XPS исследования физико-химического состояния поверхности тонких эпитаксиальных и магнетронных слоев олова
Аннотация
Тонкие слои системы олово-кислород нанометровых толщин и структуры на их основе являются актуальными объектами разработок для применения в современных устройствах, например, в микроэлектронике. Миниатюризация электронных устройств, в целом, достижение эффективности энергопотребления при функционировании таких устройств, оптимальные режимы их работы определяют стратегии применения структур системы олово-кислород. В первую очередь обоснование способа формирования нанослоев системы олово-кислород. Существенной является зависимость свойств формируемых нанослоев от состояния их поверхности.
Статья содержит результаты прямых экспериментальных исследований состава и физико-химического состояния поверхности тонких нанослоев системы олово-кислород. Для формирования изученных структур были использованы востребованные и популярные методы магнетронного распыления и молекулярно-лучевой эпитаксии. Применялся метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с использованием синхротронного излучения, которое обладает высокой интенсивностью и возможностью оптимального выбора энергии возбуждения спектра, что важно для малого количества изучаемого материала. После формирования объекты исследования хранились в лабораторных условиях несколько недель перед синхротронными исследованиями.
Показаны различия в составе и физико-химическом состоянии поверхности тонких слоев олова, сформированных магнетронным распылением или эпитаксиально, а затем окисленные естественным путем. Пять монослоев олова, сформированные методом молекулярно-лучевой эпитаксии, делают возможной диффузию кислорода атмосферы, который окисляет находящийся под нанослоем Sn буферный слой Si на подложке кремния. В то же время поверхность пленки олова, полученной магнетронным распылением, по своему физико-химическому состоянию близка естественному оксиду SnO2-x.
Результаты работы могут быть полезны для определения оптимальных подходов к формированию и последующей модификации тонких и сверхтонких слоев оксидов олова для задач создания активных слоев современных электронных устройств
Скачивания
Литература
Kong Y., Li Y., Cui X., … Wang Y. SnO2 nanostructured materials used as gas sensors for the detection of hazardous and flammable gases: A review. Nano Materials Science. 2022;4: 339–350. https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.05.006
Huang J., Yu K., Gu C., … Liu J. Preparation of porous flower-shaped SnO2 nanostructures and their gas-sensing property. Sensors and Actuators B. 2010;147: 467–474. https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.03.085
Turishchev S., Schleusener A., Chuvenkova O., … Sivakov V. Spectromicroscopy studies of silicon nanowires array covered by tin oxide layers. Small. 2023;19 (10): 22063221-6. https://doi.org/10.1002/smll.202206322
Wu Q.-H., Li J. Sun S.-G. Nano SnO2 gas sensors. Current Nanoscience. 2010;6: 525–538. https://doi.org/10.2174/157341310797574934
Vilaseca M., Coronas J., Cirera A., Cornet A., Morante R. J., Santamaria J. Gas detection with SnO2 sensors modified by zeolite films. Sensors and Actuators B. 2007;124: 99–110. https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.12.009
Shaposhnik A. V., Shaposhnik D. A., Turishchev S. Yu., … Morante J. R. Gas sensing properties of individual SnO2 nanowires and SnO2 sol–gel nanocomposites. Beilstein Journal of Nanotechnology. 2019;10: 1380–1390. https://doi.org/10.3762/bjnano.10.136
Gaggiotti G., Galdikas A., KaEiulis S., Mattogno G., Setkus A. Temperature dependencies of sensitivity and surface chemical composition of SnO, gas sensors. Sensors and Actuators B. 1995;24-25: 516–519. https://doi.org/10.1016/0925-4005(95)85111-9
Kwoka M., Ottaviano L., Passacantando M., Santucci S., Czempik G., Szuber J. XPS study of the surface chemistry of L-CVD SnO2 thin films after oxidation. Thin Solid Films. 2005;490: 36 – 42. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.04.014
Ryabtsev S. V., Shaposhnick A. V., Lukin A. N., Domashevskaya E. P. Application of semiconductor gas sensors for medical diagnostics. Sensors and Actuators B: Chemical. 1999;59 (1): 26–29. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(99)00162-8
Tonkikh A. A., Zakharov N. D., Eisenschmidt C., Leipner H. S., Werner P. Aperiodic SiSn/Si multilayers for thermoelectric applications. Journal of Crystal Growth. 2014;392: 49–51. http://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.01.047
Gangwar A. K., Godiwal R., Jaiswal J., … Singh P. Magnetron configurations dependent surface properties of SnO2 thin films deposited by sputtering process. Vacuum. 2020;177: 109353-1-9. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109353
Hufner . (ed.) Very high resolution photoelectron spectroscopy. In: Lecture Notes in Physics. Springer Berlin Heidelberg; 2007. 397 p. https://doi.org/10.1007/3-540-68133-7
Jimenez V. M., Mejias J. A., Espinos J. P., Gonzalez-Elipe A. R. Interface effects for metal oxide thin films eposited on another metal oxide II. SnO2 deposited on SiO2. Surface Science. 1996;366: 545-555. https://doi.org/10.1016/0039-6028(96)00831-x
Domashevskaya E. P., Chuvenkova O. A., Ryabtsev S. V., … Turishchev S. Yu. Electronic structure of undoped and doped SnOx nanolayers. Thin Solid Films. 2013;537(30): 137–144. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.03.051
Chuvenkova O. A., Domashevskaya E. P., Ryabtsev S. V., … Turishchev S. Yu. XANES and XPS investigations of surface defects in wire like SnO2 crystals. Physics of the Solid State. 2015;57(1): 153–161. https://doi.org/10.1134/s1063783415010072
Crist B. V. XPS International Inc., 1999. V. 1. Режим доступа: www.xpsdata.com
Fedoseenko S. I., Iossifov I. E., Gorovikov S. A., … Kaindl G. Development and present status of the Russian–German soft X-ray beamline at BESSY II. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2001;470: 84–88. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01032-4
Lebedev A. M., Menshikov K. A., Nazin V. G., Stankevich V. G., Tsetlin M. B., Chumakov R. G. Nano PES photoelectron beamline of the Kurchatov Synchrotron Radiation Source. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2021;15: 1039–1044. https://doi.org/10.1134/S1027451021050335
Davis L. E., MacDonald N. C., Palmberg P. W., Riach G. E., Weber R. E. Handbook of Auger electron spectroscopy. Second Edition. Physical Electronics Industries, Inc; 1976.
Chuvenkova O. A., Domashevskaya E. P., Ryabtsev S. V., … Turishchev S. Yu. Photoelectron spectroscopy study of commercial metal tin foil SnO and SnO2 oxides in two energy ranges of synchrotron radiation. Condensed Matter and Interfaces. 2014;16(4): 513–522. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_16_4_2014_015.pdf
Turishchev S. Yu., Chuvenkova O. A., Parinova E. V., … Sivakov V. XPS investigations of MOCVD tin oxide thin layers on Si nanowires array. Results in Physics.2018;11: 507–509. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.09.046
Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
