Исследование формирования, структуры и свойств пленок полупроводниковых силицидов кальция на Si(111)

Безбабный, Дмитрий Александрович

Исследование формирования, структуры и свойств пленок полупроводниковых силицидов кальция на Si(111) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Безбабный, Дмитрий Александрович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Владивосток МЕСТО ЗАЩИТЫ

2014 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование формирования, структуры и свойств пленок полупроводниковых силицидов кальция на Si(111)»

Автореферат диссертации на тему "Исследование формирования, структуры и свойств пленок полупроводниковых силицидов кальция на Si(111)"

На правах рукописи

Безбабный Дмитрий Александрович

Исследование формирования, структуры и свойств пленок полупроводниковых силицидов кальция на

Si (111)

Специальность - 01.04.10 Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Владивосток 2014

005546500

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» и Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН

Научный руководитель: Галкин Николай Геннадьевич

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты: Иванов Валерий Иванович

доктор физико-математических наук, профессор Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Синебрюхов Сергей Леонидович

кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Институт химии Дальневосточного отделения РАН

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреж-

дение науки Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск

Защита состоится 6 марта 2014 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 005.007.02 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ауд. 510.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАПУ ДВО РАН

Автореферат разослан _5_ февраля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Гамаюнов Е.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы. Полупроводниковые силициды металлов с пониженной размерностью привлекают широкое внимание исследователей, как с точки зрения фундаментальных знаний, так и с практической точки зрения. Фундаментальный интерес к ним вызван проявлением в них новых свойств (оптических, электрических, термоэлектрических), что связано с квантово-механическим ограничением электронов, фононов и других квазичастиц в таких пленках и изменениями в электронной плотности состояний, электропроводности, теплопроводности. Практический аспект использования систем с пониженной размерностью состоит в создании датчиков различных физических величин, включая фотоэлектрические и термоэлектрические преобразователи.

Данная диссертационная работа посвящена исследованию формирования, параметров электронной структуры, оптических и электрических свойств тонких (двумерных) и толстых пленок полупроводникового силицида кальция с повышенной концентрацией кремния (Ca3Si4), который в отличие от полупроводникового силицида кальция (Ca2Si) практически не исследован. Известные лишь теоретические работы, которые предсказывают существование такого полупроводникового силицида (Ca3Si<t) в системе кальций - кремний. Это вызвано узкой областью гомогенности системы и сложностью его получения при твердофазной эпитаксии. В предварительных экспериментах нами было обнаружено, что полупроводниковый силицид кальция с составом близким к Ca3Si4 формируется при реактивной эпитаксии из источника кальция на атомарно-чистом кремнии, но диапазон скоростей кальция, необходимый для его получения, в настоящее время не исследован. Соответственно, не выращены тонкие и толстые слои этого силицида и не исследованы его свойства. Предварительное формирование слоя аморфного кремния или Mg2Si может изменить кинетику формирования силицидов кальция (Ca3Si4 или Ca2Si) и последовательность образуемых фаз. Этот подход в настоящее время также не исследован. Проблема роста кремния поверх данных силицидов также ранее не рассматривалась. Решение этой проблемы позволит подойти к созданию гетероструктур Si/Ca3Si4/Si(l 11) и Si/Ca2Si/Si (111),

2 Заказ 0114 3

которые могут обладать интересными фотоэлектрическими и термоэлектрическими свойствами. Следовательно, целями данной диссертационной работы являются формирование полупроводниковых силицидов кальция (Ca2Si и Ca3Si4) на Si(l 11) в виде пленок различной толщины на кремниевых подложках, гетеро-структур Si/CaxSi/Si на их основе и определение оптических и электрических параметров пленок и гетероструктур.

Обоснование выбора материалов. Выбор Са и Mg для исследования создания тонкопленочных полупроводниковых соединений с кремнием обоснован как фундаментальным интересом к этим материалам, так и возможными перспективами их использования в кремниевой электронике. Кроме того, Са и Mg являются доступными, недорогими и экологически чистыми материалами. Основные научные задачи:

1. Определить влияние температуры подложки, скорости осаждения кальция и отжига пленки на формирование Ca3Si4, а также исследовать условия формирования наноразмерных островков Ca3Si4 на монокристаллическом кремнии методом реактивной эпитаксии.

2. Определить условия роста толстых пленок Ca2Si на Si(l 11) и на предварительно созданном слое Mg2Si на Si(l 11).

3. Исследовать оптические, электрические и термоэлектрические, а также фотолюминесцентные свойства тонких и толстых пленок Ca3Si4 и Ca2Si.

4. Исследовать рост двойных гетероструктур (ДГС) Si/Ca3SL|/Si(l 11) и Si/Ca2Si/Si (111) с толстым и тонким слоем силицида, определить их оптические и термоэлектрические свойства в различных диапазонах температур.

Научная новизна

1. Выращены толстые слои полупроводниковых силицидов кальция Ca2Si и Ca3Si4 на Si(lll) методом реактивной эпитаксии при температурах 130 °С и 500 °С, соответственно.

2. Толстые пленки Ca3Si4 имеют поликристаллическую структуру, являются не-прямозонным вырожденным полупроводником с Eg = 0.63 эВ, характеризуются наличием плазменного отражения в дальней ИК-области, обладают высокой проводимостью, малым коэффициентом термо-эдс (50-80 мкВ/град), двумя интен-

сивными пиками 388 и 416 см'1 и слабым пиком 344 см"' в спектрах комбинационного рассеяния света (КРС), сохраняют состав при температуре отжига 500 °С.

3. В толстых пленках Ca3Si4 обнаружены прямые межзонные переходы при 0.89 и 0.912 эВ с высокой силой осциллятора, что привело к регистрации в двойных ге-тероструктурах Si/CajSi^Si (111) фотолюминесценции при Т = 5 К.

4. Толстые пленки Ca2Si, имеют нанокристаллическую структуру, являются не-прямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны: Eg=0.68-0.70 эВ и не сохраняют свой состав при длительном отжиге при 130 °С.

