Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Сравнительные исследования прочностных свойств монокристаллов германия и кремния

А.И. Иванова, П.А. Свешников, К.А. Мариничева, К.А. Гугуцидзе, А.Д. Васильев, С.А. Третьяков, А.Ю. Карпенков

ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.120

Оригинальная статья

Аннотация: В настоящей работе изложены результаты проведенных испытаний на микротвердость методом индентирования по Виккерсу монокристаллов германия и кремния. Показано, что в исследуемых образцах существует зависимость микротвердости от кристаллографических направлений и характера легирующей примеси. Подсчитаны коэффициенты анизотропии микротвердости: для германия KII=1,2; для кремния KII=1,3. Проведен анализ влияния высокотемпературного отжига на величину микротвердости кристаллов германия и кремния. Показано, что микротвердость кристаллов Ge(111) возрастает на 12% после отжига при 550°С, дальнейшая термическая обработка кристаллов германия при Т=650°С значительно меняет структуру и рельеф поверхности, что способствует снижению значений микротвердости. Показано, что микротвердость кристаллов кремния возрастает на 10% после отжига при 750°С, дальнейший отжиг до Т=850°С приводит к снижению микротвердости. Исследованы поверхности монокристаллов после высокотемпературного отжига, установлено, что тепловое воздействие при Т≈0,6 Tm (Tm – температура плавления монокристалла) приводит к возникновению дефектов и десятикратному увеличению максимальной высоты профиля поверхности (от 10-12 нм до 100-200 нм).

Ключевые слова: монокристаллы германия и кремния, микротвердость, метод Виккерса, коэффициент анизотропии микротвердости, межатомные связи, примеси, высокотемпературный отжиг, нанорельеф поверхности, дефекты

