|
|
|
|
|
ОСОБЕННОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК АЛМАЗОПОДОБНОГО УГЛЕРОДА ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И НИЗКИХ ДАВЛЕНИЯХ РАСПЫЛЕНИЕМ И ОБЛУЧЕНИЕМ ПУЧКАМИ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ
А.П. Семенов, И.А. Семенова, А.Ф. Белянин
Отдел физических проблем при Президиуме Бурятского научного центра СО РАН, Центральный научно-исследовательский технологический институт
Среди способов выращивания тонких пленок пучками заряженных частиц определенное место занимает распыление ионным пучком, которое включает физическое распыление мишени, перенос выбитых частиц к ростовой поверхности подложек и наращивание пленок заданного состава и определенной структуры [1]. Учитывая временной и пространственный факторы процесса, с определенными допущениями можно предположить, что элементарный акт ростового процесса начинается с распыления мишени и завершается внутренними физическими и химическими превращениями в наращиваемой пленке. Физическое распыление мишени ускоренными ионами происходит благодаря выбиванию частиц с ее поверхности. Состояние покидающих мишень частиц во многом определяется процессами, протекающими в измененном приповерхностном слое мишени, ее составом и свойствами. Поток частиц, уносимых с мишени, состоит в основном из атомов, включая возбужденные и ионизованные, кластеров (многоатомных или молекулярных комплексов) и электронов. Эффективность распыления мишени характеризуется коэффициентом распыления, который зависит от энергии, заряда, массы иона, угла его падения на поверхность мишени, кристаллического строения и атомного номера распыляемого материала, загрязнения распыляемой поверхности, шероховатости и пористости, состава остаточного газа, его давления, температуры мишени и некоторых других условий распыления [2]. Процесс переноса выбитых частиц от мишени к ростовой поверхности подложек зависит от средней энергии покидающих мишень частиц, их углового разлета, давления газа, расстояния мишень - подложка и в некоторых случаях от наличия электрических и магнитных Полей, определяющих движение ионизованных атомов, вылетающих с мишени, и электронов. Основными факторами, определяющими наращивание пленок и влияющими на структурные превращения в пленках, являются форма и взаимная пространственная ориентация распыляемой и ростовой поверхностей [3], коэффициент конденсации, температура ростовой поверхности подложек и их кристаллографическая ориентация, плотность потока образующих пленку частиц, напряжение смещения, отрицательное или положительное, подаваемое на ростовую поверхность, или установленный в непосредственной близости от нее специальный электрод. Нетрудно видеть, что при таком количестве влияющих факторов чисто расчетное описание условий работы ростовой техники и режимов выращивания затруднительно.
Направленность распыления ионным пучком, как характерная особенность процесса, определяется тремя углами [4]: углом падения ионов на мишень , углом между нормалью к мишени и направлением на подложку j
, углом падения выбитых из мишени частиц на ростовую поверхность подложки d
[4]. Из всех вариантов геометрии распыления чаще всего реализуются ситуации со значениями углов ,d
, j
, равными соответственно 45°, 45°, 0 и 45°, 0, 0 [5,6]. От угла зависит коэффициент распыления, энергетическое и угловое распределение [7] выбиваемых из мишени частиц, появление элементов рельефа на мишени, активно развивающегося при распылении ионным пучком, форма и размеры пятна, в который проецируется ионный пучок, причем при больших размеры пятна могут превысить характерные размеры мишени. С углом j
связаны энергия, состав и интенсивность потока выбитых частиц. Угол d
определяет наращивание пленок из наклонно падающих частиц и влияет на структурные превращения в наращиваемых пленках и тип развивающейся текстуры [3,4]. Перечисленные связи дают лишь общее представление о действии фактора направленности распыления и указывают на его важное значение в технологическом процессе. Ниже ограничимся выяснением основных закономерностей и некоторых принципиальных вопросов выращивания тонких пленок различных форм углерода с позиции обобщения экспериментальных технологических данных.
