Спосіб одержання сегнетоелектричних тонких плівок складу ktaxnb1-xo3

Спосіб одержання сегнетоелектричних тонких плівок складу KTaxNb1-xO 3, що включає одержання плівок при підвищеній температурі у вакуумі, який відрізняє ться тим, що одержують плівки шляхом послідовного нанесення на підкладку шарів двошарової системи Ta та Nb, у визначеному співвідношенні товщин, із наступним утворенням шару оксиду (TaxNb1- x)2O 5, після чого наносять термічним випаровуванням шар їдкого калію та здійснюють відпал при температурі 500-550°С із одержанням сегнетоелектричної плівки складу KTaxNb1- xO3 . Винахід стосується області технології виготовлення мікроелектронних приладів на основі тонких сегнетоелектричних плівок і може бути використаний для створення широкого класу приладів на їх основі. Відомий спосіб нанесення плівок KTaxNb1-xO 3 рідинною епітаксією з розплаву KF - KTa xNb1- xO3 [Gutmann R., Hulliger J., Reusser E. Liquid phase epitaxy of lattice-matched KTa1-xNbxO 3 grown on KTаО3 substrate // Journal of Crystal Growth. - 1993. - № 126. - P. 578-588]. Недоліком даного способу є висока температура росту плівок 870-950°С, яка обумовлена необхідністю розчинення сполуки KTaxNb1-xO 3 у фтористому калію. Така висока температура може стати несумісною з технологічним процесом створення складних систем, наприклад, мікросхем, які містять низькотемпературні компоненти. Найбільш близьким по досягаемому ефекту до винаходу, що заявляється, є спосіб нанесення плівок KTa1-xNbxO 3 лазерним випаровуванням [Knauss L.A., Harshavardhan K.S., Christen H.-M., Zhang H.Y., He X.H. Growth of nonlinear optical thin films of KTaxNb1-xO 3 on GaAs by pulsed laser deposition for integrated optics // Appl. Phys. Lett. 1998. - Vol. 73, №26. - P. 3806-3808]. В даному способі використовують мішень KTaxNb1-xO 3. При випаровуванні мішені спостерігається її розклад із втратою кисню, для компенсації якого в робочу камеру подається кисень при парціальному тиску ~1.10-2Па. Недоліком такого способу є висока температура синтезу плівок (650-700°С), яка необхідна для компенсації нестачі кисню в структурі плівки. В основу винаходу «Спосіб одержання сегнетоелектричних тонких плівок складу KTaxNb1-xO 3» поставлена задача зниження температури синтезу плівок KTaxNb1-xO3. Поставлена задача вирішується шляхом використання методу послідовного нанесення на підкладину шарів реагуючи х компонентів з їх послідуючим відпалом при температурі 500-550°С, достатньої для проходження реакції взаємодії і утворення плівок складу KTaxNb1- xO3 . Взаємодія контактуючи х шарів оксиду (TaxNb1-x) 2O 5 та їдкого калію КОН проходить по реакції: Ме2O 5 + 2КОН = 2КмеО3 + Н2O (1) (19) UA (11) 85311 (13) C2 (21) a200706662 (22) 14.06.2007 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) АНДРЕЄВА АСЯ ФАНТИНІВНА, UA, КАСУМОВ АНАТОЛІЙ МУ ХТАРОВИЧ, U A (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М.ФРАНЦЕВИЧА Н АЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, UA (56) SU 1137775, 27.11.1995 US 2006046320, 02.03.2006 US 5478610, 26.12.1995 WO 9630937, 03.10.1996 JP 2000349080, 15.12.2000 UA 62237, 15.12.2003 Knauss L.A., Harshavardhan K.S., Christen H.-M., Zhang H.Y., He X.H. Growth of nonlinear optical thin films of KTaxNb1-xO3 on Ga As by pulsed laser 3 85311 В якості Me використовують Та, Nb або сплав TaxNb1-x. Першим наноситься оксидний шар (TaxNb1-x) 2O 5, другим - КОН. Відпал проводиться в середовищі кисню при температурі 500°С протягом 30 хвилин. Шари оксидів Та2O5 (х=1) та Nb2O 5 (x=0) одержують електронно-променевим випаровуванням відповідно Та і Nb при температурі підкладки 2050°С та парціальному тиску 1.10-2Па кисню. Для одержання плівок складу (TaxNb1-x) 2O 5 спочатку наносять електронно-променевим випаровуванням двошарову систему з плівок Та та Nb у відповідному співвідношенні товщини з наступним її відпалом у вакуумі 7.10-3Па при 300°С протягом 10 хвилин для утворення гомогенного шару TaxNb1-x. Після цього проводять його відпал при 300°С та парціальному тиску кисню 1-10-2Па протягом 10 хвилин для утворення плівки (TaxNb1-x) 2O 5. Плівку КОН наносять на плівку (TaxNb1-x) 2O 5 методом термічного випаровуванням в вакуумі 7.10-3Па. Відпал шарів призводить до утворення плівки KTaxNb1-xO 3. Всю процедуру синтезу плівок KTaxNb1-xO3 можна проводити в одному циклі при наявності в камері пристроїв для електроннопроменевого, термічного напилення, напуску кисню в камеру та контролю товщини шарів. Реакція утворення плівок складу KTaxNb1- xO 3 проходить на підкладці, минаючи перехід сегнетоелектрика в парообразний стан, який призводить до суттєвого порушення стехіометрії в конденсатах і потребує високої температури наступного відпалу для забезпечення стехіометрічного складу сегнетое-лектричних плівок. В зв'язку з цим в запропонованому способі стає можливим зниження температури відпалу до 500-550°С, що суттєво менше в порівнянні з аналогом і прототипом. Приклад 1. Після нанесення оксидного шару (Ta0.5Nb0.5)2O 5 і шару КОН згідно способу, що заявляється, проводили відпал при температурі 300°С. Склад зразків досліджували методом електронографічного аналізу "на просвіт". На електронограмах від плівок спостерігали лише два слабких розмитих рефлекси, які відповідали найбільш сильним максимумам від ґратки твердого розчину KTao.5Nbo.503 згідно з табличними міжплощинними відстанями. Такі ж слабкі, розмиті рефлекси, що відповідали найбільш сильним максимумам в ґратках відповідних сполук за табличними даними спостерігали на електронограмах від плівок КтаО3 (х=1) і КМbO (х=0). Таким чином, за результатами електронографічного аналізу було зроблено висновок, що у даному випадку реакція взаємодії Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 4 шарів пройшла частково і температура відпалу 300°С є недостатньою для утворення сегнетоелектричної плівки KTaxNb1-xO3 . Приклад 2. Після нанесення шарів (Ta0.5Nb0.5)2O 5 і КОН згідно способу, що заявляється, температуру відпалу підвищили до 500°С. На електронограмі від плівок спостерігали практично всі рефлекси, характерні для складу KTa xNb1-xO3, на підставі чого зробили висновок, що реакція взаємодії шарів пройшла повністю. Такі ж результати були одержані при електронографічному дослідженні плівок КтаО3 (х=1) і КмbO3 (х=0). Сегнетоелектричні і оптичні властивості плівок KТa0.5Nb0.5O3 , КТаО3 і KnbO3 були близькі до масивних зразків, що підтверджує утворення сегнетоелектричних плівок стехіометричного складу. Приклад 3. Відпал шарів (TaxNb1-x)2O 5 (x=0; 0,5; 1) та КОН проводили при температурі 550°С. Результати електронографічного аналізу співпадають з приведеними в прикладі 2. Сегнетоелектричні і оптичні властивості плівок близькі до масивних зразків відповідного складу. Приклад 4. Відпал шарів (TaxNb1-x)2O 5 (х=0; 0,5; 1) та КОН проводили при температурі 700°С. Результати електронографічного аналізу практично співпадають з приведеними в прикладі 2. На електронограмах від плівок спостерігали практично всі рефлекси, які характерні для складу KТa0.5Nb0.5O3 , КТаО 3 і KNbO3, на підставі чого зробили висновок, що реакція взаємодії шарів пройшла повністю. Як і в прикладі 2, сегнетоелектричні і оптичні властивості плівок близькі до масивних зразків відповідного складу, що підтверджує утворення сегнетоелектричних плівок KТa0.5Nb0.5 O3, КТаО3 і КnbО3 сте хіометричного складу. Таким чином, в способі, що заявляється, згідно даних електронографічного аналізу, реакція синтезу плівок KTaxNb1-xO 3 повністю проходить в інтервалі температури 500-550°С. Зниження температури одержання сегнетоелектричних плівок складу KTaxNb1- xO3 , в порівнянні з відомими методами одержання таких плівок, підвищує надійність технології мікросхем за рахунок зменшення небажаних дифузійних процесів, які призводять до браку виготовлення виробів, а також дозволяє використовувати більш широкий асортимент матеріалів для контактів і підкладинок. Сегнетоелектричні плівки можуть бути використані у ви готовленні приладів опто- та мікроелектроніки, інтегральної оптики та лазерної техніки, зокрема, для виготовлення комірок пам'яті, п'єзоелектричних сенсорів, а також пристроїв, в яких використовують тунельний та піроелектричний ефекти. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601