Электронная микроскопия высокого разрешения материалов микроэлектроники и ВТСП тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ КРИСТАЛЛОГРАФИИ им. А.В.ШУБНИКОВА

феи** --На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ

УДК 537.533.35:548.24:548.732:620.187.3

ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И ВТСП

Специальность 01.04.07 - Физика твердого

тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1992

,V . ■■

* » .. t '

Работа выполнена в Институте кристаллографии им. А.В.Шубгакова РАН

Научный руководитель: Член-корр. РАН Н.А.Киселев

Официальные оппоненты: Доктор физико-иатецатических наук В.Л.Индэнбои Доктор физико-иатеиатических наук С.Г.Конников

Ведущая организация: Московский институт стали и сплавов

Защита состоится " А-О-г ^ -L 1992 г. в JSL____часов

на заседании специализированного совета Д.002.58.01 при Институте кристаллографии РАН по адресу: I17333 Москва, Ленинский пр.,59.

С диссертацией можно ознакомится в библиотека Института кристаллографии РАН.

Автореферат разослан « 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

В.М.Каневский.

Актуальность работа

В современных изделиях микроэлектроники значительно повысились требования к энергопотреблению, быстродействии и размерам как отдельных элементов, так и изделий в целом.• Это привело к необходимости, во-первых, более жесткого контроля за свойства.».® материалов, поиску новых путей опгишзащти и стабилизации свойств на всех этапах технологических циклов, во-вторых, разработке ноьых технологий и, в-третьих, к поиску новых материалов, позволяющих коренным образом решить возникшие проблема.

Уникальную возможность для решения этих задач дает электропил микроскопия высокого разрешения (ЭМВР). Применение методов 3!ШР юзволяет на атомном уровне определить реальную структуру кристаллов, пленок, границ раздела, многослойных систем, изучать мелкодис-юрсные фазовые образования • (размерами 1-10 гол), дефекта, возникаю-ме в процессе распада тверда растворов пли химических реакций ма 'раницах раздела. Прямые каблюдения границ раздела, начальных стадий ¡оста пленок, в гомо- и гетерозпктаксиалышх структурах дают возмоя-[ость понять механизм роста пленок и выбрать способ формирования ¡ездефектных эпитаксиалыых слоев. Исследования материалов на атом-юм уровне позволяют связать электрофизические свойства и их реальную структуру. Последнее особенно актуально в применении к матерками высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), где мальчайпие ва-иащш состава, микродефекты структуры оказывают.значительное влияла на температуру критического перехода, его ширину, плотность кра-ического тока.

В настоящее время-одним из наиболее важных материалов в элект-онной црокыЕленкостп является монокристаллический кремний. В проце-се изготовления СБ5ГС монокристалл многократно подвергается тер-ическим воздействиям. При этом происходит распад пересвдеишх твер-нх растворов фоновых примесей, главным образом - кислорода, что риводит к образованию структурных дефектов в материале и, как след-тви0, термической нестабильности всех свойств. Исследование процес-ов распада пересыщенная твердых растворов в 31 позволяет понять аиболее общие закономерности появления и роста микродефектов и вы-злений. Исследование их структур дает возможность связать влияние азличных факторов -напряжений, условий диффузии и т.п. с реальной груктурой кристалла. Дополнительную вахную информацию дает исследо-эние различных добавок на рост и структуру микродефектов и выделена. Одш1 из путей стабилизации свойств зх - изовалентное легирова-

кие, например, легирование германием. Поэтому изучение влияния изс валентного легирования g* представляется актуальным как с точки зре ния ловыпения надежности СБИС и выхода годных изделий микроэлектрс ники, так и с точки зрения исследования процесса распада кислорода системе si-Ge.

В технологии формирования КС широко используются пленки sior например, для изоляции приборов друг от друга, для пассивирован! поверхности структур или маски для'ионной имплантации. sío0 внстущ вт в ролл одного из основных компонентов в МОП-структурах 5 обеспе чизазт электрическую изоляцию в системах многослойной металлизация Знание структуры пленки и границы раздела sic^/si нвооходкмо ju определения ряда электрических параметров изолирующих слоев, напр»! мер, плотности поверхностных состояний, а такке важно для понимали и оптимизации процессов окисления. В связи с этим часть вайогы пос вящена исследованию структуры ггленок sto„ и границы раздела sto,..'Si

Лрогресс в создашш СБИС все мзныпих размеров связан с разраоо твой ношх токопроводяаих систем низкоомшх электродов затворов межсоединений и омические контактов, поскольку при уменьшении разме ров кристаллов ширина проводников уменьшается и вклад поверхностиог сопротивления в величину задермси сигнала возрастает, Возможност исЕОЛьзсвания гюлжристалличзского sí или металлов iai. w. и© и др. для'этих целей существенно ограничена, т.к. эти материалы имеют ря нежелательных свойств - относительно высокое сопротивлени (poly-si), высокую дай&у зленную способность по отношению к sí íec ssstawat). сальное взшмолеСствш с подложкой, полшсремкием тш ела оуа хкккчзскуа; стабильность (ice металлы), низкую температуру эвтек теки (raí. Бслеастеаи малого удельного сопротивления и высокой тем г.э^атуркса стабильности шшмак© привлекают пленки силшшюе.

Смдшияи можно использовать к для формирования контактов к мел козалегаияим р-п переходам. Большой интерес представляют заитаксиа лыше слои силицидов - такого рода пленки могут использоваться, нап рииз'р, в приборах, со скрытыми металлическими слоями. Лисилиаилы ти тана (TiSi0) имеют минимальное удельное сопротивление среди сигаши дов, поэтому исследование структуры, пленок и гранита раздел TiSi^/Si методами электронной микроскопии, шея своей задачей во первых, определение связи структуры и электрофизических сезйств ггле нок и, во-еторых, получение данных для разработки технологии фзрми ровапня эпитаксиальных пленок tísí„ с ровной границей на конокристо ллическэм кремнии. представляется важным и актуальным.

Проблема металлизации пересекается также и с исследованием пле нок ВТСП на различных подложках, прпмэн<«ни-э которых в "качестве одно

'о из уровней многослойной металлизации весьма петзспектиЕНо. Изуче-ие структуры пленок ВТСП на различных подложках ваяю л для созда-ия реальных приборов - сквидов.

Наряду с вышеперечисленными материалами важное значение приос-етают л некоторые другие технологические материалы, такие как кре-ний на сапфире (КНС). Исследование структуры слоев КНС методами МБР необходимо для определения структуры дефектов в пленках и пос-едующей оптимизации технологии Формирования. Это позволяет умень-ить количество дефектов в пленках и, естественно, значительно улучить их электрофизические характеристики, повысить процент годных риооров на их основе.

Цель работы

I) Исследование структуры дефектов в 51 и Е1, легированном ве, зеле различных термоосраОоток. Определение влияния се на распад фееыщеиного твердого раствора кислорода в $1. . 2 5 Исследование структуры пленок гю„ на ?л и границу раздела

3) Исследование структуры пленок на 31 и границы раздела .зги/зь установление связи структуры и электрофизических свойств, 'бор технологических параметров для разработки технологии формиро-!ния эпитаксиальних пленок Т131„ на С1 методом соиспарения из двух зависимых источников в высоксм"вакууые.

4) Исследование структуры пленок КНС, полученных по разным тех-логиям, и границ раздела з1/сс-А1г>о3.

5) Исследование структуры ВТСП (на основе увсо) и пленок увсо различных подложах.' Установление зависимости электрофизических

ойств пленок от структуры.

• Научная новизна.

I) Изучена шальная стотктура дефектов в 31 и зь легированном "Л

. в конкентвапии 10" ом " после термооОраСоток при тешоратуре

и 1ССС°С различней длительности.