5. Определены условия роста и выращены двойные гетероструктуры Si/Ca3Si4/Si(l 11) и Si/Ca2Si/Si(lll) с различными толщинами встроенных слоев Ca3Si4 и Ca2Si.

Практическая ценность. Методики роста сплошных пленок силицидов кальция СазЗц Ca2Si и ДГС на их основе могут быть использованы в целях разработки и создания фото- и термоэлектрических приборов на кремнии. Результаты исследований структуры и оптических свойств свидетельствуют в пользу накопления фундаментальных знаний о системе Ca-Si и развития тонкопленочных кремниевых технологий.

Защищаемые положения

1. Пленки Ca3Si4, сформированные методом реактивной эпитаксии на поверхности Si(l 11)7x7 при 500 °С, имеют поликристаллическую структуру и являются непрямозонным вырожденным дырочным полупроводником с шириной запрещенной зоны 0.63 эВ, межзонными переходами 0.89 и 0.912 эВ с большой силой осциллятора и малым коэффициентом термо-эдс 50-80 мкВ/град.

2. Пленки Ca2Si, сформированные методом реактивной эпитаксии на поверхности Si(l 11)7x7 при 130 °С, имеют нанокристаллическую структуру и являются непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны: Ев=0.68-0.70 эВ.

3. Двойные гетероструктуры (ДГС) Si/Ca3Si4/Si(l 11), сформированные при 500 °С на поверхности Si(lll) 7x7, характеризуются встраиванием в кремний нанокристаллитов или сплошного слоя CajSi4 в зависимости от толщины осаж-

денного слоя кальция в ДГС, выходом части НК Ca3Si4 на поверхность и сохранением дырочного вырождения во встроенном Ca3Si,».

4. Формирование двойных гетероструктур Si/Ca2Si/Si(l 11) методом реактивной эпитаксии Са при 130 °С на подложках Si(l 11) или Mg2Si/Si(l 11) с последующим осаждением слоя кремния (48 нм) при 100 °С сопровождается встраиванием тонкого слоя Ca2Si (14-16 нм) на глубину не менее 20 нм, а при использовании слоя Mg2Si - растворением магния в решетке кремния на глубину до 1.5 мкм с формированием донорных уровней магния с энергией активации 240 мэВ.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях: «Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials» (ASCO-Nanomat) в 2011 и 2013 году (г. Владивосток, Россия); «APAC-SILICIDE 2013» (Цукуба, Япония, 2013); International Conference "Nanomeeting-2013"(MHHCK, Беларусь, 2013), «Е-MRS 2012 FALL MEETING» (г. Варшава, Польша, 2012); XIII региональная конференция «Молодежь XXI века: шаг в будущее» (г. Благовещенск, Россия, 2012); 10, 11 и 12 региональная научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (г. Владивосток, Благовещенск, Хабаровск, Россия 2011-2013); XX и XXI научная конференция «Дни науки АмГУ» (г. Благовещенск, Россия, 2011-2012 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 статей в журналах из списка ВАК и 5 статей в сборниках трудов региональных и международных конференций.

Личный вклад автора. Автор принимал участие во всех экспериментах, выполненных в ИАПУ ДВО РАН, обработке данных, обсуждении и написаний статей и тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 126 страниц, включая 55 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 77 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована цель работы и ее актуальность, определены основные задачи, указаны новизна и практическая ценность работы, изложены основные защищаемые положения и описана структура диссертации.

В первой главе приводится обзор методов формирования тонких пленок полупроводниковых силицидов щелочноземельных металлов, в частности, таких как силициды магния и кальция, а также методы формирования и свойства гете-роструктур со встроенными полупроводниковыми силицидами хрома, железа и магния на кремниевых подложках.

Силицид кальция Ca2Si известен как полупроводник с шириной запрещенной зоны 0.3-0.35 эВ по данным теоретических вычислений [1], а согласно теоретическим расчетам авторов статьи [2] составляет 0.56 эВ. Однако по последним результатам расчетов (GW-аппроксимация) для орторомбического и кубического CaîSi [3] показано, что ширина запрещенной зоны составляет (1.02 эВ) и (1.16 эВ) соответственно. В экспериментальных же результатах величина ширины запрещенной зоны Ca2Si составила 1.02 эВ [4]. In situ температурные холловские измерения [5] показали, что тонкая пленка CaîSi, выращенная на Si (111) при температуре подложки 120-130 °С характеризуется шириной запрещенной зоны с энергией 1.02 эВ. Этот результат согласуется с теоретическими расчетами структуры Ca2Si [3]. Состав Ca5Si3 был определен Айзенман и Шэюфер [8]. Кристалл имеет тетрагональную структуру с шириной запрещенной зоны 0.56 эВ. Такой силицид показывает проводимость р-типа [2]. Результаты расчетов методом псевдопотенциала показали, что CajSi4 является непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 0.375 эВ [1].

Экспериментальное исследование оптических и электрических свойств и особенностей формирования таких полупроводниковых силицидов кальция как Ca2Si и CajSi4 - актуально, поскольку является предпосылкой для создания на их основе оптоэлектронных устройств и развития кремниевых технологий.

3 Заказ 0114 7

Во второй главе представлено краткое описание методов, использованных в данной работе, а именно - электронная Ожэ-спектроскопия (ЭОС), спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ), оптическая спектроскопия твердых тел и дифференциальная отражательная спектроскопия (ДОС), фотолюминесцентная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС), метод атомной силовой микроскопии (АСМ), метод просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Приведены схемы экспериментальных установок, методы очистки образцов, схемы ростовых экспериментов и методики расчета оптических функций тонких пленок.

