Исследование нанометровых пленок собственных оксидов полупроволдника InP и ВТСП Dy1Ba2Cu3O7-5 методом фотоэлектронной спектроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

российская академия наук Р Г 6 ^ико-техническии институт им.АФ.Иоффе

3 ^ ЙЕВ 1988 На правах рукописи

СЫСОЕВ Сергей Евгеньевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОМЕТЮВЫХ ПЛЕНОК СОБСТВЕННЫХ ОКСИДОВ ПОЛУПРОВОДНИКА 1пР и ВТСП Оу^С^О^ МЕТОДОМ ФОТОЭЛЕКТЮШОИ СПЕКТРОСКОПИИ

(Специальность 01.04.04. - фюичесхаг электрошоса)

АВТОРЕФЕРАТ диерертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Ордена Ленина Физико - техническом институте им.А.Ф.Иофёе РАН.

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник В.М.Микушкин.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук, профессор Н.Н.Петров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Н.А.Берт.

Ведущая организация - Санкт - Петербургский Государственный университет.

Защита состоится " " 1ддд г. в /5*"—часов на заседании

специализированного совета Д 003.23.01 в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, С.-Петербург, Политехническая ул., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН.

Автореферат разослан " ¿¿"Ли^Ы 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета ДС03.23.01

кандидат фи.з.-мат. наук А.Л.Орбели

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы диссертации. Работа относится к проблеме «учения материалов и структур, перспективных для микроэлектроники :ледующих поколений, с качественно более высоким быстродействием. 1о сих пор быстродействие повышалось совершенствованием методов литографии, и в основной на сегодняшний день кремниевой технологии »тот подход далеко еще не исчерпан. Однако, конечная подвижность гасителей тока налагазт на быстродействие принципиальное ограничение. У полупроводников группы АзВ6 и высокотемпературных гверхпроводников (ВТСП) 123-типа подвижность носителей на один-два юрядка выше, чем у кремния. Вот почему исследования этлх «атериалов, их оксидов и составленных из них структур являются 1ктуальными, При этом особенный интерес представляют структуры, сарактеризусмые нанотолщинами, которые не только повышают 5ыстродействие, но и позволяют придавать структурам связанные с квантованием новые свойства.

Серьезным препятствием,- затрудняющим использование новых ттериалоз, является проблема получения технологически ювместимых и термодинамически стабильных диэлектрических слоев с зысоким удельным сопротивлением, которые позволяли бы формировать эезкую гетерограницу с низкой плотностью поверхностных состояний. У фемния таким диэлектриком является его собственный оксид (СО) БЮ2. Цля новых материалов задача получения диэлектрического слоя из ¡обственных оксидов с указанными свойствами к началу нашего ¡сследования. не была решена. В значительной мере это обусловлено :уществова;'ием большого количества сложных оксидных фаз новых штериалов и трудностями их надежного контроля в нанометровых 1ленках.'

Из соединений АгВ;, наиболее перспективным представляется 1пР, "ак как часть его собственных оксидов обладает достаточно высоким сдельным сопротивлением. Это обстоятельство, а также на порядок юлее высокая подвижность носителей выгодно отличают 1пР от тиболее исследованного баАэ. С использованием 1пР и его оксидов :вязывают, например, создание полевых транзисторов с изолированным ¡атвором и быстродействием в $ем^осекундном диапазоне. Однако, к шчалу данных исследований задача получения структуры 1пР-С0

удовлетворительного качества не была решена. Одним из главных препятствий были недостаточная точность и надежность контроля многочисленных оксидных фаз в тонком слое С0-1пР.

Среди широкого круга различных типов высокотемпературных сверхпроводников серьезными кандидатами для быстродействующей электроники в настоящее время являются только ВТСП 123-типа, такие как У(0у)1Ва2Саз07.й. Другие ВТСП пока что синтезируются с примесями

побочных фаз. Проблемы, стоящие на пути создания элементной базы микроэлектроники на основе ВТСП, связаны прежде всего с трудностями интеграции сверхпроводниковых и диэлектрических материалов и лолучением на их основе кристаллически согласованных и химически устойчивых слоистых структур с резкими границами раздела. Для решения этих проблем перспективна технология молекулярно -пучковой эпитаксии (МПЭ), способная, в принципе, формировать еубнанометровые границы раздела быстрым переключением источников металлов с выращивания ВТСП на создание диэлектрических слоев и обратно. Однако, получению таких границ препятствуют диффузионные процессы, активные при температурах Т >..650°С, характерных для всех технологий получения ВТСП. Решение проблемы диффузионного размытия следует искать на пути создания низкотемпературных технологий получения ВТСП и диэлектрических пленок без послерсотового отжига, изучения механизмов взаимной диффузии, а. также процессов, происходящих в создаваемых, объектах под действием ускоренных частиц, имеющихся во всех вакуумных технологиях получения ВТСП.

