ ìîíîêðèñ-
òàëëàìè êðåìíèÿ.
Ìåòîäèêà ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà
Èññëåäîâàëèñü êðèñòàëëû êðåìíèÿ n-òèïà, ëåãè-
ðîâàííûå ôîñôîðîì, ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì
0,3 Îì·ñì, îðèåíòàöèåé (100); êðèñòàëëû êðåìíèÿ p-
òèïà, ëåãèðîâàííûå áîðîì, ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëå-
íèåì 1,0 Îì·ñì, îðèåíòàöèåé (111); êðèñòàëëû êðåì-
íèÿ n-òèïà, ëåãèðîâàííûå ôîñôîðîì, ñ óäåëüíûì ñî-
ïðîòèâëåíèåì 10 Îì·ñì è îðèåíòàöèåé (100) è (111).
Ïîâåðõíîñòü êðèñòàëëîâ � õèìè÷åñêè ïîëèðîâàííàÿ.
Ïðîâåäåíî òðè âàðèàíòà èññëåäîâàíèé. Ïåðâûé
âàðèàíò: âëèÿíèþ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ïîäâåðãàëèñü
êðèñòàëëû êðåìíèÿ ñî ñëîåì ñîñòàðåííîãî ïðèðîä-
íîãî îêèñëà. Âòîðîé âàðèàíò: ïåðåä îáðàáîòêîé â Í
îáðàçöû êðèñòàëëîâ ïîäâåðãàëèñü î÷èñòêå îò îêèñëà
ïóòåì õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ â HF ñ ïîñëåäóþùåé
êðàòêîâðåìåííîé ïðîìûâêîé â äåèîíèçîâàííîé âîäå.
Òîëùèíà îêèñëà îöåíèâàëàñü ýëëèïñîìåòðè÷åñêèì
ìåòîäîì è ñîñòàâëÿëà 3�4 íì äëÿ ñîñòàðåííîãî
îêèñëà è ïðèìåðíî 1 íì äëÿ ñâåæåïðîòðàâëåííîé ïî-
âåðõíîñòè. Òðåòèé âàðèàíò: îïðåäåëÿëîñü âëèÿíèå
îáðàáîòêè â Í ñâåæåïðîòðàâëåííîé ïîâåðõíîñòè
êðåìíèÿ íà ïàðàìåòðû èçãîòîâëåííûõ èç íèõ ñòðóê-
òóð "ìåòàëë�ïîëóïðîâîäíèê". Îïûòíûå îáðàçöû ïîä-
âåðãàëèñü òðàâëåíèþ â HF, ïîñëå ÷åãî ÷àñòü êðèñ-
òàëëà îáðàáàòûâàëàñü àòîìàðíûì âîäîðîäîì. Ïóòåì
òåðìè÷åñêîãî èñïàðåíèÿ â âàêóóìå ÷åðåç ìàñêó ïðî-
âîäèëîñü íàíåñåíèå îäíîãî èç êîíòàêòîâ � ïëåíêè
íèêåëÿ. Äëÿ ñîçäàíèÿ âòîðîãî ýëåêòðè÷åñêîãî êîí-
òàêòà ñ îáðàòíîé ñòîðîíû íà âñþ ïëîùàäü ìåõàíè-
÷åñêè âòèðàëàñü ïàñòà ãàëëèÿ. ÂÀÕ ñòðóêòóð "ìåòàëë�
ïîëóïðîâîäíèê" èññëåäîâàëèñü íà ïðîìûøëåííî èç-
ãîòîâëåííîé àâòîìàòèçèðîâàííîé óñòàíîâêå.
Àòîìàðíûé âîäîðîä ïîëó÷àëè ïóòåì äèññîöèàöèè
ìîëåêóëÿðíîãî âîäîðîäà â âûñîêî÷àñòîòíîé ïëàçìå.
Ìîëåêóëÿðíûé âîäîðîä âûäåëÿëñÿ èç ðàñòâîðà KOH
(20%) â äèñòèëëèðîâàííîé âîäå ïóòåì ýëåêòðîëèçà.
