Влияние термического отжига и воздействия кислородной плазмы на свойства структур TiO$_2$–Si

Исследовано влияние термического отжига и воздействия кислородной плазмы на фазовый состав, структуру и микрорельеф пленок оксида титана, нанесенных высокочастотным магнетронным распылением на кремниевые подложки. Изучено влияние режимов обработки на вольт-фарадные и вольт-сименсные характеристики структур Me–TiO$_2$–Si–Ме, плотность поверхностных состояний на границе полупроводник-диэлектрик. Показано, что пленки TiO$_2$ после изготовления оказываются аморфными. После отжига при 500$^\circ$C в атмосфере аргона в аморфной матрице появляются кристаллиты анатаза и рутила. Обработка пленки оксида титана в кислородной плазме приводит к зарождению кристаллитов рутила с новыми кристаллографическими плоскостями. В результате отжига при 750$^\circ$C исчезает фаза анатаза, пленка становится поликристаллической, содержащей только кристаллиты рутила. Емкость структур Ме–TiO$_2$–Si–Ме в режиме обогащения достигает максимального значения после отжига при 750$^\circ$C, что связано с переходом оксида титана в фазу рутила. Удельная емкость составляет 5.9 $\cdot$ 10$^{-2}$ Ф/см$^3$. Снижение емкости структур и уменьшение фиксированного заряда в диэлектрике после воздействия кислородной плазмы объясняется диффузией атомов кислорода через слой оксида титана и образованием пленки SiO$_2$ на границе TiO$_2$–Si. В результате отжига и обработки пленки оксида титана в кислородной плазме энергетическая плотность поверхностных состояний снижается больше чем на порядок по сравнению с образцами без отжига.