Наконец, проблема создания наноразмерных быстродействующих приборных структур на основе . новых: материалов требует такого диагностического обеспечения, которое позволяет оперативно определять элементный и химический состав нанометровых слоев на любой глубине контролируемой структуры. Наиболее эффективным методом решения таких задач : является метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии . (РФЭС) . в сочетании с послойным ионным травлением. Однако, к.началу нашего;исследования точность и надежность этого метода были недостаточными для решения задачи анализа химического состава многофазных и многоэлементных материалов. При этом основной источник ошибок метода - погрешности литературных данных об энергиях связи электронов остовных уровней -

Не может быть в достаточной мере устранен в специальных экспериментах с эталонными образцами. Большую неопределенность вносят и погрешности существующих методов учета статической зарядки, которая возникает при использовании метода на поверхности диэлектрических объектов. Таким образом, разработка безэталонной методики анализа химического состава многокомпонентных соединений и усовершенствование способа определения статической зарядки диэлектрических образцов также представляются актуальными.

с

Цель работы.

Развить рентгенофотоэлектронную методику безэталонного количественного анализа химического состава нанометровых пленок многокомпонентных оксидных материалов. С ее помощью исследовать окислительные процессы и оптимизировать параметры технологии плазменного окисления 1пР и низкотемпературной МПЭ-технологии получения ВТСП Су^агСизО^. Изучить диффузионные процессы

формирования границ раздела ВТСП и. диэлектриков, а также химические процессы в сверхпроводниках, стимулированные действием ионных пучков.

Научная новизна работы.

Разработанная ренттенофотоэлектронная методика безэталонного количественного анализа химического состава нанометровых пленок многокомпонентных кислородосодержащих соединений является новой по большинству существенных признаков.

Впервые измерены профили элементного состава границ раздела ВТСП и н^-ВТСП материалов, выращенных при рекордно низких температурах и обнаружен механизм диффузионного формирования интерфейса при участии неравновесных вакансий, рождаемых под действием, потоков атомных частиц. Предложена количественная модель, хорошо описывающая экспериментальные профили.

Обнаружен эффект ионно-стимулированного перехода кислорода ВТСП от меди к барию. Показано, что вопреки существовавшим представлениям, кислород Си-0 - плоскостей не. покидает ВТСП под действием потоков атомных частиц, а переходит в сосс?дние Ва-0 -плоскости.

Обнаружен эффект сегрегации металлического диспрозия на поверхности ВТСП 0у1Ва2Сиз07.5 под действием потоков атомных частиц.

Научная и практическая значимость работы

Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии для химического анализа получил очень широкое распространение. Поэтому представляется весьма значимым предложенное в работе развитие этого метода в виде упомянутой выше методики' безэталонного количественного анализа химического состава многокомпонентных соединений. Значение методики для исследований сложных соединений определяется не столько увеличением точности, сколько невозможностью решения задачи в рамках традиционного подхода.

Результаты исследования окислительных процессов с помощью разработанной методики позволили определить технологические параметры, при которых были получена рекордно низкие плотность поверхностных состояний и величина вольт-фарадного гистерезиса границы раздела "1пР/С0", которые необходимы для высокого быстродействия. Были установлены параметры окислительных процессов, позволившие разработать уникальную низкотемпературную (Т- 400 - 420"С) технологию получения ВТСП 0у1Ва2Сиз07.й без после-

ростового отжига.

Обнаруженный ионно-стимулированный механизм диффузионного формирования интерфейса имеет важнее значение для решения проблемы создания резких гетерограниц. При помощи предложенной в работе компьютерной модели показано, что этот механизм может' увеличивать протяженность границ при низких температурах более, чем на порядок, однако понижение энергии бомбардирующих частиц и плотности их потока могут существенно понизить его эффективность.