  • Иванова Александра Ивановна – к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Свешников Павел Александрович – магистр 2 курса физико-технического факультета, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Мариничева Кристина Александровна – аспирант 1 года кафедры прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Гугуцидзе Карина Автандиловна – студент 4 курса физико-технического факультета, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Васильев Алексей Денисович – магистр 2 курса физико-технического факультета, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Третьяков Сергей Андреевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Карпенков Алексей Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры физики конденсированного состояния вещества, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Иванова, А.И. Сравнительные исследования прочностных свойств монокристаллов германия и кремния / А.И. Иванова, П.А. Свешников, К.А. Мариничева, К.А. Гугуцидзе, А.Д. Васильев, С.А. Третьяков, А.Ю. Карпенков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 120-131. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.120.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Claeys, L. Germanium-based technologies: from materials to devices / L. Claeys, E. Simoen. – Oxford: Elsevier Science, – 2007. – 449 p. DOI: 10.1016/B978-0-08-044953-1.X5000-5.
2. Peter, Y.Yu. Fundamentals of semiconductors: physics and materials properties / Y.Yu. Peter, M. Cardona; 4th ed. – Heidelberg Dordrecht London New York: Springer, 2010. – XXII, 778 p. DOI: 10.1007/978-3-642-00710-1.
3. Подкопаев, О.И. Выращивание монокристаллов германия с контролируемой структурой, содержанием примесей и оптическими свойствам / О.И. Подкопаев, А.Ф. Шиманский, Т.О. Павлюк. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2017. – 152 с.
4. Колмаков, А.Г. Методы измерения твердости / А.Г. Колмаков, В.Ф. Терентьев, М.Б. Бакиров. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005. – 150 с.
5. Орешко, Е.И. Методы измерения твердости материалов (обзор) / Е.И. Орешко, Д.А. Уткин, В.С. Ерасов, А.А. Ляхов // Труды ВИАМ. – 2020. – № 1 (85). – С. 101-117. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-1-101-117.
6. Глазов, В.М. Микротвердость металлов и полупроводников / В.М. Глазов, В.Н. Вигдорович. – М.: Изд-во «Металлургия», 1969. – 248 c.
7. Brinkevich, D.I. Effect of rare-earth doping on the microhardness of silicon and germanium / D.I. Brinkevich, S.A. Vabishchevich, N.V. Vabishchevich, V.S. Prosolovich, Yu.N. Yankovskii // Inorganic Materials. – 2003. – V. 39. – I. 11. – P. 1109-1111. DOI: 10.1023/A:1027376820655.
8. Вабищевич, С.А. Микротвердость пластин кремния, прошедшего геттерирующую обработку / С.А. Вабищевич, Н.В. Вабищевич, Д.И. Бринкевич // Перспективные материалы. – 2005. – № 2. – С. 20-22.
9. Brinkevich, D.I. Microhardness of silicon implanted by high-energy ions / D.I. Brinkevich, V.S. Prosolovich, Yu.N. Yankovski, S.A. Vabishchevich, N.V. Vabishchevich // Proceedings of the VII-th International Conference Ion Implantation and Other Applications of Ions and Electrons, 16-19 June 2008, Kazimierz Dolny, Poland. – Lublin: Maria Curie-Sklodowska University, 2008. – P. 105.
10. Dale, J.R. Etch pits in germanium and their relation to hardness / J.R. Dale, J.C. Brice // Solid-State Electronics. – 1961. – V. 3. – I. 2. – P. 105-106. DOI: 10.1016/0038-1101(61)90064-8.
11. Надточий, В.А. Анизотропия микропластичности германия / В.А. Надточий, В.П. Алехин, Н.С. Киселев // Физика и химия обработки материалов. – 2005. – № 1. – С. 90-93.
12. Шпейзман, В.В. Влияние текстурирования поверхности пластин кремния для солнечных фотопреобразователей на их прочностные свойства / В.В. Шпейзман, В.И. Николаев, А.О. Поздняков и др. // Журнал технической физики. – 2020. – Т. 90. – Вып. 7. – С. 1168-1174. DOI: 10.21883/JTF.2020.07.49452.380-19.
13. Гречкина, М.В. Влияние импульсного магнитного поля на топографические характеристики монокристаллического германия / М.В. Гречкина, Е.Н. Бормонтов // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2017. – Т. 19. – № 1. – С. 133-139. DOI: 10.17308/kcmf.2017.19/185.
14. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. / В.И. Анурьев. – 8-е изд., перераб. и доп.; под ред. И. Н. Жестковой. – М.: Машиностроение, 2001. – Т. 1. – 920 с.
15. Березина, Г.М. Измерение микротвердости кремния при низкотемпературном отжиге / Г.М. Березина, Ф.П. Коршунов, Л.И. Мурин // Известия Академии наук СССР. Неорганические материалы. – 1990. – Т. 26. – № 4. – С. 683-686.
16. Иванова, А.И. Температурная зависимость оптического пропускания монокристаллов германия / А.И. Иванова, К.А. Мариничева, С.А. Третьяков, А.М. Иванов, С.В. Молчанов, И.А. Каплунов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 177-186. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.177.
17. Shimanskii, A.F. Thermal stability of the properties of germanium crystals for IR optics / A.F. Shimanskii, A.N. Gorodishcheva, S.A. Kopytkova, T.V. Kulakovskaya // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – V. 1353. – Art. № 12062. – 7 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1353/1/012062.
18. Tretiakov, S.A. Influence of roughness parameters of surface on the emissivity of germanium single crystals / S.A. Tretiakov, I.A. Kaplunov, A.I. Ivanova // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – V. 2103. – Art. № 012230. – 6 p. DOI:10.1088/1742-6596/2103/1/012230.
19. Таланин, В.И. Высокотемпературная преципитация примесей в рамках модели Власова для твердых тел / В.И. Таланин, И.Е. Таланин // Кристаллография. – 2019. – Т. 64. – № 4. – С. 550-554. DOI: 10.1134/S0023476119040258.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