по

С • 05навуженЬ, что в -г±, легированном се, в концентрации 10"

распад пересиленного твердого раствора кислорода идет иначе, ,1 в не легированном 31,0) Исследована гранила раздела зОбнаружено, что тер-!бс;:сэ г.кислепив кремния для получения пленок зю„ в атмосфере тапо.п с ггоисутстБием хлова мо;:;ет вызвать появление дефектов в облает зь

4) Установлена взаимосвязь между структурой пленок Т1£12 на ез к их электрофизическими свойствами.

'51 Разработана модель взаимодействия ИЕ10 и кислорода на атомном уровне с подложкой Обнаружена дщй&узкя п в подложу по дефектам п связанное с диффузией образование в 81 "карманов" - областей, обогащенных ц, трансформирующихся в кристаллические включениг Выявлено движение границы т15и/51 вглубь кристалла б! в процессе формирования пленок Т1Б1„. Определено, что преципитаты на первоначальной границе Т1Б1П - кристаллическая окись титана тю-

6) Показана возашкость молекулярно-пучковой апитаксии ялзноь Т1310 на 31, установлены эгштаксиальные соотношения.

, ~7) Исследована структура пленок КНС, полученных гю разной технологии. Определены дефекты в япенках,найдена возможная причина повышения плотности двойников в ХНС.

3). Исследована структура пленок убсо, полученных лазерным распылением на згТ1о,г1оо> или ню), нво, гю^/т и 2г0о/Л1„0,. Пока-

3 л .3

зано, что на значение а влияет наличие и совешенство гтанш зетзе!

с *

и их ориентация . Так как технология изготовления пленок была одинакова, структурные различия обуславливаются ориентацией, свойствами \ температурой подло«ски.

Практическая значимость

Исследованные дефекты в г,1 и в 51, легированное ос, позволяют использовать изовалешиыв принеси для уменьшения концентрации дефектов после тгрмэобраОоток, что, соответственно, улучшит свойства исконного материала, крк/.вияемогс пра изготовлении различных класеся. пс^гупроголппковых приборов.

Оирэдеденод» структуры иконки и границы раскола

позволяет вкпратъ отпкм&львую технологию формирования слоев окис; кг.о'гьда на ярегаки и учесть влияние бозмотшх дефектов и реально* структуры границы раздела на электрофизические характеристики систд-

КЫ £10?_/81.

Исследование пленок пзи. на 31 и Гранин раздела поз-

волили изучить динамику движения границы раздела, что необходимо ггр; разработке технологии формирования контактов к мелкооалегаюшпм переходам. С ломошью полученных в настоящем исследовании данных был; определены технологические параметры фзриирования зпитаксиальшг пленок С-54 Т1ГЛ0 на рл с атомно гладкой границей и разгасот~ка технология формирования эштаксиалъшх слоев дисилишла тит.тч ».тодог. соиспарешя из двух независимых источников в высоком вакууме. . Такие пленки необходимы для создания приборов с металлической базой, скрк-

тых слоев и гетероструктур.

Изучение влияния различных условий роста, ' з такке материала подложи на структуру пленок yeco позволило определить роль подложки в формировании пленки, влияние степени совершенства иекзеронныг границ и разориентации пленки на электрофизические свойства. Это необходимо при создании реальных приборов, например, сквздоа и слссв ВТСП, используемых в качестве последнего уровня мвталякзацзи в СБИС, а также для Еыбора материалов буферных к промежуточных слоэв.

Основшэ полоаеная, шностаыа на вагтау.

1. Изменение кинетшск распада перэкесаценпого твердого раствора кислорода в sí, легированном gs, в процессе термооЗработох при 450 к Ю00°С различной длительности ко сраЕНзшш с нелэгирсвавнкм su

2. Установление реальной структуры границы раздела sio2/si в зависимости от условий окисления пленок.

3. Модель взаимодействия титана, кремния и кислорода в процессе формирования пленок tísí2/si(ui) методом сорасшшнгая tí и sí в высоком вакууме. Реальная структура эпитаксиадьных пленок С-54 tísí2 sa sí, влияние дефектов и кислорода на движение гракпцы раздело lisig/si. Определение связи мевду структурой пленок tísí2 и их электрофизическими свойствами.

4. Определение структуры пленок КНС, получениях. по различным технологиям. Увеличение концентрации двойников в пленках связано с эриентацией сапфировой подложи

5. Реальная структура пленок ybco на подложках (ioo>SrTío3, rnolStTiOg, fU-2°3' Si' Me°* П0ЛУчешш: лазершм расэдленяем. Влея-гае температурных режимов на структуру пленок на srTio3. Связь стру-стуры и электрофизических параметров кленок. Основную роль в снвке-ош критического тока в пленках играют граница,зерен (появление не-согерентнсстк, разрывов, слабых связей), а таккз разориектацяя зе-зен. Увеличение ширины перехода связано с появлением фазы с содержанием кислорода 6,5;.диффузией атомов из подложки, появлением допол-штельдах фаз.

Образцы для электронномикроскопических исследований представле-ш Московским Институтом стали и сплавов, Институтом физических фоолем МЭП, Физико-технологическим институтом Р-Ш» НИИ вСапфф",. Физическим институтом РАН, Институтом прикладной физики РАН.

Апробация работа

Основные положения работы и ее отдельные результаты докладыза-шсь на:

.1) XIII Всесоюзной конференции по электронной микроскопш: (г.Суда, 1987)

2) УН Конференции по процессам роста и синтеза полупроводниковых материалов и пленок (г.Новосибирск, 1986)

3) Ш Бсэсоюзной конференции "Физические метода исследования поверхности и диагностики материалов вычислительной техники" (г.Кишинев, 1986)

4) Всесоюзной, конференция "Современные проблемы информатики, вычислительной техники и автоматизации" (г.Москва, 1988)

5) Европейских конференциях e-hrs (Страсбург, 1983, 1990)

6) Советско-немецком симпозиуме по микроэлектронике (г.Минск,

1988)

7) Европейский кокфэренциях по электронной микроскопии (г.Иорк, Великобритания, IS88)

8) ХП Ыаздународаой кристаллографииской конференции (г.Москва,

1989)

9) УШ Ыеадународаой школе по вакуумной электронной и ионпо! технологии (Варна, Болгария, 1989)'

. 10) У Всесоюзном совещании по материаловедения и физикохимкчес-ким основам технологии >:онокристаллич0ского кремния ("Кремний- 90"; (г.Москва, I960)

11) ¥11 Шздународаой конференции по микроэлектрожкэ (г.Минск,

1990)

12) Х1У Всэсоюзней конфзренцки по электронной микроскопии (г.Суздаль, 1990)

ТЗ) УН МзЕдуазродной конференций но мигфосколии полупроводни-ютх ычте-рйаюв (г.Оксфорд, Англия, I9SI)

14) йсздхародаих ¡еко.чзх до а^утронной.ккчроскопш (г.,Галле, Германия, I9Ö8 v. XS91)

ПуДдшащш

Основше результаты диссертации опубликованы в 25 работах. Список основных публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы.' Она содержит I4G страниц машинописного текста, III рисунков, 10 таблиц и 267

библиографических ссылок, включая публикации автора.

Содержание работа

Зо-введении обоснована актуальность тега, сфорда'лирозаш цель диссертационной работы к задачи, которые необходимо решить для достижения поставлено« целя, научная новизна и основные положения, выносите на зашиту, показана практическая значимость ваооты.

3 пезвой гладе приводится обзор литератур!, который состоит из ^иех частей.

