Поляризационные процессы в слоях аморфного оксида алюминия, полученного методом молекулярного наслаивания тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи УДК 538.915

Борисова Татьяна Михайловна

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В СЛОЯХ АМОРФНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОГО НАСЛАИВАНИЯ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2014

1Г;"П 2014

005547905

Работа выполнена на кафедре физической электроники факультета физики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена».

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Кастро Арата Рене Алехандро

профессор кафедры физической электроники Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена»

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Барабан Александр Петрович

профессор кафедры электроники твердого тела Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт - Петербургский государственный университет» специальность: 01.04.07

кандидат физико-математических наук, доцент Березина Ольга Яковлевна

доцент кафедры общей физики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет» специальность: 01.04.07

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение науки «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН»

Защита состоится «19» июня 2014 г. в «17 00» часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.199.21 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена» по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 48, корпус 3, ауд. 52.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена», 191186/ Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 48, корпус 5. J

Автореферат разослан «15» апреля 2014 г. ///'

Ученый секретарь диссертационного совета ш

кандидат физико-математических наук, доцентH.A. Анисимова

Актуальность работы. Расширение круга применяемых в микроэлектронике полупроводниковых структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) требует получения для них качественных диэлектрических слоев при относительно низких температурах, позволяющих избежать деградации поверхности полупроводника. С этой точки зрения перспективными являются слои оксида алюминия А120}, синтезируемые методом молекулярного наслаивания (МН) (известного за рубежом как atomic layer epitaxy (эпитаксия атомных слоев) (ALE) или atomic layer deposition (осаждение атомных слоев) (ALD). Данный материал имеет высокое значение диэлектрической проницаемости (е = 10) и является кандидатом для замены подзатворного Si02 (е = 3.9) в МДП транзисторах. Помимо этого, пленки Al20¡ имеют малые токи утечки по сравнению с Hf02 (также широко применяющегося в транзисторах).

Конденсаторные структуры с пленками А1203 могут быть использованы в качестве сенсоров влажности емкостного типа, имеющих достаточно высокие чувствительность и быстродействие. Перспективным является использование аморфного оксида алюминия и в качестве блокирующего слоя во ФЛЭШ элементах памяти. Работа данных устройств основана на локализации заряда на квантовых точках, и в настоящее время изготовляются преимущественно на базе нитрида кремния.

Существует целый ряд методов, позволяющих синтезировать оксид алюминия, в том числе молекулярное наслаивание, анодное (электрохимическое) оксидирование, осаждение из газовой фазы, золь-гель технологии и т.д. Однако синтез методом молекулярного наслаивания, в отличие от других методов нанесения, протекает не в результате хаотичного межатомного, межмолекулярного взаимодействия реагентов, а путем переноса и закрепления определенных структурных единиц на заранее подготовленной поверхности в соответствии с программой синтеза, тем самым, позволяя осуществлять конструирование материалов с заданными свойствами. Микроструктура синтезированных пленок сильно зависит от большого числа технологических параметров: используемых прекурсоров, температуры подложки, скорости роста пленки, толщины синтезируемой пленки.

До настоящего времени, к сожалению, уделялось мало внимания изучению диэлектрических характеристик аморфных слоев А12Оъ, полученных методом МН. Исследования такого рода необходимы для установления корреляции между особенностями поляризационных процессов и технологическими режимами получения этих слоев, что необходимо при определении надежности работы полупроводниковых систем и электронных устройств на их основе.

Цель работы. Установление закономерностей поляризационных процессов и их корреляции с условиями синтеза в аморфных слоях оксида алюминия А12Оз, полученных методом ALD.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить структурные особенности слоев аморфного оксида алюминия методом электронной микроскопии в связи с условиями их синтеза.

2. Изучить закономерности поляризационных явлений в слоях аморфного оксида алюминия, полученных методом АЬО, в широком интервале температур и частот.

3. Исследовать влияние технологических факторов на поляризационные явления и перенос заряда в данных слоях.

4. Провести интерпретацию полученных результатов в рамках адекватных им существующих модельных представлений.

