ВЛИЯНИЕ СИЛАКСАНОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ N-ТИПА

​ВВЕДЕНИЕ

Кремний n-типа остается фундаментальным материалом микроэлектроники, фотовольтаики и сенсорики. Ключевым фактором, ограничивающим эффективность и стабильность устройств на его основе (транзисторов, солнечных элементов, сенсоров), являются поверхностные состояния. Эти состояния, возникающие из-за обрывов кристаллической решетки, адсорбированных примесей и, особенно, присутствия естественной окисной пленки (SiO₂), приводят к поверхностной рекомбинации носителей заряда, деградации работы выхода, нестабильности параметров и снижению долговечности [1-3].

Поиск альтернативных, более эффективных и стабильных методов пассивации поверхности кремния n-типа, преодолевающих ограничения SiO₂, является актуальной задачей.

Одним из перспективных направлений является использование силоксановых покрытий (олиго- и полиорганосилоксанов). Эти соединения способны:

Хемосорбироваться на гидроксилированной поверхности Si/SiO₂, замещая активные ОН-группы и пассивируя оборванные связи (Pb-центры) через образование прочных Si-O-Si связей (реакция 1.1).

Формировать на поверхности плотные, гидрофобные, химически стабильные сети с регулируемой толщиной и функциональностью.

Потенциально обеспечивать лучшую стабильность электрических параметров по сравнению с SiO₂ за счет снижения плотности заряженных состояний и подавления миграции ионов.

Целью настоящей работы является исследование влияния состава и толщины силаксановых покрытий, наносимых на поверхность кремния n-типа с естественным оксидом, на поверхностные распределения и концентрации поверхностных состояний, а также спектральные характеристики отражения/поглощения.

Основные задачи исследования:

Методика нанесение силаксановых покрытий (на основе алкоксисиланов RₓSi(OR')₄₋ₓ) с варьируемым органическим заместителем (R) и толщиной на пластины кремния n-типа.

Оценка степени пассивации поверхности путем определения плотности поверхностных состояний.

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки новых, технологичных и эффективных методов пассивации поверхности кремния, превосходящих по стабильности и воспроизводимости традиционный SiO₂, для создания высокоэффективных и надежных приборов микро-, оптоэлектроники и сенсорики. Результаты исследования позволят установить взаимосвязь структура-свойства для силаксановых покрытий и оптимизировать их применение в конкретных устройствах.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ДЕФЕКТЫ И РОЛЬ ЕСТЕСТВЕННОГО ОКСИДА

Как отмечено выше, ключевым источником поверхностных состояний, ухудшающих характеристики приборов на кремнии n-типа, является приповерхностный слой, доминирующую роль в формировании которого играет естественная окисная пленка (SiO₂). Несмотря на некоторую пассивирующую способность, аморфный SiO₂ на границе с кремнием содержит высокую плотность дефектов [4, 5]:

Pb-центры (Si₃≡Si•, Si₂O≡Si•): Главные рекомбинационные центры на границе раздела Si/SiO₂.

Дефекты в объеме SiO₂: Немостиковый кислород (O₃≡Si-O•), E'-центры (O₃≡Si•), пероксидные связи (O₃≡Si-O-O•), кислородные вакансии. Эти дефекты могут быть источниками фиксированного заряда (Q_f), захватывать или инжектировать носители, участвовать в процессах деградации.

Роль естественного оксидного слоя (SiO₂) является двойственной. С одной стороны, он обеспечивает некоторую пассивацию. С другой стороны, природа границы раздела Si/SiO₂ и сам аморфный слой SiO₂ содержат значительное количество дефектов, являющихся основными источниками поверхностных состояний в запрещенной зоне кремния. К наиболее критичным дефектам в приповерхностном слое SiO₂ относятся [4, 5]:

Pb-центры (Si₃≡Si•, Si₂O≡Si•): Нейтральные оборванные связи кремния на границе раздела, создающие непрерывный спектр состояний вблизи середины запрещенной зоны – основные центры поверхностной рекомбинации.

