Обзор химических и эпитаксиальных методов, используемых при формировании низкоразмерных силицидов
DOI:
https://doi.org/10.24866/2227-6858/2025-1/27-42Ключевые слова:
силициды, низкоразмерные материалы, химические и эпитаксиальные методы, структурные свойстваАннотация
В статье представлен обзор химических и эпитаксиальных методов, используемых для формирования низкоразмерных силицидов. Литературный обзор позволил установить, какие методы являются более предпочтительными при формировании силицидов с определёнными свойствами. Силициды металлов являются востребованными материалами для производства, фото- и термоэлектрических преобразователей, оптических датчиков и т.д., поэтому у исследователей они вызывают большой интерес. В ходе анализа литературных источников установлено, что для получения плёнок силицидов тугоплавких металлов эффективно лазерно-индуцированное химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ) и ХОГФ в плазме. Для синтеза плёнок со структурой наноразмерных нитей оптимальным методом является химическое осаждение из газовой фазы в трубчатой печи. Формирование плёнок с полупроводниковым характером проводимости эффективно проводить путём нанесения металла на кремний с последующим испарением или распылением и термообработкой, а также внедрения атомов металла из нанесённой на поверхность Si металлической плёнки ионами инертных газов. Для синтеза твёрдого раствора, включающего полупроводниковые силициды металлов, оптимальным методом является прямое сплавление элементов с последующим горячим прессованием. Для формирования легированных плёнок соединений металлов с кремнием со слаборазвитым рельефом с заданной толщиной при стабильной скорости осаждения хорошо зарекомендовавшим себя является метод молекулярно-лучевой эпитаксии. Менее затратными методами получения плёнок силицидов, по сравнению с вышеописанными, являются твердофазная и реактивная эпитаксии.
Библиографические ссылки
1. West G.A., Beeson K.W., Gupta A. Laser‐induced chemical vapor deposition of titanium silicide films // Journal of Vacuum Science & Technology A. 1985. № 3. P. 2278–2282. DOI: https://doi.org/10.1116/1.572907
2. Zergioti I., Zervaki A., Hatziapostolou A. [et al]. Deposition of refractory coatings by LCVD // Optical and Quantum Electronics. 1995. Vol. 27. № 12. P. 1377–1383. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00326489
3. Мустафаев Г.А., Черкесова Н.В., Хасанов А.И., Мустафаев А.Г. Технология формирования силицидов тугоплавких металлов для изделий микро- и наноэлектроники // Вестник Академии наук Чеченской Республики. 2020. № 4(51). С. 28–32. DOI: https://doi.org/10.25744/vestnik.2020.51.4.005
4. Ковалевский А.А., Лабунов В.А., Строгова А.С., Цыбульский В.В. Исследование особенностей образования полупроводникового дисилицида титана // Журнал технической физики. 2016. Т. 86, № 9. С. 62–64. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784216090139
5. Комар О.М. Фундаментальные особенности создания и использования дисилицида титана с полупроводниковыми свойствами // Новости науки и технологий. 2015. № 4(35). С. 32–41. EDN: YFTDBH
6. Анисович А.Г., Маркевич М.И., Щербакова Е.Н. Исследование структуры полупроводниковой фазы силицида титана: материалы 17-й Международной научно-технической конференции «Приборостроение–2024»: Минск, 2024. С. 388–389. https://rep.bntu.by/handle/data/153166.
7. Zhang H., Li F., Liu C., Cheng H. The facile synthesis of nickel silicide nanobelts and nanosheets and their application in electrochemical energy storage // Nanotechnology. 2008. Vol. 19, № 16. P. 165606. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/16/165606
8. Kitti J.A., Lauwers A., Demeurisse C. [et al.] Direct evidence of linewidth effect: Ni31Si12 и Ni3Si formation on 25 nm Ni fully silicided gates // Applied Physics Letters. 2007. Vol. 90, № 17. P. 172107–172107-3. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2732820
9. Pokhrel A., Samad L., Meng F., Jin S. Synthesis and characterization of barium silicide (BaSi2) nanowire arrays for potential solar applications // Nanoscale. 2015. Vol. 7, № 41. P. 17450–17456. DOI: https://doi.org/10.1039/c5nr03668b
10. Дубов В.Л., Фомин Д.В. BaSi2 – перспективный материал для фотоэлектрических преобразователей (обзор) // Успехи прикладной физики. 2016. № 6. С. 599–605.
11. Kumar M., Umezawa N., Zhou W., Imai M. Barium disilicide as a promising thin-film photovoltaic absorber: structural, electronic, and defect properties // Journal of Materials Chemistry A. 2017. Vol. 48, № 5. P. 25293–25302. DOI: https://doi.org/10.1039/C7TA08312B
12. Патент RU2734095C1. Способ изготовления силицида никеля / Г.А. Мустафаев, А.Г. Мустафаев, Н.В. Черкесова. Заявл. 02.05.2020. Опубл. 12.10.2020.