Обнаруженный эффект медь-бариевого кислородного : перехода играет важную роль в пучковых технологиях получения ВТСП, поскольку он изменяет химическое состояние атомов вблизи ростовой поверхности. Образующаяся при этом перекись бария является важным источником дополнительного атомарного кислорода, который может исключить необходимость многочасовогопослеростового-' отжига ВТСП и уменьшить протяженность интерфейсов. . . ' : ' ;

Обнаруженный эффект ионно - стимулированной ;сегрегации диспрозия на поверхности ЬТСП Бу^гСизО^д открывает путь созданил

приборных наноструктур "сверхпроводник/диэлектрик/металл" с рекордно резкими гетерограницами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработка рентгенофотоэлектронной методики безэталонного количественного анализа химического состава нанометровых пленок многокомпонентных оксидов.

2. Контроль окислительных процессов при формировании структуры 'IпР/собственный оксид" с рекордно низкой плотностью поверхностных состояний и при создании уникальной низкотемпературной МПЭ технологии получения пленок ВТСП ЮухВагСизОу.й.

3. Обнаружение ионно-стимулированных эффектов медь - бариевого перехода кислорода в объеме и сегрегации диспрозия на поверхности ВТСП Dy1Ba2Ca307.s.

. 4. Обнаружение механизма диффузионного формирования интерфейса "ВТС-П/диэлектрик", индуцированного воздействием на поверхность атомных частиц.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты исследований докладывались на III Всесоюзном совещании по ВТСП (1991), XIV Европейской конференции по физике поверхности (ECOSS - 14, 1994), Международной конференции "Микроэлектроника-94" (1994), Международном совещании по исследованию материалов (MRS, 1995). Работа велась в рамках программы Министерства науки "Актуальные направления в физике конденсированных сред", направление "Сверхпроводимость", проекты №90378, 93066 ("Барьер - 1, 2") и программы "Физика твердотельных наноструктур", проект N 93-3-002 ("Кластер").

Основные результаты исследований, вошедших в диссертацию, опубликованы в 8 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Работа содержит 131 страницу, в том числе 96 страниц машинописного текста, 21 рисунок, 5 таплиц и список литературы, включающий 103 наименавания.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, обсуждены новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В ней приведены сведения о современных поверхностно - чувствительных методах исследования твердых тел. Рассмотрены теоретические основы метода рентгеновской фотоэлектронной' спектроскопии, а также основные методические проблемы его использования в исследованиях поверхности. Обсуждены результаты экспериментальных работ, предшествующих началу данной работы. Обоснована необходимость постановки настоящих исследовании.

Одними из наиболее чувствительных методов, пригодных для исследования нанометровых слоев, являются методы вторичной электронной спектроскопии, основанные на анализе электронов с энергией в области 50-200 эВ, глубина выхода которых не превышает 10 А. В настоящее время широкое распространение в изучении свойств приповерхностных слоев твердых тел получил метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. С. его помощью можно не только относительно точно (~5°4) измерять состав-слоя твердого тела, но и проводить химический анализ, основанный на том, что неэквивалентные атомы одного и того же элемента в твердом теле дают в спектрах пики внутренних уровней с измеряемой разностью энергий связи.

Недостаточно исследованы процессы плазменно - химического окисления - поверхности фосфида индия,:' в результате которых формируются тонкие пленки собственных оксидов фосфида индия. Для совершенствования технологии получения собственных. . оксидов необходимо определить, условия, обеспечивающие увеличение доли слабопроводящих и термодинамически стабильных фаз: (ШСРОд)^, или полимерной и 1пР0,.

Не был проведен анализ химических эффектов, происходящих в процессе деградации ВТСП - материалов под действием пучков ионов.

Актуальными также представлялись исследования процессов взаимодиффузии элементов В'ГСП и диэлектрических подложек в ходе создания прибернкх структур.'

Развитые к моменту начала настоящей работа методы определения химического состава тонких пленок многокомпонентных соединений требовали использования трудоемкой процедуры создания эталонных образцов и не обеспечивали необходимых точности и надежности.

В конце главы поставлена задача:

- разработать методику безэталонного количественного анализа химического состава нанометровых пленок кислородосодержащих соединений;

исследовать закономерности формирования тонких пленок стабильных собственных оксидов InP, а также оксидов Dy, Ва и Си;

- установить закономерности формирования ВТСП Dy-Ba-Cu-0 и границ раздела "ВТСП-диэлектрик";

- исследовать химические эффекты, происходящие в ВТСП объектах под действием ионного пучка;

Во второй главе диссертации *дано описание установки, на которой были выполнены эксперименты, и проведен анализ разработанной в настоящей работе безэталонной методики фазового количественного анализа многокомпонентных кислородосодержащих соединений.