Немостиковый кислород (O₃≡Si-O•): Дефекты, способные образовывать пероксидные связи (O₃≡Si-O-O•) или взаимодействовать с водородом/примесями, создавая заряженные состояния.

E'-центры (O₃≡Si•): Заряженные дефекты с оборванной связью у кремния, координированного тремя атомами кислорода, вносящие вклад в фиксированный заряд в окисле.

Подвижные ионы (например, Na⁺): Могут мигрировать в поле, вызывая нестабильность параметров приборов.

Наличие этих дефектов в естественном или термическом SiO₂ приводит к флуктуациям поверхностного потенциала, высоким плотностям поверхностных состояний (10¹⁰–10¹² см⁻² эВ⁻¹), неконтролируемому заряду на границе раздела и, как следствие, к нестабильности и снижению эффективности устройств.

Подвижные ионы (Na⁺, K⁺, H⁺): Их миграция в электрическом поле приводит к нестабильности параметров приборов, особенно МОП-структур.

Структура приповерхностного слоя SiO₂ неоднородна, содержит градиент состава и напряжений, что создает пространственные флуктуации потенциала. Процессы реакций могут генерировать ионные или радикальные состояния с низкой вероятностью рекомбинации из-за жесткости матрицы SiO₂. Совокупность этих факторов делает поверхность кремния, покрытую естественным или тонким термическим SiO₂, электрофизически нестабильной и ограничивает достижение максимальных характеристик приборов.

Пассивация силаксанами предлагает альтернативный подход. Олигомерные силаксаны хемосорбируются на гидроксилированной поверхности Si/SiO₂, замещая активные силанольные группы (Si-OH) и пассивируя часть Pb-центров через реакцию конденсации (1.1):

≡Si-OH + HO-Si(OR)₃ → ≡Si-O-Si(OR)₃ + H₂O                                           (1.1)

Последующая поликонденсация приводит к формированию на поверхности нерастворимого каркасного полиорганосилоксана с низкой концентрацией остаточных ОН-групп. Предполагается, что такой слой:

Эффективнее пассивирует оставшиеся дефекты поверхности и границы раздела.

Образует более стабильный и гидрофобный барьер.

Обладает лучшей стойкостью к проникновению подвижных ионов.

Позволяет функционализацию поверхности за счет выбора органического заместителя (R).

В данной работе мы экспериментально исследуем, как формирование таких силаксановых слоев поверх естественного оксида кремния n-типа влияет на критически важные параметры: плотность поверхностных состояний (через τ), работу выхода и поверхностный потенциал, методом эффекта поля.

ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ЗАРЯДА МЕТОДОМ ЭФФЕКТА ПОЛЯ

В представленном исследовании используется метод интегрального эффекта поля. Экспериментальная установка которого приведена на рисунке 1.  Образец кремния R₇ включается в схему моста, образованного резисторами R₈ R₉ и магазином сопротивления R₆. Ток через образец устанавливается с помощью R₁₀ и переменного сопротивления R₁₁. Величина тока контролируется микроамперметром. Баланс измерительного моста и отсчет сопротивления полупроводникового образца производится с помощью магазина сопротивлений (Р-33). Измерение полярности тянущего поля производится переключателем П4, включение тока через образец – переключатель П3. Переключателем П3 замыкают образец.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки. Измерение проводимости

На полевой электрод подается напряжение пилообразной формы, которое формируется интегрирующей цепочкой R_1-c1. С делителя R₃ – R₄ напряжение пилообразной формы подается на вход у двухкоординатного потенциала ПДС-021М. Максимальное значение пилообразного напряжения определяется напряжением, подаваемым от высоковольтного источника. Переключателем П2 производится разряд конденсатора С1 через ограниченное сопротивление R₂. С конденсатора С1 через ограничительное сопротивление R₅ напряжение пилообразной формы подается на полевой электрод. Сигнал интегрального эффекта поля снимается с диагонали моста и подается н схему регистрации, состоящей из микровольтметра В2-11, осциллографа С1-19А и двухкоординатного самописца ПДС-021М.

