A TiN/cristaline silicon interface study by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)

Autor: Vinícius Gabriel Antunes
Přispěvatelé: Alvarez, Fernando, 1946, Siervo, Abner de, Freire Júnior, Fernando Lázaro, Stedile, Fernanda Chiarello, Rodrigues, Varlei, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Física Gleb Wataghin, Programa de Pós-Graduação em Física, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Fernando Alvarez Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin Resumo: Nesta tese, a interface TiN/Si é estudada por espectroscopia de elétrons fotoemitidos por raios-x (XPS). O estudo baseia-se na investigação das ligações químicas presentes no início da formação de um filme fino de TiN depositado sobre o substrato de silício cristalino (c-Si ) crescido pela técnica Ion Beam Deposition. As análises por XPS foram realizadas em uma câmara de ultra alto vácuo anexa a qual as amostras foram preparadas. Manteve-se, portanto, as amostras livres da contaminação com a atmosfera. A escolha do estudo desta interface em particular, baseia-se em sua importância na micro- e optoeletrônica, onde se emprega o filme de TiN. Além disso, a metodologia desenvolvida pode servir para o entendimento a nível microscópico das ligações químicas de interfaces. Desta forma, pode se empregar a metodologia na análise de outros sistemas, tais como TiN/Si3N4, TiN/SiC e TiN/CNx. Ainda, o efeito deletério do oxigênio nas propriedades da interface TiN/Si e o seu controle são discutidos. Na maioria das interfaces (TiN/Si) sintetizadas, o oxigênio está presente e provém em geral da pressão residual de H2O da câmara de preparo das amostras. O estudo desenvolvido e apresentado nesta tese, além de ser relevante do ponto de vista tecnológico, visa contribuir, do ponto de vista da física básica, ao entendimento do fenômeno de oxidação da interface a nível microscópico. Para tanto, os substratos são submetidos a um procedimento de limpeza, que consiste do bombardeamento de íons de xenônio (Xe+) sobre diferentes pressões parciais de H2, previamente a síntese da interface TiN/Si. O tratamento da superfície com Xe+ e H2 permite o controle apurado dos espécimes adsorvidos ao substrato mediante: a remoção mecânica do oxigênio (sputtering) e passivação do substrato pelo hidrogênio formando ligações do tipo Si-H, logo, limitando a formação das ligações do tipo Si-O. A competição entre as ligações Si-H e Si-O é discutida, quantificada e correlacionada a um fator de retenção relativo ao substrato entre o H e o O. Além disso, os efeitos residuais sobre a interface TiN/Si relacionados a presença de H2 e H2O na atmosfera de síntese são analisados e discutidos. Por fim, as conclusões sobre os processos a nível microscópico de formação das interfaces, levam a proposição de um modelo potencialmente interessante para aplicações tecnológicas Abstract: A study by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the TiN/Si interfaces was performed. The investigation of the first atomic layers of TiN nanofilms grown by ion beam deposition on crystalline silicon is reported. The interface was chose by its relevance on the field of micro- optoelectronics, where TiN thin films are broadly used. Besides that, the configuration bonding interface methodology of analyses developed could be used in others similar interfaces systems as TiN/Si3N4, TiN/SiC e TiN/CNx. Also, the effect of the oxygen jeopardizing the interface TiN/Si properties and your control are discussed. Generally, in the synthesis interfaces (TiN/Si) the oxygen is a ubiquitous contaminant coming from the residual H2O pressure on the preparation chamber. From the technological point of view and basic physics, the microscopy understanding of the interface oxidation mechaninsms are relevant. The substrates are prepared by ion beam cleaning involving Xe+ ion bombardment in different partial pressures of molecular H2, after de TiN/Si interface synthesis. The procedure involving Xe+ and H2 elements allows a fine control of the chemical adsorption species at the substrate surface. The expected hydrogen passivation effect by the Si-H bonds formation limiting the Si-O bonds was quantitatively evaluated and correlated with the retention of H and O. Also, the effects of molecular H2 and residual H2O atmosphere present during the process of the interface (TiN/Si) growth are reported. A detailed XPS analysis performed in an attached UHV chamber to the preparation one, shows those procedures (the bombarding cleaning and the H2 atmosphere in the interface growth) plays an important role in the bond formation at the interface. Finally, the conclusions from the microscopy of the interface bonds formation suggest an interesting route of deposition for technologic applications Doutorado Física Doutor em Ciências CAPES 1543087/2015 CNPQ 165744/2014-6 FAPESP 12/10127-5
Databáze: OpenAIRE
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