Первая часть посвяшена современным методикам приготовления образцов для ГШ, в основном в приложении к тсксолленочным и многослойным системам. Последовательно рассмотрены все этапы приготовле-лш образцов "в плане" и поперечных срезов. Особое внимание удолено «энному травлению, условиям получения высококачественных образцов с большими площадями, прозрачными для электронов и минимальными повре-кдениями или'аморфизациэй поверхности образков. Описаны артефакты, юторые могут появится в процессе ионного травления различных мате-жалов-зь АщЗу, а31вУ1; и способы, позволяющие избежать появления )тих артефактов. Особые трудности возникают при приготовлении псяе-}ечных срезов тонких пленок ВТСП и многослойных систем на их основе гз-за различных скоростей распыления материалов подложек и ВТСП.

Зо бтотзой части обзора рассмотрены особенности формирования »лектронномикроскспическсго изображения с разрешением■на уровне кри-;таллическсй решетки. Обсуждается пределы разрешения "по точкам" и ю стисталлической решетке в рамках рассмотрения передаточной функ-гии контраста ШФК) электронного микроскопа, влияние нестабильностей ¡а ПФК.

В тсетьей части приводится анализ литературных данных по исслэ-хжатглям материалов современной микроэлектроники и технологии кремневых СБИС - монокристалическсго полупроводникового 31 и пленок на слове 31, а также ВТСП.

Спектр микродефектов в монокрисгаллическом полупроводниковом 31 , :зучен достаточно полно, хотя структура некоторых выделений, образо-;авшихся в результате распада пересыщенного твердого раствора кисло-ода, окончательно не определена. Так до сих пор остается открытым опрос о том, что представляют собой ленточные, выделения - коэсит ли гексагональный кремний. В ряде работ приводится динамика роста и реобразования выделений второй фазы, исследуются критические раз-еш преципитатов.В большинствее исследований отмечено, что ооразо-ание.и рост микродефектов в сходных условиях термических воздейст-ий зависит б значительной степени от концентрации фоновых примесей условий выращивания слитка, его термической предыстории. Практиче -ки не исследован вопрос о влияшш изовзлентного лепгсования на про

цесс раслада пересыщенного твердого раствора кислорода, образован® и рост ьикрадефзктоз.

Структура тонких путанок sio„ и границы раздела sto^/si такке существенно зависит от условий окисления кремния. Может изменять^ размер нероЕкостай на границе раздела, иногда обнаруживается лроме-здточшй тонкий слой (1-3 ны) кристаллического тридямита. Такие исследования ьозксяаш только с применением метода ПЗМ высокого разрешения и необходимы для каждого конкретного случая.

Далоэ рассматривается структура и процессы фазообразования пленок сидицвдоз. Достаточно полно изучена картина фазообразования v атомная структура границ раздела пленок силицидов Mi.Co и Pd для различных ыэгодов и условий фэрнировения, влияние примесей. Отмечено, что образование и структура тонкого, т.н. "шаблонного" слоя (teicpiate 1 на границе раздела, который появляется на начальных стадиях' роста пленок, определяет в последующем фазу и структуру пленки силицида. Структура пжзнэк склицвдов ti на si и границы раздела пле-шса-подожка исследована достаточно полно для метода отжига пленки Ti. Установлены опитшссиальшэ ооогаолыжя и определена атомная структура границ раздела для силицидов Ti различного типа на подложках (001) и (III) $i. Изучены процессы фазообразования. Показано, что для получения слонов с-54 tisi„ с низким уделькйм сопротивлением , требуются высокие тэшзрэтурн огыига к низкое содержание кислорода. ислохьзсвакие этого исхода- не годится для формирования. мелко-вазаг&пдах р-п лзреходов.- Изучение структуры шьнок и границ раздела а ббео-йанчзвых лхлаессах (подобных !Ш), фазообразования, динамики декемга граншш раздала к& проводилось.

£ созрешшдж кремниевых технологиях СБКО актуальна проблема создаи:я бездз&чктшх икекик 1510. bwгодом ЭМВР высокого разрэшения кссдадбваяа структура грашцк раздела, дефектов в пленке. Изучение начальных стадий роста пленок показало, что мнкродвсйншш могут появляться уко на стадии образования островков кремния. 3 то ке время, не до конца определена структура промежуточного слоя, наблюдаемого на границе раздела. Предполагается, что это -слой алюмосиликата на границе раздела и его> наличие может привести к уменьшению концентрации мнкродвойнкков вблизи границы раздела. Рассматриваются методы получения бездефектных слоев KHG, тают как отжиг электронным пучком или ионная имплантация с последующим откигом.

Далее приведены данные исследований структуры керамик, ыонокри сталлов и пленок БТСБ на основе гвсо. Описаны обнарукенные в керами ках и монокристаллах микродефэкты, в том числе кислородные вакансии, е которыми связано появление сворхструктур типа 2ь *ъ ; -За 'Ь ;

О О о о

2У2ао*2У2Ьо и др. Рассмотрены атомные модели двойниковых границ. Для керамических образцов классифицированы мекзеренные границы. Охарактеризованы ромбические (0) и тетраганальные (Г) фазы в материалах с соотношением металлов 1:2:3, изучено изменение реальной структуры при переходе ОТ. При нарушении стехиометрии по металлам наблюдались фазы с соотноизнием по металлам 1:2:4 или 2:4:7.

Затем в обзоре рассмотрены методы получения ВТСП пленок на основе ybco, и их структура. Особое внимание уделено методу лазерной абляции. Для отдельных случаев определена условия, при которых происходит рост а,ь или ¿-ориентированных пленок. Гак, формирование с ориентированных пленок предпочтительно при избытке бария, а а-ориентироЕанные при избытке меди. Найдены эпитаксиальные соотношения в пленках на монокристаллических подложках srTio3 различной ориентации, мео и др. Анализируются материалы, применяемые как буферные слои. Отмечается, что ориентация пленок и их реальная структура определяется конкретными условиями роста. Электрофизические характеристики пленок существенно связаны с ориентацией, однако исследования связи реальной структуры пленок на разных подложках с их электрофизическими характеристиками (плотностью критического тока, температурой и шириной критического перехода) не проводились.

Во второй глава описаны методики приготовления образцов и электронно-микроскопических исследований. Образцы кремния приготавливались химическим и ионным травлением. Для изучения пленок на подложках были приготовлены две группы образцов - "в плане" (подложка и часть пленки удалялись химически) и поперечные срезы (ионное травление) Из-за того, что часть образцов (si. SiCGe); sío2/sí) исследовалась с применением ПЭМ Филипс ЕМ-400, не оборудованным гониометром, была необходима дополнительная ориентировка рентгенодифракционными методами. Кроме этого принимались особые меры для сохранения ориентировки кристаллов. Все образцы ВТСП были изготовлены иснным травлением. В силу большого различия в коэффициентах распыления ybco и материала подложи при травлении поперечных срезов пленок ВТСП для сохранения пленки и границы раздела использовались защитные экраны.

Исследования проведены в микроскопах Филипс ЕМ-400 при ускоряющем напряжении и=юокВ и Филипс ЕМ-430зт (и=250 и зоокВ). Образцы пленок risi., на sí "в плане" изучались с применением ПЭМ Дкеол jeh-юос. Часть"изображений , полученных с высоким разрешением были обработаны цифровым методом е.В.Орловой с применением системы ibas -2000. Изображения кристаллических решеток sí,c-54 Tísí^ и yeco были рассчитаны многослоевым методом М.А.Грибелюком с учетом"условий микроскопов Филипс ЕМ-400 и Филипс EM-430st. Для определения фазы мел-

кнх включений и прещшитатов от части изображений были получены картины оптической дифракции.

В третьей главе представлены результаты исследования 21 и вь легированного Се после отжига. Монокристаллический Б1 и легирован-ннй 31 =I хЮ20 см-3) был выращен по катоду Чохральского. ООраз-

' Gs

цы обоих типов отжигались при температуре 450°С и ЮОСГС в теченга: 50-1100 часов. Содержание -кислорода контролировалось методами инфра-

красной спектроскопии. При исследовании образцов нелегированного ________Таблица I.

Режим обоаСотки £1 51 (Се?