Работа выполнена на рентгеноэлектронном спектрометре "LI1S - И", выпущенном западногерманской фирмой "Leybold - AG". Схема установки представлена на рис.1. Очистка поверхности образца (1), а также послойное его стравливание осуществлялись ионной пушкой (2). Для достижения равномерности травления ионный пучок разворачивался в растр. Поток рентгеновских квантов из источника (3) падал на образец под углом ,45°.. В качестве источника рентгеновс :ого излучения использовалась трубка с алюминиевым анодом (Al Ка, ■ hv=1486.6 эВ).

Фотоэлектроны, испущенные перпендикулярно поверхности, попадают в электронно - оптическую систему (4) энергоанализатора, которая их замедляет и фокусирует на входную щель энергоанализатора (5). •Предварительное замедление позволяет значительно повысить абсолютное энергетическое разрешение спектрометра. Собственно энергоанализ осуществляется диспергирующим электростатическим полем, создаваемым полусферическими электродами. Фотоэлектроны заданной энергии (которая однозначно связана с разностью потенциалов между полусферическими электродами) проходят через выходную щель энергоанализатора и детектируются диноднкм электронным умножителем. Относительное разрешение приоора

Рис.1. Схема эксперимента. 1-образец, 2-ионная пушка, 3-рентгенонский источник, 4-электронно-оптическая система, 5-энергоанализатор.

составляет ЛЕ/Е ~ 1%,. чувствительность- порядка доли монослоя. Полученное энергораспределение фотоэлектронов обрабатывается на компьютере при помощи составленной в ФТИ программы математической .обработки экспериментальных данных.

В главе приведено описание безэталонной методики количественного анализа химического состава многокомпонентных кислородосодержащих соединений [1-2]. Методика основана на моделировании экспериментальных фотоэлектронных спектров набором гауссовых кривых, соответствующих присутствующим в исследуемых облектах химическим фазам. Основным отличием представляемой методики от традиционного разложения экспериментальной кривой на составляющие является расчет содержания каждой фазы одновременно по нескольким спектрам, полученным для элементов, входящих в исследуемый объект. На рис.2 приведен пример использования методики при анализе химического состава тонкого 50 А) слоя собственного оксида фосфида индия. Количества одноименных химических фаз,

указанных на последнем рисунке с точностью до 2-3-х% согласованы по обеим линиям.

' В главе приведено также описание предложенного способа определения величины зарядки по внутреннему реперу, в качестве которого используются линии 01s молекул СО и Н20, присутствующих на неочищенной поверхности образцов. Показано, что погрешность такого способа (-0.1 эВ), оцененная при исследовании нескольких близких по составу образцов, оказалась значительно ниже, чем в случае калибровки по линии ' Cls, имеющей в настоящее время наибольшее распространение.

Рис.2. Фотоэлектронные спектры Р2р3/2 и 1пЗс15/2 (сплошные линии) и их составляющие (пумктир) после вычитания фона.

В третьей главе диссертации приведены и обсуждаются результаты исследований. Глава включает в себя:

- результаты исследования собственных оксидов 1пР;

- результаты исследования оксидов металлов, входящих в состав ВТСП 123 - типа;

- сопоставление расчетных и экспериментальных диффузионных профилей, полученных для системы "ВТСП/диэлектрик".

результаты исследования воздействия ионных пучков на

химическое состоялие элементов ВТСП;

-12В первом параграфе приведены результаты исследования безэталонным методом химического состава собственных оксидов 1пР, полученных в ФТИ им.А.Ф.Иоффе перспективным методом плазменного окисления. Полученные данные позволили выявить условия формирования оксидов, в которых преобладают слабопроводящие и термодинамически высокостабильные фазы: 1п(Р0з)з, или полифосфатная и 1пР04. Одним из наиболее важных является условие обогащения окисляемого слоя фосфором. Оказалось, что полученные структуры СО -1пР характеризуются рекордно низкой плотностью поверхностных состояний = 4-Ю10 эВ'^см"2 и гистерезисом вольт-фарадной

характеристики, меньшим 0.2 В. Кроме того, значительно повысилась временная стабильность параметров структуры. Помимо анализа химического состава в ходе экспериментов были независимо .определены такие фундаментальные константы, как энергии связи остовных. уровней атомов для широкого круга кислородосодержащих ' соединений индия и фосфора [3]. В результате погрешности значений этих энергий были уменьшены примерно в три раза по сравнению с погрешностями совокупных литературных данных.

