Features of the Pulsed Treatment of Silicon Layers Implanted with Erbium Ions

Abstract—The formation of thin-film solid solutions of erbium in silicon and synthesis of erbium silicides were performed using continuous implantation of silicon with erbium ions followed by pulsed ion-beam treat- ment. Structural and optical properties of formed Si:Er layers were studied by Rutherford backscattering, trans- mission electron microscopy, and low-temperature photoluminescence. The dependences of erbium redistribu- tion, the microstructure of Si:Er layers, and their photoluminescence in the near-IR region on the erbium con- centration and pulsed treatment conditions were determined

Температурная зависимость роста 3C-SiC при быстрой вакуумно-термической обработке кремния

The paper presents the results of a study of the structure, phase composition, and growth kinetics of silicon carbide epitaxial layers on silicon substrates during their rapid vacuum thermal treatment. Transmission electron microscopy revealed the formation of layers of the cubic polytype SiC (3C-SiC) on silicon during carbidization in the temperature range of 1000–1300 °C. It was found that the formation of SiC layers proceeds in two stages, characterized by different activation energies. In the lower temperature range from 1000 to 1150 °C, the activation energy of the SiC growth process is Ea = 0.67 eV, while in the temperature range from 1150 to 1300 °C, the activation energy increases by almost an order of magnitude (Ea = 6.3 eV), which indicates a change in the limiting physical process. It has been established that the type of conductivity and the orientation of the substrate affect the thickness of the formed SiC layers. In this case, the greatest thickness of silicon carbide layers is achieved on silicon substrates with (111) orientation of p-type conductivity.Представлены результаты исследования структуры, фазового состава и кинетики роста эпитаксиальных слоев карбида кремния на кремниевых подложках при их быстрой вакуумно-термической обработке. Методами просвечивающей электронной микроскопии установлено формирование слоев кубического политипа SiC (3C-SiC) на кремнии при карбидизации в диапазоне температур 1000–1300 °С. Обнаружено, что формирование слоев SiC проходит в два этапа, характеризующихся различными энергиями активации. В более низкотемпературном диапазоне (1000–1150 °С) энергия активации процесса роста SiC составляет Ea = 0,67 эВ, тогда как в диапазоне 1150–1300 °С она увеличивается практически на порядок (Ea = 6,3 эВ), что указывает на смену лимитирующего физического процесса. Установлено, что тип проводимости и ориентация подложки оказывают влияние на толщину формированных слоев SiC. При этом наибольшая толщина слоев карбида кремния достигается на кремниевых подложках с ориентацией (111) p-типа проводимости

Чувствительность к метану нанокомпозитных слоев SnO2(Ag) после импульсного лазерного облучения

This paper reports on the gas sensitivity of SnO2(Ag) layers, consequently formed by magnetron sputtering of Sn + Ag target, oxidation of Sn0.65Ag0.35 layers at the temperature of 650 °С within 30 min and modified by laser radiation pulses at energy density of W = 1.5–3.2 J/cm2. Using transmission electron microscopy and transmission electron diffraction it was found, that Sn0.65Ag0.35 and SnO2(Ag) layers are nanocomposite with average grain size of 100–150 nm. Sn0.65Ag0.35 and SnO2(Ag) layers contain grains of the following phase composition: a tetragonal β-Sn with an orthorhombic Ag3Sn (Sn0.65Ag0.35, magnetron sputtering) and a tetragonal SnO2 (cassiterite) with a face-centered cubic Ag structure (SnO2(Ag), thermal oxidation). The sensitivity of SnO2(Ag) layers with respect to 2000–20 000 ppm methane in the air was obtained from sensitivity S measurements at T = 200–360 °C. It is shown that pulsed laser annealing of SnO2(Ag) layers results in up to 12 % increase of sensitivity of SnO2(Ag) layers to methane in comparison with the initial SnO2(Ag) layers. Исследованы газочувствительные свойства слоев SnO2(Ag), полученных последовательным магнетронным распылением мишени Sn + Ag, окислением слоев Sn0,65Ag0,35 при температуре 650 °С в течение 30 мин и модифицированных импульсами лазерного излучения с плотностью энергии W = 1,5–3,2 Дж/см2. Методами просвечивающей электронной микроскопии и просвечивающей электронной дифракции установлено, что слои Sn0,65Ag0,35 и SnO2(Ag) являются нанокомпозитными со средним размером зерен 100–150 нм. В зависимости от режимов их получения слои содержат зерна с фазовым составом: тетрагональная фаза β-Sn с орторомбической фазой Ag3Sn (Sn0,65Ag0,35, магнетронное распыление) и тетрагональная фаза SnO2 (касситерит) с гранецентрированной кубической структурой Ag (SnO2(Ag), термическое окисление). Чувствительность S слоев SnO2(Ag) к метану определялась при T = 200–360 °C в атмосфере воздуха с содержанием метана в диапазоне CCH4 = 2000–20 000 ppm. Показано, что импульсная лазерная обработка приводит к увеличению чувствительности S слоев SnO2(Ag) к метану до 12 % по сравнению с исходными слоями SnO2(Ag).

