ИСТИНА

Поскольку кремний до сих пор является основным материалом электроники образование дефектов, возникающих в нём под действием ионного облучения, изучено достаточно хорошо. Однако, в процессе образования дефектов в пленках кремния на сапфире (КНС) могут наблюдаться некоторые особенности, связанные как с наличием резкой границы раздела между пленкой кремния и сапфира, так и профилем внедренных частиц. Эксперименты проводились на КНС - структурах с ориентацией кремниевой пленки (100), толщина которой составляла 300 нм. Работы по облучению КНС-структур проводились в лаборатории ионно-пучковых нанотехнологий НИИЯФ МГУ (www.ionlab.ru) на ускорительном комплексе HVEE-500. Облучение проводили ионами кремния с энергией от от 120 до 250 кэВ. Доза имплантации варьировалась от 1014 до 5×1015 ион/см2. Облучение проводилось при различных температурных режимах. После имплантации проводился двухстадийный отжиг образцов в атмосфере азота при температурах 600-950°С. Контроль кристаллической структуры исходных КНС-структур, после имплантации и рекристаллизационного отжига осуществлялся с помощью рентгеноструктурного анализа: метод кривой качания и с помощью резерфордовского обратного рассеяния (РОР) в сочетании с каналированием. Часть образцов была исследована с помощью вторичной ионной масс-спектрометрии и просвечивающей электронной микроскопиии. Исследование с помощью резерфордовского обратного рассеяния процессов образования дефектов в пленках кремния на сапфире при облучении ионами Si+ в зависимости от дозы облучения позволило установить, что в отличие от массивного кремния, для которого аморфизация наблюдается при 5×1016 ион/см2, пленки кремния на сапфире аморфизуются при меньших критических дозах облучения (1015 ион/см2). Также экспериментально показано, что полное разрушение сильнодефектной области зависит от энергии имплантируемых ионов. Оптимальная энергия разупорядочения сильнодефектной области при температуре жидкого азота - 200 кэВ, а при комнатной температуре - 230 кэВ. При этом основным механизмом восстановления кристаллической структуры является рекристаллизация в пленке кремния от поверхностного слоя, являющегося затравкой. Величина этого слоя зависит от типа внедренных ионов, энергии и дозы облучения, а также от температуры, при которой происходит облучение материала. Оптимальная толщина затравочного слоя составляет 30 нм.