Таблица 1.3.4. Энергия активации проводимости AlN [6].

EA , эВ	Т, К	Примечания
0,17	400 ... 700	поликристалл, измерения при постоянном и переменном (1592 Гц) токе
1,82	950 ... 1300	чистый монокристалл
0,5	менее 300	чистый монокристалл
1,4	300 ... 450

Рисунок 1.3.1. Проводимость от обратной температуры для AlN [4].

Поведение примесей в нитриде алюминия в настоящее врем в достаточной степени не изучено. Все же попытки получить AlN р-типа проводимости с низким сопротивлением оказались неудачными, что теоретически не является неожиданным.

Анализ состава слоев проводили с помощью различных методов: резерфордовского обратного рассеяния ионов гелия (РОР), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), масс-спектрометрии вторичных электронов (МСВИ), искрового анализа. Наиболее гибкой и достаточно чувствительной оказалась электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), поэтому она применяется наиболее широко. Используемая во многих работах ИК-спектроскопия имеет существенные ограничения.

Основными примесями в слоях нитрида алюминия являются кислород и углерод. В частности, установлено, что в приповерхностном слое AlN концентрация кислорода может сильно возрастать (рис. 1.3.2.). Глубина обогащенного кислородом подслоя ( с концентрацией до 25%) колебалась от 0.5 до 15 нм. Наличие такого подслоя, естественно, сказывается на характеристиках приборов на основе AlN.

Отмечалось влияние примесей на степень люминесценции и на степень кристаллического совершенства слоев. Кислород влияет на микроструктуру слоев, диффундирует по границам зерен, если таковые имеются, и поэтому послойный анализ текстурированных и поликристаллических слоев в условиях ионного травления не вполне корректен. Даже малые концентрации кремния в нитриде алюминия нарушали кристалличность материала и приводили к образованию d-AlN с другими параметрами решетки. Легирование монокристаллических слоев с целью повышения проводимости затруднено.

Рисунок 1.3.2. Распределение элементов в слое нитрида алюминия по результатам Оже-спектроскопии [14].

ГЛАВА 2. Получение нитрида алюминия и методика экспериментов.

2.1. Получение пленок AlN.

Ионно-химическое распыление . Эта технология используется для осаждения различных оксидов (SiO₂ ), нитридов (AlN, Si₃ N₄ , TiN) и карбидов (SiC, TiC). В основу положено распыление мишени в реакционном газе и протекание реакций с образованием соединений на поверхности мишени, на подложке или в пространстве “мишень-подложка”, где вероятность последнего мала. Два других процесса могут протекать одновременно. Скорость осаждения и доля газовой компоненты в пленке в сильной степени зависят от изменения потока реакционного газа. Обычно выделяют три области: область малых потоков, область больших потоков и переходная область в которой возникают гистерезисные петли, где зависимость параметров разряда от потока газа становится неоднозначной, и зависящей, к тому же, от направления изменения потока. В этом случае процесс становится нестабильным, что приводит к осаждению слоев неоднородного состава и с невоспроизводимыми свойствами. Избавиться от этого нежелательного эффекта можно двумя способами. В первом случае процесс осаждения ведут в условиях повышенных потоков реакционных газов, обеспечивающих образование сплошного слоя соединения на металлических мишенях. Такие режимы отличаются стабильностью и высокой воспроизводимостью свойств осаждаемых пленок. Другим способом является введение обратной связи по потоку реакционного газа.

Принцип действия магнетронной распылительной системы иллюстрирует рис. 2.1.1. Основными элементами устройства являются катод-мишень, анод и магнитная система. Силовые линии магнитного поля замыкаются между полюсами магнитной системы. При подаче постоянного напряжения между мишенью и анодом возникает неоднородное электрическое поле и возбуждается аномальный тлеющий разряд. Наличие замкнутого магнитного поля у распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда непосредственно у мишени. Эмитированные с катода электроны захватываются магнитным полем, и им сообщается сложное циклоидальное движение по замкнутым траекториям у поверхности мишени. Электроны оказываются в ловушке создаваемой с одной стороны магнитным полем, возвращающим электроны на катод, а с другой - поверхностью мишени, отталкивающей их. В этой ловушке электроны циклируют до тех пор пока не произойдет несколько ионизирующих столкновений, в результате которых электрон теряет полученную от электрического поля энергию. Таким образом, большая часть энергии электрона прежде чем он попадает на анод, используется на ионизацию и возбуждение, что значительно увеличивает эффективность процесса ионизации и приводит к возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности мишени. Это в свою очередь обусловливает увеличение интенсивности ионной бомбардировки мишени и значительный рост скорости распыления, а следовательно, и скорости осаждения пленок. Помимо этого МРС обладает рядом специфических свойств, основными из которых являются снижение рабочего давления, а также отсутствие бомбардировки подложки высокоэнергетическими вторичными электронами.

В результате были получены образцы, конфигурация которых представлена на рисунке 2.1.2.

Рис. 2.1.1. Механизм ионно-плазменного распыления нитрида алюминия в магнетронной распылительной системе.

Рисунок 2.1.2. Конфигурация образца нитрида алюминия. (Размеры даны в миллиметрах)

1—контактол; 2 – пленка нитрида алюминия; 3 – алюминиевые контакты

2.2. Измерение вольт-амперных характеристик.

Измерения вольт-амперных характеристик проводились с помощью установки, электрическая схема которой приведена на рисунке 2.2.1. Установка состоит из следующих элементов:

· Образец, помещенный в измерительную головку;

· Регулятор напряжения;

· Источник постоянного напряжения на базе источника постоянного тока Б5-50;