Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-6-1049-1057
УДК 539.234
МОРФОЛОГИЯ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК AlN НА САПФИРЕ
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Девицкий О.В., Никулин Д.А., Сысоев И.А., Осипян В.Б. Морфология и оптические свойства пленок AlN на сапфире // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 6. С. 1049–1057. doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-6-1049-1057
Аннотация
Предмет исследования. Представлены результаты экспериментального исследования морфологии и оптических свойств пленок AlN на сапфире. В качестве экспериментальных образцов использовались тонкие пленки AlN на сапфире. Метод. Для получения тонких пленок использовалась установка ионно-лучевого осаждения, включающая в себя ионный источник типа КЛАН-53M с нейтрализатором ионов. Энергия ионного пучка варьировалось от 600 до 900 эВ. Ток ионного пучка составлял 60 мА, и выбирался из расчета устойчивого горения плазмы в ионном источнике. Осаждение производилось при остаточном давлении газов в вакуумной камере не менее 1,5×10–3 Па, нагрев подложек производился при помощи группы галогеновых ламп общей мощностью 2500 Вт, температура подложки составляла 550–850 °C. Время осаждения составляло 1 ч. Состав азотно-аргоновой смеси изменялся путем увеличения объемной доли азота от 10 до 90 %. Основные результаты. Полученные тонкие пленки исследованы методом сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа. Исследования показали, что полученные при объемной доле азота в азотно-аргоновой смеси более 50 % тонкие пленки AlN на сапфире имеют состав, близкий к стехиометрическому. Для пленок AlN на сапфире, полученных при объемной доле азота в азотно-аргоновой смеси более 90 %, температуре подложки 800 °C и энергии пучка 600 эВ, величина коэффициента пропускания во всем оптическом диапазоне длин волн составляет не менее 92 %. Определена прямая зависимость энергии пучка от объемной доли азота в азотно-аргоновой смеси – при 900 эВ по сравнению с 600 эВ содержание азота в пленке AlN повышается с 10 % до 30–35 %. При величине энергии пучка в 600 эВ имеется незначительная зависимость от температуры подложки, и сохраняется только прямая зависимость от количества азота в азотно-аргоновой смеси. При частичной ионизации ионного пучка разница между содержанием азота в пленке AlN при разной энергии пучка входит в диапазон 5–10 %. Повышенное содержание азота в пленках (более 20 %) отрицательно влияет на оптическое совершенство пленок. При режиме частичной ионизации только при 900 эВ, температуре 800 °C и при объемной доли азота в азотно-аргоновой смеси более 50 % наблюдается снижение качества пленок. При режимах с объемной доли азота в азотно-аргоновой смеси менее 30 % наблюдается большое количество микрокапель на поверхности, с размерами в диапазоне 1–6 мкм. Состав газовой смеси с содержанием объемной доли азота в азотно-аргоновой смеси в 10 % повышает концентрацию микрокапель на поверхности пленки с увеличением доли крупных микрокапель. Наиболее оптимальный режим выявлен с частичной ионизацией пучка и энергией 600 эВ, объемной доли азота в азотно-аргоновой смеси более 50 %. Изменение температуры подложки на значение доли азота в тонкой пленке нитрида алюминия практически не влияет. Практическая значимость. Тонкая пленка AlN на сапфире, осажденная при температуре подложки 800 °C и объемной доли азота в азотно-аргоновой смеси равной 90 % имеет коэффициент пропускания в оптическом диапазоне 200–1100 нм более 92 %, что характеризует полученный образец тонкой пленки как оптически прозрачный.
Ключевые слова: ионно-лучевое осаждение, тонкие пленки, AlN, сапфир, атомно-силовая микроскопия
Благодарности. Публикация подготовлена в рамках реализации государственного задания «Разработка и создание полупроводниковых гетероинтерфейсов на основе многокомпонентных материалов для устройств СВЧ-электроники и фотоники», номер государственной регистрации АААА-А19-119040390081-2.
Список литературы
Благодарности. Публикация подготовлена в рамках реализации государственного задания «Разработка и создание полупроводниковых гетероинтерфейсов на основе многокомпонентных материалов для устройств СВЧ-электроники и фотоники», номер государственной регистрации АААА-А19-119040390081-2.