Современный этап развития технологии выращивания тонких пленок различных структурных модификаций углерода характеризуется, в частности, значительным вниманием к алмазу, как к полупроводниковому материалу [8] для создания элементной базы мощной, быстродействующей, радиационно стойкой электроники, сенсоров мощных потоков частиц и ионизирующих электромагнитных излучений, холодных электронных эмиттеров, теплоотводов, защитных, просветляющих интерференционных покрытий солнечных элементов и расширением использования алмаза как материала с рекордной твердостью для изготовления абразивного и режущего алмазного инструмента [8], таблица 1.
Таблица 1.
Физические параметры алмаза [9,8,10]
Параметр
|
Значение |
Ширина запрещенной зоны, эВ |
5,490,005 |
Плотность, г/см3 |
3,515 |
Диэлектрическая проницаемость |
5,70,05 |
Теплопроводность, Вт/см К |
20-25 |
Электрическое сопротивление, Ом см |
1012-1016 |
Дрейфовая скорость насыщения носителей тока в сильных электрических полях, см/с |
2,8×
107 |
Показатель преломления |
2,417 |
Напряженность поля электрического пробоя, В/см |
2,2×
107 |
Радиационная стойкость (необратимая аморфизация структуры): |
|
-к быстрым нейтронам (допустимый флюенс), нейтр/см2 |
2×
1014 |
--излучению, Гр |
5×
105 |
Твердость по Моосу |
10 |
Твердость по Кнуппу, Гпа |
80 |
К основным условиям выращивания алмазных пленок относятся [11]: проведение процесса при больших пересыщениях, обеспечивающих высокую вероятность образования алмазных зародышей; предотвращение образования как графитовой структуры так и перехода образовавшейся алмазной фазы в графит. Существенные успехи выращивания алмазных пленок, в том числе тек-стурированных и гетероэпитаксиальных [12], несомненно достигнуты высокотемпературными технологиями [11,13]. С другой стороны, как показывают эксперименты, не существует принципиального запрета термодинамического характера на выращивание поликристаллических структур с алмазным типом связи низкотемпературными вакуумными ростовыми процессами [11]. По нашему мнению, среди известных низкотемпературных вакуумных технологий по ряду обстоятельств [14], имеющих принципиальное значение, определенное место занимают критические технологии, базирующиеся на распылении графита ионным и воздействии на структуру углеродного конденсата либо ионным, либо электронным пучками.
|
Рис.1. Структурная схема распыления ионным пучком:
1-плазменный источник ионов, 2-ускоряющий электрод, 3- рабочая камера, 4-держатель графитовой мишени, 5-нагреватель, 6-привод заслонки, 7-заслонка, 8,9-высоковольтные выпрямители, 10-натекатель, 11-расходомер, 12-баллон с газом. |
Все процессы выращивания тонких алмазных пленок ионными и электронными пучками можно разделить на три категории. К процессам первого типа относятся процессы физического распыления графита ионным пучком и твердофазное превращение пленок графита в алмаз их быстрым нагревом и охлаждением, в частности, мощным электронным пучком. Ко второму типу относятся неравновесные процессы активирования, осветления и превращения наращиваемых пленок графита в алмаз под действием пучка ионов газов низкой энергии, падающих на подложку непрерывно с углеродом, который переносится из графитовой мишени пучком ионов высокой энергии. И наконец, к процессам третьего типа можно отнести процессы наращивания алмаза осаждением ионов углерода из замедленных ионных пучков. Во всех процессах роль ионной составляющей несомненно велика и имеет определяющее значение в образовании алмаза. Представляется, что общую характеристику технологических режимов выращивания тонких алмазных пленок ионными пучками целесообразно дать, исходя именно из такого деления. Рассмотрим новые возможности, которые открывает техника и технология выращивания тонких твердых пленок углерода с помощью пучков заряженных частиц.
