Исследование морфологии поверхности полупроводникового алмаза и алмазоподобного углерода
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 1. Изображения рельефа поверхности монокристаллических подложек алмаза.
Рис. 2. Изображение рельефа поверхности плёнки алмазоподобного углерода, осаждённого на монокристаллической подложке алмаза.
Рис. 3. Изображения рельефа поверхности плёнок алмазоподобного углерода с варьируемым содержанием sp3-фазы, отличающихся параметрами режима осаждения.
Рис. 4. Изображения рельефа поверхности плёнок алмазоподобного углерода на подложке кремния, полученные с помощью (a) интерферометра белого света и (b) атомно-силового микроскопа. Слева — до отжига, справа — после отжига при 900 °C.
Проведено комплексное исследование морфологических и структурных свойств серии монокристаллических алмазных подложек. Мелкомасштабная шероховатость исследовалась методом атомно-силовой микроскопии на размерах кадра порядка 1 × 1 мкм. Характерные изображения рельефа поверхности для двух групп подложек приведены на рис. 1. Подложки первой группы относительно гладкие, перепад высот составляет 1 − 2 нм (см. рис. 1, а). В отличие от них на подложках второй группы отчетливо видны следы шлифовки (рис. 1, b) глубиной 5 − 15 нм в зависимости от образца. Полученная информация имеет важное значение при использовании подложек для эпитаксиального роста.
Проведено комплексное исследование химического состава, морфологических и структурных свойств плёнок алмазоподобного углерода, нанесённых методом плазмохимического осаждения на монокристаллическую сильно легированную бором подложку алмаза. С помощью метода атомно-силовой микроскопии продемонстрировано, что получаемые плёнки имеют ультрагладкую поверхность: шероховатость составляет 0.4 ± 0.2 нм. Пример изображения рельефа поверхности плёнки представлен на рис. 2.
Проведено комплексное исследование химического состава, морфологических и структурных свойств плёнок алмазоподобного углерода с варьируемым содержанием sp3-фазы, отличающихся параметрами режима осаждения. С помощью метода атомно-силовой микроскопии было показано, что все плёнки, осаждённые на монокристаллическую подложку алмаза, имеют ультрагладкую поверхность. В области сканирования 4.5 × 4.5 мкм среднеквадратичная шероховатость поверхности плёнки не превышает 0.21 нм, а средняя арифметическая шероховатость не превышает 0.15 нм (рис. 3). Исследована зависимость морфологии поверхности от параметров осаждения плёнок.
Исследовано влияние термического отжига на химический состав, морфологические и структурные свойства пленок алмазоподобного углерода с варьируемым содержанием sp3-фазы. Оказалось, что быстрый отжиг в среде аргона приводит к потере структурной периодичности пленок и увеличению содержания графитовых кластеров наряду с уменьшением доли водорода. С помощью метода атомно-силовой микроскопии наблюдалось улучшение морфологии поверхности отожженных образцов по сравнению с исходной пленкой (рис. 4).
Рис. 2. Изображение рельефа поверхности плёнки алмазоподобного углерода, осаждённого на монокристаллической подложке алмаза.
Рис. 3. Изображения рельефа поверхности плёнок алмазоподобного углерода с варьируемым содержанием sp3-фазы, отличающихся параметрами режима осаждения.
Рис. 4. Изображения рельефа поверхности плёнок алмазоподобного углерода на подложке кремния, полученные с помощью (a) интерферометра белого света и (b) атомно-силового микроскопа. Слева — до отжига, справа — после отжига при 900 °C.
Проведено комплексное исследование морфологических и структурных свойств серии монокристаллических алмазных подложек. Мелкомасштабная шероховатость исследовалась методом атомно-силовой микроскопии на размерах кадра порядка 1 × 1 мкм. Характерные изображения рельефа поверхности для двух групп подложек приведены на рис. 1. Подложки первой группы относительно гладкие, перепад высот составляет 1 − 2 нм (см. рис. 1, а). В отличие от них на подложках второй группы отчетливо видны следы шлифовки (рис. 1, b) глубиной 5 − 15 нм в зависимости от образца. Полученная информация имеет важное значение при использовании подложек для эпитаксиального роста.
Проведено комплексное исследование химического состава, морфологических и структурных свойств плёнок алмазоподобного углерода, нанесённых методом плазмохимического осаждения на монокристаллическую сильно легированную бором подложку алмаза. С помощью метода атомно-силовой микроскопии продемонстрировано, что получаемые плёнки имеют ультрагладкую поверхность: шероховатость составляет 0.4 ± 0.2 нм. Пример изображения рельефа поверхности плёнки представлен на рис. 2.
Проведено комплексное исследование химического состава, морфологических и структурных свойств плёнок алмазоподобного углерода с варьируемым содержанием sp3-фазы, отличающихся параметрами режима осаждения. С помощью метода атомно-силовой микроскопии было показано, что все плёнки, осаждённые на монокристаллическую подложку алмаза, имеют ультрагладкую поверхность. В области сканирования 4.5 × 4.5 мкм среднеквадратичная шероховатость поверхности плёнки не превышает 0.21 нм, а средняя арифметическая шероховатость не превышает 0.15 нм (рис. 3). Исследована зависимость морфологии поверхности от параметров осаждения плёнок.
Исследовано влияние термического отжига на химический состав, морфологические и структурные свойства пленок алмазоподобного углерода с варьируемым содержанием sp3-фазы. Оказалось, что быстрый отжиг в среде аргона приводит к потере структурной периодичности пленок и увеличению содержания графитовых кластеров наряду с уменьшением доли водорода. С помощью метода атомно-силовой микроскопии наблюдалось улучшение морфологии поверхности отожженных образцов по сравнению с исходной пленкой (рис. 4).
Оборудование
Контактное лицо
Публикации
• П.А. Юнин, П.В. Волков, Ю.Н. Дроздов, А.В. Колядин, С.А. Королев, Д.Б. Радищев, Е.А. Суровегина, В.И. Шашкин. Исследование структурных и морфологических свойств HPHT алмазных подложек. Физика и техника полупроводников, том 52, № 11, с. 1321-1325 (2018).• А.И. Охапкин, П.А. Юнин, М.Н. Дроздов, С.А. Королев, С.А. Краев, Е.А. Архипова, Е.В. Скороходов, П.А. Бушуйкин, В.И. Шашкин. Плазмохимическое осаждение алмазоподобных плёнок на поверхности монокристаллического высоколегированного алмаза. Физика и техника полупроводников, том 53, № 9, с. 1229-1232 (2019).
• A. Okhapkin, M. Drozdov, P. Yunin, S. Kraev, S. Korolyov, D. Radishev. Multilayer diamond-like carbon films on monocrystalline diamond. Physica Status Solidi A, vol. 221, issue 18, pp. 2400345: 1-7 (2024).
• А.И. Охапкин, С.А. Краев, П.А. Юнин, С.А. Королёв, Д.Б. Радищев, N. Kumar. Термический отжиг многослойных плёнок алмазоподобного углерода с варьируемым содержанием sp3-фазы. Письма в Журнал технической физики, том 50, вып. 13, с. 12-15 (2024).