Во втором параграфе описаны результаты исследования роста тонких пленок оксидов ОудОз, ВаО, СиО на поверхности монокристалла ШСаОз. Образцы выращивались методом МПЭ при низкой температуре (Т » 400 РС). Целью исследования было определение условий полного окисления при низких температурах входящих в состав ВТСП металлов. Эти условия, планировалось распространить на низкотемпературную МПЭ-технологию получения ВТСП Бу^агСи^.^. В ходе экспериментов было установлено,

что пленки Су203 и ВаО вырастают в потоке молекулярного кислорода в. широком диапазоне скоростей и температур роста, в то время как процесс роста оксидов меди определяется наличием или отсутствием в потоке кислорода ускоренных молекул и атомов. Было установлено, что медь при низких температурах очень слабо взаимодействует с обычным молекулярным кислородом, образуя смесь одновалентного и двухвалентного оксидов с примесью элементарной меди. Использование кислородной плазмы в качестве источника "активного" кислорода. (атомов и ионов) ре.зко увеличивает эффективность окислительного процесса. Исследование влияния других технологических факторов на химический состав оксида меди позволил обнаружить почти пороговую

зависимость степени окисления от скорости роста: при скоростях роста v > 0.4 А/с медь не успевает окислиться полностью.

Решение задачи полного окисления меди и последовавший.за этим поворот технологии в область низких скоростей роста позволили разработать в ФТИ им.А.Ф. Иоффе уникальную низкотемпературную (Т 400-420"С) МПЭ технологию получения кристаллически совершенных ВТСП-пленок DyiBa2Cu307.s без послеростового отжига [4].

В третьем параграфе приведены результаты исследования влияния потока атомоб и ионов, формирующих ВТСП пленки, на протяженность границ раздела структуры "ВТСП-диэлектрик". Рекордно низкие температуры формирования ВТСП-пленки позволили' получить [5,6] довольно резкую гетерограницу протяженностью L ~ 115 ± 15 А (отсечки на уровне 0.1 и 0.9), Она оказалась в 2.5-3 раза меньшей, чем в работах наших предшественников, но почти на порядок большей по сравнению с расчетным значением (рис.3). Расчет диффузионной длины L и коэффициентов диффузии D - lß/Ь (£ - время образования переходного, слоя) проводился по известной модели вакансионного механизма, который, как известно, доминирует при столь низких температурах. В соответствии с этим механизмом вакансии образуются в результате теплового движения и при каждой температуре существует их равновесная концентрация. В работе показано, что драматическое отличие экспериментальных коэффициентов диффузии оТ~ожидаемых -расчетных обусловлено генерацией неравновесных вакансий на ростовой поверхности под действием формирующих пленку потоков атомных частиц - Dy, Ва, Си и, особенно, кислорода. Концентрация таких вакансий пропорциональна потоку и пероятности образования вакансии падающим атомом. Эти вероятности для каждого сорта атс мов были рассчитаны в приближении парного упругого столкновения падающего атома со считающимся свободным атомом поверхностного слоя. Полагалось, что вакансия образуется, если переданная в упругом столкновении энергия превышает энергию активации атома в кристаллической решетке. Указанный подход позволил рассчитать коэффициенты диффузии (например, Dqu. = 6.2*1016см2/с) и профиль распределения атомов меди по глубине. На рис.3 представлены профлли - экспериментальный и рассчитанные путем решения уравнений Фика с учетом (кривая 3) и без учета (2) дополнительных вакансий.

300 375 450 525 600

Глубина от поверхности, А

Рис.3. Экспериментальный профиль распределения меди -1, расчетный профиль с учетом только равновесных вакансий - 2, расчетный профиль с учетом вакансий, генерируемых потоком кислорода - 3.

Хорошее согласие экспериментального и рассчитанного с учетом дополнительных вакансий профилей позволяет считать предложенную модель диффузии, стимулированную потоками атсмных. частиц, адекватной. Значение этого результата определяется тем, что атомные потоки имеются практически во всех вакуумных технологиях.

