Толстих п В ^ , Козлова Є І ^, Азарко І І ^ , Пуховой А А ^, Бук Фізичний факультет БП / пр Незалежності, 4, м Мінськ, 220050, Білорусь ^ ^ Лабораторія тонких плівок Кафедра фізики Університет Дуйсбург-Ессен вул Університетська, 2-5, м Ессен, D45117, Німеччина

Анотація – спектральні методи вивчалися дефектні стани а-С: Н плівок, отриманих методом CVD при використанні гібридної індуктивно-ємнісний системи з додатковим застосуванням прискорює напруги Незалежно від прискорює напруги для всіх зразків виявлений сигнал з д-фактором, рівним 2,0020 Ширина лінії і концентрація парамагнітних центрів (ПЦ) немонотонно змінюються з ростом прискорюючого потенціалу

I                                       Введення

Привабливі механічні та хімічні характеристики обумовлюють ось уже кілька десятиліть незгасний інтерес до аморфним вуглецевим плівкам (АУП) як з боку науки, так і промисловості У Нині деякі успіхи досягнуті у використанні АУП як захисних або діелектричних покриттів, в той же час створення електронних приладів на наноструктуріро-ванних АУП все ще перебуває в стадії проектів Викликано це в першу чергу тим, що висока щільність дефектів у таких плівках (зазвичай більше 10 ^ ^ – Ю’ ® ат / см) не дає можливості для ефективного впровадження домішок, які дозволили б використовувати такі плівки в якості напівпровідникових приладів Встановлено, що частина парамагнітних дефектів у а-С: Н повязана з наявністю в них водню [1] Однак на відміну від a-Si: Н, отжиг таких плівок зазвичай не веде до значної пассивации дефектів У даній роботі представлені результати досліджень залежності дефектності плівок, отриманих методом CVD, від умов їх осадження

II Порядок проведення експерименту

АУП отримували методом CVD, використовуючи гібридну індуктивно-емкостную установку (13,56 МГц) У вакуумну камеру (10 ® Бар) закачували суміш гелію, водню і ацетилену Залишковий тиск в камері ~ 8 * 10 ® Бар Вуглецеві покриття осаджувалися на кремнієві і скляні підкладки в перебігу

10 хвилин при різному напрузі зсуву (від

Про до 200 В) Индуктивная потужність 120 Вт

Вимірювання концентрації ПЦ проводилися при температурах 77 К – 293 К на стандартному ЕПР – спектрометрі Varian Е-112, що працює в X-діапазоні

III Результати та обговорення

Дані АРМ мікроскопії для зразка, отриманого на кремнієвій підкладці при нульовому напрузі зсуву, наведені на малюнку 1 Добре видно, що плівка шорстка з великими «краплями», викликаними осадженням низькоенергетичних іонів Збільшення напруги зсуву веде до згладжування поверхні і при Vb близько 150 В поверхню плівки виходить гладкою і однорідною

Дослідження методом комбінаційного розсіювання дозволили виявити, що при ускоряющем напрузі Vb < 25 В, утворюються плівки переважно з sp ® CH зв'язками, і як наслідок вони більш прозорі і пухкі в порівнянні з плівками, отриманими при великих напругах зсуву. При збільшенні Vb спостерігається зсув G-піку в бік великих хвильових чисел (рис. 2а), а так само збільшення відношення Ь / Ig (Рис.26).

Рис 1 Дані атомносилової мікроскопії зразка на склі отримані при нульовій напрузі зсуву

Fig 1 AFM image for sample on glass substrate within self-bias OV

Така зміна відносини інтенсивностей свідчить про збільшення кількості sp ^ – гібридизувати С-С звязків із зростанням напруги зсуву Поряд з цим плівки стають темнішими і гладкими

0 Заміщення водневого атома вуглецем викликано збільшенням енергії іонів, які осідають на зразок, тобто більше високоенергетичних іони заміщають водень у звязках С-Н Крім sp ^ 0связей із зростанням Vb зростає і концентрація sp ® CC звязків

