Процессы формирования и физические свойства твердых растворов на основе карбида кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

*

Дагестанский ордена Друябы народов государственный университет имени В.И.Ленина

На правах рукописи

ОЖЕГОВА НАТАЛЬЯ ВАСИЛЬЕВНА

УДК 621.315.582:546.261.28

ПРОЦЕССЫ ФОКШРОВАЮШ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ

01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Махачкала 1995

Работа выполнена на' кафедре экспериментальной' физики Дагестанского ордена Друхбы народов государственного университета имени В.И.Лешша.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Сафаралиев Г.К.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Ai-аев В.U. кандидат физико-математических наук, доцент Аиадзиев A.M.

Ведущее предприятие:

Санкт-Петербургский" государственный электротехнический университет; -

Защита состоится " ^ " з /^'Jh7 часов на заседании Спедуализированного Совета

1995 г. знеого

R.62i.6i.os Дагестанского государственного университета вм.В.И.Ленина со адресу: 368025, г.Махачкала, ул.Советская, 8.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 367025, г.Махачкала, ул.Советская, 8, ДГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГУ.

Автореферат разослан

« / "

igg5 г<

Ученый секретарь Специализированного Совета,доктор технических наук, профессор ГайД°Р0В

• ■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АкщгальнйСз:ь_1'£Ш. Развитие твердотельной • электроники, определяется уровнем создания новых материалов, удовлетворяющих комплексу требований. Анализ современной отечественной и зарубезгк$ патентной и периодической литературы показывает, что наиболее полно удовлетворяют требованиям твердотельной электроники такие классы тугоплавких соединений как борида, карбида, пнтрида и силицида. Это объясняется прежде всего тем, что указанные соединения помимо необходимого комплекса свойств обладают вн'сокой устойчивостью .к воздействию градиента температур, Электрического потенциала, механических напряжений, агрессивных сред.

Синтез и исследование твердых растворов на основе тугоплавких соединений ведутся в настоящее время достаточно зироко.'Это связано с практическими интересами получения новых материалов с более высокими физико-химическими- свойствами в сравнении с материалами на основе индивидуальных соединений.

Определенную перспективу в этом плане имеет твердые растворы ïa основе карбида кремния. Это связано . с тем, что твердые эаствора на основе sic наследуют его уникальные свойства, в том шел» и обусловленные существованием более ыо политипоз. Специфика термокеханичесхих, электрофизических, физико-химических ;войств Sic предопределила разнообразие областей применения чатериалов на основе этого соединения. Материалы на основе Sic ¡чень широко применяются в современной технике в качестве >г не упоров, активных элементов электронных и электротехнических 'стройств, конструкционных элзментов химической и эпергеткческой шпаратуры.

Данная работа посвящена проблеме создания и исследованию :екоторых свойств твердых растворов на основе карбида кремния, проведена оценка растворимости и диффузии элементов в карбиде ремния при образовании твердых растворов с .полупроводниковыми оеданениями аэв5 и карбидами переходных, металлов, а также риводятся экспериментальные данные по некоторым свойствам онокристэлляческих твердых растзоров и керамики в системах ic-AiN и Sic-Nbc. Интерес к системе sic-Aïs -связан с тем, что в той системе возможно получить ряд варизонных твердых растворов

з

со зшл£ш;зм ширины запрещенной зоны от 2,3 (Sic) sB до 6,2 (aih) зВ. Кроме того, создание непрерывных твердых растворов карбида кремния с нитридами алхииния и галлия нрздстазляет большой интерес в связи с возможностями получения прямозонного материала для полупроводниковых иккекциошшх лазеров. В свое очередь, твердые растворы карбида кремния с карбидами переходных металлов могут привести к получению узкозонных материалов, 'также расширявших класс материалов электронной техники. Керамика на основе этих материалов такке является весьма ■ перспективным материалом для подложек интегральных микросхем, благодаря высокому электросопротивлению и теплопроводности.