5. Определить параметры поляризационных процессов в исследуемых образцах, ключевых с точки зрения их использования для диагностики структурных особенностей изучаемых составов.

Научная новизна. В отличие от выполненных ранее исследований поляризационных свойств слоев оксида алюминия, полученных методом молекулярного наслаивания, где главным образом изучалась проводимость на постоянном токе, в настоящей работе предпринято исследование поляризационных явлений в динамическом режиме с учетом влияния технологических факторов. В результате получены следующие новые научные результаты:

• Установлены закономерности дисперсии комплексных составляющих диэлектрической проницаемости и проводимости слоев оксида алюминия, в различных и широко изменяющихся внешних условиях, которые свидетельствуют о влиянии внешних факторов на поляризационные явления.

• Установлено влияние технологических условий синтеза на протекающие в слоях оксида алюминия поляризационные явления. Определены ответственные за наблюдаемые закономерности факторы и процессы, к числу которых относятся изменения в строении изучаемых материалов (изменение типа и длины связей).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В тонких слоях аморфного оксида алюминия, помещаемых в переменное электрическое поле, протекают поляризационные процессы, являющиеся результатом проявления механизмов дипольно-релаксационной поляризации, и прыжкового механизма переноса заряда.

2. Обнаруженные особенности протекания поляризационных процессов обусловлены влиянием технологических факторов на структурные особенности исследуемых слоев, а именно, применением различных реагентов при синтезе пленок, а также увеличением их толщины при создании МДП-структур.

3. Чувствительность диэлектрических параметров к условиям синтеза аморфных слоев оксида алюминия информативна и может быть использована для технической диагностики изучаемого материала.

Теоретическая значимость работы. Полученные экспериментальные результаты исследования поляризационных свойств слоев оксида алюминия, полученных методом молекулярного наслаивания, вносят вклад в физику электронных явлений в аморфных полупроводниках и в разработку теоретических основ технологии получения аморфных слоев с необходимыми функциональными свойствами для устройств электроники и оптоэлектроники.

Практическая значимость работы. В рамках выполненной работы получены новые данные, касающихся влияния условий синтеза аморфных слоев оксида алюминия, на их диэлектрические свойства. Эти результаты являются основой для составления научно-технических рекомендаций по практическому использованию изученного материала.

Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке студентов, магистрантов и аспирантов на факультете физики РГПУ им. Герцена, обучающихся по магистерским программам в области физики конденсированного состояния вещества.

Связь темы с планом научных работ. Диссертационная работа являлась частью научных исследований лаборатории физики неупорядоченных полупроводников НИИ физики РГПУ им. А.И. Герцена и проводилась в рамках прикладных исследований по государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации:

1.№ 50/12-ГЗП «Синтез и исследование электрофизических свойств новых наноструктурированных композиционных материалов, перспективных для использования в микро- и оптоэлектронике».

2. № 43/13-ГЭП «Синтез, диэлектрическое и структурное исследование новых функциональных наноматериалов на основе органических и неорганических полимерных систем».

Результаты данного исследования были отмечены Дипломом III степени на Всероссийском молодежном конкурсе научно-исследовательских работ по фундаментальной и прикладной физике, проведенном в 2012 году Министерством образования и пауки РФ на базе МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, июль 2012 г.).

Достоверность и научная обоснованность обеспечивались комплексным характером исследования, корректностью использованных экспериментальных методик и воспроизводимостью результатов проведенных измерений, применением современных методов математической обработки данных, сопоставлением экспериментальных результатов с литературными данными.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских научных конференциях: «XII Всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектрони-ке» (Санкт - Петербург, 2010 г.); XII Международной конференции «Диэлектрики - 2011» (Санкт - Петербург, 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Научные исследования современности. Выпуск 3» (Украина, Киев, 2011 г.); XII Всероссийском молодежном школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния (Екатеринбург, 2011 г.); VIII Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники - AMS VIII» (Санкт - Петербург, 2012 г.); Всероссийском молодежном конкурсе научно - исследовательских работ по фундаментальной и прикладной физике 2012 г. (Москва, 2012 г.) и научных семинарах НИИ Физики Российского государственного педагогического университета имени А. И. Герцена.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 11 печатных работ, в том числе, 3 статьи в российских и зарубежных реферируемых журналах, 8 в трудах всероссийских и международных научных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы. В работе 131 страница сквозной нумерации, 36 рисунков, 6 таблиц, список литературы включает 120 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, раскрывается её научная новизна и практическая значимость, обосновываются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Структура и электрофизические свойства аморфного оксида алюминия (обзор литературы)» представлен анализ структурных и электрофизических свойств аморфного оксида алюминия, полученного разными способами, в том числе методом молекулярного наслаивания (АЬО методом). Отмечены его основные особенности, преимущества и недостатки.