Äàëåå âîäîðîä ïðîïóñêàëñÿ ÷åðåç ôîðáàëëîí äëÿ
óëàâëèâàíèÿ êàïåëü KOH, îñóøèòåëüíûé ñòîëáèê,
çàïîëíåííûé ãðàíóëèðîâàííîé ùåëî÷üþ KOH, è ïî-
ñòóïàë â ðàáî÷óþ êàìåðó. Êîíöåíòðàöèÿ àòîìîâ âî-
äîðîäà èçìåðÿëàñü êàëîðèìåòðè÷åñêèì ìåòîäîì è
ñîñòàâëÿëà ïðèìåðíî 1019 ì�3 ïðè äàâëåíèè â ðàáî-
÷åé êàìåðå 20 Ïà.
Èñïîëüçîâàíèå ìàãíèòíîé ëîâóøêè è ðàñïîëîæå-
íèå èññëåäóåìûõ îáðàçöîâ â êàìåðå íà ðàññòîÿíèè
25 ñì îò îáëàñòè ðàçðÿäà ïîçâîëèëî èñêëþ÷èòü ïîïà-
äàíèå ðàäèêàëîâ ãèäðîêñèëà è èîíîâ âîäîðîäà íà îá-
ðàçöû [1]. Òàêèì îáðàçîì, íàä ïîâåðõíîñòüþ îáðàç-
öîâ íàõîäèëàñü àòîìàðíî-ìîëåêóëÿðíàÿ ñìåñü âîäî-
ðîäà. Âðåìÿ îáðàáîòêè îáðàçöîâ âàðüèðîâàëîñü îò
30 äî 720 ñåêóíä.
Âåëè÷èíà ðàáîòû âûõîäà ýëåêòðîíà îïðåäåëÿëàñü
íà îñíîâå èçìåðåíèé êîíòàêòíîé ðàçíèöû ïîòåíöèà-
ëîâ (ÊÐÏ) ìåòîäîì äèíàìè÷åñêîãî êîíäåíñàòîðà [2].
Òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ êîíòàêòíîé ðàçíèöû ñîñòàâëÿëà
±0,005 ýÂ. Ïåðåä èçìåðåíèÿìè ÊÐÏ êðèñòàëëû âû-
äåðæèâàëèñü ïðè êîìíàòíûõ óñëîâèÿõ ñ öåëüþ óñòà-
íîâëåíèÿ ðàâíîâåñíîãî ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé ñî-
ñòîÿíèÿ. Ïî ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ íàáëþäàëñÿ ðàç-
ÂÇÀÈÌÎÄÅÉÑÒÂÈÅ ÀÒÎÌÀÐÍÎÃÎ ÂÎÄÎÐÎÄÀ
Ñ ÏÎÂÅÐÕÍÎÑÒÜÞ ÌÎÍÎÊÐÈÑÒÀËËÎÂ ÊÐÅÌÍÈß
Å. Ë. ÆÀÂÆÀÐÎÂ, ä. ô.-ì. í. Â. Ì. ÌÀÒÞØÈÍ
Óêðàèíà, Çàïîðîæñêèé íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò
E-mail: jin@zntu.edu.ua
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4
62
ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
áðîñ ÊÐÏ (<±0,01 ýÂ) âäîëü ïîâåðõíîñòè, ïîýòîìó
ðåçóëüòèðóþùåå çíà÷åíèå íàõîäèëîñü êàê ñðåäíåå
àðèôìåòè÷åñêîå ñåðèè èçìåðåíèé. Èçìåðåíèå ÊÐÏ
êðèñòàëëîâ îñóùåñòâëÿëîñü ïåðåä îáðàáîòêîé, ïîñ-
ëå îáðàáîòêè àòîìàðíûì âîäîðîäîì, à òàêæå ÷åðåç
íåêîòîðîå âðåìÿ ïîñëå âûäåðæêè îáðàçöîâ ïðè êîì-
íàòíûõ óñëîâèÿõ.
Äëÿ èçìåðåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ êðèñòàëëîâ êðåì-
íèÿ âî âðåìÿ îáðàáîòêè àòîìàðíûì âîäîðîäîì áûëè
ñîçäàíû òåñòîâûå ñòðóêòóðû: ïî êðàÿì ïëàñòèíîê
êðåìíèÿ 5×60×0,3 ìì ïîñëå ñíÿòèÿ â HF îêèñëà íà-
íîñèëàñü ãàëëèåâàÿ ïàñòà, èãðàþùàÿ ðîëü îìè÷å-
ñêèõ êîíòàêòîâ. Íà ïàñòó ñ ïîìîùüþ ïðèæèìíûõ êîí-
òàêòîâ ïîäñîåäèíÿëñÿ ýëåêòðè÷åñêèé êîíòàêò, ìåñòî
êîíòàêòà ïîêðûâàëîñü êîìïàóíäîì.
Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ è èõ îáñóæäåíèå
Èññëåäîâàíèå ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëîâ
êðåìíèÿ ïîêàçàëî, ÷òî îáðàáîòêà àòîìàðíûì âîäî-
ðîäîì ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ðàáîòû âûõîäà âñåõ
îáðàçöîâ. Èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè îáðàç-
öîâ n-Si è p-Si îò âðåìåíè îáðàáîòêè àòîìàðíûì âî-
äîðîäîì ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 1. Êàê âèäíî, ïîòåí-
öèàë ïîâåðõíîñòè èçìåíÿåòñÿ óæå ïîñëå 30 ñ âçàè-
ìîäåéñòâèÿ ñ àòîìàðíûì âîäîðîäîì, à ïîñëå 180�
300 ñ âçàèìîäåéñòâèÿ ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè äîñòè-
ãàåò íåêîòîðîãî ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ. Äëÿ ïîñëå-
äóþùèõ èññëåäîâàíèé áûëî âûáðàíî âðåìÿ âçàèìî-
äåéñòâèÿ 180 ñ.
Êàê âèäíî èç ðèñ. 1, ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè dWF,
à çíà÷èò, è ðàáîòà âûõîäà n- è p-Si, äî îáðàáîòêè àòî-
ìàðíûì âîäîðîäîì îòëè÷àþòñÿ íåçíà÷èòåëüíî
(0,06±0,01 ýÂ), ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ ÿâëåíèåì òàê íàçû-
âàåìîãî �ïèííèíãà� óðîâíÿ Ôåðìè çà ñ÷åò íàëè÷èÿ
ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé è �çàãðÿçíåíèé� [3, ñ. 32�
33]. Âçàèìîäåéñòâèå àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ ïîâåðõ-
íîñòüþ êàê n-, òàê è p-Si ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ïî-
òåíöèàëà ïîâåðõíîñòè, ò. å. ðàáîòû âûõîäà. Ïðè ýòîì
ýêñïåðèìåíòàëüíî çàôèêñèðîâàíî, ÷òî áîëüøåå âëè-
ÿíèå èñïûòûâàåò p-Si (111). Íàáëþäàåìîå îòëè÷èå âî
âçàèìîäåéñòâèè àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ îïûòíûìè
êðèñòàëëàìè ìîæåò áûòü ñâÿçàíî êàê ñ ðàçíîé êðèñ-
òàëëîãðàôè÷åñêîé îðèåíòàöèåé, òàê è ñ òèïîì ïðîâî-
äèìîñòè êðèñòàëëîâ (çà ñ÷åò ïðîöåññîâ êîìïëåêñî-
îáðàçîâàíèÿ âîäîðîäà ñ àòîìàìè ïðèìåñè áîðà è ôîñ-
ôîðà [4, 5]).
Èçìåðåíèÿ, âûïîëíåííûå in-situ, ïîêàçàëè, ÷òî
ñîïðîòèâëåíèå îáðàçöîâ èçìåíÿåòñÿ âî âðåìÿ îáðà-
áîòêè äî 20%, à ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ îáðàáîòêè ñî-
ïðîòèâëåíèå âîçâðàùàåòñÿ ê ñâîåìó ïåðâîíà÷àëüíî-
ìó çíà÷åíèþ çà ñ÷èòàííûå ñåêóíäû. Ýòî ÿâëåíèå
îáúÿñíÿåòñÿ ÿâëåíèåì ãåíåðàöèè íîñèòåëåé çàðÿäà [6]
âî âðåìÿ ðåêîìáèíàöèè àòîìàðíîãî âîäîðîäà íà ïî-
âåðõíîñòè êðèñòàëëà è ïðîöåññàìè àäñîðáöèè. Ïî-
ñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå îáðàáîòàííîãî îáðàçöà â ðàâ-
íîâåñíîì ñîñòîÿíèè íå îòëè÷àåòñÿ îò íåîáðàáîòàí-
íîãî, òî ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî ïðè óñëîâèÿõ ïðîâåäå-
íèÿ ýêñïåðèìåíòà êîìïëåêñîîáðàçîâàíèÿ ñ àòîìàìè
ïðèìåñè íå ïðîèñõîäèò. Òàêèì îáðàçîì, íåñêîëüêî
ðàçíàÿ ðåàêöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü îïûòíûõ îáðàçöîâ
äîëæíà áûòü ñâÿçàíà ñ ðàçíîé îðèåíòàöèåé îáðàçöîâ.
