24.06.2020
220.018.29dd

Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: для определения ширины запрещенной зоны наноразмерных полупроводниковых и диэлектрических пленок. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок включает определение спектров эллипсометрического параметра подложки с наноразмерной пленкой, нанесенной вакуумным напылением на подложку из неорганического материала, и подложки без пленки в зависимости от длины волны в видимом и ближнем УФ диапазоне, при этом определяют разность –, где – эллипсометрический параметр подложки, – эллипсометрический параметр подложки с нанесенной пленкой, в диапазоне исследуемого спектра волн излучения, строят график зависимости ((-)h) от h (эВ), где h – энергия фотонов, и путем экстраполяции прямой в высокоэнергетической части спектра находят точку пересечения с осью абсцисс. Технический результат: обеспечение возможности упрощения способа для определения ширины запрещенной зоны наноразмерных полупроводниковых и диэлектрических пленок. 8 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения ширины запрещенной зоны наноразмерных полупроводниковых и диэлектрических пленок.

Известен способ определения оптической ширины запрещенной зоны (Eg) наноразмерных пленок, заключающийся в измерении способом эллипсометрии спектров истинного коэффициента поглощения α от энергии фотонов h с последующим определением Eg из зависимости (αh)2 от h. В известном способе определяли ширину запрещенной зоны пленок CdS, полученных магнетронным распылением на кремниевые и стеклянные подложки. Получение дисперсионных зависимостей k1 (коэффициент поглощения пленки) и α от h осуществлялось следующим образом. Сначала измерялись спектры эллипсометрических углов Δ и ψ в диапазоне от 1 до 5 эВ. Далее, составляли оптическую модель (пленка/подложка), содержащую оптические параметры, такие как n1, n2 -показатели преломления пленки и подложки, k1, k2 – коэффициенты поглощения пленки и подложки, d - толщина исследуемой пленки. С помощью выбранной оптической модели путем решения основного уравнения эллипсометрии, (где Rp и Rs – коэффициенты отражения Френеля) рассчитывались теоретические спектры Δ и ψ образца, максимально совпадающие с экспериментально измеренными, а также соответствующие им спектры n1 и k1. Затем рассчитывали ширину запрещенной зоны (оптической энергетической щели) полупроводниковых материалов с использованием известного соотношения Тауца:

(αhυ)2=A (hυ-Eg); (1)

где α=4k/λ – истинный коэффициент поглощения, hυ – энергия фотонов, Eg- ширина запрещенной зоны, A – константа. При построении зависимости (αhυ)2 от hυ (эВ) значение Eg получают путем экстраполяции прямой в высокоэнергетической части спектра, точка пересечения этой прямой с осью абсцисс при этом соответствует оптической ширине запрещенной зоны. (N.S. Das, P.K.Ghosh, M.K.Mitra, K.K.Chattopadhyay. Effect of film thickness on the energy band gap of nanocrystalline CdS thin films analyzed by spectroscopic ellipsometry// Physica E (2010) 2097–2102)

Основным недостатком известного способа является необходимость большого количества математических расчетов, в частности, расчетов теоретических спектров, что представляет собой трудоемкую задачу, требует громоздких вычислений с подбором соответствующих моделей с необходимыми оптическими параметрами.

Таким образом, перед авторами стояла задача упрощения способа определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок, включающем определение спектров эллипсометрического параметра подложки с наноразмерной пленкой, нанесенной вакуумным напылением на подложку из неорганического материала, и подложки без пленки в зависимости от длины волны в видимом и ближнем УФ диапазоне, в котором определяют разность , где – эллипсометрический параметр подложки, – эллипсометрический параметр подложки с нанесенной пленкой, в диапазоне исследуемого спектра волн излучения, строят график зависимости ((-)hυ)2 от hυ (эВ), где hυ – энергия фотонов, и путем экстраполяции прямой в высокоэнергетической части спектра находят точку пересечения с осью абсцисс.

В настоящее время в патентной и научно-технической литературе не известен способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок с использованием графика в координатах ((-)hυ)2 от hυ (эВ), где разность - определяется на основе экспериментально измеренных значений (подложки) и (подложки с пленкой).