По сравнению с кристаллом оксида алюминия его аморфная структура является более сложным объектом, физические свойства которого недостаточно изучены. Аморфная структура оксида алюминия характеризуется наличием ближнего порядка. Аморфную сетку образуют полиэдры (тетраэдры и октаэдры), соединенные в вершинах кислородными мостиками и составляющие беспорядочную пространственную структуру из четырех и шести членных колец и цепочек. Связи внутри полиэдров возникают в результате перекрытия и гибридизации я- н р- орбиталей. Направленность этих связей и их высокая энергия делают структурные группы достаточно жесткими.

Приводятся данные исследования зарядовых и проводящих свойств оксида алюминия, из которых следует, что на высоких частотах диэлектрическая проницаемость принимает значения от 5.0 до 7.0. Исследования спектров пропускания пленок аморфного А120 з показали, что ширина запрещенной зоны не превышает 6 эВ.

Анализ методов получения пленок оксида алюминия, показал, что термическое испарение в вакууме не обеспечивает равномерность толщины пленки, а повышение равномерности толщины уменьшает скорость напыления пленки. При катодном (ионном) распылении необходимо вводить жесткий контроль чистоты рабочего инертного газа и обеспечивать стерильность технологического процесса, давление рабочего газа, необходимое для поддержания разряда, относительно велико (1 - 10 Па) и вероятность загрязнения пленки повышается. Для магнетронного распыления характерна сложность распыления материалов с низкой теплопроводностью, а также низкий коэффициент полезного использования материала мишени. Важнейшим преимуществом метода А1ЛЭ, по сравнению с другими методами синтеза наноматериалов, является возможность

создания ламинарных, сверхтонких плёнок из газовой фазы при низких температурах. Данные пленки характеризуются высокой однородностью, отсутствием микроотверстий и дефектов.

Из приведенного обзора литературы следует, что аморфные слои оксида алюминия А1203, полученные методом молекулярного наслаивания, были исследованы различными способами, но в настоящее время практически отсутствуют данные по исследованию этих слоев методом диэлектрической спектроскопии на переменном токе, для установления особенностей поляризационных процессов, протекающих в этих слоях. Диэлектрическая спектроскопия, как метод анализа явлений переноса заряда, позволяет различать зонный и прыжковый механизмы электропроводности, а также определять различные режимы последнего. Кроме того, данный метод может быть использован для расчета значения электрофизических параметров и их зависимости от условий эксплуатации структур с оксидом алюминия в качестве диэлектрика.

Во вторая главе «Методика эксперимента» дано краткое описание метода получения аморфных пленок оксида алюминия - метода атомно-слоевого нанесения (молекулярного наслаивания - ALD). Также приводится описание экспериментальных методик изучения структуры, диэлектрических и электропроводящих свойств слоев А12Оъ.

Метод ALD основан на поверхностно-контролируемых и самонасыщаемых реакциях адсорбции между поверхностью и газовыми прекурсорами, рост плёнок осуществляется за счет последовательного нанесения атомных слоев с точным контролем толщины плёнки и ее химического состава.

Изучение поляризационных свойств, проводилось на МДП - структурах с оксидом алюминия в качестве диэлектрического слоя. Оксид алюминия выращен методом ALD из смеси газов на кремниевой подложке р - Si (100) марки КДБ - 10. В качестве реагентов для образцов партии № 1 использовались три-метилалюминия А1(СН3)} (ТМА) и пары воды, для образцов партии № 2 использовались - ТМА и азотная кислота, две партии имели толщину оксида 100 нм. Образцы партий № 3 и № 4 получены с использованием в качестве реагентов триметилалюминия А1(СН})3 (ТМА) и пары воды, имели толщину 78 нм и 36 нм, соответственно. Алюминиевые контакты площадью 0.24 мм2 наносились на диэлектрик термическим испарением в вакууме.

