Влияние потенциала смещения на подложке на структурные и механические свойства пленок a-SiC:H

Abstract

В работе исследовано влияние отрицательного потенциала смещения на подложке (UD) на структуру и механические свойства аморфного карбида кремния, полученного методом газофазового осаждения, усиленного высокочастотной плазмой (PECVD). Пленки охарактеризованы с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ), ИК-абсорбционной спектроскопии, рентгеновской дифракции и оже-спектроскопии. Нанотвердость, модуль упругости и износостойкость пленок достигают максимума для UD ∼ −200 В. Для объяснения механизма упрочнения пленок использовано моделирование осаждения пленок SiC на кремниевые подложки. Как следует из экспериментальных и теоретических исследований, наблюдаемое усиление механических характеристик, обусловленное ростом отрицательного потенциала смещения на подложке, является следствием улучшения аморфной структуры, уплотнения пленки и уменьшения шероховатости ее поверхности.

У роботі досліджено вплив неґативного потенціялу зсуву на підложжі (UD) на структуру й механічні властивості аморфного карбіду кремнію, одержаного методою газофазового осадження, посиленого високочастотною плазмою (PECVD). Плівки охарактеризовано за допомогою атомовосилового мікроскопа (АСМ), ІЧ-абсорбційної спектроскопії, Рентґенової дифракції й Оже-спектроскопії. Нанотвердість, модуль пружности й зносостійкість плівок досягають максимуму для UD ∼ −200 В. Для пояснення механізму зміцнення плівок використано моделювання осадження плівок SiC на кремнійові підложжя. Як випливає з експериментальних і теоретичних досліджень, спостережуване посилення механічних характеристик, обумовлене ростом неґативного потенціялу зсуву на підложжі, є наслідком поліпшення аморфної структури, ущільнення плівки й зменшення шорсткости її поверхні.

Plasma-enhanced chemical vapour deposition technique is used to prepare amorphous silicon carbide films to examine an effect of substrate negative bias (UD) on film properties. The films are characterized by an atomic force microscopy, infrared absorption spectroscopy, X-ray diffraction, and Auger spectroscopy. The nanohardness, elastic modulus, and wear resistance of the films reach maximums for UD ∼ −200 V. To explain film-hardening mechanism, simulation of SiC films deposition on silicon substrates is carried out. Both experimental and theoretical investigations point out that the observed enhancement of the mechanical characteristics is a consequence of an improvement of the amorphous structure, film compactness, and decrease of surface roughness caused by increasing of negative substrate bias.