В эксперименте использовались образцы кремния с геометрическими размерами l = (15÷20) мм, b = (3÷5) мм и толщиной 0,75 мм. Образец промывался в холодной дистиллированной воде, сушился на воздухе в течение суток. Затем на торцы образца химическим никелированием наносились омические контакты. Проверка омичности контактов осуществлялась при помощи измерения проводимости образца при двух различных направлениях тянущего поля.

Непосредственно перед измерением образец травился в свежеподготовленной смеси HNO₃: CH₃COOH: HF = 16:1:2 в течении трёх минут при комнатной температуре, промывался в холодной деонизованной воде, сушился и измерялся.

Затем на образец с помощью стеклянной палочки наносился исследуемый полимер, сушился в термостате, при соответствующей его полимеризации температуре, и измерялся.

Для расчета экспериментальной зависимости удельной поверхностной проводимости от приложенной разности потенциалов, во-первых, необходимо найти чувствительность по оси Х и Y, соответственно по формулам:

 ,

где

l – полная длина образца;

l₀ - длина образца под полевым электродом;

b – ширина образца;

n – величина “эффекта поля”;

m – число делений, соответствующее сигналу с калибровочного сопротивления;

Rₖ - калибровочное сопротивление;

R˚ - сопротивление образца;

V(b) – фиксированное напряжение на полевом электроде.

Удельная поверхностная проводимость рассчитывается по формуле:

σₛ = М * n,

где

n – величина эффекта поля.

Расчет теоретической зависимости удельной поверхностной проводимости производится по формуле:

,

где Δσₛₓ - удельная поверхностная проводимость. Теоретическая и экспериментальная кривые строятся на одном графике, по осям откладываются поверхностная проводимость и поверхностный электрический потенциал. Дальнейшая задача заключается в том, чтобы установить соответствие между величинами, отложенными по осям, для обеих кривых. В отношении оси координат дело заключается только в различии начал отсчёта причем для устранения этого различия достаточно переместить экспериментальную кривую параллельно самой себе вдоль этой оси так, чтобы совпадали минимумы обеих кривых.

После завершения этой операции экспериментально полученные удельные значения изменение проводимости по отношению к началу отсчёта по оси координат представляют собой значения поверхностной проводимости, определяемые соотношением:

Одинаковым значениям ординат одних и тех же ветвей обеих кривых соответствуют одни и те же значения поверхностного электростатического потенциала, которые, таким образом могут быть определены простым переносом этих величин с ветви теоретической кривой на соответствующую ветвь экспериментальной кривой. Таким образом можно получить зависимость Yₛ(V) (рис. 2) [1].

Рисунок 2. Зависимости поверхностного потенциала кремния от напряжения: экспериментальная (1) и теоретическая (2).

Величина Yₛ, соответствующая величине V=0 и есть величина начального изгиба зон, а Δσₛ, соответствующая величине начального изгиба зон равна избыточной поверхностной проводимости.

Зная зависимость Yₛ(V) и измерив ёмкость полученного конденсатора (для данной методики С = 150ПФ), можно рассчитать зависимость Qₛₛ(Yₛ), используя следующие выражения:

_инд = VCₖ,

где

Сₖ - ёмкость конденсатора, отнесённое к единице площади (250ПФ/см²)

V – разность потенциалов, подаваемая на обкладки конденсатора (от 0 до 30кв).

Индуцированный в образец заряд частью идет на изменение заряда в области пространственного заряда, приводящее к изменению поверхностного потенциала от равновесного (при отсутствии поля) к квазиравновесному (при действии поля) значению, а частично захватывается на быстрые поверхностные состояния:

_c(Yₛ), где

_c = 2qn¡Z(Yₛ,U_b),      U_b = .

Полученные значения записаны в таблице 1. Зависимость Qₛₛ(Yₛ) для исследуемого образца кремния и кремния, покрытого пассивирующими покрытиями, представляют собой монотонные кривые (рис.3).

Рисунок 3. Зависимость заряда, захваченного на поверхностные состояния, от поверхностного потенциала: 1 – Si, 2 – Si + (CH₃)₂SiCl₂, 3 – Si +ЛТЭ-68а, 4 – Si + ЛТЭ-68а-БФ, 5 – Si + ПББ-1, 6 – Si + K-56T.

