Процес нанесення тонких плівок телуридного скла

Процес нанесення тонких плівок телуридного скла ВЧ-катодним розпиленням, що передбачає виготовлення мішені шляхом подрібнення та змі шування компонентів, формування і відпал, який відрізняється тим, що порошок телуру змішують з порошком іншого (-их) компонента (-ів) в пропорції не менше 70ат.% Те і розміщують на поверхні пластини з монокристалічного кремнію шаром завтовшки 1-2мм, а ВЧ-катодне розпилення проводять в окисному середовищі в умовах, коли температура кремнієвої пластини, яка розміщується на катоді, не перевищує 250°С. Корисна модель відноситься до галузей електронного та оптичного приладобудування і може використовуватись для виготовлення діелектричних покрить з магніто- та електрооптичними властивостями а також для просвітлення оптичних деталей. Відомий процес [1] виготовлення тонких плівок, в якому порошок матеріалу, який утворює основу тонких плівок, змішують з порошком п'ятиокису фосфору, опікають і після цього формують мішень заданої форми. Використовуючи ці мішені, реактивним розпиленням наносять плівки. В даному методі формування мішеней відбувається після спікання, тому під час формування крихкого склоподібного матеріалу можливо утворення тріщин, при проведенні розпилення ймовірне руйнування мішеней внаслідок значних градієнтів температури. Найбільш близьким за технічною сутністю, обраний як найближчий аналог, є процес [2] нанесення тонких плівок на основі складних оксидів, в якому суміш порошків окремих складових змішують, спікають, подрібнюють, пресують і знову спікають при підвищених температурах, а потім розпилюють катодним розпиленням в вакуумній камері. Такий процес є складним, тривалим, потребує термічного, пресувального обладнання, спеціальної оснастки, можливе забруднення матеріалу мішені під час формування. Крім того, при розпиленні, коли мішень під час процесу розташована на водоохолоджуваному катоді, значний градієнт температур може швидко привести до руйнування мішені. Для того, щоб мішень була міцною, її треба робити досить великої товщини, що внаслідок малої теплопровідності більшості оксидів призводить до збільшення перепадів температури між холодною та гарячою сторонами мішені, крім того, мала електрична ємність (або великий реактивний опір) товстої мішені є небажаною при ВЧ-катодному розпиленні. У випадку, коли мішень складається з компонентів, що мають великий тиск парів при нагріванні (наприклад Те, Sb), може відбуватися дефіцит кисню в плівці навіть при проведенні розпилення в окисному середовищі. Тому актуальним є завдання спрощення та здешевлення технологи" виготовлення плівок, підвищення механічної міцності та збільшення теплопровідності мішеней. Таке завдання розв'язується тим, що на відміну від відомого в запропонованому процесі нанесення тонких плівок телуридного скла, порошок телуру змішують з порошком іншого(-их) компонента(-Ів) в пропорції не менше 70ат.% Те і розміщують на поверхні пластини з монокристалічного кремнію шаром завтовшки 1-2мм, а ВЧ-катодне розпилення проводять в окисному середовищі в умовах, коли температура кремнієвої пластини, яка розміщується на катоді не перевищує 250°С Відповідність критерію „новизна" запропонованому процесу забезпечують наступні ознаки: порошок телуру змішують з порошком іншого(-их) компонента(-ів) в пропорції не менше 70ат.% Те і розміщують на поверхні пластини з монокристалічного кремнію шаром завтовшки 1-2мм, а ВЧкатодне розпилення проводять в окисному середовищі в умовах, коли температура кремнієвої пластини, яка розміщується на катоді, не переви 00 о> (О (0 6698 щує 250°С. Сутність запропонованого технічного рішення полягає в тому, що ВЧ-катодне розпилення проводиться з мішені, яка розташована на підкладці і механічно з'єднана з нею внаслідок спікання між кремнієм і сумішшю порошків телуру і додаткових склоутворюючих компонентів з кількісною перевагою телуру в цій суміші. Спікання проходить з початком процесу ВЧ-розпилення при розігріві мішені за рахунок енергії ВЧ-розряду. Частинки телуру теж спікаються одна з одною, таким чином утворюючи тверде суцільне покриття на поверхні кремнієвої пластини. Частинки додаткового компонента (наприклад Si, SiC>2, Sb), які надають плівці активних властивостей, розташовуються в телуровій матриці. Таким чином, розпилюється тверда мішень з композиційного матеріалу на основі телуру, механічно з'єднана з кремнієвою підкладкою. Внаслідок різниці в коефіцієнтах термічного розширення між кремнієм і телуром, можуть утворюватись мікротріщини в цьому покритті, але міцна кремнієва підкладка, з якою зчеплений цей матеріал, дає можливість зберегти форму і цілісність мішені. Висока теплопровідність монокристалічної кремнієвої підкладки сприяє утворенню рівномірного температурного поля на поверхні мішені, тобто врівноважує ту різницю температур, що утворюється внаслідок нерівномірного прилягання кремнієвої пластини до поверхні катоду. Матеріалами, що додають телуридному склу активні властивості, можуть бути БіОг, SD2O3, BaO, WO3. У випадках, коли плівка використовується як оптичне просвітлююче покриття, добавками до ТеО2 можуть бути крім того АЬОз, В2Оз та інші оксиди. Метод ВЧ-розпилення повністю відтворює в плівці те ж саме співвідношення між атомами металів, що утворюють оксиди, як і в вихідному складі мішені. Рекомендована кількість добавок, що надають склу магніто- та електрооптичні властивості в більшості випадків не перевищує 30ат.%. Розпилення такої композиційної' мішені в окислюючому середовищі призводить до того, що на деталях, розташованих поблизу мішені осаджується плівка телуридного скла. Для реалізації запропонованого процесу злиток телуру марки ОСЧ та пластина кремнію напівпровідникової чистоти розтирались в фарфоровій ступці і змішувались в пропорції 80ат.% Те х Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко 4 20ат.% Si. Потім ця суміш висипалась на стандартну пластину монокристалічного кремнію марки КДБ-80/100 діаметром 100мм і товщиною 0,42мм. Після насипання порошок розрівнювався по всій площині поверхні пластини рівномірним шаром завтовшки приблизно 1мм. Пластина розміщувалась в вакуумній камері на плоскому сталевому катоді, який був притиснутий до мідного тепловідводу. Після відкачки до 10"5мм рт.ст., в робочий об'єм через дозатор подавалось повітря, яке створювало тиск в межах 0,5-2 10"2мм рт.ст., на катод подавалась напруга 1,76МГц від ВЧ-генератора. Після вмикання генератора величина ВЧ-напруги поступово збільшувалась від 0 до 0,8кВ, при якій відбувалась поява плазмового розряду. Під час тренування мішені величина ВЧ-напруги збільшувалась поступово до 1,2кВ і на цьому значенні утримувалась на протязі всього часу напилення. Швидкість осадження плівки на підкладки з кремнію становила 0,1нм/с- Після години проведення процесу плазмового розпилення, суміш, що наносилась на поверхню кремнієвої' пластини набувала спеченого вигляду і трималась на поверхні кремнію при перевертанні мішені робочою поверхнею вниз. Отримані плівки телуридно-сілікатного скла були прозорими, хімічно стійкими, мали добру адгезію до підкладки. При більших напругах на катоді температура мішені зростала настільки, що починалась сублімація телуру і потемніння осадку. Плівки телуридно-сілікатного скла наносились в якості просвітлюючого покриття на кремнієві перетворювачі сонячної енергії і також на пластини з телуриду кадмію. Таким чином, всі підготовчі операції" до напилення плівки зводились до перетирання компонентів, формуванню на поверхні кремнієвої підкладки тонкого шару з перетертої суміші і тренуванню мішені. Це дешева і гнучка технологія, що дозволяє швидко вносити зміни в склад мішені, а відповідно і плівки. Для даного виду матеріалу подоланий основний недолік ВЧ-процесу нанесення плівок - складність виготовлення мішеней. Література: 1. Заявка Японії №62-17854 кл. МКІ 4 H01L21/316 надрукована у 1987р. 2. Шермергор Т.Д., Стрельцова Н.Н. Пленочные пьезоэлектрики. -М.. Радио и связь, 1986, с.30-39. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освпги і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м Київ - 42, 01601