Раніше [2] було зазначено, що спектр ЕПР зразків, незалежно від типу підкладки, являє собою одиночну лінію з д-фактором, близьким до значення д-фактора вільного електрона Дані сигнали при кімнатній температурі вимірювання не насичуються, а при вимірюванні в атмосфері рідкого азоту вже при потужності СВЧ-випромінювання Р = 3-5 Вт спостерігається падіння інтенсивності сигналу Зміни концентрації ПЦ в вуглецевої плівці на склі показують, що при Vb 100-125 В спостерігається максимальний вміст дефектів, а при подальшому збільшенні – незначне зниження концентрації Можливо, це викликано зменшенням вмісту обірваних sp ^ звязків, за рахунок утворення sp ® звязків під впливом іонів з великою енергією

Ширина лінії ЕПР досліджених зразків максимальна при Vb = 50 В, потім із зростанням Vb звужувати

ється до 2-3 Гс Така залежність говорить про зростання разупорядоченності оточення парамагнітного центру в зразках, отриманих при Vb до 50 В При Vb> 50B спостерігається зворотний процес – наростання ближнього порядку навколо парамагнітного дефекту Для плівок, отриманих методом імпульсного лазерного осадження у вакуумі ширина ЕПР – лінії становила 15-20 Гс, може свідчити про більшу неоднорідності оточення парамагнітних центрів порівняно з розглянутим методом

Рис 2 Залежність положення G-піку (а) і відносини інтенсивностей D і G-піків (б) від напруги зсуву для зразків на склі □ і кремнії о

Fig 2 G-peak position (а) and peak intensity ratio (b) vs different seif-bias for sampies on giass □ and siiicon про substrates

IV                                  Висновок

Як видно з даних, отриманих за допомогою атомно-силового мікроскопа, плівки, отримані при невеликій напрузі зсуву (до 25 В) є пухкими З ростом напруги поверхню плівки стає більш рівною і при Vb близько 150 В плівка виходить гладкою, без видимих ​​піків і западин Ці дані добре корелюють з результатами дослідження методом комбінаційного розсіювання Встановлено, що плівки, отримані при невеликій напрузі зсуву, містять велику частку водню в sp ® CH звязках, а із зростанням напруги переважають С-С зр ^ і sp ® звязку Концентрація парамагнітних дефектів для зразків на стекпе максимальна при 125 В

[1] R С Barklie, М Collins, J sunnife, SRP Silva / / Diam Relat Mater – 2004 – 7 – P 864-868

[2] П B Толстих, І A Карпович, І І Азарко, А А Пуховой, Ф Бук Матер VI міжнар конф «Взаимод випромінювань з ТБ тілом »:, Мінськ, 28-30 вересня 2005 року – Мн: Изд Центр ВДУ, 2005 – С 182-184

STUDIES OF DEFECTFORMATION IN A-С: Η FILMS, FABRICATED BY MEANS OF DUAL INDUCTIVE-CAPACITY SYSTEM

P V Tolstykh^’, I A Karpovich^’, I I Azarko^’,

A Poukhovoi^, V Buck^’

Belarusian State University F Skorina Avenue, 4, Minsk, 220050 Belarus ^^Thin Film Technology, Department of Physics, University of Duisburg-Essen Universitatsstr 2-5, Essen, D45117, Germany

Abstract – The process of defects formation in -C: H films formed by CVD-method using additional external voltage was studied by means of different spectroscopic methods Each EPR line showed the g-factor value of 2002 regardless of selfbias, while the line width and defects’ concentration change in nonmonotomic manner

I                                        Introduction

Mechanical and chemical characteristics of a-C: H films are very attractive both from scientific and industrial points of view While these films have been applied as protective coatings in industry, the possibilities of their use as electronic devices are still quite obscure due to their high defects concentration

II                                       Experiment

Different external voltage magnitudes were applied in the CVD-method during formation Paramagnetic centers’ concentrations were measured using standard EPR-spectroscopy technique with X-band VARIAN E-112 spectrometer in the temperature range 77-293 До

III                           Results and Discussion

It was estimated that the number of sp^-hybridised C-C bonds increase as the self-bias increases that leads to formation of smoother and darker films The EPR-line is a singlet with g-factor close to g-factor of free electron regardless of substrate type Defects concentration reaches its maximum at bias voltage value of 100-125 V, and with further voltage increase the concentration of PC decreases

IV                                      Conclusion

The correlation in Raman and EPR- spectroscopy was observed regarding external voltage at which the less defective films were formed It was found that the films were smooth at Vb=150V and more, while the PC concentration reaches its maximum at Vb=125 V and decreases with further Vb increasing

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р