Список литературы
- Qin M.L., Du X.L., Li Z.X., Humail I.S., Qu X.H. Synthesis of aluminum nitride powder by carbothermal reduction of a combustion synthesis precursor // Materials Research Bulletin. 2008. V. 43. N 11. P. 2954–2960. doi: 10.1016/j.materresbull.2007.12.008
- Ryou J.-H., Lee W. GaN on sapphire substrates for visible light-emitting diodes // Nitride Semiconductor Light-Emitting Diodes (LEDs): Materials, Technologies, and Applications. 2018. P. 43–78. (Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials). doi: 10.1016/B978-0-08-101942-9.00003-4
- Belyanin A.F., Bouilov L.L., Zhirnov V.V., Kamenev A.I., Kovalskij K.A., Spitsyn B.V. Application of aluminum nitride films for electronic devices // Diamond and Related Materials. 1999. V. 8. N 2-5. P. 369–372. doi: 10.1016/S0925-9635(98)00412-9
- Kroke E., Loeffler L., Lange F.F., Riedel R. Aluminum nitride prepared by nitridation of aluminum oxide precursors // Journal of the American Ceramic Society. 2002. V. 85. N 12. P. 3117–3119. doi: 10.1111/j.1151-2916.2002.tb00595.x
- Natesan K., Reed C.B., Rink D.L., Haglund R.C. Development and performance of aluminum nitride insulating coatings for application in a lithium environment // Journal of Nuclear Materials. 1998. V. 258-263. Part 1. P. 488‒494. doi: 10.1016/S0022-3115(98)00370-5
- Bian Y., Liu M., Ke G., Chen Y., Di Battista J., Chan E., Yang Y. Aluminum nitride thin film growth and applications for heat dissipation // Surface and Coatings Technology. 2015. V. 267. P. 65–69. doi: 10.1016/j.surfcoat.2014.11.060
- Kueller V., Knauer A., Brunner F., Zeimer U., Rodriguez H., Kneissl M., Weyers M. Growth of AlGaN and AlN on patterned AlN/sapphire templates // Journal of Crystal Growth. 2011. V. 315. N 1. P. 200–203. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2010.06.040
- Lutsenko E.V., Rzheutski M.V., Vainilovich A.G., Svitsiankou I.E., Shulenkova V.A., Muravitskaya E.V., Alexeev A.N., Petrov S.I., Yablonskii G.P. MBE AlGaN/GaN HEMT Heterostructures with Optimized AlN Buffer on Al2O3 // Semiconductors. 2018. V 52. N 16. P. 2107–2110. doi: 10.1134/S1063782618160170
- Двоешерстов М.Ю., Чередник В.И., Беляев А.В., Денисова А.В., Сидорин А.П. Гетероэпитаксиальные структуры AlN/Al2O3и GaN/Al2O3для акустоэлектронных СВЧ устройств // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 9. С. 24–30.
- Kim J., Pyeon J., Jeon M., Nam O. Growth and characterization of high quality AlN using combined structure of low temperature buffer and superlattices for applications in the deep ultraviolet // Japanese Journal of Applied Physics. 2015. V. 54. N 8. P. 081001. doi: 10.7567/JJAP.54.081001
- Девицкий О.В., Дмитриева О.Г., Никулин Д.А., Касьянов И.В., Сысоев И.А. Исследование изменения морфологии поверхности лейкосапфира пучком ионов аргона под малым углом падения к поверхности // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 5. С. 848–854. doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-5-848-854
- Лунин Л.С., Синельников Б.М., Сысоев И.А. Особенности ионно-лучевой полировки поверхности сапфира // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2018. № 9. С. 73–77. doi: 10.1134/S020735281809010X
- Sukhoveev V., Usikov А., Kovalenkov О., Ivantsov V., Syrkin A., Dmitriev V., Collins C., Wraback M. Thick AlN layers grown by HVPE on sapphire substrates // Materials Research Society Symposium Proceedings. 2006. V. 892. P. 743–748. doi: 10.1557/PROC-0892-FF29-03
- Nečas D., Klapetek P. Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis // Central European Journal of Physics. 2012. V. 10. N 1. P. 181–188. doi: 10.2478/s11534-011-0096-2
- Мошников В.А., Спивак Ю.М., Алексеев П.А., Пермяков Н.В. Атомно-силовая микроскопия для исследования наноструктурированных материалов и приборных структур: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. 144 с.