Ñîãëàñíî [7, ñ. 480�481], ïëîòíîñòü ðàçîðâàííûõ
ñâÿçåé íà ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ (111) áîëüøå, ÷åì íà
ïîâåðõíîñòè (100), à ñëåäîâàòåëüíî, óäåëüíàÿ àêòèâ-
íîñòü ïîâåðõíîñòè (111) ê âçàèìîäåéñòâèþ ñ âîäî-
ðîäîì òîæå áîëüøå.
Èññëåäîâàíèÿ âîçäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà
íà ïîâåðõíîñòü êðèñòàëëîâ n-Si (100) è (111) ñ îäè-
íàêîâûì óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì ïîäòâåðäèëè
ïðåäïîëîæåíèå î ðàçíîé ðåàêöèîííîé ñïîñîáíîñòè
ïîâåðõíîñòåé îðèåíòàöèè (100) è (111). Èçìåíåíèå
ïîòåíöèàëà äëÿ Si (111) îêàçàëîñü íà 0,07 ýÂ áîëüøå,
÷åì äëÿ Si (100). Ñëåäîâàòåëüíî, âçàèìîäåéñòâèå àòî-
ìàðíîãî âîäîðîäà ñ ïîâåðõíîñòüþ ïîëóïðîâîäíèêà
íå çàâèñèò îò òèïà ïðîâîäèìîñòè è îïðåäåëÿåòñÿ ñî-
ñòîÿíèåì ïîâåðõíîñòè � êîëè÷åñòâîì ðàçîðâàííûõ
ñâÿçåé, àäñîðáèðîâàííûìè ÷àñòèöàìè è ò. ä.
Èññëåäîâàíèå ïðîöåññîâ ðåëàêñàöèè ïîòåíöèàëà
ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ïðè âûäåðæêå â êîìíàòíûõ
óñëîâèÿõ ïîêàçàëî, ÷òî èõ ïîâåäåíèå ñóùåñòâåííî
çàâèñèò íå òîëüêî îò îáðàáîòêè â Í, íî è îò ïðåäûäó-
ùèõ ïðîöåññîâ îáðàáîòêè êðèñòàëëîâ. Íà âñåõ îïûò-
íûõ îáðàçöàõ íàáëþäàåòñÿ óìåíüøåíèå ðàáîòû âû-
õîäà âî âðåìåíè. Ðåëàêñàöèÿ ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñ-
òè îáðàçöîâ ñ ñîñòàðåííûì åñòåñòâåííûì è ñâåæèì
òîíêèì ñëîåì SiO2 ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 2. Ïîòåíöè-
àë ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ñ ñîñòàðåííûì îêèñëîì
óìåíüøàåòñÿ ïî÷òè äî íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ çà 36�
48 ÷. Íà îáðàçöàõ, ïðîòðàâëåííûõ íåïîñðåäñòâåííî
ïåðåä îáðàáîòêîé â Í, ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè çíà-
÷èòåëüíî îòëè÷àåòñÿ îò íåîáðàáîòàííîãî äàæå ïîñëå 240 ÷
âûäåðæêè (ðàçíèöà ïîòåíöèàëîâ îáðàáîòàííîãî è
êîíòðîëüíîãî îáðàçöîâ ñîñòàâëÿåò 0,180 ýÂ). Òî åñòü
íàáëþäàþòñÿ áåñïîâîðîòíûå èçìåíåíèÿ ïîòåíöèàëà
dWF, ýÂ
0
�0,2
�0,4
�0,6
100 300 500 700 t, c
n�Si
p�Si
Ðèñ. 1. Èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ îò
âðåìåíè îáðàáîòêè àòîìàðíûì âîäîðîäîì
dWF, ýÂ
0
�0,2
�0,4
�0,6
50 100 150 200 250 t, ÷
1
2
4
3
Ðèñ. 2. Ðåëàêñàöèÿ ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñòè îáðàáîòàí-
íûõ â Í îáðàçöîâ (300 ñ) ïðè âûäåðæêå â êîìíàòíûõ óñ-
ëîâèÿõ:
1, 2 � îáðàçåö Si ñî ñâåæåïðîòðàâëåííîé ïîâåðõíîñòüþ ñîîòâåò-
ñòâåííî äî îáðàáîòêè â Í è ïîñëå íåå; 3, 4 � îáðàçåö Si ñ ñî-
ñòàðåííûì ñëîåì åñòåñòâåííîãî îêèñëà ñîîòâåòñòâåííî äî îáðàáîòêè
â Í è ïîñëå íåå
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4
63
ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
ïîâåðõíîñòè, à ñëåäîâàòåëüíî, è ìîäèôèêàöèÿ ïîâåðõ-
íîñòè è ïðèïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ ïîëóïðîâîäíèêà
ïîñëå îáðàáîòêè â Í.
