авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Разработка и исследование технологических основ формирования легированных анодных пленок диоксида кремния

-- [ Страница 2 ] --

Si + NO = SiO2 + N2 + e. (1)

Данная реакция складывается из двух последовательных стадий:

Si + NO = SiO + N2 + e, (2)

SiO + NO = SiO2 + N2 + e. (3)

Отсюда следует, что промежуточным продуктом реакции (1) является оксид кремния, образующийся по реакции (2)

При взаимодействии кремния с гидроксид-ионами также имеет место анодная реакция возникновения промежуточного соединения SiO:

Si + OH = SiO + H + 2e, (4)

который затем реагирует с анионами NO, NO, OH, PO, B(OH) с образованием SiO2.

При этом парциально (параллельно и независимо друг от друга) могут протекать следующие анодные реакции:

SiO + NO = SiO2 + N2 + e, (3)

SiO + NO = SiO2 + N2 + e, (5)

SiO + OH = SiO2 + H + 2e, (6)

SiO + PO = SiO2 + P2O5 + 2e, (7)

SiO + B(OH) = SiO2 + B2O3 + H+ 2e. (8)

Наличие в ЛАОП не только диоксида кремния и оксидов легирующих элементов, но также мета- и ортокремниевой и кислот, склонных к гелеобразованию, указывает на возможность возникновения на их поверхности так называемого «гель-слоя», концепция которого была выдвинута Ликлема.

Это обстоятельство косвенно свидетельствует в пользу справедливости коллоидно-электрохимической теории А.Ф. Богоявленского и коллоидной модели Ерусалимчика И.Г. структуры поверхности оксида кремния для процесса электролитического анодирования Si.

Реакционная способность SiC по отношению к анионам уменьшается в ряду:

NO>NO >OH > CO > HCO>B(OH) > PO> HPO > HPO.

Термодинамически наиболее благоприятным является взаимодействие SiC с нитрит-анионом:

SiC + 2NO = SiO2 + N2 + CO2 + 2e. (9)

Эта реакция, очевидно, протекает в три последовательных стадии:

SiC + NO = SiO + C + N2 + e, (10)

SiO + NO = SiO2 + N2 + e, (3)

C + NO = CO2 + N2 + e. (11)

Как и в случае анодного окисления Si во всех составах электролитов при анодировании SiC возможно образование некоторых количеств H2SiO3, а также H4SiO4.

В состав фосфатных и боратных ЛАОП на SiC легирующие примеси должны входить в виде фосфорного или борного ангидридов.

Итак, присутствие в ЛАОП, наряду с диоксидом кремния, не только оксидов легирующих элементов, а и кислот, свидетельствует в пользу возможности возникновения на их поверхности гель-слоя.

Этот факт является косвенным подтверждением справедливости коллоидно-электрохимической теории А. Ф. Богоявленского и модели коллоидного строения Ерусалимчика И.Г. поверхности оксида кремния для процессов анодного окисления карбида кремния в фосфатных и боратных электролитах.

Мера химического сродства нитрида кремния с анионами убывает в ряду:

NO > NO > OH> B(OH) > PO> HPO > HPO.

Наибольшей реакционной способностью Si3N4 обладает по отношению к нитрит-аниону:

Si3N4 + NO = SiO2 + N2 + e. (12)

Данная реакция происходит, по-видимому, в две элементарные стадии:

Si3N4 + NO = SiO + N2 + e, (13)

SiO + NO = SiO2 + N2 + e, (3)

т.е. как и в случаях с Si и SiC оксид кремния является промежуточным продуктом.

Вхождение в состав ЛАОП, не только оксидов фосфора и бора, но и кремнекислот H4SiO4 или H2SiO3 подтверждает возможность присутствия гель-слоя на их поверхности, что доказывает справедливость коллоидно-электрохимической теории А.Ф. Богоявленского и коллоидной модели Ерусалимчика И.Г. строения поверхности оксида кремния в случае электролитического анодирования пленок Si3N4.

Таким образом, выявлена общность механизмов образования анодного SiO2 при ЭА кремния и его соединений в многокомпонентных растворах.

Во второй главе обобщены результаты исследований количественных закономерностей, связывающих скорость роста ЛАОП на кремнии с концентрацией H3PO4, Н3ВО3 и H3AsO4 в электролитах на основе этиленгликоля (ЭГ) и тетрагидрофурфурилового спирта (ТГФС).

Измерения толщины и показателя преломления ЛАОП проводились при длине волны света =541нм на эллипсометре Э-3.

При исследовании процесса ЭА кремния методом вращающегося диска выявлено, что на линейных участках вольт-временных Uф,t зависимостей dUф/dt практически не зависит от числа оборотов подложки. Однако в условиях вращения подложки повышается предельное напряжение формирования в концентрированных растворах до 360 В, соответствущего процессу ЭА в электролите без легирующих добавок. Следовательно, на участках линейной протяженности зависимостей Uф,t процесс формирования анодных оксидных пленок на кремнии индифферентен к массопереносу легирующих добавок в электролите.

На линейных участках U(t) зависимостей между толщиной АОП и напряжением формирования U существует, как известно, прямопропорциональная зависимость:

= mU,

где: m – параметр анодирования (приращение толщины АОП на 1 В формирующего напряжения).

