Silīcija nitrīda dielektrisko pārklājumu fizikāli ķīmisko īpašību izmaiņas jonizējošā starojuma ietekmē

Abstract

Darbā ir pētīta paātrinātu elektronu un bremzējošā starojuma ietekme uz SiO2-Si3N4-SiO2 un Si3N4 kondensatora dielektrisko slāņu sintezētu uz Si pamatnes virsmas morfoloģiju un ķīmisko sastāvu, elektriskajām īpašībām – reālo kapacitāti, reālo un imagināro dielektrisko caurlaidība. SiO2-Si3N4-SiO2 un Si3N4 apstaroti ar paātrinātiem elektroniem un bremzējošo starojumu absorbēto dozu diapazonā no 3 līdz 30 kGy. Analizētie paraugi atkārtoti apstaroti ar paātrinātajiem elektroniem līdz 1400 kGy. Paraugu starošana veikta LU lineārajā elektronu paātrinātājā ELU-4. Paraugu ķīmiskā sastāva un virsmas reljefa analīze apstarotajiem un neapstarotajiem paraugiem veikta ar pilnīgas iekšējās atstarošanas Furjē transformācijas infrasarkano spektrometriju (ATR-FTIR), rentgendifraktometriju (XRD), Ramana spektrometriju. Virsmas morfoloģiskā struktūra analizēta ar atomspēku mikroskopijas (AFM) un elektrisko īpašību analīze veikta ar dielektriskās spektrometrijas metodi. Darbā novērtēta izvēlēto metožu piemērotība jonizējošā starojuma ietekmes analīzei. Iegūtie dati parāda, ka ATR-FTIR, AFM un Raman spektrometrijas metode ir piemērota pētītoSi3N4 un SiO2-Si3N4-SiO2 dielektrisko slāņu uz Si pamatnes starojuma ietekmes novērtēšanai. Ramana spektrometrijā, apstrādājot iegūtos rezultātus, ir iespējams secināt, ka Si3N4 dielektriķa struktūra ir amorfa. Si3N4 parauga ATR-FTIR spektros ir novērojamas jauna signāla novērošana ap 491 cm-1 apgabalā un kopējo signālu intensitāšu samazināšanos, tas norāda uz iespējamo ķīmisko saišu šķelšanos un struktūra defektu veidošanos jonizējošā starojuma ietekmē.

The influence of ionizing radiation on surface morphology, chemical composition and electric properties – real capacitance, imaginary and real electric constant, of the dielectric layers of SiO2-Si3N4-SiO2 and Si3N4 on Si substrate has been studied. Samples where irradiated with accelerated electrons and Bremsstrahlung radiation (absorbed dose in the range of 3 to 30 kGy). Sample irradiation was performed with linear electron accelerator ELU-4. In addition, Si3N4 samples where irradiated to absorbed dose up to 1400 kGy with accelerated electrons. The samples chemical composition and surface morphology before and after irradiation have been analyzed using atomic force microscopy (AFM), attenuated total reflection Fourier transformation infrared spectrometry (ATR-FTIR), X-ray diffractometry (XRD) and Raman spectrometry. Samples electric properties before and after irradiation where analyzed with Dielectric spectroscopy. In present research, the suitability of chosen methods to analyze ionizing radiation influence on Si3N4 and SiO2-Si3N4-SiO2 dielectric layers on Si substrate samples is estimated. Analysis of the data showed that the ATR-FTIR, AFM and Raman spectrometry is suitable for analyzing Si3N4 and SiO2-Si3N4-SiO2 dielectric layers on Si substrate. Raman spectrometry results shows, that Si3N4 structure is amorphous. Si3N4 samples in ATR-FTIR spectrum shows new signal in irradiated samples around 491 cm-1 and signal intensities in whole spectrum decrease. It points to a possible chemical bond breaking and structural defects formation due to irradiation with ionizing radiation.