Методами просвечивающей электронной микроскопии установлено, что вакуумная карбидизация пористого кремния при 1100 °C приводит к формированию слоев кубического карбида кремния. Обнаружено формирование слоев кубического SiC в виде двухфазной системы. При этом сформированные слои SiC на мезопористом буферном слое являются преимущественно поликристаллическими. Методом резерфордовского обратного рассеяния установлено, что использование буферных слоев пористого кремния позволяет получать слои SiC большей толщины, чем на чистой кремниевой подложке при аналогичных условиях вакуумной карбидизации. Показано, что увеличение размера пор в слоях пористого кремния приводит к увеличению толщины формируемых слоев SiC. С помощью метода растровой электронной микроскопии показано, что вакуумная карбидизация пористого кремния приводит к формированию зерен SiC в порах, частичному зарастанию и спеканию пор. Установлена зависимость размера зерен SiC от размера пор.

bsuir

Доклады БГУИР

Doklady BGUIR

1729-76482708-0382

БГУИР

10.35596/1729-7648-2022-20-6-14-22

bsuir-3438

Research Article

ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКА

ELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICS

Формирование SiC методом вакуумной карбидизации на пористом кремнии

Formation of SiC by Vacuum Carbidization on Porous Silicon

Лобанок

М. В.

Labanok

M. V.

Лобанок М.В., аспирант кафедры физической электроники и нанотехнологий

220064, г. Минск, ул. Курчатова, 5, тел. +375 29 654-09-53

Labanok M.V., Postgraduate at the Physical Electronics and Nanotechnologies Department

220064, Minsk, Kurchatova St., 5, tel. +375 29 654-09-53

mishalobanok@gmail.com

Прокопьев

С. Л.

Prakopyeu

S. L.

Прокопьев С.Л., старший преподаватель кафедры физической электроники и нанотехнологий

Prakopyeu S.L., Senior Lecturer at the Physical Electronics and Nanotechnologies Department

Завацкий

С. А.

Zavatski

S. A.

Завацкий С.А., аспирант кафедры микро- и наноэлектроники

Zavatski S.A., Postgraduate at the Micro- and Nanoelectronics Department

Бондаренко

В. П.

Bondarenko

V. P.

Бондаренко В.П., к.т.н., доцент, заведующий НИЛ 4.3 НИЧ

Bondarenko V.P., Cand. of Sci., Associate Professor, Head of Laboratory 4.3

Гайдук

П. И.

Gaiduk

P. I.

Гайдук П.И., д.ф.-м.н., профессор кафедры физической электроники и нанотехнологий

Gaiduk P.I., Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor at the Physical Electronics and Nanotechnologies Department

Белорусский государственный университетBelarusian State University

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics

2022

03102022

2061421

2022

Лобанок М.В., Прокопьев С.Л., Завацкий С.А., Бондаренко В.П., Гайдук П.И.

Labanok M.V., Prakopyeu S.L., Zavatski S.A., Bondarenko V.P., Gaiduk P.I.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3438

Методами просвечивающей электронной микроскопии установлено, что вакуумная карбидизация пористого кремния при 1100 °C приводит к формированию слоев кубического карбида кремния. Обнаружено формирование слоев кубического SiC в виде двухфазной системы. При этом сформированные слои SiC на мезопористом буферном слое являются преимущественно поликристаллическими. Методом резерфордовского обратного рассеяния установлено, что использование буферных слоев пористого кремния позволяет получать слои SiC большей толщины, чем на чистой кремниевой подложке при аналогичных условиях вакуумной карбидизации. Показано, что увеличение размера пор в слоях пористого кремния приводит к увеличению толщины формируемых слоев SiC. С помощью метода растровой электронной микроскопии показано, что вакуумная карбидизация пористого кремния приводит к формированию зерен SiC в порах, частичному зарастанию и спеканию пор. Установлена зависимость размера зерен SiC от размера пор.

Planar-view TEM investigation revealed the formation of cubic silicon carbide layers on porous silicon by vacuum carbidization. The formation of cubic silicon layers in the form of a two-phase system was found. At the same time, the formed SiC layers on the mesoporous buffer layer are predominantly polycrystalline. Using the Rutherford backscattering method, it was found that the use of buffer layers of porous silicon makes it possible to obtain SiC layers of greater thickness than on a pure silicon substrate under similar conditions of vacuum carbidization. It is shown that an increase in the pore size in porous silicon layers leads to an increase in the thickness of the formed SiC layers. It has been shown by scanning electron microscopy that vacuum carbideization of porous silicon leads to formation of SiC grains in pores, partial overgrowth and sintering of pores. The dependence of the SiC grain size on the pore size was established.

