Воздействие некоторых сложных хемостимуляторов и модификаторов на термооксидирование InP

Аннотация

Управление скоростью формирования и характеристиками наноразмерных пленок на InP целесообразно осуществлять введением в процессе термооксидирования этого полупроводника хемостимуляторов, модификаторов, или и тех, и других одновременно. Хемостимулирующее действие соединений обусловлено их транзитной ролью как передатчиков кислорода или каталитической функцией. Модификаторы могут, не изменяя скорости роста пленки, влиять на ее состав, морфологию поверхности, структуру и свойства. Предполагается продуктивным воздействие хемостимуляторов и модификаторов в едином процессе синтеза пленок с заданными свойствами.
Цель статьи – установление воздействия некоторых сложных хемостимуляторов и модификаторов на кинетику, механизм роста и свойства сложнооксидных пленок нанометрового диапазона толщины на InP.
Объект исследования – фосфид индия ФИЭ-1А ориентации (100). Методом магнетронного напыления сформированы гетероструктуры (ГС): SnO₂/InP и (40 % Co₃O₄+60 % MnO₂)/InP с толщиной слоя ~30 нм. Для формирования ГС Bi₂(SO₄)₃/InP проводили осаждение сульфата через аэрозольную фазу с последующим высушиванием на воздухе и отжигом в режиме 200 °С, 30 мин. Образцы SnO₂/InP и InP термооксидировали под воздействием вводимых в газовую фазу AlPO₄ и Bi₂(SO₄)₃ соответственно в температурном интервале 490-570 °С в потоке кислорода в течение 60 минут.
Толщину пленок контролировали методами лазерной и спектральной эллипсометрии, их фазовый и элементный состав методами РФА и Оже-электронной спектроскопии соответственно. Для определения электрофизических свойств плёнок напыляли алюминиевые контакты и определяли удельное сопротивление. Установлена основополагающая роль физико-химической природы хемостимулятора, его способности к транзитному взаимодействию и возобновляемости оксидных форм в процессе термооксидирования InP. Введение в термические оксидные пленки фосфатных группировок из AlPO₄, совместно с нанесением на поверхность SnO₂ или без этого
приводит к сопротивлению пленок, аналогичному таковому для оксидирования ГС SnO₂/InP, без дополнительного введения фосфатов и составляет 8.5·107 Ом·см. Bi₂(SO₄)₃, являясь модификатором состава и свойств пленок, не оказывает значимого хемостимулирующего действия. Выращенные под его воздействием пленки обладают полупроводниковым характером (r ~ 106 Ом·см). Наиболее эффективен сложный хемостимулятор состава 40 % Co₃O₄+60 % MnO₂, обусловливающий ускоренное (до 70 %) по сравнению с собственным оксидированием формирование пленок по транзитно-каталитическому механизму, входящий в состав синтезированных пленок и способный к
целенаправленной модификации их свойств варьированием содержания компонентов в нем (РФА, СЭ).