Шль_ра002;ы_и_задани_райа2н : Целью работы является теоретическое и . экспериментальное исследование процессов формирования твердых растворов на основе Sic. Для достижения этой цели необходимо было решение следувдих задач:

1. Разработка модели прогнозирования взаимной растворимости Sic с соединениями типа аэв° и карбидами переходных металлов типа

НЬС, TiC, ZrC.

2. Определение при помощи математической модели оптимальных условий роста монокристаллических твердых растворов (sic )1х (А1Н )х с заданными значениями.

3. Исследование параметров кристаллической структуры твердого распора в системах SiC-AiN и siCHbC в зависимости от состава.

4. Изучение электросопротивления и электропроводности твердых растворов на основе Sic.

s. Исследование люминесцентных свойств твердых растворов в системе sîc-aih.

На5гзнаа_ношана_раййзы состоит в том, что в ней впервые:

1. В рамках теории компенсационных уравнений проведены оценка диффузии и растворимости и определены условия образования твердых.растворов на основе sic с соединениями типа а3в5 и карбидами переходных металлов.

2. Изучены структурные свойства эпитаксиальных слоев твердых растворов (Sic _х (ain )х. Установлено, что параметр решетки твердых растворов уменьшается во всем диапазоне изменения состава с ростом содержания Alt).

3. Получены твердые растворы в системе sic~Aiti, обладавдие

высоким электросопротивлением. Установлено, . что они представляют собой сильнолетированнне компенсированные полупроводниковые соединения с шириной запрещенной зоны в интервале от 3,24 до с,,г эВ.

4. Получены эпктаксиальные слоа твердых растворов sil_xNbjic и изучены их структурные и электрические свойства.

5. В интервале темпеператур 1900 - 2200°с получена керамика sic-яьс. На основе изучения параметров кристаллической решетки и электрических свойств сделан вывод, что при температуре спекания 2200°с, образуется твердой раствор, обладающий полуметаллическими свойствами.

Науянне-подожаниа-выносиша-Еа-аадщду:

1. Полуэмпирическая модель, позволяйся в рамках теории компенсационных уравнений оценить характер взаимной растворимости а диффузии элементов в Sic, а такяе определить условия образования твердых растворов карбида кремния с соединениями а'в* г карбидами переходных металлов.

2. Эпитаксиальные слои твердых растворов (sie )1я (ain )х , ?бладэпцие высоким (ю3+ю7 см) удельным электросопротивлением i диапазоне составов о,40 s х < о,75.

з. Существование линейной зависимости параметра, решетки "с" нштэксиальных слоев твердых растворов (sic)l_)i (aih)ä от содержания aih.

4. Образование твердых растворов в системе SiCHbC, >бладапцих полуметалличвскими свойствами.

Ораязизаскаа-цаштсаъ работы и полученных . результатов щределается следующим:

- оценены растворимость и диффузия элементов в системе с :арбидом кремния.

- результаты математической обработки технологических словий роста использованы для оптимизации и получения етероструктур с заданными свойствами.

результаты комплексного исследования структурных, ятических и электрических свойствемогут быть рекомендованы для олучения гетерозпитаксиальных слоев в системе sic-ain.

Динныа_вхиад_автра. Все основные результата диссертацш олученн личйо автором. Автор непосредственно участвовал в лавировании работы, выборе и получении объектов исследования, в

измерениях, расчетах, анализе и установлении закономерностей.

Соавторами исследований являются Сафаралиев Г.К., Сврокк -11.Д., Таиров D.M., Курмагомеяов Ш.А., Курбанов М.К., Шабаво} E.ffi. .Шдаитача й.п. ' ' , > , ■

Тема дассертации-предлохена Сафэралиьвам Г,К. .н Таировым Ю.М. Сафаралиев Г.К. осуществлял научное руководство, участвовал в обсуждении к интерпретации полученных результатов. В выборе и характеристике исследованных. образцов ¡принимала участив сотрудники лаборатории карбида •• кремния. Даггосуниверситета Иурмагоиедов И.А., Курбанов М.К., Шабанов Ш.Ш. Сорокин Н.Д. оказал помощь в разработке методики оценки растворимости н расчета параметров диффузия элементов в карбиде кремния и обсуждении подученных результатов, а такае в исследовании состзва и структуры образцов.' .