Исследование структурных особенностей пленок оксида алюминия (изучение рельефа поверхности и определение элементного состава пленок) производилось методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с использованием сканирующего электронного микроскопа Carl Zeiss EVO 40. В образцах всех партий обнаружено наличие углерода, распределение которого для образцов, синтезированных с использованием разных реагентов, отличается. Отношение атомов алюминия к атомам кислорода соответствует их координации в кристаллических фазах оксида алюминия.

Измерения температурно-частотных зависимостей диэлектрических параметров проводились на спектрометре «Concept 81» (NOVOCONTROL Technologies GmbH&Co). Установка состоит из частотного анализатора импеданса

ALPHA ANB, криостата с измерительной ячейкой, устройства термостатирова-ния Novocool Cryosystem, сосуда дьюара с системой испарения и подачи газообразного азота, системы автоматического сбора данных с компьютерным интерфейсом. Частотные спектры в диапазоне/= 10"' - 10б Гц снимались при постоянной температуре, величина которой изменялась в пределах: Т = 273 - 373 К. Точность поддержания температуры на образце составляла ± 0.5 °С. Напряжение, подаваемое на исследуемую структуру, составляло U = 1.0 В. Погрешность при измерении диэлектрических параметров, не превышала 1.0 %.

В третьей главе «Поляризационные свойства слоев аморфного оксида алюминия» представлены результаты исследования поляризационных свойств слоев оксида алюминия, полученных методом ALD, и влияния на них технологических факторов.

В результате исследования аморфных пленок оксида алюминия на кремнии толщиной 100 нм осажденных с применением триметилалюминия и азотной кислоты (№ 2) установлено, что действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости е' исследуемых образцов претерпевает существенную дисперсию (рис. 1). В исследованной области температур (рис. 2) диэлектрическая проницаемость возрастает с ростом температуры, что характерно для дипольно-релаксационного характера поляризации.

Обнаружено существование максимума потерь е" в области частот от КГ1 до 104 Гц (рис. 3). Увеличение температуры приводит к смещению максимума диэлектрических потерь в область более высоких частот, энергия активации данного релаксационного процесса оказалась равной 0.10 эВ.

Резкое уменьшение диэлектрической проницаемости А!2Оз с увеличением частоты и ростом температуры свидетельствует о проявлении механизма дисперсии, обусловленной существованием дипольно-релаксационной поляризации. Релаксационный максимум потерь, по-видимому, обусловлен вращательной деполяризацией немостиковых и примесных ионов. В случае слоев, полученных методом ALD, можно предположить о существовании дипольных структурных единиц: немостиковые ионы кислорода, ионы if и НО' , примесные атомы, ионы щелочных металлов и др.

На основе аппроксимации диэлектрических спектров с использованием программного обеспечения Novocontrol Winfit выделялись положения максимумов диэлектрических потерь и определялись параметры в двухпараметриче-ской эмпирической функции Гавриляк-Негами (HN) для изученных релаксационных процессов.

Полученные значения релаксационных параметров а и /? функции Гавриляк-Негами позволяют заключить, что в исследуемой области частот наблюдается недебаевский релаксационный процесс с несимметричным распределением времен релаксации согласно модели Коула-Дэвидсона.

""«л»

■•'А

Ъ А

\\\

—■—273 к —•— 303 к —333 к

* А

>>иНММш

Рис. 1. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости е1 для образцов партии № 2 в диапазоне температур 0 -100 °С.

Рис. 2. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости е' для образцов партии № 2 в диапазоне частот пере-

менного поля 10" -Гц.

103

Данное обстоятельство подтверждается и видом диаграммы Коула-Коула (рис. 4). Изменение релаксационных параметров с увеличением температуры свидетельствует о переходе от несимметричного распределения к симметричному распределению релаксаторов по временам релаксации.