Ростовые процессы первого типа можно осуществить распыляющим ионным и облучающим электронным пучками [15]. На первой, длительностью ~6 часов, стадии частицы, выбиваемые падающими на графитовую мишень ионами (рис.1), наращиваются на подложки. Вторая стадия (быстрая кристаллизация) включает облучение выращенных углеродных пленок пучком электронов секундной длительности. В [15,16,17] пленки аморфного углерода наращивали распылением ионным пучком [14,18] на подложки из Si (111) (кремниевые подложки считаются наиболее подходящими, благодаря достаточному сопряжению кристаллических решеток пленки и подложки, кроме того, кремний является одним из наиболее совершенных кристаллов по уровню структурных дефектов) при давлении 6,6×
10 -3 Па и температуре ростовой поверхности 673 К, распылением графита марки 99,99 пучком ионов смеси аргона и водорода. Ток ионного пучка 5-10 мА, энергия ионов 4 кэВ [19,20]. На второй стадии проводили облучение свежевыращенных рентгеноаморфных тонких пленок углерода электронным пучком секундной длительности [21,22] в установке (рис.2), содержащей мощную плавильную электронную пушку ЭПА-60-04.2 [22] с блоком управления электронным пучком [46] и высоковольтный выпрямитель В-ТПЕ-2-30к-2УХЛ4, обеспечивающий проведение разнообразных режимов нагрева [21].
|
Рис. 2. Конструкция установки с электроннолучевым нагревом:
1 - электронная пушка; 2 - высоковольтный ввод; 3 - вакуумный затвор; 4 - вакуумная камера; 5 - вакуумный агрегат АВП-250; б - шкаф-стойка; 7- пульт управления; 8 - крышка стойки; 9 - блок управления электронным пучком; 10 - пульт оператора; 11 - вакуумметр ВИТ-2; 12 - вакуумный агрегат АВП-160; 13 - насос НВПР -40-066; 14 - предохранительный клапан. |
Блок управления электронным пучком [46] обеспечивает фокусировку электронного пучка на объекте нагрева, перемещение пучка по окружности, прямой линии и развертку в растр. Кроме того, электронный коммутатор, встроенный в блок задает определенное время задержки электронного пучка на нагреваемом объекте. Откачка вакуумной камеры до остаточного давления 2·10-3 Па выполняется по широко распространенной и общеизвестной схеме. Особенностью вакуумной системы является возможность выполнения откачки сразу двух высоковакуумных агрегатов: АВП-250 и АВП-160 одним общим насосом предварительного разрежения НВПР-40-066. Кроме откачки электронной пушки, по пути транспорта электронного пучка введена вспомогательная обводящая откачка меньшей производительности. Вакуумный затвор позволяет проводить перегрузку вакуумной камеры без разрыва вакуума в пушке или заменять вольфрамовые термокатоды и обслуживать катодную камеру, не напуская в нее воздух, прекращать натекание газа из вакуумной камеры в электронную пушку в перерывах процесса нагрева.
Мощность электронного пучка не превышала 100-200 Вт. В результате воздействия электронного пучка в тонкой углеродной пленке происходила кристаллизация гексагонального карбина a
=0,51 нм. На рентгенограммах наблюдали только отражения hk0, что указывало на перпендикулярную ориентацию углеродных цепочек относительно поверхности подложки. Карбин, являясь линейной модификацией углерода на основе sp-гибридизации углеродных атомов, обладает полупроводниковыми свойствами и наличием ширины запрещенной зоны ~1 эВ. Следует отметить, что кроме карбина можно наблюдать кристаллизацию различных фаз (алмаз, графит, карбид кремния). При этом, управляя характеристиками ионного распыления, параметрами процесса наращивания и задавая условия обработки электронным пучком, можно регулировать содержание этих фаз в тонких пленках.