Ectoplasm & Superspace Integration Measure for 2D Supergravity with Four Spinorial Supercurrents

Building on a previous derivation of the local chiral projector for a two dimensional superspace with eight real supercharges, we provide the complete density projection formula required for locally supersymmetrical theories in this context. The derivation of this result is shown to be very efficient using techniques based on the Ectoplasmic construction of local measures in superspace.Comment: 18 pages, LaTeX; V2: minor changes, typos corrected, references added; V3: version to appear in J. Phys. A: Math. Theor., some comments and references added to address a referee reques

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОКИСЛЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ МОП-КОНДЕНСАТОРОВ С НАНОКРИСТАЛЛАМИ Ge

A 2D layer of spherical, crystalline Ge nanodots embedded in a SiO2 layer was formed by low pressure chemical vapor deposition combined with furnace oxidation and rapid thermal annealing. The samples were characterized structurally by using transmission electron microscopy in plan-view and cross-section geometries. It was found that the formation of highdensity Ge dots took place due to oxidation induced by the Ge segregation. Electrical properties were controlled by measuring C–V and I–V characteristics after the formation of MOS capacitors in different oxidation conditions and the ambient medium. A strong evidence of the charge storage effect on the crystalline Ge-nanodot layer was demonstrated by the hysteresis behavior of the high-frequency C–V curves. It is shown that dry oxidation followed by its reduction increases the hysteresis value compared to wet oxidation conditions. This hysteresis behavior is discussed taking into account the decrease in the Ge concentration and a possible effect of low temperature GeO evaporation is followed by wet oxidation. Проведены исследования структуры и электрофизических характеристик МОП-конденсаторов, сформированных путем термического окисления в различных режимах тонких слоев SiGe сплавов на туннельном диэлектрике. Методом просвечивающей электронной микроскопии показано формирование нанокристаллов Ge и обнаружено влияние режимов окисления на структуру слоев SiO2 . С помощью измерений высокочастотных вольт-фарадных и вольт-амперных характеристик изучены электрические свойства МОП-структур и показано, что они обладают гистерезисом вольт-фарадных характеристик, а его величина существенно зависит от режима и атмосферы термообработок. Качество сформированных МОП-структур улучшается при использовании окисления в сухом кислороде с учетом оптимальной длительности окисления пленки SiGe, что подтверждается данными вольт-амперных характеристик. Полученные результаты обсуждаются с учетом возможного механизма удаления Ge из слоя SiO2 за счет низкотемпературного испарения монооксида германия (GeO)

