ФОРМИРОВАНИЕ АВТОЭМИССИОННОГО ЭМИТТЕРА НА ОСНОВЕ SiC МЕТОДОМ АТОМНО-СЛОЕВОГО ТРАВЛЕНИЯ

  • Виктор Климин ЮФУ
  • Алексей Резван ЮФУ
  • Иван Коц
  • Роман Томинов ЮФУ
  • Юрий Варзарев ЮФУ
  • Юлия Морозова ЮФУ
Ключевые слова: Карбид кремния, полевой эмиттер, фокусированный ионный пучок, атомно-слоевое травление, нанотехнологии.

Аннотация

В данной работе представлена технология получения графеновых пленок на поверхности SiC с использованием комбинации методов фокусированных ионных пучков и плазмохимического травления в фторсодержащей среде. Для формирования наноразмерных структур с боковыми размерами 280 нм использовался метод фокусированных ионных пучков. Наноразмерные структуры были сформированы на поверхности карбида кремния ионным пучком. Для этой цели использовали растровый электронный микроскоп с ионной колонкой Nova NanoLab 600 (компания FEI, Нидерланды). Рабочий вакуум при экспонировании пучков поддерживался на уровне 1 ÷ 2×10-4 Па. Впоследствии был помещен в рабочую камеру. В камере структуры на карбиде кремния обрабатывались во фторидной плазме. Глубина структур составляла 900 нм. SF6 использовался для травления атомарного приповерхностного слоя. Режимы обработки структуры при плазмохимическом травлении следующее
PR = 2 Па, потоки газа NAr = 70 см3/мин, NSF6 = 15 см3/мин, мощность емкостного источника плазмы составляла WRIE = 20 В, мощность источника индуктивно-связанной плазмы WICP = 300 В. Время травления 1 минута. Анализ АСМ-изображений показывает, что диаметр структур составляет 0,87 ± 0,15 мкм. Исследование топологии поверхности на каждой итерации проводилось с помощью сканирующей электронной микроскопии. Электрические характеристики были измерены с помощью атомно-силовой микроскопии. Показано, что увеличение напряжения с 5 до 20 В приводит к увеличению тока с 0,15 ± 0,03 нА до 6,3 ± 0,4 нА, а увеличение электрического поля с 60 до 180 МВ/см приводит к увеличению плотности тока с 96,32 ± 8,81 А/см2. Полученные зависимости показывают, что структуры, образованные комбинацией методов фокусированных ионных пучков и плазмохимического травления, могут иметь автоэмиссионные характеристики.