ЛИТЕРАТУРА

1. Lutz J., Schlangenotto H., Scheuermann U., De Doncker R. Semiconductor Power Devices. Physics, Characteristics, Reliability. Springer-Verlag Berlin Heidelberg;
2018. 714 р. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-70917-8
2. Mikhailova M. P., Moiseev K. D., Yakovlev Y. P. Discovery of III–V semiconductors: Physical properties
and application semiconductors. Semiconductors. 2019;53(3): 273–290. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782619030126
3. Сычикова Я. А. Наноразмерные структуры на поверхности фосфида индия. LAP Lambert Academic
Publishing; 2014. 127 с.
4. Чистохин И. Б., Журавлев К. С. СВЧ-фотодетекторы для аналоговой оптоволоконной связи.
Успехи прикладной физики. 2015;3(1): 85–94. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=22968188
5. Arbiol J., Xiong Q. Semiconductor Nanowires: Materials, Synthesis, Characterization and Applications.
Elsevier Ltd; 2015. 554 p. 
6. Eichler H. J., Eichler J., Lux O. Semiconductor lasers. In: Lasers. Springer Series in Optical Sciences.
Vol 220. Springer, Cham.; 2018. p. 165–203. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-99895-4_10
7. Kabanov V. F., Pereverzev Y. E., Hassoon O. A., Glukhovskoy E. G. Study properties of monolayers with
quantum dots of semiconductors A2B6 and A3B5. Materials Today: Proceedings. 2018;5(5): 13735–13738.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.02.012
8. Николаев Ю. А., Рудь В. Ю., Рудь Ю. В., Теруков Е. И. Фоточувствительность гетеропереходов,
полученных термическим окислением InP. Письма в ЖТФ. 2007;33(7): 87–94. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/11872
9. Punkkinen M. P. J., Laukkanen P., Lеng J., Kuzmin M., Tuominen M., Tuominen V., Dahl J., Pessa M.,
Guina M., Kokko K., Sadowski J., Johansson B., Väyrynen I. J., Vitos L. Oxidized In-containing III–
V(100) surfaces: formation of crystalline oxide fi lms and semiconductor-oxide interfaces. Physical Review
B. 2011;83: 195329. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.195329
10. Nelson A., Geib K., Wilmsen W. C. Composition and structure of thermal oxides of indium phosphide.
Journal of Applied Physics. 1983;54(7): 4134–4140.  DOI: https://doi.org/10.1063/1.332547
11. Томина Е. В., Миттова И. Я., Сладкопевцев Б. В., Кострюков В. Ф., Самсонов А. А., Третьяков Н. Н. Термическое оксидирование как способ создания наноразмерных функциональных пленок
на полупроводниках AIIIBV: хемостимулирующее воздействие оксидов металлов: обзор. Конденсированные среды и межфазные границы. 2018;20(2): 184–203. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/522
12. Миттова И. Я. Влияние физико-химической природы хемостимулятора, способа и метода его
введения в систему на механизм термооксидирования GaAs и InP. Неорганические материалы.
2014;50(9): 948–955. DOI: https://doi.org/10.7868/S0002337X14090097
13. Сладкопевцев Б. В., Лапенко А. А., Самсонов А. А., Томина Е. В., Миттова И. Я. Транзитное и
каталитическое окисление полупроводников AIIIBV с нанесенными наноразмерными слоями оксидов
кобальта и ванадия различной толщины. Конденсированные среды и межфазные границы. 2010;12(3):
268–275. Режим доступа: https://journals.vsu.ru/kcmf/article/view/1124/1206
14. Миттова И. Я., Сладкопевцев Б. В., Самсонов А. А., Томина Е. В., Андреенко С. Ю., Костенко П. В. Синтез и свойства наноразмерных пленок, сформированных термооксидированием MnO2/InP
под воздействием Mn3(PO4)2. Неорганические мате-риалы. 2019;55(9): 969–974. DOI: https://doi.org/10.1134/S0002337X19090070
15. Третьяков Н. Н., Миттова И. Я., Сладкопевцев Б. В., Самсонов А. А., Андреенко С. Ю. Влияние
магнетронно напыленного слоя MnO2 на кинетику термооксидирования InP, состав и морфологию
синтезированных пленок. Неорганические материалы. 2017;53(1): 41–48. DOI: https://doi.org/10.7868/S0002337X17010171
16. Mittova I. Ya., Kostryukov V. F., Ilyasova N. A., Sladkopevtsev B. V., Samsonov A. A. Modifi cation of
nanoscale thermal oxide films formed on indium phosphide under the infl uence of tin dioxide. Nanosystems:
Physics, Chemistry, Mathematics. 2020;11(1): 110–116. DOI: https://doi.org/10.17586/2220-8054-2020-11-1-110-116
17. Третьяков Ю. Д. Неорганическая химия. М.: Академия; 2007. 352 с.
18. Миттова И. Я., Лаврушина С. С., Лопатин С. И., Пиняева О. А., Тибилова Е. К., Термооксидирование GaAs с участием сульфата титанила. Журнал неорганической химии. 2005;50(5): 759–762.
19. Атлас ИК спектров ортофосфатов. М.: Наука; 1985. 235 с.
20. Hollinger G., Hughes G., Himpsel F. J., Jordan J. L., Morar J. F. Early stages in the formation of
the oxide-InP (100) interface. Surface Science. 1986;168: 617–625. DOI: https://doi.org/10.1016/0039-6028(86)90892-7
21. Wilmsen C. W., Kee R. W. The improvement of grown oxides for the surface protection of AIIIBV compounds. Thin Solid Films. 1978;51(1): 93–98. DOI:
https://doi.org/10.1016/0040-6090(78)90217-1
22. Кострюков В. Ф., Миттова И. Я., Сладкопевцев Б. В., Паршина А. С., Балашева Д. С. Роль BiPO4,
вводимого через газовую фазу, в процессе создания тонких пленок на поверхности InP. Конденсированные среды и межфазные границы. 2019;21(2): 215–224. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/759