В ходе проведенных авторами исследований было обнаружено, что для малых толщин (наноразмерные пленки), с возрастанием коэффициента поглощения k пленки характерно уменьшение эллипсометрического параметра . Это хорошо видно при построении номограммы ψ для слабопоглощающей пленки на металлической подложке (Фиг.1, λ=6526 Å, угол падения φ=72°, n2=1.82, k2=3.11, n1=2.4, k1=0-1.0, d=100Å). На Фиг.2 показано, что с увеличением коэффициента поглощения k1 возрастает разность -. (ψч- эллипсометрический угол чистой подложки, а -подложки с пленкой). При этом спектр -ψ подобен спектру k1 пленки (Фиг.3). Таким образом, экспериментально измеренные значения , позволяют определить характер изменения коэффициента поглощения k1 наноразмерных пленок от длины волны без каких-либо дополнительных расчетов и подбора отражающей модели. В частности, при построении зависимости ((-)hυ)2 от hυ (эВ) экстраполяция прямой в высокоэнергетической части спектра на ось абсцисс дает значение оптической ширины запрещенной зоны.

Предлагаемый способ заключается в следующем. На подложку из неорганического материала наносят путем вакуумного напыления наноразмерную пленку из полупроводникового или диэлектрического материала. Измеряют спектры эллипсометрического параметра ψι подложки с наноразмерной пленкой и подложки без пленки в зависимости от длины волны в видимом и ближнем УФ диапазоне, затем определяют разность , где – эллипсометрический параметр подложки, ψι – эллипсометрический параметр подложки с нанесенной пленкой, в диапазоне исследуемого спектра волн излучения, строят график зависимости ((-)hυ)2 от hυ (эВ), где hυ – энергия фотонов, и путем экстраполяции прямой в высокоэнергетической части спектра находят точку пересечения с осью абсцисс.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примерами.

Пример 1.

Способом спектральной эллипсометрии определялись эллипсометрические параметры Δ и ψ пленки линейно-цепочечного углерода, нанесенного на предварительно полированную поверхность массивного образца из стали 09Г2С. Пленка линейно–цепочечного углерода была получена с использованием ионно-плазменного напыления. Получена экспериментальная зависимость -, где - эллипсометрический параметр подложки, – эллипсометрический параметр подложки с нанесенной пленкой, от длины волны λ (Фиг.3). Угол падения - 72°. Как видно из приведенного графика - возрастает с уменьшением длины волны. Из измеренных эллипсометрических углов Δ и ψ путем решения основного уравнения эллипсометрии, для каждой длины волны определяем оптические постоянные подложки, n2, k2 и пленки n1, k1, а также толщину пленки d. В использованном диапазоне спектра величина коэффициента поглощения пленки k1 изменяется от нуля до 1.02, при этом толщина пленки равна d=92±2Å, пленка является наноразмерной. На фиг. 3 также приведена зависимость коэффициента поглощения пленки k1 от длины волны. Видно, что спектр коэффициента поглощения k1 исследуемой пленки подобен спектру разности -. Для сравнения, построим зависимость ((-)hυ)2 от hυ (эВ) (фиг. 4), а также кривую (αhυ)2 от hυ (эВ) (фиг. 5), полученную из спектров оптических постоянных. Как видно из этих графиков, точка пересечения с осью абсцисс, отвечающая оптической ширине запрещенной зоны, на обеих зависимостях находится около 4эВ. Из зависимости ((-)hυ)2 от hυ получается Eg=4.1 эВ, а из (αhυ)2 от hυ находим, что Eg=3.94эВ. Для сравнения, кристаллический алмаз имеет ширину запрещенной зоны Eg = 5.5 эВ.

Пример 2.

Способом спектральной эллипсометрии определялись эллипсометрические параметры Δ и ψ пленки оксида ванадия V2O5, нанесенного на предварительно полированную поверхность поликристаллического алюминия. Пленка оксида ванадия была получена с использованием вакуумного термического испарения. Получена экспериментальная зависимость - от длины волны λ, где ψч - эллипсометрический параметр подложки (алюминия), ψ – эллипсометрический параметр подложки с пленкой (Фиг.6). Угол падения - 70°. Как видно из приведенного графика - возрастает с увеличением длины волны. Из измеренных эллипсометрических углов Δ и ψ путем решения основного уравнения эллипсометрии, для каждой длины волны определяем оптические постоянные подложки, n2, k2 и пленки n1, k1, а также толщину пленки d. В использованном диапазоне спектра коэффициент поглощения k1 изменяется от нуля до 1.5, при этом толщина пленки равна d=100Å, пленка является наноразмерной. На фиг. 6 также приведена зависимость коэффициента поглощения пленки k1 от длины волны. Видно, что спектр коэффициента поглощения k1 исследуемой пленки подобен спектру разности -. Для сравнения, построим зависимость ((-)hυ)2 от hυ (эВ) (фиг. 7), а также кривую (αhυ)2 от hυ (эВ) (фиг. 8), полученную из спектров оптических постоянных. Как видно из этих графиков, точка пересечения прямой в области 2.7-3 эВ с осью абсцисс, отвечающая оптической ширине запрещенной зоны, на обеих зависимостях находится около 2,6 эВ. Из зависимости ((-)hυ)2 от hυ получается Eg=2.65 эВ, а из (αhυ)2 от hυ находим, что Eg=2.64эВ.

