Спосіб формування на поверхні багатокомпонентних оксидів тонких шарів зі зміненим складом і властивостями

Реферат: Спосіб формування на поверхні багатокомпонентних оксидів тонких шарів зі зміненим складом і властивостями включає опромінення іонами інертного газу плівки середніх енергій із зміненою провідністю з одночасним контролем методом іонно-фотонної емісії. Обробку іонами закінчують при досяганні насиченості інтенсивності світіння . UA 82065 U (54) СПОСІБ ФОРМУВАННЯ НА ПОВЕРХНІ БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ ОКСИДІВ ТОНКИХ ШАРІВ ЗІ ЗМІНЕНИМ СКЛАДОМ І ВЛАСТИВОСТЯМИ UA 82065 U UA 82065 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області утворення структур типу метал/діелектрик на поверхні оксидів металів та може бути використана в галузях мікроелектроніки, де існує необхідність формувати провідні чи магнітні шари із контрольованими величинами провідності чи магнітної сприйнятливості. Формування плівок зміненого складу шляхом опромінення поверхневих шарів прискореними частками (електронними або іонними) використовується для зміни властивостей високотемпературних надпровідників (ВТНП). Але треба розуміти, що зміна властивостей вказаного класу матеріалів досягається за рахунок зменшення поверхневої концентрації слабозв'язаного кисню. Контроль поверхневого складу здійснюють методом рентгенофазної електронної спектроскопії (РФЕС) за величиною енергії зв'язку електронів остових рівнів атомів сегрегату. Розміри модифікованого шару вираховують за енергією електронів.[1] У поточний час досить широко вивчають можливість отримання шарів зміненого складу багатокомпонентних речовин, в більшості випадків це оксиди металів з діелектричною властивістю. Для формування шарів зміненого складу використовують опромінення протонами, що випробувалися на двох та багатокомпонентних матеріалах [2], але такі технології коштують досить дорого. Також для зміни складу використовують важкі іони, але в такому разі відбувається зміна хімічного складу поверхні. Зміна поверхневого складу також відбувається при опроміненні поверхні іонами низьких енергій (до 3 кеВ) [3]. Але в цьому випадку, формування зміненого шару займає більше часу, та має меншу глибину обробки поверхні, до того ж цей засіб розглядається як формування в плівках наночасток із заданими властивостями, а не весь шар. В сучасній мікроелектронній промисловості використовують іонну імплантацію, як засіб для формування перехідних діелектричних шарів, але в деяких випадках може бути корисним використання опромінення зразків іонами середніх енергій для отримання шару зміненого складу. Серед способів, що можуть бути використані для формування шарів зміненого складу найбільш близьким до запропонованого далі є метод отримання структури метал/діелектрик/високотемпературний надпровідник [4]. Винахід засновано на ефекті сегрегації металевого диспрозію на поверхні ВТНП DyBa2Cu3O7-δ, який викликається деструктивною дією важких іонів аргону. Спосіб реалізовано на плівці DyBa2Cu3O7-δ, яка була отримана методом молекулярно пучкової епітаксії. Плівка була отримана на монокристалі NdGaO3, її товщина складала 400 Å, з досконалою кристалічною структурою, критична температура складала Т С=88 °C. Зразок з 2 плівкою площиною 6×8 мм було розташовано у вакуумній камері та опромінено пучком іонів аргону. Енергія іонів обиралась із умов, щоб отримати шар товщиною 25-30 А, таким вимогам відповідає Е=2500 еВ. Іонна обробка припинялась при утворенні на поверхні металевого диспрозію, що встановлювалось по збігу енергій зв'язку остового 3d-електрона диспрозію на плівці з аналогічним від масивного зразку. Недоліками даного методу є: по-перше, той факт, що використати його можна лише на означеному матеріалі, також запропонована форма контролю суттєво відрізняється обсягом попередніх вимірювань та подальшою обробкою результату. До того ж, на поверхні зразка формується шар нанометрового розміру. В основу корисної моделі поставлена задача створення засобу формування на поверхні багатокомпонентних оксидів тонких шарів зі зміненими властивостями шляхом обробки поверхні іонами інертних газів середніх енергій, у якому формується плівка товщиною, достатньою для проявлення стійких провідних або магнітних властивостей безпосередньо на поверхні двокомпонентного оксиду металу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі формування на поверхні багатокомпонентних оксидів тонких шарів зі зміненим складом і властивостями, що містить опромінення іонами інертних газів, згідно з корисною моделлю, опромінення здійснюють іонами інертних газів середніх енергій 10-30 кеВ, формується шар необхідної товщини із зміненою провідністю або магнітною сприйнятливістю і одночасно з опроміненням іонами проводять контроль за зміною поверхневого складу методом іонно-фотонної емісії (ІФЕ), спостерігаючи за інтенсивністю світіння спектральної атомної лінії МеІ металу та закінчують обробку іонами, коли інтенсивність світіння досягає насиченості. Для того, щоб переконатися в ефективності методу, в камеру напускався кисень де інтенсивність спектральної лінії у тимчасової залежності повертається практично на рівень до початку обробки. 