На рис.3 и 4 представлены ИК спектры поглощения и спектр резонансного комбинационного рассеяния тонкой пленки углерода после обработки электронным пучком [15,16]. Инфракрасные спектры поглощения снимали на спектрометре UR-20 в интервале волновых чисел 700-4000 см-1. Спектры резонансного комбинационного рассеяния КР измеряли на спектрометре ДФС-24. Для возбуждения использовали линию гелий неонового ОКГ (=632,8 нм). Как видно из рис.3 [23,24], в ИК спектре отсутствуют полосы поглощения при 1330 см-1 (характерные для связей в алмазе [25,26]), при 1580 см–1(характерные для графита), асимметричные полосы с максимумом 1500-1550 см-1 в аморфном углероде или дублетные полосы с максимумами на частотах 1350 и 1550 см-1 (характерные для аморфного углерода), а также широкие интенсивные полосы алмазоподобных пленок с максимумом в областях 1350±
10 и 1600±
20см-1
В спектре присутствуют полосы поглощения при 810, 1040, 1920, 2300 см-1 и наблюдается "провал" в области 1300-1600 см-1. Эти данные подтверждают результаты рентгенофазового анализа и свидетельствуют о формировании карбина. Карбин в исследуемой тонкой пленке углерода присутствует как в полииновой, так и в кумуленовой форме. Как известно [27], карбин обладает цепочечной структурой. Цепочки из атомов С в карбине могут быть различной природы. Они носят, в основном, зигзагообразный характер и делятся на два типа: полииновые с линейными цепочками -Сº
С-Сº
С- , связанными изогнутыми элементами -Сº
С- (межатомные расстояния -Сº
С- 0,1207 нм, -С-С- -0,1379 нм, угол при мостиковом атоме С с направлением цепочки 60o<a
p<65o) и кумуленовые с линейными цепочками =С=С=С=С= (С=С - 0,1282 нм), связанными изогнутыми элементами С-С=С- (23o<a
c<25o).
|
Рис. 3. ИК-спектр поглощения тонкой пленки карбина. |
|
Рис. 4. Спектр комбинационного рассеяния тонкой пленки карбина. |
Полииновая структура атомных цепочек углерода отражена полосами валентных колебаний тройных связей -Сº
С- при 2100-2300 см-1 (очень сильная), а также деформационных колебаний при 800 см-1. Кумуленовая структура отражена полосами поглощения при 1950 см-1 (очень сильная ) и 1070 см-1 (средней интенсивности). Полоса поглощения в области 1600 см-1 связана с фундаментальной полосой поглощения для кумуленовой формы карбина (регулярные зигзаги с линейными фрагментами из 4 атомов углерода).
В спектрах резонансного комбинационного рассеяния света [15,16] наблюдаются две линии в области 1645 и 2145 см-1, соответствующие валентным колебаниям кумуленовых связей =С=С=С=С= углеродных цепей. Облучение пучком электронов секундной длительности тонких аморфных пленок углерода, выращенных распылением графита ионным пучком, приводит к кристаллизации карбина. Обращают внимание эксперименты [28], в которых удалось получить монокристаллические пленки карбина распылением ионным пучком графита в условиях ионного облучения наращиваемой пленки.