Б четвертом параграфе осуществлен анализ химических эффектов, происходящих в БТСП пленках под действием пучка ионов Аг\

Ионные пучки, как известно, широко используются в ряде информативных диагностических методов (РМИ, РБИ, ВИМС. ВАМС), а также для очистки поверхности, без которой невозможно применение методов электронной спектроскопии и других поверхностно-чувствительных методов. Поэтому вопрос о влиянии этих пучков на свойства ВТСП был рассмотрен в первые же годы исследования этих объектов. Оказалось, что даже незначительные дозы полностью разрушают ВТСП. В основе этого необратимого изменения - понижение валентности меди до +1 в результате разрыва химической связи и потери одного из атомов кислорода. Установленный факт, тем не менее, не исчерпал фундаментальный вопрос о влиянии ускоренных ионов на химическое состояние элементов ВТСП. Оставалось неясным, что происходит с другими элементами, во что превращается ВТСП, действительно ли освободившийся кислород покидает пленку? Актуальность указанного исследования подкреплялась пониманием того, что без использования

специальных источников ускоренного атомарного и "активного" кислорода невозможно исключить послеростовой отжиг и понизить температуру ростового процесса.

На рис.4 приведены профили элементного состава (а), а также зависимости от толщины стравленного слоя величин энергий связи Есв.ВаЗ<}5/2 и ЕсвСи2рз/2 остовных уровней бария и меди (б) или профили химического состояния этих элементов. Анализ профилей химического состояния позволил сделать важный вывод о коррелированном изменении зарядового состояния меди и бария под действием травящего пучка ионов: медь его понижает (Си+2->Си+1), а барий повышает (Ва+2-»Ва+4). Это означает, что кислород, удаляясь от меди, не покидает анализируемый слой, а переходит к соседнему барвдр. Вывод о практически полном переходе к барию кислорода, покидающего медь, сделан в работе на основе расчета кислородного баланса в

Рис.4., Профили элементного состава (а) и химического состояния (б) меди и бария,

932

80 160 240 320

Глубина от поверхности, А

элементарной ячейке ВТСП 17]. Таким образом, вопреки существовавшим представлениям, в работе установлено, что в результате ионного

облучения ВТСП кислород практически не покидает аморфизированный слой, а накапливается барием. Установленный факт имеет важное практическое значение для технологий получения ВТСП, так как происходящее в ростовом процессе термическое разложение четырехвалентного бария обеспечивает пленку дополнительным атомарным кислородом, что позволяет исключить послеростовой отжиг. Этот процесс играет важную роль . в низкотемпературной МПЭ -технологии без послеростового отжига, с помощью которой и были получены изученные в настоящей работе образцы.-

В ходе послойного анализа ВТСП пленок нами было обнаружено аномально большое в сравнении с контрольным (металлическим) образцом диспрозия отношение интенсивностеЙ линий БуЗсЗ и Ву4р, которые несут информацию о слоях толщиной , соответственно, 6 А и 27А. Повышенная интенсивность "поверхностной" линии ОуЗс! свидетельствует об обогащении приповерхностного слоя этим элементом. В работе сделан вывод о наблюдении сегрегации металлического диспрозия на поверхности исследуемых структур, которая вызывается разрывом химических связей диспрозия ионным пучком и диффузией элементарного диспрозия к поверхности. Вывод подтверждается близостью энергии связи 3<3 -электрона диспрозия значению в металлическом диспрозии. Для определения характеристик слоя сегрегата была рассмотрена количественная модель, в соответствии с которой сегрегированный на поверхности слой равномерно распределен по поверхности, а размытие профиля на переходе "сегрегированный слой/пленка" отсутствует [8]. Расчета показывают, что максимальные значения толщины сегрегированного слоя составляют 5;± 2 А, а концентрация диспрозия в нем достигает 90 ± 10%. Практическое значение обнаруженного эффекта заключается в возможности создания уникальной технологии формирования ночными пучками приборных структур с субнанометровыми слоями и резкими гетерогран и цам и.

В заключении сформулированы основные результаты работы: 1. Разработана рентгенофотоэлектронная методика безэталонного количественного анализа химического состава нанометровых пленок: многокомпонентных кислуродосодержаиих соединений.

2. Предложена методика определения величины статической зарядки подвергнутых облучении диэлектрических объектов по внутреннему кислородному репеъу адсорбированных атмосферных молекул.