В третьей главе представлена общая схема ростовых экспериментов по формированию силицидов Ca2Si и Ca3Si4. По данным ЭОС и ХПЭЭ показано, что формирование нанокристаллической пленки силицида кальция с составом Ca2Si, наблюдается при температуре 130 °С в процессе как осаждения на предварительно сформированный слой аморфного кремния, так и на тонкую пленку Mg2Si. При осаждении Са на слой Mg2Si происходит выход части атомов магния на поверхность образца и формирование сплошного слоя Ca2Si. Показано, что Ca2Si, сформированный обоими способами, по данным оптической спектроскопии является непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 0.68 - 0.70 эВ, состоит из наноразмерных зерен, характеризуется КРС-пиком 352 см"1 с малой интенсивностью, что подтверждает малый объем наноразмерных зерен в структуре пленки.

Формирование пленок различной толщины с предположительным составом - Ca3Si4 проводили методом реактивной эпитаксии при 500 °С на поверхности Si(lll) 7x7 с различными скоростями. Исследовано формирование Ca3Si4 на Si(lll) при различных толщинах осажденного кальция (3, 30 и 76 нм (Рис. 1)). Методами ХПЭЭ и ЭОС показано, что формируются островковая (3 нм) или сплошная (30 нм) пленка Ca3Si4, а случае толщины слоя Са - пленка силицида, обогащенная кальцием по сравнению с Ca3Si4. Установлено, что при скорости осаждения кальция меньше 0.65 нм/мин до толщины Са 172 нм на кремнии фор-

мируется силицид кальция с составом Са3814, а при скоростях осаждения 1-2 нм/мин в слоях осажденного кальция больше 76 нм наблюдается формирование обогащенного кальцием силицида, что подтверждено данными КРС и оптической спектроскопии.

Рис. 1. Спектры Ожэ (а) и ХПЭЭ (6) для подложки 81(111) 7*7 с атомарно-чистой поверхностью и пленок с толщиной Са 3, 30 и 76 нм (образцы №10, №9 и №8 соответственно)

Результаты исследования температурной стабильности полупроводникового силицида Са3814 рассмотрим на примере образца №2 (с1Са = 172 нм). Скорость осаждения Са в процессе формирования пленки составляла уСа=0.64 нм/мин. На зарегистрированном после осаждения Са на подложку при Т=500 °С спектре ДОС (Рис. 2 (а)) наблюдается широкий пик, в котором при разложении выделены пики: 2.0 и 2.2 эВ.

4ШК .<.-•' ¿Г ......Са3вЦ 0.45 0.4 лнда ...■••^ ......СагБ'!

/ Ч'\Ч, ---30' отжиг 0.35 ""•ч"-.., ---30'отжиг

\ 0.3 //

ж 0.25

/ 0.2 /У '"С4.

Ч-. Чч 0.15 У N *'•

(а) Е, эВ £Щ 0.1 0.05 (б) ч Е, эВ

1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 1.2 1.7 2.2 2.7 3.2

Рис. 2. (а) Спектры ДОС для пленки образца №2, и после десорбции Са из этой пленки при Т=500 "С в течение 30 минут, (б) Спектры ДОС для пленки Саи после десорбции Са из этой пленки при Г—130 °С в течение 30 минут

Наличие пиков на спектре ДОС указывает на формирование полупроводникового вещества [6], поскольку указанные пики не наблюдаются в ДОС-спектре для поликристаллического кремния. Для сравнительного анализа на рисунке 2 (б) представлен ДОС-спектр полупроводникового силицида Са281, сформированного на образце №6 и имеющего единственный пик при энергии 2.1 эВ.

Отжиг пленки при Т=500 °С в течение 30 минут привел лишь к малому уменьшению ДОС сигнала (Рис. 2 (а)). Таким образом, можно утверждать о высокой температурной стабильности пленки Са3814 на 81 подложке при температуре формирования. Отжиг пленки силицида Са281 при Т=130 °С в течение 30 минут привел к заметному уменьшению ДОС сигнала, но форма спектра ДОС не изменилась (Рис. 2 (б)). Учитывая экспоненциальный рост скорости десорбции С а при увеличении температуры, можно предположить, что при Т=500 °С этот силицид разрушится и сформируется высокотемпературный силицид с меньшим содержанием Са.

Исследования кристаллической структуры методом ПЭМ показали, что пленка силицида Са имеет некоторую непрозрачную текстуру в толстой части пленки (Рис. 3). Полученное от тонкой части пленки изображение

просвечивающей микродифракции (ПМД) | представлено на вставке на рисунке 3. Картина ПМД содержит рефлексы от подложки 81(111) и дифракционные кольца от зерен поликристаллической пленки силицида Са. Невозможно выделить предпочтительные ориентации в этих зернах. Расчет картины ПМД позволил установить размеры этих колец в Рис. 3. Изображение ПЭМ для планарной геометрии (0.154, 0.131, 0.253, 0.313 образца №2. На вставленном ри- нм в соответствии с интенсивностью), после сунке представлена картина чег0 мы сопоставили ЭТи размеры с известными ПМД от тонкой части пленки.

на сегодяшнии день 5 силицидами кальция

(Са281, Са81, Са5813, Са^мв, Са812), включая изоморфные фазы в стандартной ба-

зе данных [5]. Точные соответствия не были найдены по размерам колец. Также не смогли подобрать, по крайней мере, приблизительных совпадений соответствующих распределению интенсивности расстояний ни с одним из известных силицидов Са. Таким образом, учитывая наличие в фазовой диаграмме состояния Са - Si только шести силицидов, мы можем утверждать, что выращенная пленка силицида, состоит из поликристаллических зерен со структурой Ca3Si4.

Полупроводниковые свойства выращенных пленок Ca2Si и Ca3Si4 протестированы методом оптической спектроскпии и температурных исследований сопротивления в широком диапазоне температур. Определено, что оба типа пленок имеют непрямую запрещенную зону с шириной 0.63 эВ для Ca3Si4 и 0.68-0.70 эВ для Ca2Si. Показано, что высокая прозрачность пленок Ca2Si наблюдается во всем диапазоне энергий от 1.0 до 0.1 эВ, а для пленок Ca3Si4 -наблюдается интенсивное поглощение в области энергий ниже края фундаментального поглощения (0.6-0.1 эВ), что связано с плазменным отражением при высокой концентрации свободных носителей в Ca3Si4. Высокая проводимость пленок Ca3Si4 и малые значения коэффициентов термо-эдс (50-80 мкВ/град) были подтверждены температурными измерениями сопротивления образцов и их термо-эдс.