Èñõîäÿ èç êàðòèíû èçìåíåíèÿ ïîòåíöèàëà ðàçíûõ
ïîâåðõíîñòåé ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî èçìåíåíèå
ïîòåíöèàëà íà îáðàçöàõ ñ ñîñòàðåííûì îêèñëîì ïðî-
õîäèò ïðåèìóùåñòâåííî çà ñ÷åò ôèçè÷åñêîé àäñîðá-
öèè. Ïîñêîëüêó ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè îáðàçöîâ ñ
òîíêèì ñâåæèì ñëîåì îêèñëà ïðè âûäåðæêå â êîì-
íàòíûõ óñëîâèÿõ èçìåíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî è îñòàåò-
ñÿ íà óðîâíå, êîòîðûé ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò
ñîñòîÿíèÿ äî îáðàáîòêè, òî äëÿ òàêîé ïîâåðõíîñòè
íàèáîëåå âåðîÿòíîé ÿâëÿåòñÿ ìîäèôèêàöèÿ ïîòåíöèà-
ëà ïîâåðõíîñòè çà ñ÷åò õèìè÷åñêîé àäñîðáöèè.
Äëÿ îáúÿñíåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çàâèñèìîñ-
òåé ìîæíî ïðåäïîëîæèòü ñëåäóþùóþ ìîäåëü âçàè-
ìîäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ ïîâåðõíîñòüþ Si.
Àòîìàðíûé âîäîðîä àäñîðáèðóåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè
ïîëóïðîâîäíèêà è óâåëè÷èâàåò òåì ñàìûì ïîòåíöèàë
ïîâåðõíîñòè. Ïðè ýòîì åñëè ïîâåðõíîñòü áûëà ïî-
êðûòà ñëîåì ñîñòàðåííîãî ïðèðîäíîãî îêèñëà, òî
íàèáîëåå âåðîÿòíîé îêàçûâàåòñÿ ôèçè÷åñêàÿ àäñîðá-
öèÿ âîäîðîäà. Ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè òàêèõ îáðàç-
öîâ ïðè âûäåðæêå â êîìíàòíûõ óñëîâèÿõ óìåíü-
øàåòñÿ äî ïåðâîíà÷àëüíîãî çà 36�48 ÷ èëè, êàê ïî-
êàçûâàåò ýêñïåðèìåíò, åùå áûñòðåå � ïðè íàãðåâà-
íèè. Íà ïîâåðõíîñòè ñâåæåïðîòðàâëåííûõ îáðàçöîâ
ìîæåò ðåàëèçîâàòüñÿ ìåõàíèçì õåìîñîðáöèè, ïðè êî-
òîðîì âîäîðîä âñòóïàåò âî âçàèìîäåéñòâèå ñ ðàçî-
ðâàííûìè ñâÿçÿìè íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà.
Ïîòåíöèàë ïîâåðõíîñòè òàêèõ îáðàçöîâ îñòàåòñÿ îò-
ëè÷íûì îò íåîáðàáîòàííûõ îáðàçöîâ â òå÷åíèå äëè-
òåëüíîãî âðåìåíè. Ïðè ýòîì â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåé-
ñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ Si ïîòåíöèàë ïîâåðõíî-
ñòè ñ îðèåíòàöèåé (111) èçìåíÿåòñÿ áîëüøå, ÷åì ñ
îðèåíòàöèåé (100), â ðåçóëüòàòå áîëüøåãî êîëè÷åñòâà
ðàçîðâàííûõ ñâÿçåé [7].
