Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si

Abstract

Методи Раманiвської спектроскопiї, растрової електронної мiкроскопiї, атомно-силової мiкроскопiї i рентґено-флуоресцентного мiкроаналiзу застосованi з метою дослiдження впливу олова на форму i розмiри мiкро- та наноструктури поверхнi шаруватих плiвок Si–Sn–Si, а також на утворення в них нанокристалiв Si пiд час iндукованої оловом кристалiзацiї аморфного кремнiю. В данiй роботi вирiшувалися задачi експериментальної оцiнки ефективностi формування нанокристалiв Si в плiвках Si–Sn–Si, а також визначення форм i масштабiв шорсткостi поверхнi плiвок, мiкророзподiлу домiшок по їх площi i перерiзу. Експериментально пiдтверджено можливiсть формування нанокристалiв Si масштабу одиниць нанометрiв в бiльшiй частинi об’єму плiвок Si–Sn–Si. Вперше встановлено, що при виготовленнi таких плiвок методом термiчного вакуумного напилення товщина шару олова та її спiввiдношення з шарами кремнiю визначають форму i масштаб перiодичної структуризацiї рельєфу поверхнi, яка важлива для виготовлення реальних електронних приладiв. Головним елементом структурування рельєфу поверхнi плiвок виявилися квазисферичнi утворення дiаметром вiд 20 нм до 2–3 мкм. Зумовлена ними шорсткiсть поверхнi змiнюється в дiапазонi вiд одиниць до кiлькох десяткiв нанометрiв залежно вiд умов осадження шарiв. Форма поверхневих утворень змiнюється вiд гроно-подiбних дендритiв фрактального типу до опуклих елiпсоїдiв i багатокутникiв. Показано, що первинне структурування вiдбувається у виглядi утворення шару пiвсферичних мiкрокрапель олова вже у процесi його осадження. Вторинне структурування вiдбувається на етапi осадження другого шару кремнiю на шар олов’яних пiвсфер. На цьому етапi вiдбувається формування шару аморфного напiвпровiдника на поверхнi рiдинного металу, що дослiджувалось вперше. Отриманий таким чином аморфний кремнiй має порувату структуру, що складається з гроно-подiбних дендритiв фрактального типу масштабу сотень нанометрiв. Найменшi елементи дендритiв теж мають квазисферичну форму дiаметром 20–50 нм. Отриманi результати обговоренi з точки зору можливих застосувань.