140 120 100 80 60 40 20

— R. Л°7

Т. Л о 7

1 2 3 4 5 6 7 Энергия фотона, эВ Рис. 4. (а) - Спектр отражения (К) и пропускания (Т) для образца №7 (Са3814; £<1=350 нм); (б) - температурные зависимости коэффициента термо-эдс для образцов №3 (Са3314; <1С„=76 нм) №6 (Са230 и №7 (Са35Ц;1и=350 нм)

.\il3,dc»=3 нм . E

......>H2,dcv=30 нм 5 d

— .Y«ll,dca=76 нм Г? 11 !!• ' ! : |' ij | 1 r.

1 1 1 1 s s 1

•II? 1 £

/ 'И t S

1 » ,ч 1 i; S

....... i

.' Г." .*' ^.. j....'. i . . . .

В четвертой главе исследован рост кремния поверх наноразмерных островков и двумерной фазы силицидов кальция Ca2Si и Ca3Si4, а также их оптические свойства. Установлено по данным АСМ, что в зависимости от толщины осажденного слоя кальция в ДГС формируются нанокри-сталлиты или сплошной слой Ca3Si4, а рост кремния сопровождается выходом части НК Ca3Si4 на поверхность. Это приводит к появлению интенсивных пиков КРС (Рис. 5) от пленки Ca3Si4 (344, 389 и 416 см"'), которые по положению хорошо совпадают с пиками для незакрытых пленок Ca3Si4, рассмотренных в главе 3. Результаты спектроскопии КРС для образцов №11-13, выращенных методом МЛЭ кремния с различными толщинами осажденного Са (76, 30 и 3 нм соответственно) представлены на рисунке 5. Особенностью этих результатов является наличие двух KPC-пиков с максимальной интенсивностью (389 и 416 см"1) и с малой интенсивностью (344 см"1). Результаты исследования КРС микроскопии

20 ООО

18 000

* 16 000

О 14 000 А,

И 12 000

й 10 ООО « 8 000 » 6 000 Л 4 000 2 000 0

100 200 .100 400 500 600 КРС сдвиг, см"1

Рис. 5. Спектры КРС для образцов

№11-№13, покрытых аморфным

слоем Ж (¿я—100 нм) методом МЛЭ

(500 °С)

И 0.2

(a)

Г • •

1 / A M

/ • -SI

i ,* •••• ,>il4 dc. =76 HM 4

: / ---MIS dc. =30 нм \

' 1 • ->il6 dc. =3 нм 1

0.5 1

Е,эВ

Рис. 6. Спектры пропускания (а) и отражения (б) для образцов №14—№16, покрытых аморфным слоем (Уя=100 нм) методом ТФЭ (500 °С)

для этих значений КРС-сдвигов показали, что оба интенсивных пика соответствуют только одной формируемой фазе (СазБЦ) в выращенных гетероструктурах.

На спектрах отражения для образцов №14-16, выращенных методом ТФЭ с толщинами Са 76, 30 и 3 нм, соответственно, наблюдалась богатая структура пиков (0.87, 1.5 и 2.5 эВ) (Рис. 6(6)). Основной особенностью образца №14 является резкое увеличение поглощения в спектре пропускания с одновременным увеличением отражения в области малых энергий фотонов (0.05-0.25 эВ). Такое поведение характерно для эффекта плазменного резонанса на свободных носителях, известного для сильнолегированных полупроводников [7]. Т. к. нелегированный кремний использовался как сублимационный источник для роста покрывающего слоя кремния, этот слой не имел большой концентрации свободных носителей. Таким образом, свободные носители могут появляться только во встроенных слоях Са38и. Подобная ситуация наблюдалась ранее для других толстых пленок Са38ц и для образца №11.

В ДГС Б^Са^/ЗКШ) при 5 К обнаружена слабая фотолюминесценция в диапазоне энергий фотонов 0.9 - 1.0 эВ (Рис. 7), которая связана с обнаружением в пленках Са3814 прямых межзонных переходов при 0.89 эВ и 0.912 эВ с большой силой осциллятора. Обнаружены малые величины коэффициента термо-эдс для ДГС 81/Са38Ц/81(111), которые свидетельствует о сохранении высокой проводимости пленки Са38ц внутри двойной гетероструктуры.

200

Энергия, эВ 1,2 1,1 1 0,9

1200 1400 X, нм

1600

Рис. 7. Спектры фотолюминесценции для образца с ДГС Я/Са^гУЖ^./11) при температуре 5 К.

йп

Рн

ШШ

шшШя,

Рис. 8. Поперечное сечение в ВР ПЭМ образца 81/С а А7 (I ] 1) с помощью энергетических фильтров (слева - в фильтре на кальций; справа — в фильтре на магний).

Исследован рост двойной гетероструктуры при осаждении слоя кремния при 100 °С толщиной 48 нм поверх тонкого сплошного по данным ХПЭЭ слоя Са231 Установлено методом ПЭМ (Рис. 8.) на поперечных срезах с использованием энергетических фильтров, что рост кремния приводит к встраиванию почти сплошного слоя силицида кальция (Са285) на глубину до 20 нм, что соответствует формированию двойной гетероструктуры со встроенным слоем Са^ь При этом атомы Mg растворяются как в покрывающем слое, так и в подложке, а кальций весь сосредоточен в слое силицида кальция. Электрические измерения на меза-диодах с барьером Шоттки Аи/З^СагБ^^! 11)-р/1п показали, что п-тип проводи-

мости покрывающего слоя кремния определяется донорными уровнями в кремнии, образованными атомами магния, ей активации проводимости 240 мэВ.

