Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе выполнения работ первого этапа, посвященного исследованию природы дефектов, ответственных за формирование высокоомных слоев с ловушками (TR-HR) в низкоомных подложках КНИ структур с ультратонкими слоями скрытых диэлектриков (UT BOX), выполнены исследования и показано, что: 1. Имплантация ионов CO+ в кремний и последующие отжиги ведут к образованию не только большого числа собственных точечных и промежуточных дефектов (кластеров вакансий и междоузлий), но и целого ряда примесных центров, активно изучаемых в последние годы благодаря их квантовым свойствам и полосам излучения вблизи 1330 и 1550 нм в окнах диапазонов волоконно-оптической связи. 2. Примесные центры с глубокими уровнями обнаружены в спектрах фотолюминесценции при 10 К для образцов с наименьшим флюенсом молекул СО (2.5х10^15 cм-2) после отжига при 700 оС. Это Х- (1195 ), D3 (1330 ), R (1376 нм) на фоне широкой полосы собственных дефектов на 1300 нм и ряд неидентифицированных слабых пиков 1414, 1480 и 1550 нм (Рис.1). Отжиг при 1100 оС оставляет только бесфононную линию Х-центра, наблюдавшуюся и на неимплантированных образцах. Пики D3 и R связывают с малыми кластерами собственных междоузельных атомов, а также вакансий, соответствующих для R-центра образованию {311} дефектов. 3. Измерениями импеданса КНИ подложек с ультратонкими слоями скрытого окисла ВОХ (15 нм HfO2:Al2O3 (15:1) и 35 нм SiO2) в диапазоне напряжений +/-5 В, частот 10^2 – 10^7 Гц и температур 25-250 оС показано, что действительная Re(Z) и мнимая Im(Z) части импеданса для всех структур с низкоомными и высокоомными подложками практически совпадают или близки после флюенса ионов СО+ Ф > 10^16 см-2 и отжига вплоть до 1100 оС. 4. Полученные данные свидетельствуют об эффективности формирования высокоомного слоя с ловушками (TR-HR) в низкоомных подложках кремния имплантацией молекул СО. Главным преимуществом такого способа по сравнению с предложенными другими авторами имплантацией в высокоомную подложку ионов He+ и Si+ является исключительная термостабильность вплоть до 1000 оС. 5. Данные измерения импеданса Z(V, f) демонстрируют минимальное изменение емкости в диапазоне ±1 В, обусловленное образованием области пространственного заряда (ОПЗ) размером 2 мкм за TR слоем с ловушками в процессе изохронных и ступенчатых быстрых термических отжигов (RTA) в течение 30 с вплоть до T ≤ 900 °C. 6. Данные электронной микроскопии и импедансной спектроскопии свидетельствуют о формировании TR-HR-слоев с собственной i-проводимостью, несмотря на отсутствие преципитатов SiC и SiO2 после RTA при 1000 °C не только по данным электронной микроскопии, но и ИК-Фурье, и КР-спектроскопии. В этом случае диодные характеристики действительно наблюдаются на вольт-амперных характеристиках n-n SOI-структур с ультратонкими слоями SiO2 или HfO2:Al2O3 (15:1) BOX, как при различных типах проводимости кремниевого слоя, так и подложки, возникающих в процессе RTA термообработки. 7. Встроенный заряд в (HfO2+ZrO2):Al2O3 (5:1) BOX уменьшает сопротивление ОПЗ TR-HR слоя, что подтверждает механизм формирования ОПЗ как результат перекрытий множественных областей пространственного заряда в имплантированной ионами CO+ подложках n- и p-типа. Энергетические положения уровней из-за задержки поставки установки PICTS до конца года определялись из температурных зависимостей импеданса Z(T) и фотолюминесценции. Слабая температурная зависимость импеданса Z(V,f) для всех типов структур свидетельствует о перспективности локальной СО+ изоляции для ответственных применений в СВЧ электронике. 8. Облучение быстрыми ионами приборных КНИ структур р-типа с ультратонким 15 нм HfO2:Al2O3 (15:1) BOX и TR-HR слоем в низкоомной подложке не приводит к росту токов утечки. Деградация сегнетоэлектричества и проводимости при 300 К в слоях КНИ-приборов после облучения обусловлена точечными дефектами во всех слоях кремния. Это предположение подтверждается аналогичным отношению рамановских сдвигов и коэффициентов электронного тормозного, соотношением для деградации проводимости при 525 К, что означает преобладание трековых дефектов вакансионного типа в проводимости при повышенной температуре 9. Анализ анодно-окисленных слоев проводился с помощью спектральной эллипсометрии, атомно-силовой микроскопии и инфракрасной спектроскопии. Коэффициент преломления окисленных слоев превышал его объемное значение в термически выращенном SiO2 и уменьшался от 1.58 до 1.52 с ростом дозы ионов СО+ от 2.510^15 до 110^16 см-2. Снижение показателя преломления позволяет уменьшать толщину скрытого слоя SiO2 BOX без увеличения потерь в волноводах фотонных интегральных схем PIC. Дозовая зависимость коэффициента преломления анодно-окисленных слоев обсуждается с точки зрения формирования микропустот в оксиде кремния при испарении молекул СО2 . 10. Минимальное значение емкости и максимальная величина сопротивления для SOI структур со слоем SOI и подложкой с противоположными типами легирования подчеркивает важность увеличения толщины области пространственного заряда для снижения потерь в системах-на-кристалле, объединяющих сигнальные и цифровые процессоры, ассоциативную память, сенсоры с PIC и MW устройствами оптической и беспроводной связи Wi-Fi, Bluetooth и IoT.