31

Темпера? Время, Вид Концентра- Вид ""Концентра-

тура, °С ч дефекта цел кисдо- дефекта ция кисод-__________сода.см°___рода, см"

Исходный образец I .оТм15 ~ 7-8 х ТО17

450 IIÜ0 иглы 1.0 х I018

Исходный образец 7.2, х IO17 - 7.0 х I017

.....-...............................................................................................тл>.....................................................тч

1000 50 октаэдры, 5.5 х IQJ' 6.2 х 10"'

дислокаци-

.............................................онные петли.........._.................................................................................

66.5 ишзнатн- 5.5 х IQ17 - 6.3 х I017

чеекие петли» колонии тетраэдров

........................................................................ТГ».........................................................TD

100 колонии 6.0 х 10х' колонки 3.1 х 10'' октаэдров, октаэлпсБ,

дяслокашж • дислокэшш,

иглы

[46 - 4.8 х 10^' октаэдры, 3.2 х 10х7

призматические дислокации

ТО тп

550 октаэдры и 2.3 х I01' октаэдры. 2.3'х 10 удлиненные удлиненная

выделения выделения,

пластинчатые . выделения

шелв отжига при т - 45043 в течение 1100 часов наплваалксь иглс-оС ра-.-ные выделения длиной от 40 до 150 мют и толщин:й около 3-4 мснс сл-f-в расположенные параллельно плоскостям {III -. Вскруг выделены cyi: ¡стьует силп-ъе голе напряжений.. По внешним пртен; яш ати ваяпле вил пехот' на ^тершеобразше выделения, индег кйодгзоъаннзг. кг ko;i»i' .:»' iid4 « -ксагоналышЯ ?л- Б легированном ";-'сле ана.- гит.

ной термообработки иглообразные выделения не оонарукены.

При термообработке при 1000°С в течение 65,5 часов в нелегиро-ванком si обнаружены колонии полиэдрических выделений размером 10-30 нм. В отдельных колониях количество таких. выделений достигает нескольких сотен с концентрацией I014 -I015 см-3. Концентрация же самих колоний чрезвычайно мала ~ в одном образце не более трех. Выделения сопровождаются дислокациями. При исследовании легированного si полиэдрические выделения не были обнаружены.

После дальнейшего отжига до 100 часов в si как легированном, так и нелегированном, наблюдались подобные колонии кристаллических преципитатов , дислокации. Анализ с применением оптической дифракции показал, что зги выделения имеят кубическую реяетку с постоянной а=0,43 км и могут представлять собой карбид кремния - sic. Концентрация колоний преципитатов в нелегированном si не изменилась.

В легированном si после отжига в течении 146 часов были обнаружены колонии октаэдрических преципитатов и призматические, дислокации. В нелегированном si после отжига 146 часов дефекты не наблюдались.

При увеличении продолжительности отжига до 550 часов наблвдает-ул рост (до 100 нм) преципитатов, ограненных по плоскостям, параллельным till} si. Часть преципитатов как бы вытягивается в каправле-гаи одной из граней. В легированном si после такого отжига обнаружи-¿аются аморфные пластшгчатыо выделения размером около 25 нм, вокруг сотовых наблюдается сильное поле напряжений.

Данные ПЗМ свидетельствуют о том, что добавка Ge оказывает за-ютное влияние на возникновение'выделений в кремнии. Показано, что в

оп _о

3i, содержащем Ge в концентрации IG~ucm и распад пересыщенного твер-toro раствора кислорода идет иначе, чзм в нелегированном si. Осо-¡енно существенно влиянию се па кгаютжу распада при температурах жшга- 450°С. При больших температурах (Ю00°С) заметное уменьшение :снцентрац1ш дефектов обнаружено яри малых временах отжига: 50 часов [66,5 часов, впоследствии концентрация дефектов уравнивается. Начи-[ая со 146 часов происходит рост числа дефектов в легированном si на юне уменьшения концентрации в нелегированном si. Значительное увеличение времени отжига вызывает появление новых типов дефектов: ок-'аэдры Sio.., пластзшчатые выделения, концентрация которых в '"р'гчгаи : кремнии,^легированном гермытем становится приблизительно си-.-.^э-■b .

3 четвертой главе рассматриваются рэзультаты исследован;-;! ■к '-,iQr,/z±. силицидов титана та и КИС.

_ г<~> л —

Пленки 310^/21(100) выращены деумя методами:

1). Окислением 21 при температурах -около 900°С в атмосфере 02 в присутствии нс1(нс1/0о).

2) Импульсно-фотошшм отжигом в атмосфере кислорода (с применением ультрафиолетового лазера).

В пленке зю^ первого типа обнаружены кристаллические образования двух видов:

I. Мелкие кристаллиты размером 3-5 нм.

- 2. Более крупные кристаллиты размером 20-60 нм, по-видимому, представлявшие собой комплексы мелких кристаллитов. .Идентифицирование электронограмм дало возможность заключить, чтс наблюдаемые кристаллы в пленке - кристобаллит (абтм Я 11-695, кубическая сшгония, а=0,716 нм). В пленках, полученных быстрым фотонно-термическим отжигом (метод 2), кристаллические образования отсутствуют.

Исследование поперечных срезов позволило охарактеризовать границы раздела и для образцов пленок, полученных по методу I, обнаружить дефект в приповерхностных слоях подложки. Предположено,что это1 дефект связан с повышенным содержанием межувельного хлора и кислорода на границе раздела. Возникающие при.этом напряжения верхних слое! решетки и приводят к его появлению. В образцах, где плеши бьш выращены методом импульсно-фотонного отжига в атмосфере кислород! без добавки нс1, такой дефект обнаружен не был. Проведе*шые исследования подтверждают предположения о том, что структура границы раздела зю„/31 существенно зависит от технологии формирования слое: 310,.

Исследование пленок т^з^/гШП) проводилось в несколько эта пов. Выбор условий очистки подложи 31 и формирование пленки ссущес твлялось экспериментально. Изменения в технологию вносились после э исследований гранивд раздела. Окончательный подбор условий фсрмиро вания эпктаксиальных пленок Т131„/5г стал возможен только благодар ПЭМ высокого разрешения поперечных срезов.

Формирование•пленок т!31„ проводилось в высоковакуумной камере

безмаслянной системой откачки при Р=10~' Па. Перед осаждением повег

хность подложки очищалась ионами авгона оазных энергий <Е. +), наг

аг

равленых к поверхности под различными углами с последующим отжигом той жсу камере при температурах Тас. Эксперимент моете разбить :н группы А, Б, В и Г:

А). ЕДг+ =0.7-1 кэБ - перпендикулярно поверхности, Тас-750°С:

Б). Е + =0.7-1 кэВ - перпендикулярно поверхности, 7 ~800°С:

-13В). ЕДг+ =1 кэВ под углами 5-10° к поверхности, Тас=750°С.

Г). Е. + =1.5-2 кэВ под скользящими углами, Т„ =750°С. ■ лг "о

Пленки Т1Б10 формировались различными способами:

I. Соиспарением Т1 и 21, ТП=300°С, у51/7т.=0,1/0,05 нм/с и отжиг в

гай же камере при температурах То-600-300 С;

3. Соиспарением т! и 31, ТП=500-800°С, • у51/уТ1= (0,04-0,4)/(0,02-3.21 нм/с;

3. Соиспарением т± и 31, ТП=500-800°С, У51/Утз= (0,04-0,4)/(0,02-3.2) нм/с и То=500-800°С;

1. Нанесением чередующихся слоев Т1 '3 нм) и з! (6 нм) при Рп=г00-800°С;

5. Нанесением чистой пленки п при ТП=300-750°С, уТ1=(1-5)нм/с. )бнаружено, что структура, размер зерен, концентрация дефектов в ыенке сильно зависят от температуры подложки, температуры отжига и эго длительности (таблица 2);

Таблица 2.