Анройация-райозы.Основные результата работа докладывались на 1У Международной кочферещдш "Аморфный и кристаллический карбид кремния и другие 1У-1У материалы" (Санта-Клара, США, 1991), 8 теплофизикеской конференции СНГ ..(Махачкала,,.1992), Всесоюзном совещении по проблемам физика и технологии широкозонных полупроводников (Махачкала, 1933 гг.), конференции молодых ученых (Махачкала, 1892), итоговых научных конференциях , ДПУ им.В.И.Ленина (1889-1SS3 г.) и специализированных семинарах ДГУ им.в.и.Ленина (Махачкала). . .

Пуйдикащш. Всего по теме > диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

В конце автореферата представлен перечень. основных публикаций.

Cip5ßiiypa_a_üÜb£tä_paclQ35i. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 73 названий, включая работа автора. Объем диссертации составляет 138 страниц, включая 46 рисунков и з таблицы.

в

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ. Ва_аведгшт обоснована актуальность теш диссертации изложены. цеди и задачи работа, сформулированы научная новизна, защищаемые положения и практическая ценность полученных в диссертация результатов.

В_трЕо£_Елава в рамках теории компенсационных уравнений исследована растворимость и диффузия примесей в Sic с кельи образования твердых растворов в системе с карбидом кремния.0

Уравнение, связнвапцее величину частотного фактора с энергией активации называется уравнением ксмпенсаиии а HMÖOT вид

1(1 Do = ln.D* + kö = In D* + (l/RT*)Q (l ) a существование тагой СВЯЗИ получило название компенсационного закона. *

..-• В-общем случаесовместное использование компенсационных уравнений для соединения и элемента позволяет найти наиболее вероятные параметра диффузии атомов, любого элемента в лж'см соединении и сделать выводы о возможность образования нового соединения на основе исходных.

Для получения компенсационных уравнений для элементов, диффундирующих в sic, строился график зависимости in d0= î (а). На графике все данные условно распадаются на две прямые. На одну фямую ловатся точки, соответствуйте данным для Si, Al, Ga к о. îepoHTHo, эти элементы при диффузии в sic нитрируют ко вакансиям' фемния. Остальные данные ложатся на другую прямую вместе с ираметрами диффузии для углерода. Можно предполохить, что зтк 5лементы диффундируют по вакансия« углерода. На графике тзккр, мзются точки, не локащиеся ни на одну из полученных прямых. Это lamme для Beo6 , Li, 0, р н одна точка для Si. Вероятные причину такого отклонения от компенсационных прямых - это иной механизм эффузии данных элементов в Sic. Этим • уравнениям, подчиняются ираметры диффузии, полученные для моно- и поликристаллов, вне ;авясгж>сти от ориентации, давления, содержания примесей и пр. Еалогичио рассчитывались компенсационные уравнения для отдельных лемеятов Al, Ga, КЬ, Ti, Zr, В, 8e, 0 , As, Sb , Ir:, P И H^. ДЛЯ ого чтобы оценить возможность образования твердых растворов с еми или шшми соединениями рассматривалось совместное спользовалие компенсационных уравнений для Sic и соотвстетвуыщег лементов. Анализ графиков показал, что все вышеупомянутые

элемента , за исключением р и in, могут образовывать соединения с síc посредством вакансионного механизма диффузии (т.е.путем диффузии по тем или иным вакансиям). Кроме того, из точек пересечения стало возможным оценить вероятные параметры диффузии для даЕных элементов в síc.

Полученные графики позволяет заключить, что максимальной растворимостью в SiC по вакансиям кремния обладает в, за ним следует такие элементы как ai и нь ;но вакан'сиям углерода - h и As. Они обладают меньшими по сравнению с другими элементами энергиями активациями в síc , следовательно, • меньше энергетических затрат требуется для перемещения по вакансиям sí. Наибольшей энергией активации из рассмотренных элементов обладает Ga и, вероятно , твердый раствор карбида кремния с этим элементом будет получить.весьма сложно. Об этом говорит 'тот Факт, что в литературе информация о таких твердых растворах отсутствует.