Таблица 1.

Экспериментальные результаты величины Q_ss

Анализ экспериментальных результатов, полученных методом интегрального эффекта поля, показывает, что после стандартной обработки (травитель типа СР, отмывка в холодной деонизированной воде) реальная поверхность кремния n-типа проводимости заряжается положительно, обнаруживая положительный сдвиг поверхностного потенциала Yₛ.

Так как полученный поверхностный заряд на поверхности исследуемого образца кремния положителен, то можно сделать вывод о существовании на поверхности уровней донорного типа.

По величине поверхностного заряда проводились оценка плотности поверхностных состояний N_ss.

По полученным данным зависимости Q(Yₛ) можно расчитать плотность поверхностных состояний по следующей формуле:

где Nₛₛ(E) – плотность поверхностных состояний.

Энергетическое распределение изменения плотности поверхностных состояний на чистом кремнии и кремнии покрытого пассиваторами представлено на рис. 4, рис. 5, рис. 6.

Рисунок 4. Энергетическое распределение плотности поверхностных состояний кремния: x – Si; Δ – Si + ЛТЭ-68а-БФ; □ – Si + ПББ-1.

Рисунок 5. Энергетическое распределение плотности поверхностных состояний в системе кремний – полимер серии КТЭ-2: x – Si (шлиф.) + КТЭ-2; - Si (пол. 0.5 час.) + КТЭ-2; □ – Si (пол. 1.0 час) + КТЭ-2; Δ – Si (пол. 1.5 час.) + КТЭ-2.

Обсуждение полученных результатов

На рис. 4 и 5 представлено изменение плотности поверхностных состояний в запрещённой зоне кремния, полученные на основании экспериментальных кривых захвата. Из представленных зависимостей чётко видно, что покрытие пассиваторами снижает плотность поверхностных состояний в середине запрещённой зоны вблизи уровня Ферми (по сравнению с исходной), но незначительно изменяет ёё вблизи краёв зон. Покрытие пассиваторами снижает плотность поверхностных состояний в середине запрещённой зоны кремния вблизи уровня Ферми преимущественно за счёт устранения глубоких ловушек Шокли-Рида-Холла [2] (SRH-ловушек), связанных с нескомпенсированными оборванными ковалентными связями на поверхности кристалла. Эти ловушки возникают из-за того, что атомы кремния на границе раздела теряют соседей, что приводит к появлению незаполненных электронных состояний в середине запрещённой зоны. Пассиваторы химически связываются с такими оборванными связями, насыщая их валентными электронами. Это превращает глубокие ловушки (энергетически расположенные далеко от краёв зон) в нейтральные или заполненные состояния, что резко снижает их способность захватывать носители заряда и участвовать в рекомбинации.

В то же время, поверхностные состояния вблизи краёв валентной зоны и зоны проводимости часто обусловлены не оборванными связями, а дефектами структуры (например, дислокациями, вакансиями атомов кремния) или адсорбированными примесями (металлы, углерод), которые создают мелкие ловушки. Эти дефекты не устраняются стандартной химической пассивацией, так как их природа не связана с ковалентными связями на поверхности. Например, дислокации создают локальные искажения кристаллической решётки, формируя мелкие энергетические уровни у краёв зон, которые слабо взаимодействуют с пассиваторами. Кроме того, краевые состояния могут возникать из-за квантовых эффектов (например, изгиба зон на границе раздела фаз) или фононных мод, которые не подавляются насыщением оборванных связей. В результате пассивация почти не влияет на такие ловушки, оставляя плотность состояний у краёв зон практически неизменной.