?емпература годлозкки,тп Температура Время от- Средние раз-отжига, 0 жига, мин меры зерен,мкм Дефекты Наличие фазы Т151 0-54 0-49

300 ■ 0.01 дефекты упаковки, амотзфная фаза

600 - — 0.01-0.05 дефекты упаковки, двойники + +

850 650 15 0.05-0.2 дефекты упаковки, двойники +

СОО 7С0 15 • 0.05-0.2 дефекты упаковки. двойники +

600 7 СО 30 0.2-0.65 двойники +

700 750 ТС х »J 0.2-0.3 - + —

При электронно-лучовом сояспарекии ?-: и с; на нагретую подложку ■jcmokho Формирование шзчоомнкх ллдикрксталлпеских пленок ^посредственно в пронесен роста пленок б et. последующих тврмоо5рг.«п -'OK 'при ТП=500-С0СГ'С ;,-л*„т,дй«> сопротивление о=15-Г.5 мкОм/см: я при _-700-750'"'С D-II.7 мкОм/см ,.

Пленки, получ'-'-шты^- пул я- --О'^С шлык- zoI^kthh .-ч^тот

главным образом из зерен С--49 tisi^, что является причиной высоки значений' р. Нагрев подложки в процессе формирования пленок до 650°' обеспечивает быстрое формирование фазы С-54 tisi0, концентрация де фектов уменьшается, что и вызывает падение р до 15-25 мкОм/см.

Дальнейшее повышение Тд до 700°С и TQ до 750°С приводит к появ лению бездефектных зерен с более совершенными мзжзерешими граница hm. Это служит причиной (при оптимальном подборе скоростей роста уменьшения р.

Исследования образцов поперечных срезов пленок TiSi„/Si (III показали, что в процессе формирования пленок С-54 TiSi„ большое- зна чение имеет способ подготовки подложки и образование локальных сте хиометрических неоднородностей. Схема подготовки подложки и динамик ■формирования пленок и границы раздела С-54 Tisi^ представлена н рис.1.

1 А Б В Г

0 очистка ^ подложки

о ФОРМИГОЗА-J НИЕ ПЛЕНКИ

Ar*(E'1k«)

. Ai'IE-IWkcV

|тас-760'С Т,0 J t 1 50

V'54'C

А ДАЛЬНЕЙШИЙ 4 ОТЖИГ

Рис.1. Схема формирования пленок T1S12.

3 образцах группы А (рис.1а) на границе раздела выявлен проме жуточм.-;т1 слой аморфного si толщиной от 3 до бнм, обогащенного кисло роде- ..¡и-эделено методом POP) или аморфной sicv, - неудаленного ело e:v 'i.''.'-'H)ro окисла. Ниже аморфного слоя обнаружены микровключения к:-.: ;:лчнтифишфОБаны как С-54'и С-',Э TiSi„. У части4 образно ;<( , • nji' в случае отжига То=750-73ГсС, аморфная прослойка носплош п>. образцах пленка TiSi„ образует ,резкую гзаницу с подлож к чмкльдак случаях с небольшим в кремнии, по плос

ь ара мельной (111) s i.

i стэто ояиззцок с ибпэешшой .-¿r.ujHO" прослойкой при том

1°г. ь b'iKvvMf- в течение

Читается эп

годложки. Аморфная прослойка siox полностью исчезает. 'Предполагает-:я, что граница раздела движется внутрь кристалла.

В образцах груши В (рис.16) граница раздела резкая, но волнистая, аморфная прослойка отсутствует.

В образцах группы В граница раздела выглядит неровной (рис. в)'. В некоторых местах наблюдается эпитаксиалышй рост плешей С-54 ■iSig. Однако аморфная прослойка на значительных площадях сохраняет-

• Полное отсутствие аморфной прослойки зарегистрировано в образах группы Г (рис.Ir). На отдельных участках наблюдаются ступеньки юзмером до 50 нм. Их появление связано с разоркентаций на 4° попервости подложки 31 по отношению к кристаллографической плоскости III)si. Вдоль плоского участка границы раздела наблюдаются повторя-щиеся с периодичностью около 3 нм изменения контраста. Наиболее асто встречалось эгштаксиальное соотношение:

(202) С-54 TlSi9S (III)Si, COIOITISU | [lI0]Si. ¿соответствие решеток,"которые в этой ориентации составляет 10.7%, омпенсируется дислокациями несоответствия, непосредственно прилега-щшш к границе раздела й w распространявшимися вглубь tísí„. Уста-овлены и другие зпитаксиальные соотношения.

В некоторых местах границы раздела в подлога« появляются облас-и темного контраста, имеющие вид "карманов", связанные, по-видимому повышенным содержанием атомов титана. Обработка изображений этих блаотей выявила дефекта.

Р. пленке С-54 tisí0 выявлены двойники и кристаллические преци-г.таты tío (кубическая евнгония, а-0,417? нм (asth №8-117).

Таким образом, структуру границы рагледа после форшфования ленки определяет слой аморфной sío„ или аморфного si с повышенным эдерканием кислорода, находягаийся на поьпр7:псти подложи до пане-зния смеси 7i+Si и скопления дефектов, <зог*»вм точечных, вблизи эверхности подложки. Впоследствии ачорфшй -злой выполняет барьерные ункшш. Вблизи граница раздела образум-сз и ст&глзме гричеекке нару-зния в содержании титана. Ее ли не 'даег-ч уд.-, ли';:.- аморфный слой образцы серии А), то при формярог.ая:г.т гг п; п пт он:»: элит диффузия -тана через барьерный слой (г> климлм г ч . v по дефектом в под-/кк\ с •jípar^t.rjB^M "кармшу.г.". * • . 1 "мздетвии "кап-

тр л'сй ;гм:г7г!тсл г; icpEcr's ш-'i .--.г- . . кодификациях

С иди С Г,;. П:-:! noru.v.-;., ;; ; .•. г.- ;",-;-ся дслы:- to ;й

■ гп v,-,; ,!.". • re..:-гид -■ -. - ;ыико ai,;--

■ '■■ '" ", зтот v ' ■ , . - , , ;

ровками промежуточного слоя аморфного материала. При таких условия: может происходить ориентированный рост части зерен пленки. Отзкиго! при 800°С удается удалить аморфный слой и дефекты в приповерхностно, слое, что приводит к формированию эпитаксиальной пленки, но темпера тура формирования слишком высока и граница раздела неровная.

Границу раздела с островками эпитаксиального tisi, и неровно прослойкой siox можно наблюдать и в случае, когда аморфный слой уда лялся пучком ионов дг+ энергией менее 1,5 кэВ под скользящи углом. В, этом случае в местах образования рельефа на поверхности остаетс аморфный слой и, в результате, для отдельных частиц пленки набладае тся эпигаксиальный рост.

После более тщательного удаления поверхностного аморфного приповерхностного дефектного слоев происходит эпитаксиальный рос зерен пленки(рис.Гг). Граница раздела TiSiQ/Si мокет смещатъс вглубь подложки si. 00 этом свидетельствует образование "карманов" повышенным содержанием п, зерен tisi0. Избыток Ti в пленке мохе быть связан с испарением части кремния с поверхности в виде six Кислород к поверхности пленки шкет поступать при образовании фа: TiSi„ из трех источников:

Диффузия из подложки кремния.

2. Диффузия из распыленного материала - титана и кремния.

3. Остаточного кислорода в объеме камеры.

Локальный избыток титана приводит к образованию в поилок ■■карманов",трансформирующихся впоследствии в кристаллические зер: riSi2 Диффузия титана в подложку происходит по пржюверхностя дефектам. Часть кислорода, находящаяся в подложке вблизи ее повер ности, соединяется с титаном с образованием кристаллической' оки гитана тю. Эти выделения в пленке risi,, обозначают первоначальн границу раздела risi2/si-

Таким образом, исследован процесс фазообразования пленок tisi полученных соиспаренкем ti и si на горячую подложку, определе структура границу раздела riSi0/(III)Si и процесс ее формирована Предложена модель взаимодействия Ti, si и подложки si. Разработа технология формирования эптакска^ьных слоев Tisir,/dll)si.

