Badania własności elektronowych cienkich warstw diamentopodobnych

GRANT 8 T11B 058 08

01/01/1995 - 31/12/1997

Głównym celem poznawczym projektu było określenie mechanizmu transportu elektronowego warstw diamentopodobnych (Diamond-Like Carbon - DLC), wytworzonych w procesie plazmowym RF PCVD w różnych warunkach. Zadania projektu obejmowały wykonanie badań własności elektrycznych warstw DLC, a w szczególności wyznaczenie podstawowych parametrów opisujących transport elektronowy i przewodnictwo elektryczne oraz ich zależności temperaturowe, jak również powiązanie własności elektrycznych ze strukturą przerwy energetycznej. Cel osiągnięto przeprowadzając badania: ruchliwości dryfowej nośników ładunku (XTOF), przewodnictwa elektrycznego w funkcji temperatury, spektroskopii dielektrycznej w zakresie niskich częstotliwości. Do badania struktury przerwy energetycznej i rozkładu gęstości pułapek w przerwie energetycznej warstw DLC wykorzystano techniki prądów termicznie stymulowanych (TSC) i prądów ograniczonych ładunkiem przestrzennym (SCLC). Strukturę i skład chemiczny warstw określono stosując metody: spektroskopii optycznej, Ramana, elektronów Augera oraz prowadząc badania morfologii powierzchni (mikroskopia AFM, wideomikroskop). Niskie wartości ruchliwości dryfowej elektronów (około 10 do potęgi -6 cm2/Vs) oraz mała energia aktywacji (0,035 eV) wskazują, że dominującym mechanizmem transportu w badanych warstwach DLC jest hipping pomiędzy stanami zlokalizowanymi w pobliżu poziomu Fermiego (model Motta-Davisa). W celu weryfikacji wyników doświadczalnych zaprojektowano i wykonano symulację komputerową procesów rozładowania naładowanego powierzchniowo i objętościowo izolatora, w którym dominuje przeskokowy transport ładunku elektrycznego.


Przeprowadzone badania wskazują na to iż warstwy DLC mają szereg cech istotnych z punktu widzenia zastosowań w elektronice. Badany materiał jest nieaktywny chemicznie, twardy, gładki, zazwyczaj przezroczysty dla światła widzialnego, dobrze przewodzi ciepło. Może być dielektrykiem lub szerokopasmowym półprzewodnikiem o zmiennej, zależnej np. od stosowanych parametrów i metody wytwarzania, efektywnej szerokości energetycznej przerwy wzbronionej. Powiązanie własności elektrycznych ze strukturą przerwy energetycznej, umożliwia ocenę przydatności tych warstw jako substytutu materiałów dotychczas stosowanych w elektronice. Wyniki badań mają znaczenie m.in. dla oceny szybkości działania elementów i układów elektronicznych budowanych w oparciu o nowy materiał jakim są warstwy diamentopodobne.