Nickel silicide formation with rapid thermal treatment in the heat balance mode

Методами резерфордовского обратного рассеяния, рентгеновского фазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии и электрофизическими измерениями исследовано формирование слоев силицида никеля на пластинах (111)-Si при быстрой термической обработке в режиме теплового баланса. Слои никеля толщиной ~70 нм наносили магнетронным распылением при комнатной температуре. Быструю термообработку проводили в режиме теплового баланса путем облучения обратной стороны подложек некогерентным световым потоком кварцевых галогенных ламп в среде азота в течение 7 с до температуры от 200 до 550 °С. Установлено, что перераспределение атомов никеля и кремния до состава моносилицида NiSi начинается уже при температуре 300 °С и к температуре 400 °С практически завершается. В этом же диапазоне температур происходит формирование орторомбической фазы NiSi со средним размером зерен около 0,05–0,1 мкм. При температуре быстрой термообработки 300 °C происходит формирование двух силицидных фаз (Ni 2 Si и NiSi), при этом на поверхности сохраняется тонкий слой непрореагировавшего Ni. Данный факт может объясняться высокой скоростью разогрева на начальной стадии отжига, при которой температурные условия формирования фазы NiSi наступают раньше, чем весь слой Ni успевает превратиться в фазу Ni 2 Si. Слои с одновременным присутствием трех фаз характеризуются высокой шероховатостью границы раздела силицид–кремний. Зависимость удельного сопротивления слоев силицидов никеля демонстрирует рост до значений 26–30 мкОм · см в области температур быстрой термообработки 200–250 °С и последующее снижение до значений 15 мкОм · см при температуре быстрой термообработки 400 °С. Данная величина удельного сопротивления характерна для фазы NiSi с высокой проводимостью и хорошо коррелирует с результатами структурных исследований. The formation of nickel silicide layers on (111)-Si substrates during rapid thermal annealing in the heat balance mode was studied by the Rutherford backscattering method, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and electrophysical measurements. Nickel films of about 70 nm thickness were deposited by magnetron sputtering at room temperature. The rapid thermal treatment was carried out in a heat balance mode by irradiating the substrates backside with a non-coherent light flux of quartz halogen lamps in the nitrogen medium for 7 seconds up to the temperature range of 200 to 550 °C. The redistribution of nickel and silicon atoms to monosilicide NiSi composition starts already at a temperature of 300 °С and almost ends at a temperature of 400 °С. In the same temperature range, the orthorhombic NiSi phase with an average grain size of about 0.05–0.1 μm is formed. At a rapid thermal treatment temperature of 300 °C, two phases of silicides (Ni2 Si and NiSi) are formed, while a thin layer of unreacted Ni is retained on the surface. This fact can be explained by the high heating rate at the initial annealing stage, at which the temperature conditions of the NiSi phase formation occur earlier than the entire Ni layer manages to turn into the Ni 2 Si phase. The layers with a simultaneous presence of three phases are characterized by a high roughness of the silicide-silicon interface. The dependence of the specific resistiv ity of nickel silicide layers shows an increase to the values of 26–30 μOhm · cm in the range of rapid thermal treatment temperatures of 200–250 °C and a subsequent decrease to the values of about 15 μOhm ·cm at a rapid thermal treatment temperature of 400 °C. This value of specific resistivity is characteristic of the high conductivity of the NiSi phase and correlates well with the results of structure studies

Формирование силицида никеля быстрой термообработкой в режиме теплового баланса

The formation of nickel silicide layers on (111)-Si substrates during rapid thermal annealing in the heat balance mode was studied by the Rutherford backscattering method, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and electrophysical measurements. Nickel films of about 70 nm thickness were deposited by magnetron sputtering at room temperature. The rapid thermal treatment was carried out in a heat balance mode by irradiating the substrates backside with a non-coherent light flux of quartz halogen lamps in the nitrogen medium for 7 seconds up to the temperature range of 200 to 550 °C. The redistribution of nickel and silicon atoms to monosilicide NiSi composition starts already at a temperature of 300 °С and almost ends at a temperature of 400 °С. In the same temperature range, the orthorhombic NiSi phase with an average grain size of about 0.05–0.1 μm is formed. At a rapid thermal treatment temperature of 300 °C, two phases of silicides (Ni2 Si and NiSi) are formed, while a thin layer of unreacted Ni is retained on the surface. This fact can be explained by the high heating rate at the initial annealing stage, at which the temperature conditions of the NiSi phase formation occur earlier than the entire Ni layer manages to turn into the Ni2 Si phase. The layers with a simultaneous presence of three phases are characterized by a high roughness of the silicide-silicon interface. The dependence of the specific resistivity of nickel silicide layers shows an increase to the values of 26–30 μOhm · cm in the range of rapid thermal treatment temperatures of 200–250 °C and a subsequent decrease to the values of about 15 μOhm · cm at a rapid thermal treatment temperature of 400 °C. This value of specific resistivity is characteristic of the high conductivity of the NiSi phase and correlates well with the results of structure studies.Методами резерфордовского обратного рассеяния, рентгеновского фазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии и электрофизическими измерениями исследовано формирование слоев силицида никеля на пластинах (111)-Si при быстрой термической обработке в режиме теплового баланса. Слои никеля толщиной ~70 нм наносили магнетронным распылением при комнатной температуре. Быструю термообработку проводили в режиме теплового баланса путем облучения обратной стороны подложек некогерентным световым потоком кварцевых галогенных ламп в среде азота в течение 7 с до температуры от 200 до 550 °С. Установлено, что перераспределение атомов никеля и кремния до состава моносилицида NiSi начинается уже при температуре 300 °С и к температуре 400 °С практически завершается. В этом же диапазоне температур происходит формирование орторомбической фазы NiSi со средним размером зерен около 0,05–0,1 мкм. При температуре быстрой термообработки 300 °C происходит формирование двух силицидных фаз (Ni2 Si и NiSi), при этом на поверхности сохраняется тонкий слой непрореагировавшего Ni. Данный факт может объясняться высокой скоростью разогрева на начальной стадии отжига, при которой температурные условия формирования фазы NiSi наступают раньше, чем весь слой Ni успевает превратиться в фазу Ni2 Si. Слои с одновременным присутствием трех фаз характеризуются высокой шероховатостью границы раздела силицид–кремний. Зависимость удельного сопротивления слоев силицидов никеля демонстрирует рост до значений 26–30 мкОм · см в области температур быстрой термообработки 200–250 °С и последующее снижение до значений 15 мкОм · см при температуре быстрой термообработки 400 °С. Данная величина удельного сопротивления характерна для фазы NiSi с высокой проводимостью и хорошо коррелирует с результатами структурных исследований

