ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК ZnO, СФОРМИРОВАННЫЕ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ, ОТ ВРЕМЕНИ ЕГО РАСПЫЛЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ ТОЛЩИНЫ В СТРУКТУРЕ ZnO/Si(B)/Si(P) С САМООРГАНИЗУЮЩИМИ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ

Введение

Трехслойные структуры, такие как ZnО/Si(B)/Si(P), способны предоставить уникальные свойства [1], объединяя преимущества различных материалов. Например, оксид цинка (ZnO), данный материал обладает широким спектром свойствам, такими как, пьезоэлектрические, оптические и резистивные, в то время как кремний (Si) является отличным полупроводником, имеющим огромные спектр применения в промышленности. Наличие квантовых точек, проявляющие квантовые эффекты, дополнительно позволяют настраивать оптические и электронные свойства.

Самоорганизующееся квантовые точки представляют интерес в контексте создания квантовых точек в определенных местах без необходимости применения сложных процессов нанотехнологи [2]. Это может повысить уровень контроля и эффективность производства.

Исследования

Исследование тонких слоистых структур ZnO проводилось с помощью спектрофотометр СФ-2000 работающий в диапазоне длин волн 200 - 1100 нанометров. Технологические параметры получения экспериментальных образцов методом магнетронного распыления представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Технологические факторы для исследования зависимости толщины пленки от времени напыления

На рисунке 1 представлены спектры пропускания оксида цинка, полученные в одном технологическом цикле при времени напыления в 180 секунд.

Рисунок 1. Спектр пропускания тонких пленок ZnO полученных в одном технологическом цикле

Используя результаты спектра пропускания ZnO на спектрофотометре можно рассчитать толщину полученной плёнки методом конвертных кривых. Этот метод может использоваться для расчета этих параметров у любых тонких пленок, пропускающих излучения, нанесенных на прозрачную подложку, толщина которой намного больше, чем толщина исследуемой пленки на ней. В данном случае эти условия соблюдаются. Представлен расчет параметров для одного из полученных экспериментальных образцов.

Расчёт толщины пленок методом конвертных кривых — это оптический метод, который используется для определения толщины прозрачных тонких пленок. Он основан на анализе интерференционных максимумов и минимумов, которые возникают в результате отражения света от верхней и нижней границ пленки. Конвертные кривые строятся с помощью параболической экстраполяции экспериментальных точек, которые соответствуют интерференционным максимумам и минимумам.

С помощью конвертных кривых определяется зависимость показателя преломления материала от длины волны излучения, используя формулу

где Т_M и Т_m – конвертные кривые максимумов и минимумов соответственно,
n_s – показатель преломления подложки (стекло, используемое в работе, имеет показатель преломления n_s = 1,554)

Для определения толщины пленки используется формула

где l₁ и l₂ - длины волн, которые соответствуют соседним экстремальным точкам на спектре пропускания, коэффициент A = 1 для двух соседних экстремумов одного типа и A = 0,5 для двух соседних экстремумов противоположного типа.

Результаты расчета толщин полученных тонких пленок представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Средние значения толщин тонких пленок ZnO, рассчитанные методом конвертных кривых

На основе данных результатов построен график зависимости толщины пленки оксида цинка от времени напыления, рисунок 2.

Рисунок 2. График зависимости толщины пленки ZnO от времени напыления

Средняя скорость напыления составила 1,22 нм/с.

Заключение:

Полечены тонки пленки оксида цинка с разным временем напыления (120, 180 и 240 с.) методом магнетронного распыления. С помощью спектров пропускания методом конвертных кривых рассчитаны толщины пленок, получена средняя скорость напыления, которая составила 1,22 нм/с.