карбид кремнияпористый кремнийвакуумная карбидизациятонкие пленки

silicon carbideporous siliconvacuum carbidizationthin films

References1

Ferro G. 3C-SiC Heteroepitaxial Growth on Silicon: The Quest for Holy Grail. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2015;40:56-76. DOI: 10.1080/10408436.2014.940440.

Severino A., Locke C., Anzalone R. 3C-SiC Film Growth on Si Substrates. ECS Transactions. 2011;35(6):99. DOI: 10.1149/1.3570851.

Skibarko I.A., Milchanin O.V., Gaiduk P.I. Structural and optical properties of GaN/SiC/Si heterostructures grown by MBE. Inst. Phys. Conf. Ser. 1999;166:465-469.

Chen J., Steckl A.J. Molecular beam epitaxy growth of SiC on Si (111) from silacyclobutane. J. of Vacuum Science & Technology. B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. 1998;16:1305. DOI:10.1116/1.590006.

Zimbone M., Mauceri M., Litrico G., Barbagiovanni E.G., Bongiorno C., La Via F. Protrusions reduction in 3C-SiC thin film on Si. J. of Crystal Growth. 2018;498:248-257. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.06.003.

Zimbone M., Mauceri M., Litrico G., Barbagiovanni E.G., Bongiorno C., La Via F. Protrusions reduction in 3C- SiC thin film on Si. J. of Crystal Growth. 2018;498:248-257. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.06.003.

Bosi M., Ferrari C, Nilsson D, Ward PJ. 3C-SiC carbonization optimization and void reduction on misoriented Si substrates: from a research reactor to a production scale reactor. Cryst. Eng. Comm. 2016;18:7478-7486. DOI: 10.1039/c6ce01388k.

Anzalone R., Piluso N., Reitano R., Alberti A., Fiorenza P., Salanitri M., Severino A., Lorenti S., Arena G., Coffa S., La Via F. Voids-free 3C-SiC/Si interface for high quality epitaxial layer. Materials Science Forum. 2016.

Shimizu H., Hisada K. Hetero-Epitaxial Growth of 3C-SiC on Carbonized Silicon Substrates. Materials Science Forum. 2003;433-436:229-232. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.433-436.229.

Chubenko E., Redko S., Dolgiy A., Bandarenka H., Bondarenko V. Porous silicon as substrate for epitaxial films growth. Porous Silicon: From Formation to Applications. Optoelectronics, Microelectronics, and Energy Technology Applications. CRC Press, Taylor and Francis Group. 2016;3:141-162.

Booker G.R Crystallographic imperfections in silicon. Disc. Farad. Soc. 1964;38:298-304.

Нагорнов Ю.С. Термодинамика зародышеобразования карбида кремния в процессе карбонизации нанопористого кремния. Журнал технической физики. 2015;85:5.

Nagornov Yu.S. [Thermodynamics of silicon carbide nucleation during the carbonization of nanoporous silicon]. Technical Physics. 2015;85:5.

Чан Х.К., Поветкин А.Д., Кольцова Э.М., Петухов Д.И., Елисеев А.А. Математическая модель массопереноса в поре на основе молекулярной динамики с применением алгоритма параллельных вычислений. Technical Sciences. Fundamental research. 2012;3:432-436.

Tran H.Q., Povetkin A.D., Koltsova E.M., Petukhov D.I., Eliseev A.A. [Mathematical model of mass transfer in the pore based on molecular dynamics using the algorithm of parallel computing]. Technical Sciences. Fundamental research. 2012;3:432-436.

Долгий А.Л., Клышко А.А., Бондаренко В.П. Электрохимическое осаждение никеля на макро- и мезопористый кремний. Доклады БГУИР. 2009;1(39):65-70.

Douhi A.L., Klyshko A.A., Bondarenko V.P. [Electrochemical deposition of nickel on macro- and mesoporous silicon]. Doklady BGUIR = Doklady BGUIR. 2009;1(39):65-70.

Kidalov V.V., Kukushkin S.A., Osipov A.V, Redkov A.V., Grashchenko A.S., Soshnikov I.P., Boiko M.E., Sharkov M.D., Dyadenchuk A.F. Growth of SiC films by the method of substitution of atoms on porous Si (100) and (111) substrates. Materials Physics and Mechanics. 2018;36:39-52.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.