Рис. 3 Частотная зависимость мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости образцов партии № 2 при комнатной температуре. Сплошная линия - кривая ШЧ.

ю

/Гц

|— 293 к

Рис. 4. Диаграмма Коула — Коула при комнатной температуре образцов партии № 2.

Исследовалась температурно-частотная зависимость удельной проводимости а' при разных температурах в образцах партии № 1. В диапазоне частот <103 Гц проводимость меняется по закону <т~Ао/. Показатель степени ¿<1 и монотонно уменьшается с температурой в пределах от (0.50±0.02) до (0.32±0.02) (рис. 5). В диапазоне частот >103 Гц показатель степени 5 практически не изменяется с температурой и принимает значение 5 = 0.96.

Температурная зависимость с'имеет экспоненциальный характер (рис. 6), с наличием двух участков с энергиями активации, равными £а1 = (0.69±0.01) эВ и ЕЕ2 = (0.06±0.01) эВ для областей высоких и низких температур соответственно. Высокотемпературный участок 1 соответствует области собственной проводимости, в то время как в области более низких температур перенос заряда связан с вкладом примесных и дефектных состояний.

ю-8

ю-'

ю8

8 ю'

и ю10

ъ

10"

ю-11

ю1!

—■—т=о °с

—•—Т=20 С

—Т=40 с

—т—Т=60 с

—Т=80 с

—«—Т=100 °с

ю"

ю ю

10 / №

10 10 10 10

Рис. 5. Частотная зависимость удельной проводимости образцов партии № 1 в диапазоне температур 0-100 °С.

Обнаруженные закономерности переноса заряда в исследуемых образцах свидетельствуют о существовании прыжкового механизма проводимости, обусловленного прыжками носителей заряда между локализованными состояниями в запрещенной зоне, и коррелирующего с процессами дипольной поляризации в области низких частот.

10 й-

■ 1» 1 Нг

10""-

И ю 'Ч "Ь

10"*Ч

Рис. 6. Температурная зависимость удельной проводимости & образцов партии № 1 на частоте^ 10 Гц.

2,6

2,8

3,0

3,2

103/Т, 1/К

3,4

3,6

Исследованы вольт-амперные характеристики (ВАХ) образцов партии № 3 полученных из смеси газов ТМА и паров воды, толщина оксидного слоя составляла 78 нм. Измерения ВАХ выполнены при комнатной температуре, на образцы подавалось измерительное напряжение в пределах от 0.01 до 1 В.

ВАХ показывает наличие двух отчетливо выраженных участков, соответствующих •Г степенным зависимостям то./ ка (Г) от приложенного на/ пряжения ([/). В интервале / напряжений от 10~2 В до 2 • 10"1 В выполняется закон Ома. Наличие омического участка в слабых полях позволяет говорить о наличии свободных электронов в ди-

1 электрике с концентрацией п0. При напряжении выше

10"

Ю"

10"

ю"

ю"

0,01

0,1

и, У

Рис. 7. Динамическая ВАХ образцов партии № 3 при комнатной температуре на частоте 10"' Гц.

2-Ю"1 В наблюдается степенная зависимость тока от напряжения.

Изучение влияния технологических факторов (типа используемого реагента и толщины оксидного слоя) на диэлектрические свойства аморфных слоев оксида алюминия, полученных методом АЬО, позволило установить корреляцию диэлектрических свойств с условиями синтеза этих слоев.

Исследовались образцы толщиной 100 нм, синтезированные из смеси газов: в качестве реагентов для образцов партии № 1 использовались триметила-люминия А1(СН})з (ТМА) и пары воды, для образцов партии № 2 использовались — ТМА и азотная кислота. Применение азотной кислоты в качестве реаген-

та приводит к увеличению значения диэлектрической проницаемости в области низких частот (рис. 8, 9), а также к увеличению величины диэлектрических потерь.

120-т

Рис. 8. Частотная зависимость вещественной составляющей диэлектрической

80

40

проницаемости при температуре 50 °С для образцов двух партий: 1 - № 1, 2 - № 2.