нии, образованными атомами магния, с концентрацией (3 - 7)х1014 см"2 и энерги

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Выращены пленки силицидов кальция: Са281 и Са3814 различной толщины (4 - 240 нм) на подложке (111) 7*7 методом реактивной эпитаксии. Формирование нанокристаллической пленки силицида кальция с составом Са281 наблюдается при температуре 130 °С в процессе как осаждения на предварительно

сформированный слой аморфного кремния, так и на тонкую пленку Mg2Si. Осаждение кальция методом реактивной эпитаксии на Si (111) 7x7 подложку при 500 °С приводит к формированию поликристаллического полупроводникового силицида кальция с кристаллической структурой, отличной от пяти известных сили-цидных фаз (Ca2Si, CaSi, Ca5Si3, CanSi^, CaSi2) и позволяющей ее отнести к гексагональной решетке Ca3Si4.

2. Методами оптической спектроскопии установлено, что пленки Ca2Si и Ca3Si4 обладают непрямым фундаментальным переходом: Eg=0.68 эВ и Eg=0.63 эВ, соответственно. Анализ данных модуляционной оптической спектроскопии при комнатной температуре показал существование прямых межзонных переходов при 0.89 эВ и 0.912 эВ с большой силой осциллятора в толстых пленках Ca3Si4 и отсутствие подобных прямых межзонных переходов в пленках Ca2Si.

3. По данным спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) определено, что пленки Ca3Si4 характеризуются тремя активными КРС-пиками 346, 388 и 416 см"1 с малой полушириной, что доказывает хорошее кристаллическое состояние системы. По данным микроскопии КРС доказано, что два интенсивных КРС-пика 389 см"1 и 416 см"1 и слабый КРС-пик 344 см"1 относятся только к одной силицидной фазе. В пленках Ca2Si замечен только слабый пик при 352 см'1, что подтверждает слабую кристаллизацию выращенных пленок.

4. По данным in situ дифференциальной отражательной спектроскопии исследована температурная стабильность силицидов кальция при температуре формирования путем дополнительного отжига. Установлено, что пленка Ca3Si4 сохраняет свой состав во время отжига при 500 °С в течение 30 минут, а для пленок Ca2Si при 30-минутном отжиге при 130 °С наблюдается частичное разложение силицидной фазы.

5. В пленках Ca3Si4 обнаружено формирование плазменного минимума в спектрах отражения при энергиях 0.8 - 0.1 эВ, что доказывает наличие в них высокой плотности свободных носителей, которые по данным метода горячего зонда являются электронами. Это подтверждено слабой зависимостью сопротивления пленок Ca3Si4 от температуры в диапазоне 20-530 К, а также малой величиной коэффициента термо-эдс (50-80 мкВ/град) для пленок Ca3Si4.

6. Двойные гетероструктуры (ДГС) Si/силицид Ca/Si были выращены методами реактивной эпитаксии Са при 500 °С на поверхности Si(lll) 7><7, а также методом молекулярно-лучевой эпитаксии и твердофазной эпитаксии кремния при 500 °С. Установлено, что в зависимости от толщины осажденного слоя кальция в ДГС формируются нанокристаллиты или сплошной слой Ca3Si4, а рост кремния сопровождается выходом части НК Ca3Si4 на поверхность. В ДГС Si/Ca3Si4/Si(l 11) при 5 К обнаружена слабая фотолюминесценция в диапазоне энергий фотонов 0.9 - 1.0 эВ.

7. Рост слоя кремния при 100 °С толщиной 48 нм поверх тонкого слоя Ca2Si приводит к встраиванию слоя силицида в монокристаллический кремний на глубину до 20 нм по данным поперечных срезов ПЭМ с высоким разрешением, что соответствует формированию двойной гетероструктуры a-Si/Ca2Si/Si(l 11) со встроенным слоем Ca2Si.

8. Поперечный электрический транспорт в двойных гетероструктурах со встроенным слоем Ca2Si, выращенном на прекурсоре Mg2Si, обусловлен растворением атомов магния в кремнии на глубину до 1.5 мкм и появлением донорных уровней магния с энергией активации 240 мэВ и плотностью до 7.3-1014 см"2.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Migas, D.B. Comparative study of structural, electronic and optical properties of Ca2Si, Ca2Ge, Ca2Sn, and Ca2Pb / D. B. Migas, L. Miglio, V. L. Shaposhnikov, V. E. Borisenko // Phys. Rev. - 2003. - № В 67. - P. 205203.

[2] Yinye, Y. A single phase semiconducting Ca-silicide film growth by sputtering conditions, annealing temperature and annealing time / Y. Yinye, X. Quan // J. Mater. Sci. - 2009,- № 44. - P. 3877.

[3] Lebegue, S. Calculated quasiparticle and optical properties of orthorhombic and cubic Ca2Si / S. Lebegue, B. Arnaud, A. Alouani // Phys. Rev. - 2005. - № В 72. - P. 085103.

[4] Dotsenko, S. A. Growth, optical and electrical properties of Ca2Si film grown on Si(l 11) and Mg2Si/Si(l 11) substrates / S. A. Dotsenko, D. V. Fomin, K. N. Galkin, D. L. Goroshko, N. G. Galkin//Physics Procedia. - 2011.-№ 11. - P. 95.

[5] www.icdd.com [Электронный ресурс]. - 08.2013

[6] Доценко С. А. Исследование начальных стадий роста Mg на Si(lll) методами оптической и электронной спектроскопии при комнатной температуре / С. А. Доценко, К. Н. Галкин, Н. Г. Галкин, М. Kumar, Govind, S. М. Shivaprasad // Труды конференции «XI Конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов. -2007.-С. 58.

[7] Pancove, J. I. Optical Processes in Semiconductors / J. I. Pancove. - N. Y.: Dover. - 1971. - 386 p.

[8] Eisenmann, В (in German) / B. Eisenmann, H. Schafer, Z. Naturforsh. - 1974. -№ B.29. - P. 460.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

Статьи в журналах из списка ВАК:

1. Dozsa, L. Formation and characterization of semiconductor Ca2Si layers prepared on p-type silicon covered by an amorphous silicon cap / L. Dozsa, G. Molnar, Z. Zolnai, L. Dobos, B. Pecz, N. G. Galkin, S. A. Dotsenko, D. A. Bezbabny & D. V. Fomin // Journal of Materials Science. - 2013. - ISSN 0022-2461.