Кроме того, исходя из проведенного анализа с учетом того, что в объеме lí и Ве диффундирует по междоузлиям, а о - по обменному механизму можно сделать вывод о том, чтр эти элемента будут обладать ограниченной растроримостыз э sic и при образовании соединений давать ограниченные твердые растворы внедрения.

Втрая-лдава диссертации носит обзорный характер. В ней проведен анализ литературы, посвященной методам получения твердых растворов sic-Aï». Из-за высоких точек плавления и низких твердофазных коэффициентов диффузии , которыми характеризуются данные материалы, распространенные методы изготовления не пригодны для получения химически и структурно однородных образцов. Ограничением при использовании síc в высокотемпературном приложении является существование кубической (/3-SÍC.3C), гексогональных («-sic, 2Н. 4Н, бн) и ромбоэдрических

("a-SiC", 15R, 21В) ПОЛИТИПОВ, ИМ8ЩИХ ОДНО ИЛИ бОДбв фЭЗОВЫХ

превращений в интервале иоо0 и 2200°С. Эти фазовые превращения часто результируются в нежелательных изменениях в микроструктуре, таких как увеличенный размер зерен. Хорошим кандидатом для образования твердого раствора с sic и его фазовой стабилизации является a1n, поскольку его единственная модификация совпадает с вюрцитной (гексагональной 2Н) структурой sic и имеет близкий параметр решетки. Кроме того, наличие от i до ю% a in в

R

горячепрессованвых образцах síc, уквкьзгет рост серен л улучшает микроструктурную однородность» Подобие структур двух соединений и их тугоплавкая природа предполагает, что сплавление одного с другим даст возмояность оптимизировать их свойства. Возможность варьировать свойства такие как ширина запрещенной зоны (sic, 2,3 эВ; ais, 6,0 эВ), теплопроводность и термическое расширение во всем диапазоне составов твердых растворов síc/ain делает ату систему очень привлекательной для использования в электронных приборах.

Анализ литература, посвященной получению поликристаллических твердых растворов позволяет сделать несколько общих наблюдений, связанных с образованием и микроструктурой твердых растворов s1c-a1n.

1. При температурах менее 2ioo°c трудно получить однородные монофазныв твердые растворы sic-ain.

2. Внутри твердых растворов и индивидуальных зерен обычно существует градиент состава.

3. Микроструктура и состав результирующих материалов являются сильно чувствительными к природе исходного сырья, условиям процесса и примесям, таким как кислород, азот и атомы металлов.

Полное описание технологии выращивания эпитаксиальных твердых растворов (sic )п (ди^^ приводит Rutr |i|. Твердый раствор наращивался на сапфировую подложку из отдельных источников sic и A1N. Получен образец одного состава.

Возможность получения монокристаллических эпитаксиальных слоев (ЗС) (síc )i_if (ain ) во всем диапазоне изменения о 5 х £ i показана Нурмагомбдовым И.А.и др. |2). Слои выращивались "сзнцвич"-методом из газовой фазы в специальных контейнерах из плотного графита и карбида циркония в атмосфере аргона и аргон -азотной смеси при 2170~2370 К. Показано, что использование в качестве источников поликристаллических спеков síc-aih позволяло выращивать монокристэллическив слои (sic )1_х (Áin)x в широком диапазоне изменения составов (о,Ю£х<о,95), тогда как засыпка Sic с добавками ai давала возможность получать Э<5 твердых растворов с х не более 0,04. Этим яе методом получали образцы, исследованные в этой работе.

Для оптимизации условий роста, технологического режима з

о

возможности предсказания состава ж свойств конечного продукта» данные по условиям роста пленок подвергались обработке методом регрессионного анализа. При обрзбютю учитывались такие параметры как состав исходного поликристаалагаехжаго спеха, температура и время роста, состав газовой фазы. а такие данные по составу пленки, полученные при помощи элеюдасшшго микроскопа Э!Ш~2.