Èññëåäîâàíèÿ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê
(ÂÀÕ) ñòðóêòóð "ìåòàëë�ïîëóïðîâîäíèê" ïîäòâåð-
äèëè ïðåäëîæåííóþ ìîäåëü. Íà âñåõ îïûòíûõ îá-
ðàçöàõ íàáëþäàåòñÿ îòëè÷èå ÂÀÕ ñòðóêòóð, êîòîðûå
áûëè èçãîòîâëåíû èç îáðàáîòàííîãî àòîìàðíûì âî-
äîðîäîì ïîëóïðîâîäíèêà, îò ÂÀÕ ñòðóêòóð, èçãîòîâ-
ëåííûõ èç íåîáðàáîòàííîãî ïîëóïðîâîäíèêà. Òèïè÷-
íûå âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè êîíòàêòà "ìå-
òàëë�ïîëóïðîâîäíèê" (Ni�Si) ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3.
Îáðàáîòêà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà àòîìàðíûì
âîäîðîäîì ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ òàê íàçûâàåìîé
�ïÿòêè� ïðÿìîé âåòâè ÂÀÕ. Îòëè÷èå õàðàêòåðèñòèê
ñîõðàíÿåòñÿ äàæå ïîñëå 3 ìåñ âûäåðæêè, ÷òî ñâèäå-
òåëüñòâóåò î íåîáðàòèìûõ èçìåíåíèÿõ ïàðàìåòðîâ ïî-
âåðõíîñòè. Ðàñ÷åòû, âûïîëíåííûå íà îñíîâå àíàëèçà
ÂÀÕ [7, ñ. 178�197] ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì,
ïîêàçàëè, ÷òî â ñðåäíåì âåëè÷èíà áàðüåðà ïîñëå îá-
ðàáîòêè àòîìàðíûì âîäîðîäîì óâåëè÷èâàåòñÿ íà ïî-
âåðõíîñòè Si (111) íà 0,22�0,25 ýÂ (ñ 0,53 äî 0,77 ýÂ)
è íà 0,1�0,13 ýÂ (ñ 0,66 äî 0,78 ýÂ) íà ïîâåðõíîñòè
(100). Òàêèì îáðàçîì, èññëåäîâàíèÿ ÂÀÕ êîíòàêòîâ
"ìåòàëë�ïîëóïðîâîäíèê" ïîäòâåðäèëè âîçìîæíîñòü
äîëãîâðåìåííîé ìîäèôèêàöèè ïîòåíöèàëà ïîâåðõíî-
ñòè Si ïîä äåéñòâèåì àòîìàðíîãî âîäîðîäà â äîñòà-
òî÷íî øèðîêèõ ãðàíèöàõ, à òàêæå çàâèñèìîñòü ýô-
ôåêòà îò êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îðèåíòàöèè ïîâåðõ-
íîñòè êðèñòàëëà.
Âûâîäû
Ïðè âçàèìîäåéñòâèè àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ êðèñ-
òàëëàìè ïîëóïðîâîäíèêîâ ïðîèñõîäèò ìîäèôèêàöèÿ
ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòè è ïðèïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ êðè-
ñòàëëîâ. Ïðè ýòîì íàáëþäàþòñÿ ñëåäóþùèå ýôôåêòû.
Îáðàáîòêà êðèñòàëëîâ êðåìíèÿ àòîìàðíûì âîäî-
ðîäîì ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ïîòåíöèàëà ïîâåðõíîñ-
òè, êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò óâåëè÷åíèþ ðàáîòû âûõî-
äà. Ïðè îáðàáîòêå êðèñòàëëîâ â Í ñ êîíöåíòðàöèåé
≈1019 ì�3 èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà ñîñòàâëÿåò ≈0,3 ýÂ
êàê äëÿ n-Si, òàê è äëÿ p-Si. Ýòî èçìåíåíèå ïðîèñõî-
äèò â ïåðâóþ î÷åðåäü çà ñ÷åò àäñîðáöèè àòîìàðíîãî
âîäîðîäà.