2. Dotsenko, S.A. Formation, optical and electrical properties of new semiconductor phase of calcium silicide on Si(lll) / S.A. Dotsenko, K.N. Galkin, D.A. Bezbabny, D.L. Goroshko, N.G. Galkin // Physics Procedia. - 2012. - № 23. - C. 41.

3. Галкин, Н.Г. Формирование, оптические и электрические свойства Ca3Si4 и пленок двойных гетероструктур Si/Ca3Si4/Si( 111) / Галкин Н.Г., Безбабный Д.А., Галкин К.Н., Доценко С.А., Чернев И.М., Вахрушев А.В. // Химическая физика и мезоскопия. - 2013. - Том 15, № 3. - С. 385.

4. Galkin, N G. Formation and optical properties of semiconducting thick Ca silicide films and Si/CaxSi/Si heterostructures on Si(l 11) substrate / N G. Galkin, D. A. Bez-

babny, К. N. Galkin, S. A. Dotsenko, Eunika Zielony, Robert Kudrawiec and Jan Misiewicz//Physica Status Solidi C, 10, № 12, 1819-1823,2013.

5. Galkin, N. G. Structure and optical properties of Ca silicide films and Si/Ca3SÍ4/Si(lll) double heterostructures / N. G. Galkin, D. A. Bezbabny, S. A. Dotsenko, K. N. Galkin, I. M. Chernev, E. A. Chusovotin, Peter Nemes-Incze, Laslo Dozsa, Bela Pech, T. S. Shamirzaev, А. К. Gutakovski // Solid State Phenomena. -2013 (accepted in SSP 14.10.2013).

6. Доценко, С. А. Исследование оптических и электрических свойств пленок Ca3Si4 на Si (111) / С. А. Доценко, Д. А. Безбабный, К. Н. Галкин, Н. Г. Галкин, Д. Л. Горошко // Материалы конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее». -2012. - Т.6. - С. 8.

7. Доценко, С. А. Исследование роста полупроводниковых силицидов кальция на Si (111) / С. А. Доценко, Д. А. Безбабный, Н. Г. Галкин, Д. В. Фомин // Сборник тезисов конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование». - 2012. - С. 48.

8. Галкин, Н.Г. Формирование и оптические свойства пленок Ca2Si и Ca3Si4 на Si подложках / Н. Г. Галкин, Д.А. Безбабный, К.Н. Галкин, С.А. Доценко // Вестник ТОГУ.-2013.-С. 63.

9. Галкин, Н.Г. Формирование и оптические свойства пленок Ca2Si и Ca3Si4 на Si подложках / Н. Г. Галкин, Д.А. Безбабный, К.Н. Галкин, С.А. Доценко // Сборник тезисов конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование». - 2013. - С. 107.

Безбабный Дмитрий Александрович

Исследование формирования, структуры и свойств пленок полупро' водниковых силицидов кальция на 81 (111)

Автореферат

Подписано к печати "29" января 2014 г. Усл. п. л. 1,17.

Формат 60x84/16. Тираж 110. Заказ 0114.

Отпечатано в ОАО «Производственно-коммерческое издательство «Зея». 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Калинина, 10.

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Безбабный, Дмитрий Александрович, Владивосток

Российская академия наук

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН

(ИАПУ ДВО РАН) и

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ГОУВПО «ДВФУ»)

На правах рукописи

04201456204

Безбабный Дмитрий Александрович

Исследование формирования, электронной структуры и свойств пленок полупроводниковых силицидов кальция

на 81(111)

01.04.10 - Физика полупроводников

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: д. ф.-м. н, профессор Н. Г. Галкин

Владивосток - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание..................................................................................2

Список сокращений.......................................................................5

Введение......................................................................................6

Глава 1. Силициды щелочноземельных металлов: перспективы

роста и применений..........................................................11

1.1.Зонная энергетическая структура полупроводниковых силицидов

щелочноземельных металлов по данным теоретических расчетов

из первых принципов.....................................................................12

1.2.Полупроводниковые силициды магния на кремнии: формирование, структура и свойства.....................................................................13

1.3.Полупроводниковые силициды кальция на кремнии: формирование, структура и свойства.....................................................................18

1.4. Формирование и свойства данных гетероструктур со встроенными полупроводниковыми силицидами хрома, железа и магния

на кремниевых подложках..............................................................26

Глава 2. Методы исследования, аппаратура и методики

расчетов.........................................................................30

2.1. Методы исследования...............................................................30

2.1.1. Электронная Ожэ-спектроскопия..........................................30

2.1.2. Спектроскопия характеристических потерь энергии

эл ектронам и..........................................................................32

2.1.3. Метод просвечивающей электронной микроскопии.....................33

2.1.4. Методы электрофизических измерений....................................36

2.1.5. Оптическая спектроскопия полупроводников............................37

2.1.6. Фотолюминесцентная спектроскопия.....................................39

2.1.7.Атомно-силовая микроскопия.................................................42

2.1.8. Спектроскопия комбинационного рассеяния света.....................43

2.1.9. Метод дифференциальной отражательной

спектроскопии...................................................................46

2.2. Экспериментальная аппаратура...................................................48

2.2.1. Сверхвысоковакуумная установка VARIAN, оснащенная методами ДОС, ЭОС и СХПЭЭ.....................................................48

2.2.2. Сверхвысоковакуумная установка, оснащенная методами ДМЭ и in situ приставкой для температурных холловских

измерений............................................................................49

2.2.3. Система для низкотемпературных оптических и электрических измерений на базе оптически-электрического криостата и монохроматора MSDD-1000.................................................51

2.2.4. Спектральные приборы: HitachiU-3010 и Bruker Vertex 80v..........52

2.3. Методики экспериментов и расчетов.............................................54