Строилось уравнение, связывание® состав пленки с параметрами роста, шепцее внд . 4 \ ' ■

с = ао+ + «2Рлг+ »„Т + a,t ' (2j\

Полученные значения коеффадаитов позволяет . сделать заключение, что киюшальвое влиянее sa состав пленки оказывает время роста (а5), а максимальное - аяшкфера, в которой растет эпитахсиальннЯ слой (аг и аэ), Щривзм больший вклад вносит давление паров аргоаа, т.е., чем <5ашпв давление пароз аргона, .тем вгньш А1н в слог.

Установлена связь кеяду тишж ¡проводимости растущей пленки и соотношением парциальных давлгнгЗ ээота к аргона. Обнаружено, что при соотношениях Р*>£ и раг ( sxss постоянней общем давлении \ смеси газов и температуре в зоне роста.) <о,з полученные ЭС имеют р~тип электропроводности. При вв^/раг >о „5 ЗС растут п—пша проводимости вплоть до составов ~ ¿ir30 5(aih)0 Слои твердых растворов с . х > о,5 растут преимущественно сильною-шенсировапными, на что указывает их высокое сопротивление. Слои (SíC)l_x (¿iu)x с х < 0,4 легко удается получить с обоим типом проводамогжг.

В-ЗргяьаЁ-Плааа ■ представлена результаты исследования некоroíах физических свойств твердых растворов в системе síc-ain.

Описываются исследования корфешлжг. состава и структурных изменений твердых растворов ¡ЗЮ^ШЯ)^ в зависимости от х. РентгеЕоструктуряые исследования доказали, что с ростом содержания /¡i!í в эплтаксиальши слое однородность его рзеярзделения по поверхности уменьшается, "наблюдается увеличение содержания армянин от периферии к центру, Причем наиболее сильно этот Е'й-зкт наблюдается при болышх значенкях х. Структурное совершенство и морфология зпитакгашьшгх слоев твердых растворов с увеличением содержания ais ухудаажсь» а уке пра х i о,55 наблюдались блочные структуры ила дагэществочакле фаз различного состава. Получонпае результата воятоергд'тется а инк исследовании

ЭС (sic ) (Aiti ) дафрактсагтриче стада методом. В некоторых образца?, как правило с небольшим значением чувствуется нногофэзвдсть., ; присутствуют фазы как сяимаюдяе, так н рартягдаамлйО - кристаjuia^eскуп реиетку, что обусловлено, несоответсдаиемрешеток слоя и водлохкк. . Изучение гвтерограницы показало, что при х г о ,45 нзйдэдается переходный слой повышенной дефектности > между подложкой вз Sic 0 твердым раствором (SiC)ii_it (А.Ш)ж< Вероятно, зта слои являются результатом рассогласования параметров роте-псн подложки и растущих слоев и несоответствия температурБнх коэффициентов их расширения. Изучена зависимЬсть парадатра 'V от содеразния aih а ЗС. (sic)'t x(MH)x., Параметр "с" меняется ,/линзйко, уменьшаясь с ростом ср^ержания ain в твердая растворе, 'а изменения параметра решетки'подчедяются закону бетарда. В диапазоне 0,05 < х < 0,20 наблюдаются сростки политанов» на что указывает как возникновение дополнительных пиков-'ка кргвеж качания со стороны малых углов в, так и разброс значений параметра V в области' атнх составов. При' х i о,2,„эщтгксиальнце слет.., твердых- растворов (síc)í x (ain)x кристаллизуются щземмуще стёенне в одной полгтапной модификации

2Н.

Исследованы температуркн«, зависимости электропроводности керамики síc-ain и эпитааетаяьннх слоев твердых растворов (síc)1x (aih)x . Все полученнне зависимости intf = f(lo4/T) имеют типичный полупроводниковый характер, т.е. с ростом температуры проводимость образцов растят, хотя величина проводимости резко падает, кривые сдвигаются в область высоких температур и заметная электропроводность в керамике sic-Ai№ наблюдается лишь при температурах выше эоо й. Характер температурных зависимостей электропроводности приводит к заключению, что в этой системе образуются сильнолегированнне компенсированные твердые растворы. Сдвиг кривых в высокотемпературную область и уменьшение проводимости при больших процентных содзрианиях ai» в керамика связан, вероятно, с ростом трава запрещенной зоны. Кривая с 80% Ain состоит из двух частей^ с различными наклонани. Экстраполированная к о К ширина запрещенной зоны чистого кзрбядз Кремния в области высоких теиператур составила величину 3,24 вВ, а для образце» с содержанием ais до ао% - б эВ. Исходя из значений ширины запрещенной зоез îîosho предположить, что в первом

гг

случае элзтроярозодаость определяема собственной проводимостью в sic, а во второй -aih.