Нанесение пассивирующих покрытий, в большинстве случаев, приводило к увеличению заряда поверхностных состояний. Это указывает на то, что используемые покрытия сами по себе могут вносить новые дефекты или изменять распределение существующих поверхностных состояний. Применение пассиваторов ЛТЭ-68а-БФ и ЛТЭ-1 для покрытия поверхности кремния не приводит к существенному изменению существующего поверхностного заряда в первую очередь из-за их физического механизма действия и химической природы. Эти материалы относятся к классу защитных лаков или полимерных покрытий, основная функция которых заключается в создании инертного физического барьера на поверхности полупроводника. Их ключевая роль – изоляция поверхности кремния от воздействия внешней среды: предотвращение адсорбции атмосферных газов (особенно кислорода и паров воды), ионов, пыли и других загрязняющих веществ, которые являются основными источниками нестабильности поверхностных свойств и генерации неконтролируемых поверхностных зарядов со временем. Сами по себе ЛТЭ-68а-БФ и ЛТЭ-1 обладают высоким удельным сопротивлением и химической инертностью. Они не содержат в своем составе значительного количества активных ионных групп или веществ, способных к интенсивному донорно-акцепторному взаимодействию с поверхностными состояниями кремния на границе раздела. При нанесении они формируют сплошную, непроницаемую пленку, которая "консервирует" текущее состояние поверхности, включая существующий поверхностный заряд. Покрытие не вступает в химические реакции, которые могли бы привести к переносу заряда (например, к обмену электронами или ионами) между пленкой и полупроводником. Оно также не создает значительных дипольных моментов на границе раздела, которые могли бы индуцировать заряд. Таким образом, эти пассиваторы эффективно выполняют свою защитную функцию, предотвращая дальнейшее изменение поверхностного заряда под влиянием внешних факторов, но не активно нейтрализуют или модифицируют тот заряд, который уже присутствовал на поверхности кремния до нанесения покрытия. Их действие скорее пассивно-изолирующее, чем активно-компенсирующее.

Изменение вида кривых захвата после нанесения покрытий указывает на перераспределение заряда между поверхностными состояниями, даже если общий заряд не изменяется значительно.

Покрытие диметилдихлорсиланом привело к увеличению заряда поверхностных состояний, расположенных вблизи середины запрещенной зоны, и уменьшению заряда состояний вблизи дна зоны проводимости. Покрытие диметилдихлорсиланом (ДМДХС) приводит к увеличению заряда поверхностных состояний в середине запрещённой зоны кремния и уменьшению заряда состояний вблизи дна зоны проводимости из-за особенностей химического взаимодействия этого соединения с поверхностью и возникающих при этом электронных эффектов. При нанесении ДМДХС на кремний его молекулы реагируют с гидроксильными группами (Si-OH), образуя ковалентные связи Si-O-Si(CH₃)₂. Однако в отличие от классических пассиваторов (например, водорода или кислорода), которые полностью насыщают оборванные связи кремния, метильные группы (CH₃) в ДМДХС создают стерические препятствия, мешая плотному и равномерному покрытию. Это приводит к частичному сохранению нескомпенсированных оборванных связей или даже возникновению новых дефектов на границе раздела, которые действуют как глубокие ловушки в середине запрещённой зоны. Эти дефекты могут быть связаны с неоднородностью органического слоя, локальными напряжениями в кристаллической решётке или остаточными реакционноспособными участками, где не завершилась полная пассивация.

Одновременно метильные группы, обладающие электронодонорными свойствами, могут индуцировать поверхностные диполи или изменять электростатическое окружение вблизи зоны проводимости. Это экранирует или смещает энергетические уровни дефектов, расположенных у дна зоны проводимости, которые обычно связаны с примесями (например, металлическими адсорбатами) или дислокациями. Органический слой ДМДХС также может блокировать адсорбцию внешних примесей, ответственных за мелкие ловушки вблизи зоны проводимости, что снижает их вклад в поверхностные состояния. Однако в середине запрещённой зоны преобладают дефекты, обусловленные нескомпенсированными связями и структурными искажениями, которые не устраняются из-за неидеальности покрытия. Таким образом, комбинация стерических эффектов, неполной пассивации и изменения поверхностной электростатики объясняет противоположное влияние ДМДХС на состояния в разных областях запрещённой зоны.