Исследованию эпитакски - процесса осажденйя из газовой фа: посвящена- часть- работы по изучению КНС. По результатам исследован] КНО методом ПЭМ высокого разрешения сделано заключение, что различ! в алрктрофиричвоких свойствах КНС связано с концентрацией микродво) нш:оь ь- слоях si. Возможными причинами повышенной концентрации mhi ргь-р-.оШп'ков можнф лит"!, неточный срез поверхности сапфира. Подобие : чои-f и.-« c.'in/iy^'i и иг, результатов исследования этих ж» пласт

СНС рентгенодифракционными методами. Кроме этого рентгенодифракцион-ше методы указывают ка сильный изгиб одного типа пластин КИС, что 'акже может привести к повышению концентрации двойников и ухудшении (лектрофизических характеристик КНС. В обоих исследованных нами случаях на границе раздела si-сапфир .наблюдается промежуточный слой, ¡аиболее вероятная интерпретация которого - слой алюмосиликата. Этот ¡лой частично компенсирует несоответствие параметров решеток sí и сапфира, чему свидетельствуют протяженные бездефектные (бездвойнико-ш) участки границы раздела. Этот слой, однако не может компенсиро-оть влияния изгиба пластины или отклонения - ориентации поверхности, оэтсму для получения более качественных эштаксиальных слоев kííc ри осакдеши из газовой фазы необходимо строго соблюдать ориентацию оверхпости и. контролировать возможные изгибы пластин.

Шиая_глава посвящена исследованиям структуры ВТСП.

Вначале рассмотрены керамические образцы ВТСП двух типов с раз-пчшм стехкометрическим составом с соотношение по металлам 1:2:3 и .5:0,5:1. В образцах первого типа (TC=SSK и ДТ<2К) были обнаружены ккродБойжки. получены изображения микродвойниковых и ' межзеренних, рачиц, кристаллической решетки в проекциях [001], гПО] и [100], отсрне сравнивались с расчетными изображениям. Обнаружено, что,при тккгз в вакууме при Т=1С00°С ромбическая структура переходит в тет-згональнуэ.В образцах второго типа обнаружены двз фазы-ромбическая тетрагональная. Получено изображение дефектов нестехиометрии, ко-эрые могут увеличить значение ДТ.

Пленки ВТСП, могут применятся как третий уровень металлизации в ЯВ, -з также для изготовления различных приборов с использованием пзночшх технологий. Выло исследовано влияние различных типов ггод-эаек па структуру пленок. -Установлена связь структуры с электрофи-■пескиш свойстве™ (рис.2.).

Плонки yeco, сформированные на подложках (00I)srTiO3 при темпе-атуре 650°С представляют собой блочный монокристалл. Такие планки зстут зпитаксиалыю с ориентацией - ось ci|n (n-нормаль к плоскости 5длонки) .При понижении температуры подложи но 40°С формируются зликристаллические пленки, с ориентация зерен как cjn, так и (Ъ)|п. Зерна, в которых a(b)fn, растут кшгообразяо Границы между >рнами в этом случае когероятнн. ОдаэФпзоость образцов коррелирует малыми течениями Дт-о.гк, а отсутстькд просюок - с большой вели-ШОЯ j^-z-'r 1сся/сггГ. Рлиянке температур.: подложи на ориднтацвк 1С.?ужвЯ пленки связывается 'с температурой зависимостью несоотввтс-

•«« pOUieTCK yeco и er-tio.j и нэлития фг'и'лго п

Рис.

II &&

Se S.S "в "В

(YBCO

' Sr Ti О,

,YBC0

ISrTiO,

Vlí IcWi

I | 150Hl

--L

meo чс y -V

'SrTiO,

filo

то fe

U

ЖЗЗЗ^ПХШ!

"Т

25 Они

-+

ffjC&Y-^

NUÍLU

ш

( MgO |w

T

2S0nn

r=T ' * RU_w_ ^______т 1

связь структуры и алектрофмУИчеокмгШоЕс'гв .пленок ТВСО

Плешек на подложках (НО) 5гтюд состоят из зерен, ориентированных осью с под 45° к плоскости подложки, соседние зерна ' располагаются в двойниковом положении, в основном с когерентными границами.^

При наличии в пленке зерен, ориентированных осью с параллельно границе раздела или под углом 45° к ней, и когерентных межзеренных границах, уменьшается в 100 раз и имеет значение около Ю^А/см".

' Прилегающие к подложке 2г0о/31 зерна в пленках увсо имеют вил пластинок с с||п. Предполагается^ что ориентирующим действием в данном случае обладает поле анизотропных деформаций, возникшее вследст-вии различия коэффициентов температурного расширения зго2и увсо. На удалении от границы раздела зерна разориентируются., На границах между зернами наблюдаются дефекты. В этих пленках л^Ю А/см" Большая ДТ =8К может быть связана с появлением дефектной фазы на границах зерен и с диффузией кремния из -подложки через слой ггрг по границам зерен в пленку. Другое возможное объяснение, связанное с дкффузие? кислорода - измянениэ его концентрации вблизи межзеренных границ.

в поликристаллических пленках увсо, полученных на подлою« а--1 п г ЦП?,) с буферным слоем ггО„ также наблюдаются зерна с ориентацией ^с) п. Олектронограммы от образцов «в плане" свидетельствуют с тяг^нии фазы г содержанием кислорода 6,Г. в элементарной ячейке. :пноеит<\п.-=ио мало* увеличение Дт (для фазы гв-^си^_Е т:.--юк>

объ-

10«

сняется соответствующим отношением объемов' фаз с содержанием кисло-одз 7 и 6,5. На мекзереннвх границах в пленках на 2г-о0/з.-л10оя вы-злягатся промежутки или треппгаы, появление которых связано с бользим азличием в коэффициентах термического расширения пленки и подложки, ежзереннне границы такого типа приводят к образованию слабых связей существенно уменьшают до 5=<10"А/см".

Полккрксталлнческие пленки ybco на подложках соопмяо в болыви-стве случаев растут эпитаксиально, с|п. Дефекты, вызванные несоот-етствием параметров кристаллических решеток пленки и подложки не бнаруженн. По мере удаления от границы раздела к поверхности пленки азмер зерен уменьшается и наблюдается сильная разориентация оси с . а границах зерен наблюдается аморфная прослойка толщиной 2-3 нм, то вызывает падение j до 1СГ А/см''. Вероятным объяснением наблюда-мо^о значения Дт =12К в'пленках на мео может быть обнаруженная морфная кесверхггроводяиая фаза. Величина Дт отражает отношение объ-мов сверхпроводящей и несверхпроводящей Фаз.

В шестой главе подытоживаются прлучешзие результаты, подчерки-аются наиболее важные модели, выводы. В основном рассматривается труктура границ раздело TiSi„/si., модель формирования эпитаксиаяь-зх пленок TiSi,-,/Si и структура пленок ВТСП. Приводятся оценки воз-ояюго вклада дефектов в электрофизические свойства материалов.

и^ывода.

Таким образом-в результате проведенных исследований обнаружено: . Яобавки Ge оказывают заметное влияние на возникновение, выделений три низкотемпературном отжиге (450°С) преципитатов в- si. леги-зг.акнем G&, не обнаружено; в нелзгпровашш si пои тех же темпера-i'pax огляго иа&ащашсь нгясоопэгше выделения. При высокой темпе-'т/ре (юсо°с) <х5разовашл прип/лгглтатов замедлено при отжиге до 3,5 часов; затем происходит ускоренный распад твердого раствора ■клорода. Исследования показали возможность контроля процесса пре-■шитации в монокристаллическсм полупроводниковом zi посредством -■овалентного легирования Ое-. Обнаружены кристаллические октоэлепче-глв выделения и предположено, что они сбясонн с распадом углерода. . Структура границ раздела £io„/Si зависит от технологии ониглии:?