Анализ температурных зависимостей электропроводности эпитаксиальннх слоев (SiC)i_x (aih)^ показывает, что с увеличением содержания ахи электропроводность твердых растворов падает, что связано как с увеличением ширины запрещенной зоны, так и с частичной перекомпенсацией акцепторов (Al} докороми ). Однако, при большое значениях х ( х > о, во ) электропроводность вновь увеличивается, при этом твердые растворы имеют только электронную проводимость. Аналогичное • поведение электропроводности наблюдаюсь к для керамики sic-Ain. Вероятно, это связано с тем, что, при х > 0.75 происходит переход к прямозонной структуре запрещенной зовы , и^-к^ растет н за образование кристаллической структуры ответственней a1n. Поведение кривых электропроводности заставляет предположить, что m взвеем дело с сильнолегированными компенсированными твердыми растворами. Вольт - амперные характеристики твердых растворов (siC)1_K (aií»)x свидетельствуют'о том, что исследуемые образцы твердых растворов представляют собой изотнпные или анизотшшые гетероперехода síc-(síc)i.^¡({ai»)ji с различным значением х. Величина прямого тока показывает, что при составах в области sos aih образца являются компенсированными, о чем свидетельствует и величина дифференциального сопротивления. Измерения электросопротивления показали, что в диапазоне составов 0,4 s х s 0,75, твардаз растворы обладают высоким электросопротивлением (ю3+ю7 Ом си), что делает их пригодными для использования в качестве лолуизолирупцих подложек интегральных микросхем.

Исследованы спектра катодолшинесценции (KJI), которые также подтверждают образование твердых растворов в системе síc-ain. Анализ спектров доказал,что при температуре жидкого азота в спектрах КЛ ЭС (Sic (aih )х наблхщается интенсивная полоса с = 520 ны (= 2,4 эВ). Вероятно, рекомбинация в этом случае не связана с мехзониши переходами, а представляет собой зеленуь полосу дефектной дадагесценции , которая возникает вследствие нзлучатеЛьной рекомбинации экситоншго типа через точечный комплекс чисто дефектной природа, в котором одной из компонент, наиболее вероятно, является углеродная вакаассй. С увеличением процейтного -содержания aih полоса M плавно смешаются р

короткоЕолковую область, аа кршж возникает второй пик с * = 480 ем (*2,о эВ) и на спектрах наблюдастсл-уль-графиолзтоЕий "хвосэт", в котором обозначается еще один пик с \ = ззо игл з,2 оВ). Второй пик возникает в результате излучательной рекомбинации через ДМ1 алюминий - азот. Третий пик в ультрафиолетовой области, появление которого связано с переходом к прямозонной структуре запрещенной зоны и свидетельствует об образовании твердого раствора, обозначается яа спектрах НЛ при х = о,51. Псэ мере приближения к точке перехода к прямозонной структуре роль процессов безизлучательаой рекомбинации будет уменьшаться, в свои очередь растет вероятность прямых переходов зона-зона, что и объясняет возникновение третьего пика в ультрафиолетовой области спектра ШТ.

, ^аоварггая-Елавз посвящена образованию, твердых растворы в системе Sic-Nbc. Приведены результаты исследования ОС sixHbi_!<c.

Распределение ль по поверхности исследованного образца очень неоднородно. Небольшой количество нь в пленке и неоднородность его распределения по поверхности, вероятно, связан с различием в типах химической связи и кристаллической структуры у Sic и ньс, создающих дефекты и напряжения в переходном слое подложка -пленка. Ренттенодифракционные исследования монокристалличесхих слоев твердых растворов si1.j<Nb)ic показали, что на грани (oooi ) подложки sic растет слой (ш) ньс, по мере роста толщины слоя твердого раствора совершенство его падает. Оценка совершенства ЭС si.^Nbc по топограммак показала, что совершенство слоев почти' сравнимо с совершенством монокристаллических подложек. Увеличение содержания нь приводило к появлению в слоях различных дефектов и микротрещин.