—ЦНИНЦ

0

10"2 10"'

10"

10 10~

10'

10"

10'

10"

Обнаруженные закономерности изменения диэлектрических параметров при замене реагента могут быть связаны с особенностями структуры аморфного оксида алюминия. Структура образцов партии № 1, характеризуется наличием ближнего порядка, аналогичного расположению атомов в кристаллической фазе а-А1203 (гексагональная структура). В образцах партии № 2 ближний порядок в структуре обусловлен расположением атомов в смеси фазы у-А1203 и малого количества псевдобемита (у-АЮОН~ 10%) (триклинная структура), т.е. применяемый реагент определяет параметры структуры.

30-,

25-

20-

15-

Рис. 9. Температурная зависимость вещественной составляющей диэлектрической проницаемости для образцов партий № 1 и № 2

------------■ !

на частоте 10 -№2.

Гц: 1 - № 1,2

260

280

340

360

300 320

т, к

Изучено влияние толщины аморфных слоев оксида алюминия на диэлектрический отклик при исследовании образцов двух толщин — партии № 3 (толщина слоя 78 нм) и партии № 4 (толщина слоя 36 нм), синтезированных с использованием в качестве реагентов ТМА и паров воды. Увеличение толщины оксидного слоя практически не влияет на значения е' в исследуемом интервале частот (рис. 10). В области средних температур увеличение толщины слоя ок-

сида алюминия приводит к существенному изменению величины диэлектрических потерь, а также к смещению частоты, на которой приходится релаксационный максимум (рис. 11).

60-

40-

20

10

• >. »

10

10

10

10°

/.ГЦ

Рис. 10. Частотная зависимость действительной части комплексной диэлектрической проницаемости е' при температуре 50 °С: 1 - образцы партии № 3, 2 - образцы партии № 4.

Рис. 11. Частотная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь для образцов партий № 3 и № 4 при разных температурах: 1 - № 3 при 50 °С, 2 - № 3 при 100 °С, 3 - № 4 при 50 °С, 4 -№ 4 при 100 °С.

Чувствительность значения диэлектрических параметров к изменениям условий синтеза аморфных слоев оксида алюминия, может быть использована при разработке методики диагностики их структурных особенностей для улучшения эксплуатационных характеристик структур с оксидом алюминия в качестве диэлектрика.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности поляризационных явлений в аморфных слоях оксида алюминия, в том числе: увеличение диэлектрической проницаемости с уменьшением частоты и ростом температуры, увеличение величины диэлектрических потерь с температурой. Обнаруженные закономерности свидетельствуют о существовании механизма диполыю-релаксационной поляризации.

2. В области низких и средних частот наблюдается недебаевский релаксационный процесс с несимметричным распределением времен релаксации согласно модели Коула - Дэвидсона.

3. Частотная зависимость действительной части удельной проводимости имеет вид а = Лео5, что свидетельствует о существовании прыжкового механизма проводимости по состояниям, локализованным в запрещенной зоне. Процесс переноса заряда является термически активированным процессом, с наличием двух участков на температурной зависимости проводимости с различными энергиями активации.

4. Обнаружено влияние реагента используемого при синтезе аморфных слоев, в частности, применение азотной кислоты вместо воды приводит к увеличению значения диэлектрической проницаемости, а также, к увеличению диэлектрических потерь и смещению максимума потерь в область низких частот. Отличие в диэлектрическом отклике пленок, по-видимому, связано со структурными особенностями слоев.

5. Выявлено, что увеличение толщины слоя оксида алюминия приводит к увеличению диэлектрических потерь и смещению частоты, на которой приходится релаксационный максимум. Энергия активации релаксационного процесса уменьшается.

6. Чувствительность диэлектрических свойств к изменениям условий синтеза аморфных слоев оксида алюминия, может быть использована при разработке методики диагностики их структурных особенностей и расчета электрофизических параметров, определяющих практическое применение данных слоев в устройствах опто- и микроэлектроники.

Личный вклад автора состоит в том, что ею получена основная часть экспериментальных результатов, проведена их интерпретация и подготовка к представлению. В опубликованных работах участвовала в постановке задач и обсуждении полученных результатов. Содержание основных положений, выносимых на защиту, раскрыто в публикациях [ьп] (из них 4 публикации в реферируемых журналах).