При ТерМИЧесКОМ ПКРСЛвВИИ В ПТМООфя^е П?1/0„ в ¡ТГ.ИПСВеЗХНОГТПОМ

г», наблюдается дефект тип.'» лефекта вменения, оостх.г.шшп vo быть обусловлено копь'ппг^ашмй хлс-rn пли

^ем крнстад.глч;ского е.гоя v.- окислении кг.гмтал и-'у-г-*.

-.-;.м г- cyv.m v ;а;ггд л'"т»";."т -.•.■;,-?.-- ■' '

плекках sio, полученных термическим окислением образуются зерна крз стобаллита, которые могут быть причиной ухудшения диэлектричесга свойств этих пленок.

3. В процессе металлизации методом соиспарения из двух независим} источников в высоком вакууме возможно получение низкоомных слоев п] относительно низких температурах (600°С). ПЗМ пленок силицидов титг на ка кремнии позволило,выбрать оптимальные параметры роста для пс лучения пленок низкоомной модификации TiSi0 и связать электрофизич* ские свойства со структурой.

ПЗМ высокого разрешения Tisi9/sifun позволило разработав модель .формирования границы разделами технологию получения эпитакга альных пленок дисилщада титана на кремнии.

Структура границы раздела Tisi^/sitиз.) (наличие аморфно! слоя, волнистость границы) связана с обработкой поверхности кремниз На границе раздела при нанесении стехиометрического состава возмош образование микровключений nsi0 в подложку. Эти микровключения ums ют структуру С-49 или С-54 в зависимости от способа формирован! пленки и связаны с избыточной локальной неоднородностью атомов ti пленке. Возможен рост плзнок состава TiSi„ вглубь подложки, которс происходит через образование так называемых "карманов" из избыточш атомов ti с последующим превращением их в tisi2. При этом подлоза наиболее медленно реагирует по плоскостям, параллельным {Ш>, .ч: создает ступенчатую структуру. На месте первоначальной границы par дела TiSi0/Si образуются, кристаллические выделения тю.

Показана возможность молекулярно-пучковой эпктакски пленок с структурой С-54 Tisi0 на сimsi.Установлены эпитаксиальные -соотнс шения:

(202)TiSi2 Ii (111)31, tO10]TlSi2 Ii [110]Si: (515)TiSi2 I (lll)Sl, • [lOllTioig 1 [110]Si: (004)TiSi2 I'(022)51; которые подтверждают тенденцию к образованию грают раздела по пло< костям, параллельным ешь

4. В образцах, КНС, отношение концентраций двойников меняется от 4 вблизи границы раздела до 9:1 вблизи поверхности кремниевой пленга Различие- в концентрации микродвойников связано с точностью ориентг ции подложек (отклонение,от точкой кристаллографической ориенташ по данным рентгенодифракционвдх исследований 0,8° и 0,3° соответс; венно). В пленках КНС обоих типов присутствуют дефекты упаковки дислокации, однако их плотность низка и не может существенно влия' 'на электрофизические свойства.

-21. Б полукристаллических образцах спеченных керамик ВТСП на основе всо со стехиометрией по металлом 1:2:3 и содержанием кислорода бли-кому к т образуется ромбическая сверхпроводящая фаза, характеризую-аяся наличием двойников. Отклонение от стехиометрии по металлам нзывает появление аморфной и тетрагональной несверхпроводящих, фаз. ромбической ВТСП фазе этих образцов появляется большое количество эфектов упаковки. Все это приводит к увеличению ширины критического эреходз. При отзшге BTCII происходит переход ромбической фазы в тет-агснальную и, как следствие, потеря ВТСП свойств. . Лазерной абляцией на подложках (100) и (110) srTio3. r02/(HI)Si, ZrO,,/a-Ai?p3 и (001) MgO формируются хорошо ориентиро-анные пленки с плоской поверхностью и ровными границами раздела, ри использовашш мококристаллических подложек из srTio3 структура ленки существенно связана с ориентацией подложки. Для обеих ориен-аций подложки наблюдается эпитаксиальное соответствие ybco. нализ электронных дифракций показал для случая (100) srTio3:

(ICO) Sr-Ti03 | (001) ybco cori] 3r-Ti03 s ClIO] ybco; ДЯ .Г30ЙНИК0В: [Olí] SrliOg s [ПО] ybco.

ля (110) srTi03: . ,

Э). (110) SrTiOg g . (103) YECO [001] SrTiOg II [010] YBCO 'i). (ПО) Cr-TiOg S (103) YBCO [001] SrTiOg i [010] YBCO.

Данные ГШ в сочетании с электронной дифракцией на отражение оказывают, что в образцах на (001) $гТЮ3 в зависимости от условий оста формируется монокристаллические (с|п) или (при понижении тем-зратуры подложи) полукристаллические пленки с взаимноперпендику-fipffiíM»! с и а(Ь).

По-задгошу, сукестзует два ориентационных механизма: I) эпита-

пленка п 2) анизотропная деформация подложки, возникающая при сигото&агнга пленок. При использовании гкшшристзллическкх буферных '■cae оркэнтмщоншм мехгжизчом при формировании пленки могут слу-;къ ьнизотрошзв напряжения подложки и пленки. В этом случае как завило полидрясталлические пленки состоят из пластинчатых зерен с ¡jn (у зерен, прилегающих.к границе). Отклонение ориентации оси с в эрхних слоях зерен ybco на zro^/si вероятно связано с ослаблением лияния ориентационного механизма второго типа. Размер зерен в направлении с существенно меньше, чем в направлении малых периодов.

Зиитаксил оказывает влияние и на двойниковую структуру. Размеры зойников меньЕв в пленках на подложках (ГССЛсто,. Дефектность ?рен пленок при использовании подикристалличоских буферных слоев на здлогках с i и а--А10о3 существенно вкше ' чем в случае

yeco/(COI)srTi03. В связи с тем, что режима нанесения пленок быль одинаковы, структурные различия можно отнести к свойствам подложек. Среда исследованных образцов меньшая ДТ наблюдалась е пленках с наиболее упорядоченной структурой (электронограмш на отражение которых отвечают текстура, блочному монокристаллу). Повышенная концентрация дефектов, ценее совершенная структура мэжзеренных границ в пленках на Zr02/si, Zr02/a-Ai203, Mgo, появление фазы yb&2Cu3o6 увеличивает ДТС. У пленок, где ось с строго перпендикулярна поверхности (I00)srTiO3, а (77К)=(2-7) хЮ6А/см2. Для аоликристалличеекях пленок, где ось с как нормальна так и параллельна поверхности, а границы меаду зернами, когерентны, jo-io5A/cm2. В образцах с ориентацией сси с пленки под 45° к поверхности подложки и когерентными границами двойникования подложи (II0)srrio3. Jc=I05 А/см2. У исследованных образцов на других подложках АТС растянут сильнее вследст-вии появления дефектов (пленки на zr0o/Si), фазы с содержанием кислорода 6,5 (Y3co/zr02/a-Ai2o3) или аморфных фаз (тасо/МаО). Малые значения jcb-пленках на подложках zro^/si, Zr07/a-Aio03 и Кео ассоциируются со структурой межзеренных-границ, которые в этих образцах имеют-дефекты, прослойки, промежутки и трещины.

Концентрация дефектов в пленках (IIO)srTio3. Zx-o9/si, 2ro2/a-Ai2o3, Mgo растет по направлению к поверхности; наимеюё дефектный слой 20-30 нм, прилегающий к подложке.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях!