13. Соловьёв Я.А., Пилипенко В.А. Влияние температуры быстрой термической обработки на электрофизические свойства пленок никеля на кремнии // Доклады БГУИР. Т. 18, № 1. С. 81–88. DOI: https://doi.org/10.35596/1729-7648-2020-18-1-81-88
14. Исаченко Г.Н., Бочков Л.В., Самунин А.Ю. [и др.] Термоэлектрические свойства твердого раствора Mg2Si0,3Sn0,7 p-типа, полученного методом горячего прессования // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. № 3 (91). С. 57–63.
15. Yudanto S.D., Hasbi M.Y., Chandra S.A. [et al.] Influence of sintering temperature on the structural of Mg2Si0,3Sn0,7 alloy prepared by powder metallurgy // Acta Metallurgica Slovaca. 2023. Vol. 29, № 4. P. 210–213. DOI: https://doi.org/10.36547/ams.29.4.1965
16. Assahsahi I., Popescu B., Bouayadi R. [et al.] Thermoelectric properties of p-type Mg2Si0,3Sn0,7 doped with silver and gallium // Journal of Alloys and Compounds. 2023. Vol. 944. P. 169270. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169270
17. Yudanto S.D., Astawa I.N.G.P., Hasbi M.Y. Influence of sintering temperature on the structural of Mg2Si0,3Sn0,7 alloy prepared by powder metallurgy // Acta Metallurgica Slovaca. 2023. Vol. 29, № 4. P. 210–213. DOI: https://doi.org/10.36547/ams.29.4.1965
18. Herman M.A., Sitter H. Molecular beam epitaxy: fundamentals and current status // Springer Science & Business Media. 2012. Vol. 7. 394 p. ISBN: 9783642800627
19. Inomata Y., Nakamura T., Suemasu T., Hasegawa F. Epitaxial growth of semiconducting BaSi2 films on Si (111) substrates by molecular beam epitaxy // Japanese Journal of Applied Physics. 2004. Vol. 43, № 4A. P. L478. DOI: https://doi.org/10.1143/JJAP.43.4155.
20. Vantomme A., Mahan J.E., Langouche G. [et al.] Thin film growth of semiconducting Mg2Si by codeposition // Applied Physics Letters. 1997. Vol. 70, № 9. P. 1086–1088. DOI: https://doi.org/10.1063/1.118492
21. Hong Yu, Shentong Ji, Xiangyan Luo, Quan Xie. Technology CAD (TCAD) simulations of Mg2Si/Si heterojunction photodetector based on the thickness effect // Sensors. 2021. Vol. 26. № 16. P. 5559. DOI: https://doi.org/10.3390/s21165559
22. Hong Yu, Zhangjie Mo, Rui Deng [et al.] Fabrication and characterization of visible to near-infrared photodetector based on multilayer graphene/Mg2Si/Si heterojunction // Nanomaterials. 2022. Vol. 12, № 18. P. 3230. DOI: https://doi.org/10.3390/nano12183230
23. Hayashi K., Saito W., Sugimoto K. [et al.] Preparation, thermoelectric properties, and crystal structure of boron-doped Mg2Si single crystals // AIP Advances. 2020. Vol. 10, № 3. P. 035115. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5143839
24. Singh S., Sharma Y.C. A review on Silicide based materials for thermoelectric applications // International Journal of Advanced Engineering Research and Science. 2021. Vol. 8, № 8. P. 160–168. DOI: https://dx.doi.org/10.22161/ijaers.88.19
25. Cederkrantz D., Farahi N., Borup K.A. [et al.] Enhanced thermoelectric properties of Mg2Si by addition of TiO2 nanoparticles // Journal of Applied Physics. 2012. Vol. 111, № 2. P. 023701. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3675512
26. Ramirez D.C., Macario L., Cheng X. [et al.] Large scale solid state synthetic technique for high performance thermoelectric materials: Magnesium-Silicide-Stannide // ACS Applied Energy Materials. 2020. Vol. 3, № 3. P. 2130–2136. DOI: https://doi.org/10.1021/acsaem.9b02146
27. Stathokostopoulos D., Teknetzi A., Tarani E. [et al.] Synthesis and characterization of nanostructured Mg2Si by pack cementation process // Results in Materials. 2022. Vol. 13, № 1. P. 100252. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rinma.2021.100252
28. Galkin N.G., Goroshko D.L., Galkin K.N. [et al.] SPE grown BaSi2 on Si (111) substrates: Optical and photoelectric properties of films and diode heterostructures on their base // Japanese Journal of Applied Physics. 2020. Vol. 59, №. SF. P. SFFA11. DOI: https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab6b76
29. Galkin N.G., Galkin K.N., Fomin D.V. [et al.] Comparison of crystal and phonon structures for polycrystalline BaSi2 films grown by SPE method on Si (111) substrate // Diffusion and Defect Data. Pt A Defect and Diffusion Forum. 2018. Vol. 386 DDF. P. 48–54. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.386.48
30. Чернев И.М., Субботин Е.Ю., Аргунов Е.В. [и др.] Плёнка Mg2Si на Si (111), полученная методом сверхбыстрого реактивного осаждения Mg: структура и термоэлектрические свойства // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2023. Т. 16, № 3.1. С. 106–111. DOI: https://doi.org/10.18721/JPM.163.119
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Вестник Инженерной школы ДВФУ
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