Структура и морфология слоев CrSi2, сформированных при быстрой термообработке

The formation of chromium disilicide layers on n-type single crystal silicon substrates (111) during rapid thermal annealing in heat balance mode by the methods of Rutherford backscattering, X-ray diffraction and transmission electron microscopy of cross sections was investigated. Chromium films of about 30 nm thickness were deposited by magnetron sputtering of a chromium target with argon ions onto silicon substrates at room temperature. The rapid thermal treatment was carried out in a temperature range of 200 to 550 °C in a heat balance mode by irradiating the substrates backside with a non-coherent light flux of quartz halogen lamps in a nitrogen ambient for 7 s. It was established that hexagonal phase of chromium disilicide formation with grain size of 150–300 nm occurs in a threshold manner when the temperature of rapid thermal treatment exceeds 400 °C. At the same time, there are strong changes in the films surface morphology and surface roughness, and a silicide-silicon interface occur. In this case the wavy film surface morphology practically repeats silicide-silicon interface morphology (the surface exactly replicates the interface). The mechanism of CrSi2/Si interface structure roughness formation based on consideration of Kirkendall effect and deformation-stimulated diffusion of vacancies is proposed and discussed. The research results of the structure and morphology of CrSi2 layers on silicon are well-correlated with the results of the Schottky barrier electrophysical measurements. The results obtained can be used in microelectronics for forming rectifying contacts and interconnects metallization for integrated circuits, as well as for thermoelectric and optoelectronic applications.Методами резерфордовского обратного рассеяния, рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии поперечных сечений исследовано формирование слоев дисилицида хрома на подложках монокристаллического кремния n-типа с ориентацией (111) при быстром термическом отжиге в режиме теплового баланса. Пленки хрома толщиной порядка 30 нм наносили магнетронным распылением хромовой мишени ионами аргона на кремниевые подложки при комнатной температуре. Быструю термообработку проводили в интервале температур от 200 до 550 °С в режиме теплового баланса путем облучения обратной стороны подложек некогерентным световым потоком кварцевых галогенных ламп в среде азота в течение 7 с. Установлено, что формирование гексагональной фазы дисилицида хрома с размером зерен 150–300 нм происходит пороговым образом при превышении температуры быстрой термообработки 400 °С. Одновременно происходят сильные изменения поверхностной морфологии пленок, возникает шероховатость поверхности и границы раздела силицид-кремний. При этом волнообразная морфология поверхности пленки практически повторяет морфологию границы раздела силицида с кремнием (то есть является точной репликой границы раздела). Предложен и обсуждается механизм формирования шероховатости структуры границы раздела дисилицида хрома с кремнием, основанный на учете эффекта Киркендала и деформационно-стимулированной диффузии вакансий. Результаты исследований структуры и морфологии слоев дисилицида хрома на кремнии хорошо согласуются с результатами электрофизических измерений барьера Шоттки. Полученные результаты могут быть использованы в микроэлектронике при формировании выпрямляющих контактов и металлизации межсоединений в интегральных схемах, а также с целью термоэлектрических и оптоэлектронных применений