Структура та фізичні властивості кремнійових композицій з розупорядкованими шарами

ЗАПОРІЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

спеціальність 01. 04. 10 – Фізика напівпровідників та діелектриків

 

ХРИПКО СЕРГІЙ ЛЕОНІДОВИЧ

УДК 621. 315. 592. 382: 621. 383. 4

 

Запоріжжя -1999

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькій державній інженерній академії Міністерства освіти України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Левінзон Давид Іделевич, Запорізька державна інженерна академія, завідувач кафедри фізичної та біомедичної електроніки.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Литовченко Петро Григорович, Інститут ядерних досліджень НАН України, завідувач відділу радіаційної фізики кандидат фізико-математичних наук, доцент Бахрушин Володимир Євгенович, Запорізький державний університет, доцент кафедри твердотілої електроніки та мікроелектроніки.

Провідна установа: Інститут фізики напівпровідників НАН України Міністерства освіти України м. Київ, відділ фізичних основ інтегральної електроніки.

Захист відбудеться 9 09 1999 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К17. 051. 04 в Запорізькому державному університеті за адресою: 330600, м. Запоріжжя, вул. Жуковського, 66.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ЗДУ за адресою: 330600, Україна, м. Запоріжжя, вул. Жуковського, 66.

Автореферат розісланий “25"__07__ 1999 р.

 

 

Актуальність теми. Успіхи в дослідженні фізичних процесів, які відбуваються в тонких напівпровідникових шарах та шаруватих структурах типу діелектрик – напівпровідник, метал – діелектрик – напівпровідник, гетероперехідних композиціях та ін., майже цілком визначають прогрес сучасної твердотілої електроніки та мікроелектроніки.

Ведеться активний пошук нових фізичних ефектів, пов'язаних із взаємодією багатофазних структур, створених за допомогою іонної імплантації, високотемпературних і електрохімічних процесів. Вивченню динаміки взаємодії різноманітних за фізичною структурою плівкових композицій, їх впливу на головні фізичні характеристики  (електричні, структурні, оптичні)  присвячена значна кількість робіт.

Тому на перший план висуваються проблеми вивчення ефектів, пов’язаних з різноманітними фізичними чинниками впливу, такими як термічні обробки, радіаційне опромінення, гетерування, іонна імплантація на показники якості згаданих структур та композицій, виготовлених переважно на основі кремнію, який є і залишається головним матеріалом в напівпровідниковому приладобудуванні.

Незважаючи на великий обсяг теоретичних і експериментальних результатів, які накопичено в цьому напрямку, досі відчувається нестача систематизованих даних, які описують процеси гетерування дефектів, механізми комплексоутворення, формування шарів різного призначення в функціонуючих областях напівпровідникових структур.

Варто врахувати, що позитивних результатів можна досягти тільки завдяки комплексному підходові, що містить у собі знання фізичних процесів, які відбуваються в багатошарових структурах, керування ними та моделюванням.

До моменту постановки роботи не були достатньо повно вивчені механізми взаємодії розупорядкованих багатофазних шаруватих структур із домішковими і дефектними комплексами в кремнію; кінетичні особливості формування плівок пористого кремнію; проблеми, які пов'язані з впливом складу і структури шаруватих фаз на оптичні, фізичні, електричні характеристики виробів твердотілої електроніки.

Об’єктами для досліджень були обрані: базові елементи мікроелектроніки: кремнійовий епітаксійно -планарний транзистор і базовий елемент фотоелектроніки: кремнійовий фотоелектричний перетворювач.

В останні роки один з найбільш перспективних напрямків у розробці та вдосконаленні напівпровідникових приладів пов’язується з використанням композицій з розупорядкованими шарами. Слід також взяти до уваги, що до початку наших досліджень роль таких композицій в формуванні базових фотоперетворювальних композицій типу широкозонний напівпровідник – діелектрик – вузькозонний напівпровідник і планарних біполярних транзисторних структур, була висвітлена досить слабо.

Все вище наведене дозволяє вважати, що поставлена при виконанні цієї роботи завдання вивчення структури та фізичних властивостей кремнійових  композицій з розупорядкованими шарами досить актуальне як в науковому, так і в практичному аспектах.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалась у відповідності з плановими комплексними дослідженнями кафедри компонентів та матеріалів електронної техніки Запорізької державної інженерної академії за темами:

1. Шифр М-336. 13 “Розробка і впровадження високоефективної технології створення фотоперетворювачів та сонячних батарей на їх засаді з використанням вторинних ресурсів напівпровідникового виробництва"  (1993-1995 р. р., галузевий план Міністерства промисловості України).

2. Програма 04. 00 Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології. Розділ 04. 10 “Нетрадиційні і відновлювальні джерела енергії та ефективні системи їх використання” 04. 10. 02/001к-95  (05. 21. 04/155-93 Модуль)  “Розробка і впровадження промислової технології виготовлення фотоперетворювальних елементів для сонячних батарей"  (1993-1996 р. р., Замовник – Державний комітет України з питань науки та технологій).

3. Держбюджетна тема “Розробка і дослідження технології формування кремнійових структур з діелектричними шарами, фотоелектричних перетворювачів та багатофункціональних елементів на їх засаді" (1994-1996 р. р., тематичний план Міністерства освіти України).

4. Держбюджетна тема ”Дослідження фізичних властивостей та фазового складу твердотілих кремнійових структур” (1997-1999 р. р., тематичний план Міністерства освіти України наказ №37 від 13. 02. 97 р.).

Мета роботи -- комплексне теоретичне та експериментальне дослідження структурних і електрофізичних характеристик багатофазних шаруватих систем на основі кремнію, а також впливу гетеруючих і віддзеркалювальних шарів на властивості фотоперетворювальних і транзисторних композицій.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв’язати наступні завдання:

Розробити та вдосконалити комплекс методів та засобів контролю структурних  (оптична мікроскопія, просвітлювальна та растрова електронна мікроскопія)  та електрофізичних  (питомий та поверхневий опір, вольтамперні та вольтфарадні характеристики, коефіцієнти поглинання