Из результатов исследования влияния легирующих добавок на параметр анодирования кремния следует, что m возрастает с увеличением концентрации легирующих добавок в электролитах.

Для определения порядков анодных реакций по Н3ВО3 и Н3РО4 снимали серии кинетических кривых и на линейных участках усреднённых U(t) зависимостей определяли значения dU/dt, а по ним построили искомые концентрационные графики, показанные на рис. 1, 2.

Рис.1. Зависимость скорости роста формирующего напряжения от содержания Н3ВО3 в ЭГ + 0,045 М НNО3 + 0,1 М Н2О при плотности тока анодирования 150 А/м2 кремния КЭФ – 0,3(1) и 10 КЭФ–1,0/250 ЭКДБ –10(2) Рис. 2. Зависимость скорости роста формирующего напряжения от содержания Н3РО4 в ЭГ + 0,045 М НNО3 + 1 М Н2О при плотности тока анодирования 150 (1), 90 (2) и 50 (3) А/м2 кремния КЭФ – 0,3 (1) и КДБ – 1 (2,3)

Как видно из этих рисунков, экспериментальные зависимости dU/dt(C) спрямляются в логарифмических координатах. Поэтому зависимости скорости роста формирующего напряжения от концентрации легирующего компонента (Н3ВО3 или Н3РО4) с достаточно высокой точностью аппроксимируются выражением

dU/dt = xCy,

где y – порядок анодной реакции по концентрации легирующего компонента С.

Как следует из рис. 1, 2 dU/dt имеет порядок меньше 1 по концентрации легирующего компонента: значение dU/dt для фосфатного электролита почти в 2 раза выше, чем для боратного. Это, возможно, вызвано более высокой концентрацией РО, чем В(ОН) в анодирующих растворах из-за большей степени диссоциации Н3РО4, нежели Н3ВО3.

Рис. 3. Зависимость скорости роста формирующего напряжения от содержания ортомышьяковой кислоты в анодирующем растворе

Как следует из рис. 3 зависимость скорости роста формирующего напряжения от содержания H3AsO4 в электролите аппроксимируется выражением:

dU/dt = 0,23C

Повышение скорости роста ЛАОП в присутствии арсенат-анионов, по-видимому, связано с образованием дополнительных количеств анодного SiO2 и H2SiO3, а также включением в состав ЛАОП As и As2O5.

Для исследования кинетических особенностей анодного окисления карбида кремния в фосфатных и боратных электролитах на основе этиленгликоля в работе использовались монокристаллы 6Н-SiC n-типа, выращенные методом Лели, с концентрацией электронов ~ 1018 см-3. На рис. 4 показаны полученные зависимости формирующего напряжения U от времени окисления t при различных плотностях тока.

 Вольт-временные зависимости-150

Рис.4. Вольт-временные зависимости анодного окисления 6Н-SiC в фосфатном электролите при различных плотностях тока, мА/см2:

1 - 3, 2 - 5, 3 - 7, 4 - 10, 5 - 15, 6 – 20

Как видно из рис. 4 после стадии I (быстрого роста напряжения до 30-40 В) и стадии II (замедленного роста) наблюдается линейная зависимость U(t), на которой можно выделить три участка, причем участки III и V имеют одинаковый наклон. Более того, максимальное напряжение формирования Umax, которое может быть достигнуто при использовании фосфатного электролита, составляет порядка 250 В, после чего начинаются колебания напряжения. Данная величина Umax соответствует толщине оксидной пленки порядка 150 нм. При дальнейшем анодировании качество пленки снижается.

Скорость роста формирующего напряжения dU/dt в зависимости от плотности тока j показана на рис. 5. Величина dU/dt была вычислена по наклону линейных участков зависимостей вольт-временных характеристик. Увеличение dU/dt вследствие присутствия фосфорной кислоты в электролите отчетливо видно на рис. 5. Зависимости dU/dt(j) с хорошей точностью аппроксимируются формулой: dU/dt = j, аналогичной для анодного окисления кремния.

Таким образом, при гальваностатическом режиме анодного окисления SiC уравнение Гюнтершульце и Бетца остается справедливым для общей плотности тока.

Рис.5. Скорость роста формирующего напряжения в зависимости от плотности тока: 1, 2 – анодирование SiC в нитратном электролите; 3, 4 – анодирование SiC фосфатном электролите (участки III, V и IV на рис. 4)

Определены порядки анодных реакций карбида кремния по концентрациям легирующих компонентов. В случае фосфатных электролитов , а для боратных .

Для определения порядков анодных реакций нитрида кремния по концентрациям легирующих кислот снимались кинетические кривые и на линейных участках усредненных U(t) зависимостей были определены значения dU/dt, а по ним построены искомые концентрационные графики, показанные на рис. 6 и 7.

Как видно из этих рисунков, экспериментальные dU/dt(C) зависимости с высокой точностью спрямляются в логарифмических координатах при концентрациях H3BO3 до 2,5 М, а H3PO4 до 1,5 М.

Рис. 6. Зависимость скорости роста формирующего напряжения от содержания ортоборной кислоты в ЭГ+0,045М HNO3+0,1М H2O Рис. 7. Зависимость скорости роста формирующего напряжения от содержания ортофосфорной кислоты в ЭГ+0,045М HNO3


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.