Ïðîöåññû âçàèìîäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäîðîäà
ñ êðèñòàëëàìè êðåìíèÿ ðàçíîãî òèïà ïðîâîäèìîñòè
ïðè äàííûõ óñëîâèÿõ ýêñïåðèìåíòà íå îòëè÷àþòñÿ,
ïîñêîëüêó êîìïëåêñîîáðàçîâàíèÿ íå íàáëþäàåòñÿ. Êàê
ïîêàçàëè èçìåðåíèÿ, íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíè-
êà óðîâåíü Ôåðìè ÿâëÿåòñÿ çàêðåïëåííûì îêîëî ñå-
ðåäèíû çàïðåùåííîé çîíû, è ýôôåêò âëèÿíèÿ íà ñâîé-
ñòâà ïðèïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ êàê n-Si, òàê è p-Si, îêà-
çûâàåòñÿ îäèíàêîâûì.
Íà âçàèìîäåéñòâèå àòîìàðíîãî âîäîðîäà ñ ïîâåðõ-
íîñòüþ êðèñòàëëà ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îêàçûâàåò
ñîñòîÿíèå ïîâåðõíîñòè. Òàê, äëÿ îáðàçöîâ êðåìíèÿ
ñ ñîñòàðåííûì ñëîåì ïðèðîäíîãî îêèñëà ïðè îáðà-
áîòêå èõ àòîìàðíûì âîäîðîäîì íàèáîëåå âåðîÿòíûì
ÿâëÿåòñÿ ìåõàíèçì ôèçè÷åñêîé àäñîðáöèè. Äëÿ ñâå-
æåïðîòðàâëåííûõ îáðàçöîâ ðåàëèçóåòñÿ åùå è âàðè-
àíò õèìè÷åñêîé àäñîðáöèè ñ îáðàçîâàíèåì ñâÿçåé
âîäîðîäà ñ ðàçîðâàííûìè ñâÿçêàìè íà ïîâåðõíîñòè
êðèñòàëëà. Ïîòåíöèàë òàêîé ïîâåðõíîñòè îñòàåòñÿ îò-
ëè÷íûì îò ïîòåíöèàëà êîíòðîëüíûõ îáðàçöîâ äàæå
ïîñëå 240 ÷ âûäåðæêè ïðè êîìíàòíûõ óñëîâèÿõ, à
âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè ñòðóêòóð, èçãîòîâëåí-
íûõ íà ìîäèôèöèðîâàííîé ïîâåðõíîñòè, îòëè÷àþòñÿ
îò êîíòðîëüíûõ â òå÷åíèå âñåãî ïåðèîäà èññëåäîâà-
íèÿ.
Èíòåíñèâíîñòü âçàèìîäåéñòâèÿ àòîìàðíîãî âîäî-
ðîäà ñ ïîâåðõíîñòüþ êðåìíèÿ çàâèñèò îò ïëîòíîñòè
ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé. Òàê, ïðè îäèíàêîâûõ óñ-
ëîâèÿõ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ àòîìàðíûì âîäîðîäîì ïî-
âåðõíîñòü Si ñ îðèåíòàöèåé (111) èñïûòûâàåò áîëü-
øèå èçìåíåíèÿ ïîòåíöèàëà, ÷åì ïîâåðõíîñòü ñ îðè-
åíòàöèåé (100).
0
I, ìÀ
4
2
�2
�1,5 �1,0 �0,5
0,5 1,0 U, B
1
2
Ðèñ. 3. Âîëüò-àìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè ñòðóêòóð Ni�Si,
èçãîòîâëåííûõ ñ Si, îáðàáîòàííûì â Í (1) è íå îáðàáî-
òàííûì â Í (2)
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 4
64
ÌÀÒÅÐÈÀËÛ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ
Òàêèì îáðàçîì, ïîä äåéñòâèåì àòîìàðíîãî âîäî-
ðîäà ïðîèñõîäèò íåîáðàòèìàÿ ìîäèôèêàöèÿ ýëåêòðî-
ôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ êðèñòàëëîâ Si, à ñëåäîâàòåëü-
íî, è âëèÿíèå íà ïàðàìåòðû ñòðóêòóð, êîòîðûå èçãî-
òîâëÿþòñÿ íà ìîäèôèöèðîâàííîé ïîâåðõíîñòè. Ýòî
íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ðàçðàáîòêå è èñïîëüçîâà-
íèè òåõíîëîãèé ìîäèôèêàöèè è óïðàâëåíèÿ ïàðàìåò-
ðàìè ãåòåðîñòðóêòóð íà îñíîâå Si [8].
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Âîëüêåíøòåéí Ô. Ô., Ãîðáàíü À. Í., Ñîêîëîâ Â. À. Ðàäèêà-
ëîðåêîìáèíàöèîííàÿ ëþìèíåñöåíöèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâ.� Ì.:
Íàóêà, 1976.
2. Âóäðàô Ä., Äåë÷àð Ò. Ñîâðåìåííûå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ
ïîâåðõíîñòè.� Ì.: Ìèð, 1989.
3. Ïðîáëåìû ôèçèêè ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâ / Ïîä ðåä.
Î. Â. Ñíèòêî.� Ê.: Íàóê. äóìêà, 1981.
4. Ôåêëèñîâà Î. Â., ßðûêèí Í. À. Âçàèìîäåéñòâèå âîäîðîäà ñ
ðàäèàöèîííûìè äåôåêòàìè â êðåìíèè p-òèïà ïðîâîäèìîñòè //
Ôèçèêà è òåõíèêà ïîëóïðîâîäíèêîâ� 2001.� Ò. 35, âûï. 12.�
Ñ. 1417�1422.
5. Rizk R., P. de Mierry, Ballutaud D. et al. Hydrogen diffusion
and passivation processes in p- and n-type crystalline silicon // Phys.
Rev. B.� 1991.� Vol. 44.� P. 6141�6151.
6. Ãîðáàíü À. Í., Ñàâ÷åíêî Í. Ì., Øâåö Þ. À. Âåíòèëüíûé
ýôôåêò â ïîëóïðîâîäíèêå ñ p�n-ïåðåõîäîì ïðè ðåêîìáèíàöèè
àòîìîâ âîäîðîäà íà åãî ïîâåðõíîñòè // Ôèçèêà è òåõíèêà ïîëó-
ïðîâîäíèêîâ.� 1976.� Ò. 10, âûï. 12.� Ñ. 2381�2384.
7. Ìàëåð Ð., Êåéìèíñ Ò. Ýëåìåíòû èíòåãðàëüíûõ ñõåì.� Ì.:
Ìèð, 1989.
8. Æàâæàðîâ Å. Ë., Ìàòþøèí Â. Ì. Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ìî-
äèôèêàöèÿ ìåäíûõ ïëåíîê ïîä âîçäåéñòâèåì àòîìàðíîãî âîäîðî-
äà // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ðàäèîýëåêòðîííîé àïïàðà-
òóðå (ÒÊÝÀ).� 2006.� ¹ 1.� C. 50�53.
ÂÛÑÒÀÂÊÈ. ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-52976 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-26T12:31:40Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Жавжаров, Е.Л. Матюшин, В.М. 2014-01-14T23:14:48Z 2014-01-14T23:14:48Z 2006 Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния / Е.Л. Жавжаров, В.М. Матюшин // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 4. — С. 61-64. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52976 Определена стабильность во времени потенциала поверхности кристаллов кремния после их модификации, выявлена зависимость механизма взаимодействия атомарного водорода с кристаллами от их параметров. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Материалы электроники Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния Взаємодія атомарного водню з поверхнею монокристалів кремнію The influence of atomic hydrogen on surface of monocrystals of silicon Article published earlier |
| spellingShingle | Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния Жавжаров, Е.Л. Матюшин, В.М. Материалы электроники |
| title | Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния |
| title_alt | Взаємодія атомарного водню з поверхнею монокристалів кремнію The influence of atomic hydrogen on surface of monocrystals of silicon |
| title_full | Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния |
| title_fullStr | Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния |
| title_full_unstemmed | Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния |
| title_short | Взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния |
| title_sort | взаимодействие атомарного водорода с поверхностью монокристаллов кремния |
| topic | Материалы электроники |
| topic_facet | Материалы электроники |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52976 |
| work_keys_str_mv | AT žavžarovel vzaimodeistvieatomarnogovodorodaspoverhnostʹûmonokristallovkremniâ AT matûšinvm vzaimodeistvieatomarnogovodorodaspoverhnostʹûmonokristallovkremniâ AT žavžarovel vzaêmodíâatomarnogovodnûzpoverhneûmonokristalívkremníû AT matûšinvm vzaêmodíâatomarnogovodnûzpoverhneûmonokristalívkremníû AT žavžarovel theinfluenceofatomichydrogenonsurfaceofmonocrystalsofsilicon AT matûšinvm theinfluenceofatomichydrogenonsurfaceofmonocrystalsofsilicon |