Покрытие герметизирующим материалом К-56Т привело к отрицательному заряжению поверхности, что свидетельствует об инверсии типа проводимости поверхности с n на p. В основе этого явления лежит изменение электронных свойств приповерхностного слоя полупроводника под действием покрытия, что вызывает перераспределение зарядов и формирование инверсионного слоя. Ключевым фактором является образование поверхностных состояний и влияние примесей, вносимых материалом К-56Т. При нанесении покрытия на поверхность полупроводника n-типа его компоненты (например, акцепторные примеси или химически активные группы) могут связываться с атомами кристаллической решётки, создавая локальные дефекты. Эти дефекты действуют как центры захвата электронов, уменьшая концентрацию свободных носителей в зоне проводимости [3]. Одновременно происходит внедрение акцепторных примесей, которые "принимают" электроны, генерируя дырки в валентной зоне. Это приводит к преобладанию дырочной проводимости в приповерхностном слое, что соответствует переходу к p-типу [4]. Кроме того, покрытие может создавать электрические диполи на границе раздела. Например, полярные группы в составе К-56Т индуцируют поверхностный заряд, который изгибает энергетические зоны полупроводника. В случае отрицательного заряда на поверхности зоны изгибаются таким образом, что дно зоны проводимости опускается ниже уровня Ферми, а потолок валентной зоны поднимается, формируя инверсионный слой с повышенной концентрацией дырок [4; 5]. Этот эффект аналогичен процессам в МДП-структурах, где приложенное напряжение вызывает инверсию типа проводимости за счёт перераспределения зарядов в приповерхностной области [4]. Важную роль играет также химическая пассивация поверхности. Герметизирующий материал может блокировать адсорбцию кислорода или других веществ, которые обычно компенсируют поверхностные состояния в полупроводниках n-типа. В результате незаполненные оборванные связи кремния или других элементов решётки становятся источниками отрицательного заряда, усиливая инверсию [3].

Плохое или неполное пассивирующее покрытие на поверхности кремния неизбежно приводит к значительным и непредсказуемым изменениям поверхностного заряда, проявляющимся через ряд конкретных физико-химических процессов, которые катастрофически влияют на стабильность и работу полупроводниковых приборов:

1. Неконтролируемое окисление и рост дефектного слоя: На участках, где покрытие отсутствует или имеет микротрещины/поры, атмосферный кислород (O₂) и влага (H₂O) немедленно взаимодействуют с поверхностью кремния. Вместо формирования высококачественного термического оксида образуется дефектный слой нативного оксида кремния (SiOₓ, где x<2). Этот слой содержит высокую концентрацию фиксированного положительного заряда, возникающего из-за нестехиометрии, вакансий кислорода и сильных напряжений в решетке. Величина этого заряда может на несколько порядков превышать исходный заряд чистой поверхности и варьируется от образца к образцу в зависимости от условий окисления.
2. Массовая адсорбция и миграция ионов: Влага, проникающая через дефекты покрытия, конденсируется на поверхности кремния и на границе раздела кремний/покрытие. Она растворяет присутствующие ионы (даже следовые количества из атмосферы или остатки с предыдущих технологических этапов – Na⁺, K⁺, Cl⁻). Образуются проводящие ионные каналы. Под действием даже слабых электрических полей (например, от p-n переходов или межсоединений) эти ионы мигрируют к поверхности кремния и накапливаются там, создавая значительный подвижный ионный заряд. Этот заряд непостоянен – он дрейфует во времени и резко меняется при колебаниях температуры или влажности окружающей среды.
3. Взрывной рост плотности поверхностных состояний: Адсорбированные молекулы воды и кислорода, а также механические напряжения на границе "оголенный кремний / край покрытия", создают огромное количество энергетических состояний в запрещенной зоне кремния прямо на поверхности. Эти состояния действуют как ловушки для носителей заряда (электронов и дырок). Когда уровень Ферми на поверхности меняется (например, при подаче напряжения на затвор транзистора или при освещении), ловушки захватывают или испускают носители. Это приводит к динамическому изменению эффективного поверхностного заряда в зависимости от приложенного смещения, частоты сигнала и температуры. Плотность этих состояний может достигать 10¹² – 10¹³ см⁻²·эВ⁻¹, что на порядки выше, чем на качественно пассивированной поверхности.
4. Локальные "горячие точки" коррозии и неоднородности: Дефекты покрытия не распределены равномерно. Возникают микрозоны активной коррозии – участки, где кремний непосредственно контактирует с атмосферой. Здесь протекает ускоренное электрохимическое окисление (особенно в присутствии ионов), приводящее к образованию пятен пористого или рыхлого оксида и продуктов коррозии. Вокруг этих пятен формируются области с экстремально высоким положительным зарядом. Соседние области под относительно целым покрытием могут иметь иной заряд. Эта сильная пространственная неоднородность создает локальные электрические поля, вызывающие паразитные токи утечки между соседними элементами схемы.

