1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 4, 2023

Известия РАН. Механика твердого тела, 2023, № 4, стр. 53-63

НАНОИНДЕНТИРОВАНИЕ ПЛЕНОК AlGaN, СФОРМИРОВАННЫХ НА ПОДЛОЖКАХ SiC/Si, ВЫРАЩЕННЫХ МЕТОДОМ СОГЛАСОВАННОГО ЗАМЕЩЕНИЯ АТОМОВ

А. С. Гращенко a, *, С. А. Кукушкин a, **, А. В. Осипов a, Ш. Ш. Шарофидинов b

a Институт проблем машиноведения РАН
Санкт-Петербург, Россия

b Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: asgrashchenko@bk.ru
** E-mail: sergey.a.kukushkin@gmail.com

Поступила в редакцию 14.10.2022
После доработки 25.10.2022
Принята к публикации 27.10.2022

Аннотация

В работе, методом наноиндентирования, проведены исследования механических и деформационных характеристик эпитаксиальных пленок твердых растворов AlGaN, сформированных на подложках кремния кристаллографических ориентаций (001), (011) и (111) с буферным слоем карбида кремния (SiC/Si), синтезированным методом согласованного замещения атомов. Рост эпитаксиальных слоев AlGaN осуществлялся как непосредственно на гибридной подложке SiC/Si, так и на подложке SiC/Si дополнительно покрытой буферным слоем AlN. Морфология и структура поверхности слоев была исследована методом атомно-силовой микроскопии. Измерены структурные характеристики гибридных подложек и пленок AlGaN, выращенных с использованием буферного слоя нитрида алюминия и без него. Установлена однозначная связь между механическими свойствами (модуль упругости и твердость) и структурой поверхности пленок AlGaN. Обнаружено, что буферный слой AlN оказывает существенное влияние на механические и деформационные свойства пленок AlGaN в начальный момент вдавливания, когда происходит преимущественно упругая деформация слоя. Определена шероховатость и охарактеризована морфология поверхности пленок AlGaN. Впервые экспериментально, при помощи метода наноиндентирования, проведены измерения параметров твердости и приведенного модуля упругости эпитаксиальных AlGaN, выращенных на гибридных подложках SiC/Si и AlN/SiC/Si.

Ключевые слова: наноиндентирование, модуль упругости, тонкие пленки, AlGaN, AlN, GaN, SiC на Si, гетероструктуры, твердость, приведенный модуль упругости

Список литературы

  1. Kukushkin S.A., Osipov A.V. Nanoscale single-crystal silicon carbide on silicon and unique properties of this material // Inorganic Materials. 2021. V. 57. P. 1319–1329. https://doi.org/10.1134/S0020168521130021

  2. Кукушкин С.А., Осипов А.В. Эпитаксиальный карбид кремния на кремнии. Метод согласованного замещения атомов // Журнал общей химии. 2022. Т. 94. № 4. С. 547–577. https://doi.org/10.31857/S0044460X22040023

  3. Karpov S.Y., Podolskaya N.I., Zhmakin I.A., Zhmakin A.I. Statistical model of ternary group-III nitrides // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. P. 235203. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.235203

  4. Кукушкин С.А., Шарофидинов Ш.Ш., Осипов А.В., Гращенко А.С., Кандаков А.В., Осипова Е.В., Котляр К.П., Убыйвовк Е.В. Самоорганизация состава пленок AlxGa1 –xN, выращенных на гибридных подложках SiC/Si // ФТТ. 2021. № 3. С. 363–369.

  5. Шарофидинов Ш.Ш., Кукушкин С.А., Старицын М.В., Солнышкин А.В., Сергеева О.Н., Каптелов Е.Ю., Пронин И.П. Структура и свойства композитов на основе нитридов алюминия и галлия, выращенных на кремнии разной ориентации с буферным слоем карбида кремния // ФТТ. 2022. № 5. С. 522–527.

  6. Солнышкин А.В., Сергеева О.Н., Шустова О.А., Шарофидинов Ш.Ш., Старицын М.В., Каптелов Е.Ю., Кукушкин С.А., Пронин И.П. Диэлектрические и пироэлектрические свойства композитов на основе нитридов алюминия и галлия, выращенных методом хлорид-гибридной эпитаксии на подложке карбида кремния на кремнии // Письма в ЖТФ. 2021. № 9. С. 7–10. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.09.50898.18673

  7. Manandhar M.B., Matin M.A. Comparative modelling and thermal analysis of AlGaN/GaN power devices // J. Low Power Electron. Appl. 2021. V. 11 (3). P. 33. https://doi.org/10.3390/jlpea11030033

  8. Ben Amar A., Faucher M., Brandli V., Cordier Y., Théron D. Young’s modulus extraction of epitaxial heterostructure AlGaN/GaN for MEMS application // Phys. Status Solidi A. 2014. V. 211. № 7. P. 1–5. https://doi.org/10.1002/pssa.201330339

  9. Шарофидинов Ш.Ш., Кукушкин С.А., Редьков А.В., Гращенко А.С., Осипов А.В. Рост полупроводниковых III–V гетероструктур на подложках SiC/Si // Письма в ЖТФ. 2019. № 14. С. 24. https://doi.org/110.1134/S1063785019070277

  10. Кукушкин С.А., Шарофидинов Ш.Ш. Новый метод получения объемных кристаллов AlN, GaN и AlGaN с использованием гибридных подложек SiC/Si // ФТТ. 2019. № 12. С. 2338–2343.

  11. Гращенко А.С., Кукушкин С.А., Николаев В.И., Осипов А.В., Осипова Е.В., Сошников И.П. Исследование анизотропных упругопластических свойств пленок β-Ga2O3, синтезированных на подложках SiC/Si // ФТТ. 2018. № 5. С. 851–856.

  12. Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // Journal of Materials Research. 1992. V. 7. P. 1564–1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564

  13. Hertz H. On the contact of elastic solids // Z. Reine Angew. Math. 1881. V. 92. P. 156–171.

  14. Kukushkin S.A., Osipov A.V., Soshnikov I.P. Growth of epitaxial SiC layer on Si (100) surface of n- and p-type of conductivity by the atoms substitution method // Rev. Adv. Mater. Sci. 2017. V. 52. P. 29–42.

  15. Bessolov V.N., Konenkova E.V., Kukushkin S.A., Osipov A.V., Rodin S.N. Semipolar gallium nitride on silicon: technology and properties // Rev. Adv. Mater. Sci. 2014. V. 38. P. 75–93.

  16. Koryakin A.A., Kukushkin S.A., Osipov A.V., Sharofidinov S.S., Shcheglov M.P. Growth mechanism of semipolar AlN layers by HVPE on hybrid SiC/Si(110) substrates // Materials. 2022. V. 15 (18). P. 6202. https://doi.org/10.3390/ma15186202

  17. Корякин А.А., Кукушкин С.А., Осипов А.В., Шарофидинов Ш.Ш., Щеглов М.П. Новый метод релаксации упругих напряжений при росте гетероэпитаксиальных пленок // Изв. РАН. МТТ. 2023 (в печати).

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал