Redistribution of valence and conduction band states depending on the method of modification of SiO2 structure

文献情報

出版日 2017-09-07
DOI 10.1039/C7CP04914E
インパクトファクター 3.676
著者

A. S. Konashuk, E. O. Filatova


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要旨

The effect of introducing porosity and the insertion of methyl groups in SiO4 tetrahedra on the distribution of valence and conduction band states of SiO2 was studied using high-resolution near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS) and soft X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Alignment of NEXAFS spectra and valence band XPS spectra in a common energy scale was performed using binding energies of the initial levels obtained by XPS. It was established that the insertion of methyl groups into SiO4 tetrahedra leads to a significant shift of the top of the valence band EV to smaller binding energies due to the reduction of the electronegativity of the nearest surrounding neighbors of the Si atoms, while introducing porosity changes the position of EV only slightly. The position of the bottom of the conduction band is affected by neither the introduction of porosity nor the insertion of methyl groups. The formation of the π*CC state near the Fermi level, caused by the presence of porogen residues in the structure of organosilicate glass (OSG) and responsible for the leakage currents, was revealed. It was found that high level porosity in OSG films induces a significant variation of Si–O–Si valence angles. A number of Si–O dangling bonds were found in the surface layers of por-SiO2, while methyl groups effectively passivated these dangling bonds in OSG films. The obtained results are important for understanding the regularities of electronic structure formation in SiO2-based low-k dielectrics, which is necessary for the reduction of energy dissipated in semiconductor integrated circuits (ICs).

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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