×
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 21-30 из 99.
27.12.2015
№216.013.9e2d

Способ получения нанодисперсного ферромагнитного материала

Изобретение относится к химической технологии. Способ включает упаривание смеси водных растворов цинк- и железосодержащих солей карбоновой кислоты, взятых в стехиометрическом соотношении. В качестве солей карбоновой кислоты используют формиат цинка состава Zn(НСОО)·2НО и формиат железа состава...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572123
Дата охранного документа: 27.12.2015
10.01.2016
№216.013.9f50

Способ получения нанокристаллического порошка сульфида серебра

Изобретение относится к технологии получения порошкового материала, содержащего наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине. Нанокристаллический порошок сульфида серебра получают осаждение из водного раствора смеси нитрата серебра и сульфида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572421
Дата охранного документа: 10.01.2016
10.02.2016
№216.014.cea5

Способ получения метатитановой кислоты

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения метатитановой кислоты включает взаимодействие соединения титана с неорганической солью лития в присутствии лимонной и азотной кислот и последующий трехступенчатый отжиг. Полученный продукт обрабатывают уксусной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575041
Дата охранного документа: 10.02.2016
20.06.2016
№217.015.0496

Способ получения ультрадисперсного порошка серебра и ультрадисперсный порошок серебра, полученный этим способом

Изобретение относится к способам получения порошкового материала, содержащего микрочастицы, и может быть использовано в медицине в качестве материала с бактерицидным действием; в химии для очистки питьевой воды; в производстве катализаторов; в химической промышленности для защитного покрытия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587446
Дата охранного документа: 20.06.2016
10.04.2016
№216.015.2ba8

Способ получения наноультрадисперсного порошка оксида металла

Изобретение относится к области химической промышленности. Способ включает обработку исходной смеси, содержащей хлорид металла, в токе водяного пара при повышенной температуре. В исходную смесь вводят хлорид натрия. Соотношение хлорид металла: хлорид натрия =1÷2:1. Обработку проводят при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579632
Дата охранного документа: 10.04.2016
12.01.2017
№217.015.6105

Способ получения нанокристаллического сульфида свинца

Изобретение относится к получению порошков, содержащих наночастицы полупроводникового соединения, и может быть использовано в оптоэлектронике и медицине. Способ получения нанокристаллического сульфида свинца включает осаждение из водного раствора смеси неорганической соли свинца и сульфида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591160
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.7d3a

Способ получения водного коллоидного раствора наночастиц сульфида серебра

Изобретение может быть использовано в оптоэлектронике и медицине при получении источников излучения и флуоресцентных меток. Способ получения водного коллоидного раствора наночастиц сульфида серебра включает получение смеси водных растворов нитрата серебра, сульфида натрия и стабилизатора. К...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600761
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.8424

Способ получения наночастиц диоксида ванадия

Изобретение может быть использовано в производстве термохромного материала, катодного материала литиевых источников тока, терморезисторов, термореле, переключающих элементов. Для получения наночастиц диоксида ванадия моноклинной сингонии проводят гидротермальную обработку смеси метаванадата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602896
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.87ee

Наночастицы сульфида серебра в лигандной органической оболочке и способ их получения

Изобретение может быть использовано в медицине, фотонике, гетерогенном катализе. Наночастицы сульфида серебра имеют лигандную оболочку, состоящую из цитратных групп. Толщина оболочки от 1 до 10 нм. Способ получения указанных наночастиц сульфида серебра включает получение исходного раствора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603666
Дата охранного документа: 27.11.2016
25.08.2017
№217.015.9d4e

Способ получения ванадата аммония

Изобретение относится к способам получения нано- и микроразмерных магнитных материалов, в частности к способу получения ванадата аммония со структурой фресноита состава (NH)VO. Способ включает получение исходного водного раствора метаванадата аммония, добавление в раствор сульфата ванадила...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610866
Дата охранного документа: 16.02.2017
Показаны записи 11-16 из 16.
29.05.2019
№219.017.6683

Технологическая крышка

Крышка предназначена для защиты солнечных батарей при наземной эксплуатации космических аппаратов различного назначения. Устройство (технологическая крышка), закрепленное на солнечной батарее космического аппарата содержит кожух с элементами крепления к каркасу солнечной батареи. Кожух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002375270
Дата охранного документа: 10.12.2009
02.10.2019
№219.017.cb40

Способ формирования племенного молочного стада крупного рогатого скота с использованием генетических факторов

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ формирования племенного молочного стада крупного рогатого скота с использованием генетических факторов, включающий использование быков-производителей наиболее распространенных линий в породе, подбор маток к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701499
Дата охранного документа: 26.09.2019
09.10.2019
№219.017.d3a2

Способ получения формиата меди (ii)

Изобретение относится к получению солей меди с использованием органических кислот, в частности к получению формиатов двухвалентной меди, которые могут быть использованы для синтеза купратов щелочноземельных металлов и высокотемпературных сверхпроводников, получения медных порошков для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702227
Дата охранного документа: 07.10.2019
01.12.2019
№219.017.e91f

Бессопловой ракетный двигатель твердого топлива

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к ракетам с бессопловом двигателем твердого топлива. Бессопловой ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус, имеющий переднее днище, цилиндрическую часть и задний торец, заряд твердого топлива, торец которого выполнен в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707648
Дата охранного документа: 28.11.2019
04.05.2020
№220.018.1af5

Способ получения твердого электролита

Изобретение относится к способам получения твердого электролита с высокой ионной проводимостью при температурах окружающей среды и может быть использовано при изготовлении электрохимических источников тока, сенсоров, ионных источников и других устройств. Способ получения твердого электролита на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720349
Дата охранного документа: 29.04.2020
23.05.2023
№223.018.6c03

Способ активации порошка алюминия

Изобретение относится к порошковой металлургии и предназначено для получения порошка активированного алюминия, используемого в качестве энергетической добавки в различных композициях. Способ активации порошка алюминия, включающий пропитку исходного порошка алюминия гелем, полученным путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002737950
Дата охранного документа: 07.12.2020
+ добавить свой РИД