2.3.1. Методики очистки образцов, источников, калибровки скорости осаждения........................................................................54

2.3.2. Методики динамического эталона и восстановленного эталона в методе ДОС.....................................................................55

2.3.3. Методика расчета оптических функций из данных оптической спектроскопии..................................................................57

2.3.4. Методика определения параметров кристаллических решеток

по данным ПЭМ................................................................60

Глава 3. Определение механизма роста и оптических свойств толстых пленок силицидов кальцияСа281 и Ca3SÍ4, выращенных на подложках81(111)-(7х 7) и Mg2Si/Si(lll)................................66

3.1. Механизм формирования, морфология и электронная структура пленок силицидов кальция, выращенных методом реактивной эпитаксии при температурах 130 °С и 500 °С на модифицированных поверхностях кремния......................................................................................66

3.2. Формирование, состав и морфология пленок Ca3SÍ4, выращенных

методами реактивной и твердофазной эпитаксии на Si (111) 7x7...............73

3.3. Определение диапазона температурной стабильности пленки

СазБц на 81(111) методом дифференциальной отражательной...................81

спектроскопии..................................

3.4.Оптические функции тонких и толстых пленок силицидов кальция

на кремнии по данным оптической спектроскопии.................................83

3.5 Температурные зависимости проводимости пленок силицидов

кальция в диапазоне температур 50-500 К............................................91

3.6. Выводы..................................................................................94

Глава 4. Механизмы роста и оптические свойства двойных гетероструктур со встроенными слоями и нанокристаллами

Са3814 и Са281...............................................................................96

4.1. Рост и кристаллическая структура двойных гетероструктур (ДГС)

Б^СазЗц^ с толстым и тонким слоем силицида кальция........................96

4 2. Оптические свойства ДГС с толстым встроенным слоем и слоем со встроенными нанокристаллами Са38и в диапазоне

температур 10-300К......................................................................101

4.3 Фотолюминесцентные свойства толстых пленок Саз8ц в диапазоне

температур 5-300 К..................................................................106

4.4. Температурные зависимости термо-эдс ДГС 81/Са38ц/81(111)............107

4.5. Структура, состав и поперечный электрический транспорт в

ДГС Б^СагБ^Б^П 1).....................................................................109

4.6. Выводы................................................................................115

Общие выводы...........................................................................117

Список литературы.....................................................................119

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ACM - атомно-силовая микроскопия

ДГС - двойная гетероструктура

ДКО - дифференциальный коэффициент отражения

ДМЭ - дифрагция медленных электронов

ДОС - дифференциальная отражательная спектроскопия

ИИО - импульсный ионный отжиг

ИК - инфракрасный

КРС - комбинационное рассеяние света

КТ - комнатная температура

МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия

МС - монослой

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия POP - резерфордовское обратное рассеяние РСГУ - релаксационная спектроскопия глубоких уровней СВВ - сверхвысокий вакуум

СХПЭЭ - спектроскопия характеристических потерь энергии электрона

ТФЭ - твердофазная эпитаксия

УФ - ультрафиолетовый

ФЛ - фотолюминесценция

ЭОС - электронная Ожэ-спектроскопия

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Важным объектом современной физики полупроводников являются системы пониженной размерности, создаваемые на атомарно-чистых полупроводниковых поверхностях. По мере приближения размеров твердотельных структур к нанометровой области, все больше проявляются квантовые свойства электрона. В его поведении преобладающими становятся волновые закономерности, характерные для квантовых частиц.

К одним из наиболее перспективных материалов, представляющих интерес для современной твердотельной электроники, относятся силициды. Это объясняется их хорошей химической и технологической совместимостью с кремнием, высокой термостабильностью, стойкостью к окислительным и агрессивным средам, химической инертностью.

Преимущественное большинство силицидов проявляют металлические свойства, однако наиболее актуальным является исследование полупроводниковых соединений. Фундаментальный интерес к полупроводниковым силицидам металлов вызван проявлением в них новых свойств (оптических, электрических, термоэлектрических), что связано с квантово-механическим ограничением не только электронов, но также фононов и других квазичастиц в таких пленках и изменениями в электронной плотности состояний, электропроводности, теплопроводности.

Данная диссертационная работа посвящена исследованию формирования, параметров электронной структуры, оптических, электрических и термоэлектрических свойств тонких (двумерных) и толстых пленок полупроводникового силицида кальция с повышенной концентрацией кремния (Саз514), выращенных на монокристаллическом и аморфном кремнии. В отличие от полупроводникового силицида кальция (СагБ^ этот силицид практически не исследован. Известные лишь теоретические работы, которые предсказывают существование такого полупроводникового силицида (СазБц)

в системе кальций - кремний. Это вызвано узкой областью гомогенности системы и сложностью его получения при твердофазной эпитаксии. Таким образом, диапазон скоростей кальция, необходимый для получения данного силицида, в настоящее время не исследован. Соответственно, не выращены тонкие и толстые слои этого силицида и не исследованы его оптические, электрические и термоэлектрические свойства. Предварительное формирование слоя аморфного кремния может изменить кинетику формирования силицида кальция (Ca^SU) и последовательность образуемых фаз. Этот подход в настоящее время также не исследован. Проблема роста кремния поверх такого силицида ранее не рассматривалась. Решение этого вопроса позволит подойти к созданию гетероструктур, возможно эпитаксиальных, Si/Ca3SU/Si(111), которые могут обладать интересными фотоэлектрическими и термоэлектрическими свойствами. Следовательно, целью данной диссертационной работы является формирование нового полупроводникового силицида кальция (СазБц) в системе кальций - кремний в виде тонких (двумерных) и толстых пленок на кремниевых подложках, что открывает перспективы создания принципиально новых переключающих, запоминающих, усиливающих элементов, создания датчиков различных физических величин, включая фотоэлектрические и термоэлектрические преобразователи и ряд других устройств для микроэлектроники.