1. А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, М.Я.Дашевский, А.А.Докучаева "Эле-трапнзя мщюсиапия высокого рагреления дефектов в терлообраЗо-гпанкых кристаллах кремния, легированного герюкием." Известия АН СССР, серия "Физическая" 1988 т.52 № 7 с.1284-1287

2. Л.Л.Васильев, А.М.Довыденко, Е.В.Орлова, Н.А.Киселев, А.А.Ба-лычбнко- "ПросбечиВащая электронная лщзоскотшя высокого разрешения границы раздела sio^/ss"- Поверхность. Физика, химия, механика 1930 J6 8 C.I5E-I55 "

3. Х.А.Валиев, А.Г.Васильев, А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, А.А.Орлкковский, А.Э.Седельников "Сгкрукшура и свойства пленок Tisi,., полученных соиотрониел 6 высокая всащуле- Высокочистые п.цеегг:,, I9S8 Ш C.6I-P8

-5. /...'..Васильев, H.A.Киселев, А.Г.Васильев, А.А.Орлшсовский

"Элаг. . ино-мкроснатмюае игашбобсния тон/сиг имаюк öuctuu-уЖ ч ' • г.л-т" Известия /Л СССР Сс-рпя "Физическая" 1038 т.№ 7 с.г• Э1

-235. К.А.Валиев, А.Г.Васильев, А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, А.А.Орли-ковский "Влшнив паралетров электронно-лучевого соиспарения на сярутурные свойства пленок tisi2" Микроэлектроника, 1989,т. 18, в.З, с.241-246

6. K.A.Valiev, A.G.Vaailiev, A .L. Vasiliev, N.A.Klselev, A.A.Orll kovsky, A.E.Sedelnikov "Structure and pi-opertles of T1S12 thin films snd TISig-SKlll) interfaces" Surface.and Coating Technology", 1991, v.45, p.281-289.

7. А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, 0.И.Лебедев, А.Г.Васильев, A.A.Op ликовский "Электронная ликроскопия высокого разрешения силицидов титана на sí и 5íc0" Известия АД СССР, серия "Физическая", 1991, Т.55, №, с.1483-1486.

8. A.L.Vaailiev, Я.А.Kisalev, О.I.Lebedev, E.V.Orlova, A.G.Vasiliev, A.A.Orlikovsky "«REM of TlSi^/Si and TlSi^/SiO^ interfaces" 1331, Inst. Phya Cení. Ser.No 117,"p.297-302

Э. K.A.Valiev, A.G.Va3iliev, A.A.Orlikovsky, A.L.Vaailiev, A. L.Golovin,. R.M.Imajnov, N.A.Xiselev "Structure and properties of TiSlp films on S.Í obtained by 71 and SI co-evaporation In high vacuum" Vacuua 19Э1, v.42, No 18, p. 1191-1201

10.С.Л.Антонов, А.Г.Васильев, А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, А.А.Ордиковский, А.Э.Седельников "Исследование свойств пленок Tisi „, полученных элекяраннолучевыл соиспареииел в сверхвисокол вакууле" Труды ИО АН СССР 1988, т.14, C.III-I22.

11. Л.Л.Васильев, А.Я.Головин, Р.М.Манафов, P.M.Имамов, Н.А.Киселев "Электронная лгшроакоп,ш Высокого разрешения и ретгенодиф-рж^иочт&е желедедегнш эгллшеиалъныг слоев кремния на сапфире" Поверхность, 1987 №1 с.123-131

12. А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, А.И.Головашкин, . О.М.Иваненко, К.В.Шщен "Электронная .ишроскогша высокого, разрешения бисоко-тежперстурной сверхпроводящей керамики ува0Си^>7^п КСФ, 1987 Л 7 с.59-61

13. А.Л.Васильев, А.В.Варлаккин, А.И.Головашкин, О.М.Иваненко, Н.А. Киселев, К.В.Мицен и др. "Микрострутура и коняшякые сбой-ства высокотежперотурной сверхпроводщей керамит yb&^Cu3o?__q" Письма в ЖЭТФ. Приложение т.45, с.59-62, 1988

14. H.A.Kiselov, A.L.Va3iliev, S.V.Gaponov, O.V.Uvarov, S.A.Gu-sev . 3.Kluenkov, A. V .Kotchemasov, M.D.Strakovsky "HItBM of super-conJuctirn: ' films YBa2CuJ>7_Q ". Inat. Phys. Conf. Ser. H°93, v. 2,

p.223-229, 1983

15. А.Л .Васильев, Н.А.Киселев, А.М.Доьыденкс, С.В.Гапонов.М.А'.Ка-

лягин "Элешронная ликроскопия пленок YBa9cu3o7j§". Сверхпроводимость. Физика, химия, технология 1990, т.З Ji 4, с.557-572

16. А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, А.И.Головаашш, С.И.Красносвобод-цев, Е-.В.Печень "Исследование границ-раздела и дефектов в поли-криаясшических пленках YBa9Cu3o7^'\ Сверхпроводимость, Физика, химия, технология 1990,"т.З Ü 3 с.472-4?

17. Н.А.Кисблев, В.Ю.Карасев, А.Л.Васильев "Исследование эпитк-сиалъних слоев летодол электронной ликросногши высокого разрешения" сб. "Рост кристаллов",1990, т.18, C.43-S0.

18. С.В.Гапонов, М.А.Калягин, Н.А.Киселев', А.Л.Васильев "Микроструктура и электрофизические свойства пленок гва2Си„о7_§ ••.'

Сб. "Рост кристаллов",199Г, т.19 С.211-224.

19. К.А.Валиев, А.Г.Васильев, А.Л.Васильев, А.Л.Головин, К.А.Киселев, P.M.Имамов, А.А.Орликовский, А.Э.Седельников "Структура и свойства тиенок Tisir и границ раздела Tisi^'si". Труда ФТ АН СССР. Микроструктурирование тонких пленок, 1991, т.2, с.22-37.

20. А.Л.Васильев, А.Л.Головин, К.М.Ыанафов "Диагностика структуры зпитксшлъных слоев крелния на сапфире'" Тез. докл. I Все союзы.конф. "Физические методы исследования поверхности и диагностика материалов вычислительной техники", Кишинев, 1986, с.55.

21. А.Л.Васильев, А.Л.Головин, Р.М.Манафов, P.M.Имамов, Н.А.Киселев "Возможности новых ретгенодифрра}щионных летодов и электронной ликроскопш высокого разрешения 6 анализе гетеросистел" Тез. докл. VII Всесоюзн.конф. по процессам роста полупроводниковых кристаллов и пленок, Новосибирск, 1986, т.2, с.181-182.

22. А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, М.Я.Дашевский, А.А.Докучаева "ЭМВР дефектов в терлообрайстанных кристаллах крехния, легированного герланиел". Тез. докл.хш Всесоюзн.конф. по электронной микроскопии, 1987, т.1, с.196-197.

23.' А.Л.Васильев, Н.А.Киселев, А.Г.Васильев, А.А.Орликовский "Элежронно-ликроскопические исследо&стя тонких пленок дисили цидов шпана" Тез. докл.хш Всесоюзн.конф. по электронной микроскопии, 1987, T.I, С.177-178.

24. K.A.Valiev, A.G.VaaiXiev. A.b.Vasiliev, N.A.Xiselev A.A.Orliko-vaky, "П'.е Investigation of T1S1 „ fasre formation in the thin films produced by e~~beam evaporation In ultrahigh vacuum" Proc. of-E-MKS meeting, .Strasbourg 19SS, 21-3-226.

25. N.A.Kiselev, V. Ju.Karasev. A.L.Vasiliev "№ of epitaxial layers end lnt^rface3"Vi-oc .of XII European Cryataliographic Meeting, Moscow, 20-29August 1SS9, 35.