Таким образом, предлагаемый авторами способ по определению оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных полупроводниковых и диэлектрических пленок с использованием эллипсометрии значительно упрощен.

Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок, включающий определение спектров эллипсометрического параметра подложки с наноразмерной пленкой, нанесенной вакуумным напылением на подложку из неорганического материала, и подложки без пленки в зависимости от длины волны в видимом и ближнем УФ диапазоне, отличающийся тем, что определяют разность –, где – эллипсометрический параметр подложки, – эллипсометрический параметр подложки с нанесенной пленкой, в диапазоне исследуемого спектра волн излучения, строят график зависимости ((-)h) от h (эВ), где h – энергия фотонов, и путем экстраполяции прямой в высокоэнергетической части спектра находят точку пересечения с осью абсцисс.
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Способ определения оптической ширины запрещенной зоны наноразмерных пленок
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 84.
10.11.2013
№216.012.7cd8

Способ получения нанодисперсного порошка карбида вольфрама (варианты)

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Нанодисперсные порошки могут быть использованы для изготовления инструментов, близких по твердости и износоустойчивости к инструментам на основе алмаза. Способ (вариант 1) позволяет получить нанодисперсный порошок карбида вольфрама. Смесь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497633
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.02.2014
№216.012.a27a

Способ нанесения пленки металла

Изобретение относится к способам получения пленок металлов, например, в виде покрытий, и может быть использован в металлургии и машиностроении при изготовлении материалов с необычными физико-химическими, электрофизическими, фотофизическими, магнитными или каталитическими свойствами. Согласно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507309
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.03.2014
№216.012.ab87

Способ получения нанодисперсных порошков металлов или их сплавов

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Порошкообразный хлорид металла или порошкообразную смесь по крайней мере двух хлоридов металлов обрабатывают в атмосфере водяного пара, который подают в реакционное пространство со скоростью 50-100 мл/мин, при температуре 400-800°C в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509626
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.03.2014
№216.012.ac2b

Способ активации порошка алюминия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам активации горения дисперсных порошков алюминия, которые могут быть использованы в различных областях промышленности. Способ активации порошка алюминия включает пропитку исходного порошка активатором на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509790
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.04.2014
№216.012.b088

Катодный материал для резервной батареи, активируемой водой

Изобретение относится к электротехнике и электрохимии и касается катодного материала водоактивируемых резервных батарей, которые преимущественно предназначены для энергопитания метеорологических радиозондов, шаров-пилотов, морских сигнальных устройств, спасательных средств, буев, аварийных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510907
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.08.2014
№216.012.e86c

Твердая смазка для абразивной обработки металлов и сплавов

Настоящее изобретение относится к твердой смазке для абразивной обработки металлов и сплавов, содержащей хлорфторуглеродное масло, низкомолекулярный полиэтилен, минеральное масло, высокодисперсный порошок смеси продукта термического восстановления лейкоксена и карбида кремния или нитрида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525293
Дата охранного документа: 10.08.2014
20.08.2014
№216.012.eabf

Способ получения сульфата ванадила

Изобретение может быть использовано в производстве катализаторов. Способ получения сульфата ванадила включает экстракцию из сернокислого раствора ванадия (IV) неразбавленной ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в присутствии сульфата натрия и последующую фильтрацию под вакуумом. Экстракцию ведут...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525903
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.11.2014
№216.013.0ad6

Способ легирования алюминия или сплавов на его основе

Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированию алюминия и сплавов на его основе. В способе осуществляют введение в расплав легирующего компонента в составе порошковой смеси путем продувки смесью в струе транспортирующего газа. При этом используют порошковую смесь,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534182
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0ce6