3. В условиях одного эксперимента определены энергии связи остовных уровней фосфида индия и его оксидов с погрешностью, примерно в три раза меньшей погрешностей совокупности аналогичных литературных данных.

4. Показано, что для увеличения доли хорошо изолирующих фаз собственных оксидов 1пР необходимо обогащение фосфором. Определены параметры плазменного окисления поверхности 1пР, при которых были получены рекордно низкие плотность поверхностных состояний и величина вольт-фарадного гистерезиса границы раздела "1пР/С0", необходимые для высокого быстродействия.

5. Показано, что для полного окисления меди при низких температурах СГ < 450"С) необходим ''активный" кислород, содержащий ускоренные молекулы и атомы. Определен ряд условий, позволивших разработать уникальную низкотемпературную технологию получения ВТСП Пу1Ва2Си307 й

6. Установлен механизм диффузионного формирования интерфейса при участии неравновесных вакансий, генерируемых воздействием на поверхность атомных частиц. Показано, что этот механизм более, чем на два порядка, увеличивает коэффициенты взаимной диффузии на интерфейсе "ВТСП/диэлектрик" при низких температурах роста.

7. В ВТСП 123-ти па обнаружен эффект ионно-сти!.:улированного перехода кислорода от . меди к барию, в результате которого медь понижает свою валентность, а барий - повышает. Установлено, что вопреки существовавшим представлениям кислород Си-0 - плоскостей не покидает ВТСП под действием ионных пучков, а переходит в соседние Ва-0 - плоскости. Показано, что в процессе роста ВТСП под действием бомбардирующих , поверхность частиц образуется перекись бария, которая является важным источником дополнительного атомарного кислорода.

3. Обнаружен эффект сегрегации металлического диспрозия, на поверхности. ЬТСП Ву^ВазСи'зОу.а под действием потоков атомных частиц.

Основные результаты, полученные в настоящей работе и вошедшие в диссертацию, опубликованы в работах:

1. Zakharevich A.V., Mikoushkin V.M., Sysoev S.E. Chemical composition analysis of thin oxide films on the InP - surface. // ECOSS - 14. -Germany.-1994. - p.184.

2. Захаревич A.B., микушкин B.M., Сысоев C.E. Безэталонная методика анализа химического состава тонких окисных пленок полупроводников. // Микроэлектроника - 94. - Звенигород. - 1994. -с.135. ■ . ■ ■•.3. Белякова Е.Д., Гарабаева A.B., Гореленок А.Т., Каржавин Р.В.,

Микушкин В.М., Сысоев С.Е., Шмидт Н.М. Исследование Собственных оксидов InP. // Поверхность. -1992. - N7. - сс.88-92.

4. Мамутин В.В., Копьев П.С., Захаревич A.B., Картенко Н.Ф., Микушкин В.М., Сысоев С.Е. Исследование роста окислов для получения методом молекулярно - пучковой эпитаксии БТСП Юу^гСизОу.х - пленок и структур на их основе. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. - 1993. - т.6. - N4. - с.797 - 806. .

5. Гордеев Ю.С., Копьев П.С., Мамутин В.В., Микушкин В.Мм Сысоев С.Е. ИПЭ - формирование интерфейсов тонких пленок DyjBa2Cu307.x с подложками GaP и NdGaC>3 и окислами Dy20s, CuO, BaO. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника. - 1994.- N8-9. - т.7. -стр.1417 -1425. '

6. Gordeev Yu. S., Mamutin V.V., Mikoushkin V.M., Kop'ev P.S., Sysoev S.E. MBE - interface formation of 0у1Ва2Сиз0х thin films with substrates GaP, NdGa03, oxides Dy203, CuO, BaO. // MRS. - San - Francisco, USA; -1995. ^

7. Gordeev Yu. S., Mamutin V.V., Mikoushkin V.M., Sysoev. S.E. Cu - Ba transition of oxige.n in degradation process of Dy1Ba2Cu30x induced by. ion beam. // MRS. - San - Francisco, USA. - 1995. ■

8. Gordeev Yu. S., Mamutin V.V., Mikoushkin V.M., Sysoev S.E. Segregation of disprosium on the surface of DyiBa2Cu30K bombarded by ions. // MRS. -San - Francisco, USA. - 1995.

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН 188350, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роща Зак.13, тир. 100, уч.-изд.л.0,9; 9.01.1998 г.