Основное содержание и результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Леонова, Т. М. Диэлектрическая релаксация в МДП - структурах на основе оксида алюминия / Т. М. Борисова, Р. А. Кастро // Известия Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена. Серия Общественные и гуманитарные науки. — 2012. - № 144. - С. 4551, (0,38/0,19 п.л.).

2. Борисова, Т.М. Влияние режима синтеза оксидного слоя на диэлектрические свойства структур St7A/20}/A/ / Т. М. Борисова, Р. А. Кастро // Известия Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена. Серия Общественные и гуманитарные науки. - 2013. -№ 154. - С. 53-64, (0,75/0,38 п.л.).

3. Борисова, Т.М., Кастро P.A. Исследование диэлектрических свойств тонких пленок оксида алюминия, выращенных методом молекулярного наслаивания / Т. М. Борисова, Р. А. Кастро // Труды МФТИ. Труды Московского физико-технического института (государственного университета). - 2013. - Т. 5. - № 1. - С. 21-24, (0,06/0,03 п.л.).

4. Borisova, Т. М. Mechanism of charge transport in Si/A 120/Л I structures / T. M. Borisova, R. A. Castro // Journal of Physics: Conference Series. - 2013. - № 461. - P. 012017-1-5, (0,38/0,19 п.л.).

5. Борисова, T. M. Прыжковая проводимость в тонких слоях аморфного оксида алюминия - Л/2Оэ / Т. М. Борисова, Р. А. Кастро // Естественные и технические науки. Материалы III международной научно-практической конференция «Теория и практика в физико-математических науках». - М.: из-во «Спутник +». - 13.02.2012. - С. 19-26, (0,5/0,25 п.л.).

6. Борисова, Т. М. Поляризационные свойства некристаллических пленок оксида алюминия, синтезированного методом молекулярного наслаивания / Т. М. Борисова, Кастро Р. А. // Материалы XII всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой оп-то- и наноэлектронике. — СПб: из-во Политехнического университета. - 25-29 октября 2010. - С. 21, (0,06/0,03 п.л.).

7. Борисова Т. М., Кастро Р. А. Диэлектрические свойства МДП — структур на основе оксида алюминия // Материалы XII международной конференции «Диэлектрики - 2011». - Т. 1. - СПб: из-во РГПУ им. А. И. Герцена. — 23-26 мая 2011. - С. 356-359, (0,19/0,10 п.л.).

8. Борисова Т. М., Кастро Р. А. Влияние условий синтеза на диэлектрические свойства МДП - структур на основе оксида алюминия / Т. М. Борисова, Р. А. Кастро // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Научные исследования современности. Выпуск 3». - Ч. 2. - Украина, Киев: из-во ООО Компания «Миранда». - 25 октября 2011. — С. 127-131, (0,31/0,16 п.л.).

9. Борисова Т.М., Кастро P.A. Влияние толщины оксидного слоя на диэлектрические свойства МДП - структур на основе оксида алюминия // XII Все-

российская молодёжная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества СПФКС-12. - Екатеринбург. — 2011. - С. 158, (0,06/0,03 п.л.).

Ю.Борисова, Т. М. Перенос заряда в тонких пленках аморфного А1203, полученных методом молекулярного наслаивания / Т. М. Борисова, Р. А. Кастро // Всероссийский молодежный конкурс научно-исследовательских работ по фундаментальной и прикладной физике - Ч. 2. - М.: из-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. - 2012. - С. 83-87, (0,28/0,14 п.л.).

П.Борисова, Т.М. Сканирующая электронная микроскопия некристаллических пленок оксида алюминия, синтезированных методом молекулярного наслаивания / Т. М. Борисова, Р. А. Кастро // Сборник трудов VIII международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники - AMS VIII». - Санкт-Петербург: из-во Политехнического университета. - 2-5 июля 2012. - С. 95-96, (0,125/0,06 п.л.).

Подписано в печать «15» апреля 2014 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ № 4495

Типография «Восстания -1» 191036, Санкт-Петербург, Восстания, 1.