Вышедшие номера
Механизм роста эпитаксиальных слоев Ga2O3 методом хлорид-гидридной эпитаксии на подложке SiC/Si (110)
Кукушкин С.А. 1, Осипов А.В. 2, Убыйвовк Е.В. 1,2, Осипова Е.В. 1, Шарофидинов Ш.Ш.
1Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
Email: sergey.a.kukushkin@gmail.com, andrey.v.osipov@gmail.com, ubyivovk@gmail.com, sh.shams@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 17 ноября 2024 г.
В окончательной редакции: 24 ноября 2024 г.
Принята к печати: 25 ноября 2024 г.
Выставление онлайн: 11 февраля 2025 г.

Исследуется механизмы роста эпитаксиальных пленок β-, ε- и α-фаз оксида галлия (Ga2O3) выращиваемых методом хлорид-гидридой эпитаксии (ХГЭ) на поверхности гибридных подложек SiC/Si, синтезированных методом согласованного замещения атомов (MCSA) на поверхности (110) подложек кремния. Рост слоев Ga2O3 протекал в широком диапазоне температур подложек от 550oC до 1050oC. Анализ микроструктуры осуществлялся при помощи рамановской спектроскопии и просвечивающей (трансмиссионной) микроскопии высокого разрешения (ПЭМ). Химический состав (распределение химических элементов) определялся при помощи рентгеновского спектрометра (EDS), который является приставкой к растровому электронному микроскопу (РЭМ). В результате проведенных исследований было обнаружено, что рост пленки Ga2O3 поверхности SiC/Si (110) происходит в две стадии. На первой стадии поверхность SiC/Si (110) обогащается углеродом и насыщается кремниевыми вакансиями в результате взаимодействия хлора, являющегося продуктом реакции хлорида галлия и кислорода, с поверхностью SiC/Si (110). Только после образования на поверхности SiC тонкого, толщиной порядка 1.5 nm слоя углерода начинается вторая стадия, а именно, начинается рост слоя Ga2O3. Рост Ga2O3 начинается с внедрения в слой углерода атомов кислорода, к которым затем присоединяются атомы галлия. После чего начинается рост объемного слоя Ga2O3. Поскольку реакция между хлором и SiC начинает заметно протекать только при температуре выше 700oC, то при более низких температурах на поверхности SiC не образуется слоя углерода, соответственно слои Ga2O3 не зарождаются. Высказано предположение о том, что для выращивания качественных пленок Ga2O3 поверхности SiC перед ростом необходимо модифицировать, покрывая их либо тонким слоем углерода, либо слоем графена. Ключевые слова: карбид кремния на кремнии, оксид галлия, α-, ε- и β-политипы Ga2O3, графен, наноструктуры углерода, механизмы роста.
  1. S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 313001 (2014). DOI: 10.1088/0022-3727/47/31/313001
  2. С.А. Кукушкин, А.В. Осипов, Н.А. Феоктистов. ФТТ 56, 8, 1457 (2014). DOI: 10.1134/S1063783414080137
  3. S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. Inorg. Mater. 57, 13, 1319 (2021). DOI: 10.1134/S0020168521130021
  4. С.А. Кукушкин, А.В. Осипов. Журнал общей химии 92, 4, 547 (2022). DOI: 10.31857/S0044460X22040023 [S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. Russ. J. Gen. Chem. 92, 4, 584 (2022). DOI: 10.1134/S1070363222040028]
  5. С.А. Кукушкин, А.В. Осипов. Конденсированные среды и межфазные границы 24, 4, 407 (2022). DOI: 10.17308/kcmf.2022.24/10549
  6. N.S. Jamwal, A. Kiani. Nanomaterials 12, 2061 (2022). URL: https://doi.org/10.3390/nano12122061
  7. S.J. Pearton, J. Yang, P.H. Cary, F. Ren, J. Kim, M.J. Tadjer, M.A. Mastro. Appl. Phys. Rev. 5, 1, 011301 (2018). URL: https://doi.org/10.1063/1.5006941
  8. S.I. Stepanov, V.I. Nikolaev, V.E. Bougrov, A.E. Romanov. Rev. Adv. Mater. Sci. 44, 63 (2016). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26987785
  9. С.А. Кукушкин, В.И. Николаев, А.В. Осипов, Е.В. Осипова, А.И. Печников, Н.А. Феоктистов. ФТТ 58, 9, 1812 (2016). [S.A. Kukushkin, V.I. Nikolaev, A.V. Osipov, E.V. Osipova, A.I. Pechnikov, N.A. Feoktistov. Epitaxial Gallium Oxide on a SiC/Si Substrate. Physics of the Solid State 58, 9, 1876 (2016). DOI: 10.1134/S1063783416090201]
  10. А.В. Осипов, Ш.Ш. Шарофидинов, А.В. Кремлева, А.М. Смирнов, Е.В. Осипова, А.В. Кандаков, С.А. Кукушкин. Конденсированные среды и межфазные границы 25, 4, 557 (2023). URL: http://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11479
  11. A.V. Osipov, Sh.Sh. Sharofidinov, E.V. Osipova, A.V. Kandakov, A.Y. Ivanov, S.A. Kukushin. Coatings. 1, 1802 (2022). URL: http://doi.org/10.3390/coatings12121802
  12. A.V. Osipov, A.S. Grashchenko, S.A. Kukushkin, V.I. Nikolaev, E.V. Osipova, A.I. Pechnikov, I.P. Soshnikov. Contin. Mech. Thermodyn. 30, 1 (2018). URL: https://doi.org/10.1007/s00161-018-0662-6
  13. А.С. Гращенко, С.А. Кукушкин, В.И. Николаев, А.В. Осипов, Е.В. Осипова, И.П. Сошников. ФТТ 60, 5, 851 (2018). DOI: 10.21883/FTT.2018.05.45776.321 [A.S. Grashchenko, S.A. Kukushkin, V.I. Nikolaev, A.V. Osipov, E.V. Osipova, I.P. Soshnikov. Physics of the Solid State 60, 5, 852 (2018). DOI: 10.1134/S1063783418050104]
  14. A.A. Koryakin, S.A. Kukushkin, A.V. Osipov, Sh.Sh. Sharofidinov, M.P. Shcheglov. Materials. 15, 6202 (2022). DOI: 10.3390/ma15186202
  15. Р.Н. Кютт, Э.А. Сморгонская, С.К. Гордеев, А.В. Гречинская, А.М. Данишевский. ФТТ 41, 8, 1484 (1999)
  16. С.К. Гордеев, С.А. Кукушкин, А.В. Осипов, Ю.В. Павлов. ФТТ 42, 12, 2245 (2000)
  17. V.B. Kumar, M. Monte, O. Mathon, S. Pascarelli, Z. Porat, A. Gedanken. J. Am. Ceram. Soc. 100, 7, 3305 (2017). DOI: 10.1111/jace.14869
  18. С.А. Кукушкин, А.В. Осипов. УФН 168, 10, 1083 (1998). DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0168.199810b.1083
  19. Г.В. Бенеманская, П.А. Дементьев, С.А. Кукушкин, А.В. Осипов, С.Н. Тимошнев. Письма в ЖТФ 45, 5, 17 (2019). DOI: 10.21883/PJTF.2019.05.47390.17621