ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЁНОК ZnO:Ga МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ
Аннотация
Основной целью данной работы является исследование режимов формирования тон-
ких нанокристаллических плёнок ZnO:Ga методом магнетронного распыления на постоян-
ном токе. Основной задачей исследования является получение тонких (~ 300 нм), прозрач-
ных, проводящих плёнок со значением удельного сопротивления менее 5·10-3 Ом·см, кото-
рые могут быть применимы в качестве контактов для наноструктур фоточувствитель-
ных элементов, а также исследование технологических параметров оборудования магне-
тронного распыления и мишеней оксидов металлов. Проведено исследование морфологии
получаемых тонких пленок ZnO:Ga. Выявлено, что поверхность пленок состоит из отдель-
ных кристаллов, объединившихся между собой в процессе осаждения материала. Эти кри-
сталлы имеют ярко выраженные грани и вершины. При увеличении значения мощности
источника постоянного тока, кристаллы на поверхности пленки увеличиваются в несколь-
ко раз, пропорционально увеличению мощности, и возрастает толщина пленки, вследствие
увеличения скорости распыления материала мишени на подложку. Далее исследованы
электрические характеристики полученных пленок и выведены зависимости влияния мощ-
ности (толщины) пленки на концентрацию носителей, их подвижность, а также удельное
сопротивление. При увеличении толщины пленки с 320 нм до 340 нм подвижность носите-
лей тока увеличивается с 3,027 см2/(В·с) до 3,228 см2/(В·с), и при увеличении толщины
пленки с 800 нм до 1200 нм возарстает с 6,511 см2/(В·с) до 6,547 см2/(В·с). При увеличении
толщины пленки с 320 нм до 340 нм концентрация носителей тока уменьшается с
1,571·1020 см-3 до 1,489·1020 см-3, и при увеличении толщины пленки с 800 нм до 1200 нм кон-
центрация носителей тока также уменьшается с 2,481·1020 см-3 до 1,653·1020 см-3. При
увеличении толщины пленки с 320 нм до 340 нм удельное сопротивление увеличивается с
1,303·10-2 Ом·см до 1,385·10-2 Ом·см, и при увеличении толщины пленки с 800 нм до 1200 нм
удельное сопротивление также увеличивается с 3,851·10-2 Ом·см до 5,779·10-2 Ом·см.
Литература
Microelectronics]. Moscow: Nauka, 2019, pp. 112-165.
2. Kelly P.J., Arnell R.D. Magnetronnoe raspylenie: obzor poslednikh razrabotok i primeneniy
[Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications], Vacuum, 2000,
Vol. 56, pp. 159-172.
3. Klimin V.S., Rezvan A.A., Ageev O.A. Issledovanie primeneniya plazmennykh metodov dlya
formirovaniya polevykh emitterov na osnove uglerodnykh nanorazmernykh struktur [Research
of using plasma methods for formation field emitters based on carbon nanoscale structures],
Journal of Physics: Conference Series, 2018, Vol. 1124, pp. 071020.
4. Tominov R.V., Smirnov V.A., Avilov V.I., Fedotov A.A., Klimin V.S., Chernenko N.E.
Formirovanie memristornykh struktur ZnO metodom skaniruyushchey zondovoy
nanolitografii [Formation ZnO memristor structures by scratching probe nanolithography],
IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2018, Vol. 443, pp. 012036.
5. Murdick D.A., Wadley H.N., Zhou X.W. Mekhanizmy kondensatsii para, obogashchennogo
mysh'yakom, na poverkhnosti GaAs (001) [Condensation mechanisms of an arsenic-rich vapor
on GaAs (001) surfaces], Phys. Rev. B, 2007, Vol. 75, pp. 125318.
6. Vakulov Z.E., Ivonin M., Zamburg E.G., Klimin V.S., Volik D.P., Golosov D.A., Zavadskiy
S.M., Dostanko A.P., Miakonkikkh A.V., Klemente I.E., Rudenko K.V., Ageev O.A. Razmernye
effekty v tonkikh plenkakh LiNbO3, poluchennykh metodom impul'snogo lazernogo
napyleniya [Size effects in LiNbO3 thin films fabricated by pulsed laser deposition], Journal
of Physics: Conference Series, 2018, Vol. 1124, pp. 022032.
7. Balakirev S.V., Eremenko M.M., Mikhaylin I.A., Klimin V.S., Solodovnik M.S. Kapel'naya
epitaksiya nanostruktur In/AlGaAs na Asstabilizirovannoy poverkhnosti [Droplet epitaxy of
In/AlGaAs nanostructures on the As-stabilized surface], Journal of Physics: Conference Series,
2018, Vol. 1124, pp. 022018.