Были исследованы вольт-амперные характеристики (ВАХ) ЭС твердых растворов Si^rn^c. Ход обратной ветви зависимостей предполагает сделать вывод о том, что даже неболыгоз количество ль в образце сильно увеличивает долю металлической связи в полученном соединении и в результате образуется контакт аналогичный контакту Шотгки (металл-полупроводник). Тем не менее, исследованные образцы имеют р-тип проводимости. Вероятно, это связано со свойствами границы раздела подлонка~слоЗ твердого раствора, а именно, энергетическими состояниями, создаваемыми атомами яь в узлах кристаллической решетки Sic, а также дефектным

1 з

переходным слоем между подлоккой е выращенной'пленкой.

Была исследована; такке и керамика в системе sic-sbc» полученная при температурах, спекания 1900°C и 2200°С. Результате измерений темперзтурной зависимости ' электропроводности керамгкн sic-ньс и рентгенодафракционные исследования показала,, чю керамика, спеченная при iaoo°C, представляет собой ' тжанктаснув смесь sic и кье, а температуре. 2200°с образуемся полупроводниковый твердый раствор s iç-tïbc. >ч '

Для образцов, полученных при 2200°с0 с ростом содержания ньс . в керамике параметр "с" растет, что.свидетельству?.об образовании--твердого раствора в данной системе,, .значение же параметра "а" остается приблизительно одинаковым. ' Изменение--параметра "с" предполагает частичное 'замещение ионов . ¡металла в sic • ' н üье-тетраэдрах. Кроне того, повздание температурных ззвесеюстзй елзктронроводаостз позволяет предположить, что ' при большх концентрациях ньс в запрещенной зонэ твзрдого рзехзора возникает примесная зона, перекрывающаяся с зоной npoEÖfcsiöcsa: и пршодоящая к уменьшению запрещенной 'зона. При нкзкаж температурах проводимость в твердом раствора идет по примесной зоне, а рост проводимости при высоких тогшератураг связан с coöctbsheoS проводимостью s ic (приведенная пшрша запрещенной зона порядка • 2,5 sb к

' выводы.

В итоге проделанной работе сделаны следующие вывода:

1. В рамках теория компенсационных уравнений оценен характер растворимости элементов в Sic. Установлено, что наибольшей растворимостью в sic будут обладать такие эленвнтн как в, ai, вь и к; li, ве образуют ограниченные .твердые растворы с карбидом кремния, поскольку в объеме эти .элементы диффундирует по междоузлиям; a In я р не смешиваются с sic посредством ■ вакансионного механизма даффузии.

2. Методом математического планирования зфоаналнзарованы условия роста и установлено, что максимальное влияние на состав и тип проводимости растущей пленки оказывает состав газовой фазы. При pn2/гаг < о.з ЭС твердых растворов имеют р~тип проводимости, а при pn^/раг >_о,5 ЭС растут преимущественно г.—rima. Прз х < 0,4 пленки твердых растворов (Sic)t х (дгк)х, яезавЕс.швд от условий

роста легко получить обенх тшхоз щювадт>ст, ген х > о,? ЭС все Еыргщезные пленки обладает п—гипам араводшоста. По-видимому, что это обусловлено но с техно* з тротил i наличием азота в твердом растворе, как .и в чистом ain.

,, , з'. Jla'основе рентгеновских исследования установлено, что с. ростом х 'параметр решетки "с"' твердого раствора (sic )i_x (ain ) уменьшается* что свидетельствует od образовании твердого раствора в системе síc-aih.