Литература

1. Braga N, Mickevicius R, Gaska R, et al. Simulation of gate lag and current collapse in GaN FET. // Appl Phys Lett 2004; 85: 4780-2.
2. Климин В.С., Агеев О.А., Ильин О.И., Федотов А.А. Исследование режимов получения каталитических структур из пленки Ni для выращивания углеродных нанотрубок // Известия ЮФУ. Технические науки – 2011 – № 4 (117) – С. 222-225.
3. Агеев О.А., Ильин О.И., Климин В.С., Коноплев Б.Г., Федотов А.А. Исследование режимов формирования каталитических центров для выращивания ориентированных массивов углеродных нанотрубок методом PECVD // Химическая физика и мезоскопия – 2011 – Т. 13 – № 2 – С. 226-231.
4. Lin ME, Fan ZH, Ma Z, Allen LH, Morkoc H. Reactive ion etching of GaN using BCl3. // Appl Phys Lett 1994; 64: 887-8.
5. Климин В.С., Еськов А.В., Петров Н.Н. Исследование влияния режимов плазмохимического травления поверхности арсенида галлия в плазме BCl3\Ar\SF6 // Известия ЮФУ. Технические науки – 2015– № 9 (170) – С. 6-14.
6. Ageev O.A., Klimin V.S., Solodovnik M.S., Eskov A.V., Krasnoborodko S.Y. The study of influence of the gas flow rate to etched layer thickness, and roughness of the anisotropy field of gallium arsenide is etched in the plasma chemical etching process // Journal of Physics: Conference Series. 2016. Т. 741. № 1. С. 012178.
7. Sakurai-Hiromi, Yamanaka Zusao, Yoshida Kohichi, Ohshima Naoto, Suzuki Katsuo. Ultrasonic. Attenuation in p-type GaSb // G. Appl Phys. 1984. V. 56. № 6. P. 1613-1616.
8. Klimin V.S., Solodovnik M.S., Smirnov V.A., Eskov A.V., Tominov R.V., Ageev O.A. A study of the vertical walls and the surface roughness GaAs after the operation in the combined plasma etching // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering Сер. "International Conference on Micro- and Nano-Electronics 2016" 2016 – P. 102241Z.
9. Климин В.С. Исследование влияния режимов профилирования поверхности структур на основе арсенида галлия методом плазмохимического травления с учетом потока хлорсодержащего газа // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. № 4 (189) – С. 169-178.
10. Tominov R.V., Bespoludin V.V., Klimin V.S., Smirnov V. A. and Ageev O.A. Profiling of nanostructures by scratching probe nanolithography and plasma chemical etching // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017 – Volume 256. 012023.
11. Олейников К.А., Климин В.С. Моделирование тепловых режимов воздействия лазерного излучения на фотоэлемент с тонкопленочной структурой ZNO-аморфный кремний на стеклянной подложке // Инженерный вестник Дона. 2017. № 2 (45). С. 71.
12. Lim WT, Baek IG, Jung PG, et al. Investigation of GaAs dry etching in a planar inductively coupled BCl3 plasma. // J Electrochem Soc 2004; 151:G163-G166.
13. V S Klimin, R V Tominov, A V Eskov, S Y Krasnoborodko and O A Ageev The influence of the chemical and physical component of the plasma etching of the surface of gallium arsenide on the etching rate in the chloride plasma of the combined discharge // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V.917. – P. 092005.
14. Климин В.С. формирование наноразмерных структур арсенида галлия локальным анодным окислением и плазмохимическим травлением // Известия ЮФУ. Технические науки. 2018. № 2 (196). С. 68-75.
15. Pearton SJ, Abernathy CR, Ren F, et al. Dry and wet etching characteristics of InN, AlN and GaN deposited by ECR metalorganic MBE. // J Vac Sci Technol A 1993; 11: 1772-5.
16. Klimin V.S., Rezvan A.A. and Ageev O.A. Research of using plasma methods for formation field emitters based on carbon nanoscale structures // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1124, No. 1. – P. 071020.
17. Ohtake A., Ozeki M. In situ observation of surface processes in InAs/GaAs(001) heteroepitaxy: The role of As on the growth mode // Appl. Phys. Lett. – 2001. – Vol. 78. – P. 431.
18. Klimin V.S., Rezvan A.A. and Ageev O.A. Study of the effect of carbon-containing gas pressure on the geometric parameters of an array of carbon nanostructures // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1124, No. 1. – P. 022035.
19. Klimin V.S., Solodovnik M.S., Lisitsyn S.A., Rezvan A.A., Balakirev S.V. Formation of nanoscale structures on the surface of gallium arsenide by local anodic oxidation and plasma chemical etching // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1124, No. 1. – P. 041024.
20. Riel B.J., Hinzer K., Moisa S., Fraser J., Finnie P., Piercy P., Fafard S., Wasilewski Z.R. InAs/GaAs(100) self-assembled quantum dots: arsenic pressure and capping effects // J. Cryst. Growth. – 2002. – Vol. 236. – P. 145-154.
21. Klimin V.S., Rezvan A.A., Kots I.N., Naidenko N.A. Investigation of the influence of parameters of nanoscale profiling of the surface of GaAs structures by a combination of local anodic oxidation and plasma chemical etching methods
22. Agarwala S, King O, Horst S, Wilson R, Stone D. Response surface study of inductively coupled plasma etching of GaAs/AlGaAs in BCl3/Cl2. // J Vac Sci Technol A 1999; 17: 52-5.
Опубликован
2019-07-13
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ IV. НАНОТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