8. Tseng A. Poslednie razrabotki v oblasti mikroobrabotki s ispol'zovaniem tekhnologii
sfokusirovannykh ionnykh puchkov [Recent developments in micromilling using focused ion
beam technology], Journal of Micromechanics and Microengineering, 2004, Vol. 14, pp. 15.
9. Han J., Lee H., Min B., Lee S. Prognozirovanie topologii nanomaterialov s ispol'zovaniem
dvumernogo fokusirovannogo ionnogo frezerovaniya s intervalami oblucheniya puchkom
[Prediction of nanopattern topography using two-dimensional focused ion beam milling with
beam irradiation intervals], Microelectronic Engineering, 2010, Vol. 87, pp. 1-9.
10. Klimin V.S., Solodovnik M.S., Lisitsin S.A., Rezvan A.A., Balakirev S.V. Formirovanie
nanorazmernykh struktur na poverkhnosti arsenida galliya pri lokal'nom anodnom okislenii i
plazmokhimicheskom travlenii [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, pp. 041024.
11. Adachi S. Svoystva poluprovodnikov gruppy IV, III-V i II-VI [Properties of group-IV, III-V
and II-VI semiconductors]. John Wiley & Son, 2005, 408 p.
12. Cao G. Nanostruktury i nanomaterialy. Sintez, svoystva i primenenie [Nanostructures &
nanomaterials. Synthesis, properties & applications]. Imperial College Press, 2004, 448 p.
13. Aseev A.L. Nanotekhnologii v poluprovodnikovoy elektronike [Nanotechnology in semiconductor
electronics]. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2004, 368 p.
14. Jha N.K., Chen D. Proektirovanie nanoelektronnykh skhem design [Nanoelectronic circuit
design]. Springer, 2011, 290 p.
15. Piccin P. et al. Rost metodom molekulyarno-luchevoy epitaksii i elektricheskaya
kharakteristika nanoviskerov GaAs [Growth by molecular beam epitaxy and electrical characterization
of GaAs nanowires], Physica E, 2007, Vol. 37, pp. 134-137.
16. Chernenko N.E., Balakirev S.V., Eremenko M.M., Solodovnik M.S. Mezhfaznoe vzaimodeystvie
v sisteme Ga-As-ZnO v usloviyakh molekulyarno-luchevoy epitaksii [Interfacial interaction in
the Ga-As-ZnO system under molecular beam epitaxy], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019, No. 2 (204), pp. 184-192.
17. Balakirev S.V., Blinov Yu.F., Solodovnik M.S. Model' nachal'noy stadii gomoepitaksial'nogo
rosta GaAs metodom MLE s uchetom sootnosheniya potokov rostovykh komponent [The
model of the initial stage of GaAs homoepitaxial growth by the MBE method taking into account
the ratio of the fluxes of growth components], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2014, No. 9 (158), pp. 94-105.
18. Chu C-P., Arafin S., Nie T. Nanorazmernyy rost GaAs na uzorchatykh podlozhkakh Si (111)
metodom molekulyarno-luchevoy epitaksii [Nanoscale Growth of GaAs on Patterned Si (111) Substrates
by Molecular Beam Epitaxy], Crystal Growth & Design, 2014, Vol. 14, pp. 593-598.
19. Gusev E.Yu., Zhityaeva Yu.Yu., Ageev O.A. Vliyanie usloviy PECVD na mekhanicheskoe
napryazhenie plenok kremniya [Effect of PECVD conditions on mechanical stress of silicon
films], Materials Physics and Mechanics, 2018, Vol. 37, No. 1, pp. 67-72.
20. Gusev E.Yu., Zhityaeva Yu.Yu., Kolomiytsev A.S., Gamaleev V.A., Kots I.N., Bykov A.V.
Issledovanie rezhimov zhidkostnogo travleniya zhertvennogo sloya SiO2 dlya formirovaniya
mikromekhanicheskikh struktur na osnove Si*/SiO2/Si [Study of liquid etching modes of a
sacrificial SiO2 layer for the formation of micromechanical structures based on Si*/SiO2/Si],
Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2015, No. 2
(163), pp. 236-245.
21. Sze S. Fizika poluprovodnikovykh priborov [Physics of semiconductor devices]. Vol. 1. Moscow:
Mir, 1984, pp. 258-261.
22. Epifanov G.I. Fizika Osnovy mikroelektroniki [Physics Fundamentals of Microelectronics].
Moscow: Sovetskoe radio, 1971, pp. 145-156.