Таким образом, плохое пассивирующее покрытие не просто оставляет поверхность кремния уязвимой – оно активно создает условия для формирования динамической, неоднородной и высокореакционной системы на границе раздела. Это приводит к появлению больших, нестабильных и пространственно-вариабельных зарядов (фиксированных, подвижных ионных и зарядов в поверхностных состояниях), которые делают электрические параметры любых кремниевых приборов неконтролируемыми, непредсказуемыми и непригодными для надежной работы. Дефектное покрытие часто оказывается хуже, чем его полное отсутствие в контролируемой инертной среде.

На основании полученных данных можно выделить следующие характерные черты поведения поверхности кремния, покрытой кремнийорганическими пассиваторами:

- величина поверхностного заряда изменяется по сравнению с травленной поверхностью;

- покрытие полимерами изменяет плотность поверхностных состояний;

- Покрытие травленной поверхности кремния пассивирующими покрытиями привело к увеличению заряда поверхностных состояний и только полимеры ЛТЭ-68а-БФ и ЛТЭ-1 практически не увеличивают этот заряд. Однако, кривые захвата (рис.3. 2, 3, 4, 5), оставаясь монотонными, изменили свой вид, что свидетельствует о перераспределении заряда поверхностных состояний;

- Диметилдихлорсилан, использованный в качестве полимерного покрытия (кривая 2), значительно увеличил заряд поверхностных состояний, расположенных у середины запрещённой зоны; в то же время заряд поверхностных состояний, расположенных вблизи дна зоны проводимости, уменьшился;

- Покрытие реальной поверхности кремний герметизирующим материалом    К-56Т привело к отрицательному заряжению поверхности и изменило характер распределения поверхностных состояний и их тип;

- Полимеры КТЭ, КТЭ-1 (с добавками бора и фосфора) и КТЭ-2 (с добавками серы) оказывают относительно небольшое влияние на поверхностный заряд, по сравнению с другими покрытиями. Это может быть связано с тем, что стабилизирующие добавки нейтрализуют поверхностные состояния или препятствуют адсорбции примесей.

В заключение, полученные результаты демонстрируют, что полимерные покрытия оказывают существенное влияние на поверхностные свойства кремния n-типа, изменяя как величину, так и распределение заряда поверхностных состояний. Выбор конкретного полимерного покрытия должен основываться на тщательном анализе его взаимодействия с поверхностью кремния и учитывать требования к конкретному прибору.

Список литературы:

1. Афанасьев В.В., Петришин М.В., Штосс А., Бекманн Ф. Определение абсолютной величины поверхностного потенциала полупроводника по квазистатическим вольт-фарадным характеристикам МДП структуры // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2003. — № 12. — С. 55–60.
2. Каганов М.И., Эдельман В.С. Электроны проводимости. — М.: Наука, 1985. — 176 с.
3. Мякишев Г.Я. (ред.). Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. организаций с прил. на электрон. носителе. Базовый и углубл. уровни. — М.: Просвещение, 2022. — 414 с. — § 110. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости полупроводников. — С. 302–310.
4. Пудалов В.М. МДП-структура // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 132–133.
5. Hall R.N. Electron-Hole Recombination in Germanium // Physical Review. — 1952. — Vol. 87. — № 2. — P. 387.
6. Shockley W., Read W.T. Jr. Statistics of the Recombinations of Holes and Electrons // Physical Review. — 1952. — Vol. 87. — № 5. — P. 835–842.