4. Исследования морфологии и структуры показали, что с ростой х совершенство и .однородность слоев твердых растворов (sic ) (AiS)x ухудшэется.; Рентгеноструктурный анализ показал наличие переходного слоя па границе пленка-подоюяка в твердых растворах с.большим х, что говорит об увеличении напрякений . на границе раздела пленка-подложка с изменением параметров решетки твердого раствора. .•'"'. ' ' '

5. Изучены электрофизические .• свойства керамика síc-ain и зпитаксаальных ., слоев. (sic )1х (ахи )х. Анализ температурных зависимостей электропроводности керамики и эпитаксиальшх сдоев показал, что с ростом содержания ain в твердом растворе ширина запрещенной зоны увеличивается и в системе síc-ain образуются скльнолегЕрованные компенсированные полупроводниковые твердые ра'створы.

6. Установлено, что в диапазоне состзеов 0,4 í х s 0,75 зпитаксиальные слои твердых растворов (sic )s_x (ain)x обладают высоким электросопротивлением (ю"+ю7 Ом см), что делает их пригодными для использования в качестве полуизелирующих подлозек интегральных микросхем.

7. Исследованы спектры натодолхминесценции <КЛ) твердых растворов (sic (а1к)х. Обнаружено, что на' спектрах КЛ наблюдаются две полосы с \ = 520 и 480 нм, обусловленные рекомбинацией на дефектах и донорно-акцепторных парах. С ростом концентрации ain в твердых растворах в ультрафиолетовой области обозначается третий пик с х = ззо нм, свидетельствующий об образовании твердого раствора и вменении структуры запрещенной зоны в этой системе.

8. Получены эштаксиальныв слои твердых растворов si нь с. Установлено,- что распределение кь на поверхности носит неоднородный характер и даке малое; содержание нь в пленке придает

ей металлические свойства.

а. Получена керамика sictibc при температурах 1эоо° и 2200°С. На основе рентгеноструктурных и электрофизических исследований керамики установлено, что керамика sictibc, спеченная при Т - 1300°С, представляет собой механическую смесь, а в керамике, спеченной при температуре 2200°с, образуется полупроводниковый твердый раствор.

Основные результаты диссератации опубликованы в слздухщих работах:

1. Сафаралиев Г.К., Офицерова Н.В., Курбанов U.U./ Люминесценция гетероструктур (SiC)lx (Am )x/siC // В ки. 4 Международная конференция по аморфному к кристаллическому карбиду кремния к другим ry-iY материалам, Санта-Клара, США, 1331, c.ii4-us.

2. Офицерова Н.В., Курбанов К.К., Сафаралиев Г.К./ Влаяние условий получения на состав и электропроводность твердых растворов (SiC)l_x (А1Н)х// В сб.статей студентов, аспирантов п преподавателей ункзерситета, Махачкала, 1992, слоз-цо.

3. Офицерова Н.В., Курбанов М.К., Никитина И.П., Сорокин Н.Д., Сафаралиев Г.К., Таиров Ю.И., Цветков В.Ф./ Особенности получения г.етероэпитаксиалышх структур на основе твердых растворов (sic )i_x (Ain )„// Известия РАН, Неорганические материалы» 1992, т.28, JÖ, с.2011-2012,•

4. Шабанов Ш.Ш., Офицерова Н.В., Сафаралиев Г.К., Пашук Е.Г./ Получение и свойства керамики на основе твердых растворов sic-AIR// В сб.:9~я теплофизическая конференция СНГ, Махачкала, 1992, c.ioi.

5. Сафаралиев Г.К., Таиров Й.Ы., Цветков В.О., Шабанов Ш.П., Пашук Е.Г., Офицерова Н.В., Азров Д.Д.. Садакоэ С.А./ Получение л свойства поликристаллическш: твердых растворов

SiC-AlN// Физика И ТеХНИКа ПОЛУПРОВОДНИКОВ, 1393, т.27, вш.з, С.402-408.

6. Офицерова Н.В., Сафаралиев Г.К., Сорокин Н.Д./ Оценка формирования твердых растворов на основе sic// Материалы 4 Всероссийского совещания "Физика и технолох'ия шзрокозоншх полупроводников", Махачкала, аээз, с.и.

7. Исзбекова Т.М., Офицерова Н.В.Шабанов' O.E., Абплова H.A./ Электропроводность твердых растворов sic-Aïs // Материалы <