тях плівки.
. Структура тонких плівок нітриду кремнію
Азотування кремній плазмохімічний розпорошення
Структура і властивості будь-яких тонких плівок, в тому числі і нітрид кремнію, сильно залежать як від методів і умов їх формування, так і від підкладок, на які їх осаджують, від товщини плівок і багатьох інших факторів. У літературі є досить багато даних про структуру і властивості як блочного нітриду кремнію, так і плівок і покриттів але його основі. Однак, ці дані несистематичні, і практично відсутні для надтонких плівок і покриттів. Нижче дано аналіз наявних у літературі даних про структуру і властивості блочного нітрид кремнію і шарів, обложених з газової фази.
Основне сполука кремнію з азотом Si 3 N 4 (43 ат.% кремнію і 57 ат.% азоту), відповідне стехиометрическому співвідношенню компонентів, утворює трігональную (?) і гексагональну (?) кристалічні сингонії. У блоці Si 3 N 4 зазвичай утворює полікристалічну структуру, що володіє високими фізико-механічними і електрофізичними характеристиками. Так, модуль пружності полікристалічного Si 3 N 4 становить величину порядку 304 ГПа.
У структурі Si 3 N 4 атоми кремнію розміщені на тих позиціях, де в фенакіт поміщаються атоми берилію; атоми кисню заміщаються азотними атомами. Як і для багатьох силікатів, в нітриді кремнію основний елемент структури - тетраедр, в даному випадку SiN 4. Трійки таких тетраедрів пов'язані спільним атомом азоту і розташовані під кутом близько 120 ° один до одного. Структури?- І?- Si 3 N 4 відрізняються різним розташуванням тетраедрів по осі з і відповідно неоднаковим кількістю формульних одиниць в елементарній комірці. На малюнку 1 наведена структура нітриду кремнію.
Тетраедрічеськая мотив в структурі, як відомо, характерний для багатьох ковалентних речовин (алмаз, щільні модифікації нітриду бору, кремній і його карбід, германій та ін.); координаційний тетраедр відображає гомеополярной природу зв'язку - утворення гібридизувати sp 3 і sp 2 -зв'язків кремнію та азоту. Цепочечном розташування тетраедрів робить нітрид кремнію ізоморфним багатьом силікатним мінералам.
При синтезі нітриду кремнію осадженням з газової фази отримують, в основному, аморфні шари, в хімічний склад яких, крім кремнію та азоту, і, відповідно, ковалентних зв'язків Si - N і Si - Si входять також робочі атоми водню
Рис. 1. Структура нітриду кремнію.
а -Трійка з тетраедрів SiN 4; b - схема розташування тетраедрів уздовж осі с в?-фазі; с - те ж в?-фазі; d - елементарна комірка?-Si 3 N 4 [3]
і кисню, створюючі ковалентні зв'язки з кремнієм і азотом (Si - N, Si - О, N - Н, N - О). Кількість побічних атомів і зв'язків визначається як умовами осадження (технологічними режимами) так і загальною технологічною культурою.
Близькість електронної будови атомів азоту і кисню робить можливим вміст у нітриді кремнію до 1,5% O 2. Існування оксинитрида складу Si 11,5 N 15 O 0,5 зі структурними вакансіями як в підгратці кремнію, так і в підгратці азоту послужило підставою для припущення про те, що?-Модифікація Si 3 N 4 обумовлена ??лише розчиненням кисню в нітриді кремнію. Однак детальні структурні дослідження монокристалів?-Si 3 N 4, що містять до 0,05% O 2, спростовували це припущення, і примесную гіпотезу походження?-фази Si 3 N 4 слід вважати невиправданою.
Проте в закономірностях і механізм самого перетворення? ? ? не всі представляється досить ясним. Освіта Si 3 N 4 при азотуванні кремнію до ~ 1400 ° С супроводжується переважним появою?-фази, при t? 1 450 ° С -? - Фази. Ці температури не є строго фіксованими і залежать від технологічної передісторії, дефектів біографічного походження, вмісту домішок та ін.
Невизначеність температури перетворення, як відомо, вказує на монотропний характер, коли температура перетину кривих енергій Гіббса, що відносяться до різних модифікацій, знаходиться вище температури плавлення. Модифікації Si 3 N 4 відрізняються розташуванням тетраедрів SiN 4 по осі с (див. Рис. 1), і в цьому зв'язку перетворення? ? ? може бути віднесено до перетворень у другій координаційній сфері, коли змінюється взаємне розташування груп атомів, а структура всередині груп (тетраедрів) залишається незмінною.
Параметри кристалічної структури нітриду кремнію відповідають вельми чистим по домішках монокристалічним об'єктам. Відомі й інші значення а і з для модифікацій нітриду кремнію: для?-фази а=0,775? 0,777 нм, с=0,562? 0,564 нм; для? - фази a=0,759? 0,761 нм; с=0,290? 0,292 нм. Ці варіації періодів решітки обумовлені наявністю домішок - кисню, алюмінію, заліза, магнію та ін.
Рентгенофазового аналіз досить часто використову...