Особенностью подхода к формированию пленок силицидов металлов является использование стабильных поверхностных сверхструктур различных металлов на кремнии в качестве барьерных слоев или прекурсоров для создания сплошных пленок моноатомной толщины в условиях сверхвысокого вакуума и использования методов in situ исследования электронной структуры, оптических и электрических свойств.

Целями диссертационной работы являются формирование полупроводниковых силицидов кальция (Ca2Si и СазБ!}) на Si(ll 1) в виде пленок различной толщины на кремниевых подложках, гетероструктур Si/CaxSi/Si на их основе и определение оптических и электрических параметров пленок и ге-

тероструктур.

Обоснование выбора материалов

Выбор Са и Mg для исследования создания тонкопленочных полупроводниковых соединений с кремнием обоснован как фундаментальным интересом к этим материалам, так и возможными перспективами их использования в кремниевой электронике. Кроме того, Са и Mg являются доступными, недорогими и экологически чистыми материалами. Основные научные задачи:

2. Определить условия роста толстых пленок Ca2Si на Si(l 11) и на предварительно созданном слое Mg2Si на Si(l 11).

4. Исследовать рост двойных гетероструктур (ДГС) Si/Ca3Si4/Si(ll 1) и Si/CaiSi/Si (111) с толстым и тонким слоем силицида, определить их оптические и термоэлектрические свойства в различных диапазонах температур. Научная новизна

2. Толстые пленки Ca3Si4 имеют поликристаллическую структуру, являются непрямозонным вырожденным полупроводником с Eg = 0.63 эВ, характеризуются наличием плазменного отражения в дальней ИК-области, обладают высокой проводимостью, малым коэффициентом термо-эдс (50-80 мкВ/град), двумя интенсивными пиками 388 и 416 см"1 и слабым пиком 344 см"1 в спектрах комбинационного рассеяния света (КРС), сохраняют состав при температуре отжига 500 °С.

3. В толстых пленках Ca3Si4 обнаружены прямые межзонные переходы при

0.89 и 0.912 эВ с большой силой осциллятора, что привело к регистрации в двойных гетероструктурах Si/Ca3Si4/Si (111) фотолюминесценции при Т = 5 К.

4. Толстые пленки Ca2Si, имеют нанокристаллическую структуру, являются непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны: Eg=0.68-0.70 эВ и не сохраняют свой состав при длительном отжиге при 130 °С.

Практическая ценность

Методики роста сплошных пленок силицидов кальция Ca3Si4 Ca2Si и ДГС на их основе могут быть использованы в целях разработки и создания фото- и термоэлектрических приборов на кремнии. Результаты исследований структуры и оптических свойств свидетельствуют в пользу накопления фундаментальных знаний о системе Ca-Si и развития тонкопленочных кремниевых технологий. На защиту выносятся следующие основные положения

3. Двойные гетероструктуры (ДГС) Si/Ca3Si4/Si(l 11), сформированные при 500 °С на поверхности Si(lll) 7*7, характеризуются встраиванием в кремний нанокристаллитов или сплошного слоя Ca3Si4 в зависимости от

толщины осажденного слоя кальция в ДГС, выходом части НК Ca3Si4 на поверхность и сохранением дырочного вырождения во встроенном Ca3Si4.

4. Формирование двойных гетероструктур Si/Ca2Si/Si(lll) методом реактивной эпитаксии Са при 130 °С на подложках Si(lll) или Mg2Si/Si(l 11) с последующим осаждением слоя кремния (48 нм) при 100 °С сопровождается встраиванием тонкого слоя Ca2Si (14-16 нм) на глубину не менее 20 нм, а при использовании слоя Mg2Si - растворением магния в решетке кремния на глубину до 1.5 мкм с формированием донорных уровней магния с энергией активации 240 мэВ.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях: «Asian School-Conference on Physics and Technology of Nanostructured Materials» (ASCO-Nanomat) в 2011 и 2013 году (г. Владивосток, Россия); «APAC-SILICIDE 2013» (Цукуба, Япония, 2013); International Conference "Nanomeeting-2013"(Минск, Беларусь, 2013), «Е-MRS 2012 FALL MEETING» (г. Варшава, Польша, 2012); XIII региональная конференция «Молодежь XXI века: шаг в будущее» (г. Благовещенск, Россия, 2012); 10, 11 и 12 региональная научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование» (г. Владивосток, Благовещенск, Хабаровск, Россия 2011-2013); XX и XXI научная конференция «Дни науки АмГУ» (г. Благовещенск, Россия, 2011-2012 гг.).

Личный вклад автора. Автор принимал участие во всех экспериментах, выполненных в ИАПУ ДВО РАН, обработке данных, обсуждении и написании статей и тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 126 страниц, включая 55 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 77 наименований.

ГЛАВА 1. СИЛИЦИДЫ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ: ПЕРСПЕКТИВЫ РОСТА И ПРИМЕНЕНИЙ

Щелочноземельными металлами являются двухвалентные металлы, составляющие вторую группу периодической таблицы. К ним относятся бериллий (Ве), магний (М^), кальций (Са), стронций (Бг), барий (Ва) и радий (11а). При нагревании кремния с металлами возникают силициды. Соединения металлов с кремнием - силицидные материалы. Силициды можно подразделить на две группы: ионно-ковалентные (силициды щелочных, щелочноземельных металлов и магния типа СагБ^ ЗУ^Б! и др.) и металлоподобные (образуются переходными металлами). Силициды активных металлов разлагаются под действием кислот, а силициды переходных металлов химически стойки и под действием кислот не разлагаются. Металлоподобные силициды имеют высокие температуры плавления (до 2000 °С).

Силициды широко используются в промышленности (например, электронной и атомной), имеют широкий спектр полезных химических, электрических и ядерных свойств (устойчивость к окислению, нейтронам и др.), а также силициды ряда элементов являются важными термоэлектрическими материалами. Благодаря своим ценным физико-химическим свойствам силициды широко применяются в технике. Mg2Si обладает высоким электросопротивлением, входит в состав дюралюмин