1 UA 82065 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Основою запропонованого способу є та обставина, що розпилення іонами інертних газів середніх енергій не використовується для отримання поверхневих шарів у зв'язку з низьким коефіцієнтом розпилення для промисловості, але може бути використаним для отримання шарів зі зміненими властивостями на поверхні наперед отриманої будь-яким іншим способом плівки. Формування плівок іонами інертних газів середніх енергій не вносить суттєвої зміни до хімічного складу зразка, а лише видаляє легкі компоненти, тому може бути використаний у випадках коли треба отримати склад без хімічного втручання. Вказаним нижче методом магнітних вимірів встановлено чітке відновлення поверхневого складу. Загальною ознакою запропонованого способу є опромінення прискореними іонами інертних газів середніх енергій з одночасним безконтактним контролем (ІФЕ) формування плівки на поверхні багатокомпонентного оксиду магнітних металів. Приклад конкретного виконання. Запропонований спосіб включає в себе формування на поверхні зразка оксидів феромагнітних металів шару зміненого складу при опроміненні іонами інертних газів середніх енергій 10-30 кеВ під одночасним контролем методом ІФЕ. Цей спосіб випробувано на полікристалічних плівках Fe2O3 та Fe до опромінення та після. Зразки було отримано резистивним напиленням заліза на промисловій установці ВУП-5М на слюду товщиною - 100 нм, які потім упродовж 3-х годин окислювались у повітрі при температурі 800 °C. Формування зміненого шару заданої товщини здійснювалась опроміненням поверхні плівки іонами аргону з енергією 25 кеВ, під кутом 45° (Кут потрібен був для спостереження оптичного спектру). Доза для формування на поверхні зразка шару зі зміненим складом визначалася по часовій залежності інтенсивності випромінювання спектральної атомної лінії металу. Плівка вважалась сформованою, коли інтенсивність світіння досягала насиченості. Для підтвердження правильності дій були проведені вимірювання магнітних властивостей плівки до та після опромінення її іонами. Вимірювання магнітних властивостей здійснювалось при розміщенні плівки фіксованого розміру розвиненою поверхнею на виносній індуктивності вимірювального генератора, працюючого на частоті 1 МГц. Вимірювальним магнітним параметром була зміна частоти генератора Δω, зв'язаної з магнітною сприйнятливістю та її залежністю від величини та орієнтації зовнішнього магнітного поля. Викликана опроміненням зміна поверхневого складу була перевірена по залежності магнітного відгуку Δω(H) до прикладеного зовнішнього магнітного поля амплітудою 12 кЕ під кутом 4° до поверхні плівки. На фіг. 1 приведена нормована на початкове значення залежність I(t) випромінювання лінії Fel (516,6 нм) при опроміненні поверхні Fe2O3 під кутом 45° (крива 1). При будові кривої 1 час вираховувався з миті (t0) очищення поверхні від адсорбованих часток. Для розрахунку зміни складу поверхні було використано модель [5]. + На фіг. 1- зображено вплив дози та часу опромінення іонами Аr з енергією 25 кеВ на інтенсивність та поверхневий склад Fe2O3: 1 - експериментальна інтенсивність випромінювання спектральної лінії Fel 248,3 нм; 2 - розрахункова залежність поверхневої концентрації Fe (UFe=4,34 eV, U0=0,3 eV); 3 - розрахункова залежність поверхневої концентрації О (UFe=4,34 eV, U0=0,3 eV); 4 - розрахункова залежність поверхневої концентрації Fe (UFe=4.34 eV, U0=2 eV); 5 - розрахункова залежність поверхневої концентрації О (UFe=4,34 eV, U0=2 eV). На фіг. 2 - зображено вплив складу плівки на її перемагнічування: Іа - від плівки оксиду заліза - Fe2O3; Ib - від плівки чистого заліза - Fe (до окислення). На фіг. 3 - зображено вплив опромінення плівки оксиду на її перемагнічування: IIа - не опромінений зразок Fe2O3; + 16 2 IIb-Fe2O3, після опромінення Аr (25 кеВ, доза 5∙10 іон/см ). Таким чином запропонований спосіб формування на поверхні багатокомпонентних сполук тонких шарів зі зміненими властивостями забезпечує можливість створення магнітної поверхні на зразках з попередньо низькою магнітною сприйнятливістю під контролем зміни складу поверхні методом іонно-фотонної емісії. Джерела інформації:, які були прийняті до уваги при складені заявки: 1. Способ получения наноструктуры "металл /диэлектрик/ высокотемпературный сверхпроводник". Патент РФ № 2197037 от 2002 г., Бюллетень изобретений (БИ) № 2, 2003 г. 2. Б.А. Гурович и др. // УФНт.171, № 1 с. 105 3. Shivaraman Ramaswamy//J. Vac. Sci. Technol. В 28, 795 (2010). 4. Способ получения структуры металл /диэлектрик/ высокотемпературный сверхпроводник. Патент РФ № 2156016 от 1999 г., Бюллетень изобретений (БИ) № 25, 2000 г. –Найближчий аналог. 2 UA 82065 U 5. Мельничук И.А. // Мат. 12 Межд. конф.: "Взаимодействие ионов с поверхностью".-1995. Т.1. - С. 101. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб формування на поверхні багатокомпонентних оксидів тонких шарів зі зміненим складом і властивостями, що включає опромінення іонами інертного газу плівки, який відрізняється тим, що опромінення здійснюють іонами інертних газів середніх енергій 10-30 кеВ для формування шару необхідної товщини із зміненою провідністю або магнітною сприйнятливістю під одночасним контролем методом іонно-фотонної емісії, спостерігаючи за інтенсивністю світіння спектральної атомної лінії металу, та закінчують обробку іонами, коли інтенсивність світіння досягає насиченості. 3 UA 82065 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4