Способ диагностики реальной структуры кристаллов

Использование: для диагностики реальной структуры кристаллов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют электронно-микроскопическое и микродифракционное исследования кристалла, при этом в случае присутствия на электронно-микроскопическом изображении исследуемого нанотонкого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534719
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.02.2015
№216.013.25f6

Биосовместимый пористый материал и способ его получения

Группа изобретений относится к области медицины. Описан биосовместимый пористый материал, содержащий никелид титана с пористостью 90-95% и открытой пористостью 70-80% со средним размером пор 400 мкм, который пропитан гидроксиапатитом в количестве 26-46 мас.% от массы никелида титана. Описан...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541171
Дата охранного документа: 10.02.2015
Показаны записи 1-10 из 15.
20.03.2014
№216.012.ac2b

Способ активации порошка алюминия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам активации горения дисперсных порошков алюминия, которые могут быть использованы в различных областях промышленности. Способ активации порошка алюминия включает пропитку исходного порошка активатором на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509790
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.08.2014
№216.012.e86c

Твердая смазка для абразивной обработки металлов и сплавов

Настоящее изобретение относится к твердой смазке для абразивной обработки металлов и сплавов, содержащей хлорфторуглеродное масло, низкомолекулярный полиэтилен, минеральное масло, высокодисперсный порошок смеси продукта термического восстановления лейкоксена и карбида кремния или нитрида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525293
Дата охранного документа: 10.08.2014
20.12.2015
№216.013.9a52

Сплав для получения водорода на основе алюминия

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода. Сплав для получения водорода на основе алюминия и добавки, разрушающей окисную пленку алюминия при взаимодействии с водой, содержит в качестве добавки лантан при следующем соотношении компонентов: лантан-...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571131
Дата охранного документа: 20.12.2015
25.08.2017
№217.015.d252

Устройство для засветки фотоэлектрических преобразователей солнечной батареи космического аппарата

Изобретение относится к средствам наземной эксплуатации солнечных батарей (СБ), в частности для проверки их работоспособности. Устройство содержит кожух, включающий корпуса (2) из термостойкой пластмассы со светодиодными излучателями (5). Со стороны, обращенной к СБ, закреплены откидные крышки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621786
Дата охранного документа: 07.06.2017
29.12.2017
№217.015.fd73

Способ обнаружения усталостных поверхностных трещин в электропроводящем изделии

Использование: для обнаружения и регистрации в электропроводящих изделиях усталостных поверхностных трещин с использованием метода акустической эмиссии (АЭ). Сущность изобретения заключается в том, что инициируют акустическую эмиссию в контролируемом изделии путем его нагружения, выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638395
Дата охранного документа: 13.12.2017
19.01.2018
№218.016.00dc

Способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения показателя преломления оптически прозрачных материалов. Предлагается способ определения показателя преломления оптически прозрачного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629695
Дата охранного документа: 31.08.2017
05.07.2018
№218.016.6c2a

Способ определения оптических констант пленок химически активных металлов или их сплавов

Изобретение относится к способам оптико-физических измерений. Способ определения оптических констант пленок химически активных металлов или их сплавов включает измерения эллипсометрических параметров и пленки соответствующего металла или его сплава, предварительно нанесенной путем вакуумного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659873
Дата охранного документа: 04.07.2018
25.10.2018
№218.016.9605

Способ получения формиата железа (ii)

Изобретение относится к получению солей железа из органических кислот, в частности к соли двухвалентного железа из муравьиной кислоты. Предлагается способ получения формиата железа (II), включающий нагревание соединения железа и муравьиной кислоты в присутствии металлической стружки, где...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002670440
Дата охранного документа: 23.10.2018
08.02.2019
№219.016.b84c

Способ модифицирования порошка алюминия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам модифицирования порошков алюминия. Порошок алюминия пропитывают модификатором, представляющим собой гель, полученный растворением формиата железа состава Fe(HCOO)·2HO в смеси дистиллированной воды и глицерина,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679156
Дата охранного документа: 06.02.2019
04.04.2019
№219.016.fb11

Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки

Изобретение относится к области оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения линейного коэффициента теплового расширения тонких прозрачных пленок. Способ определения линейного коэффициента теплового расширения тонкой прозрачной пленки, при котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683879
Дата охранного документа: 02.04.2019

Похожие РИД в системе