Ростовые процессы второго типа можно реализовать двумя или одним ионными пучками. Сначала рассмотрим механизм выращивания алмазных пленок распылением одним широким ионным пучком при наклонном падении ионов на графитовую мишень и скользящем падении ионов на ростовую поверхность. Ионы, при касательном падении, отражаясь, испытывают рассеяние и как, следствие, появление нескольких атомов углерода низкой энергии на один падающий ион с углом рассеяния первичного атома отдачи нормальным к плоскости растущей пленки. Хотя при распылении такой процесс не является доминирующим и существует некоторая неопределенность количественных характеристик, образующиеся при углах падения ионов близких к 90о атомы углерода могут оказывать воздействие на растущую пленку как и пучок ионов низкой энергии [29,30,31]. В случае с одним ионным источником ионный пучок выполняет сразу две функции, распыляющего графитовую мишень и облучающего наращиваемую пленку скользящим падением ионов. В работе [32] такой процесс реализовался расходящимся пучком ионов газов, покидающих широкую ~80 см2 эмиссионную поверхность источника ионов Кауфмана. Плотность ионного тока ji<0,5 мА/см2, энергия 0,2-1,7 кэВ. Пучок ионов наклонно падал на графитовую мишень 10х10 см2 и на вращающуюся подложку 1,5х1,5 см2 под углом 85-90о. Температура подложки 293 К, устанавливалась в результате охлаждения держателя проточной водой. Пленки a
-С наращивали на стекло со скоростью 0,03-0,17 нм/с до толщины 40-100 нм. Проведенные рентгеноструктурные и электронно-графические измерения характеризуют выращенные пленки как аморфные. Отжиг пленок, воздействием пучком электронов или малой дозой облучения ускоренными ионами, приводил к их кристаллизации. По мнению авторов [32] основная модификация углерода в итоженных пленках алмазная кубическая с a
=0,357 нм, дающая наиболее интенсивные рефлексы. Отмечается сильная зависимость микроструктуры и оптических свойств выращенных пленок a
-С от угла падения на ростовую поверхность ионов и их массы. Как отмечалось в [32] условия нанесения пленок таковы, что основным фактором является рассеяние падающих ионов растущей пленкой, благодаря которому атомами отдачи на ростовой поверхности пленки могут создаваться сжимающие напряжения ~10 ГПа, достаточные для образования алмазной фазы. Выращивание тонких пленок алмаза распылением мишени с облучением растущей пленки ионами распыляющего пучка [32] процесс неравновесный, в котором участвуют, по крайней мере, два потока атомов. С одной стороны, поток выбитых атомов углерода, падающих на подложку, где в результате их наращивания происходит движение ростовой поверхности с некоторой скоростью, определяемой плотностью потока. С другой, поток углеродных атомов отдачи, возникающих от рассеяния ионов в глубине растущей пленки и движущихся к ее поверхности, создавая некоторую предельную концентрацию междоузельных атомов, определяющих величину напряжений в растущем слое, соответствующую области стабильности алмазной фазы. От соотношения этих двух потоков углеродных атомов зависит степень оказываемого определяющего влияния проникающих ионов на микроструктуру наращиваемых пленок. Причем низкая подвижность атомов на ростовой поверхности приводит в случае [32] к формированию аморфных пленок, их кристаллическая структура образуется под действием внешних факторов, обычно высокотемпературным отжигом. В случае выращивания тонких пленок алмаза распылением с двумя ионными пучками [31], энергия ионов падающих на наращиваемую пленку должна быть достаточно низкой, чтобы не допустить образование каскадов атомных смещений, затрудняющих образование устойчивых sp3 связанных областей и приводящих к появлению энергетически более выгодной структуры sp2 связанных атомов углерода. Кроме того, очевидно, что предельные энергии налетающих ионов выбираются исходя из условия N1/N2<1, (1) где N1 и N2-число атомов углерода, соответственно, покидающих и падающих на ростовую поверхность. При наращивании распылением с двумя ионными пучками [31], допускается другой механизм осветления углеродных пленок, по которому под действием налетающих ионов происходит смещение sp2 связанных атомов углерода, так как пороговая энергия смещения Ed(sp2-C)<Ed(sp3-C). Как и в случае осаждения ионов углерода [33], фактор смещения может играть определяющую роль, направляя синтез в сторону образования либо одной, либо другой формы углерода. Впервые процесс выращивания алмазоподобных пленок в варианте двух многоапертурных ионных источников Финкельштейна со стеклянной вакуумной камерой продемонстрирован Вейссмантелем [34]. Графитовая мишень распылялась пучком ионов Ar+ плотностью тока 0,5-1 мА/см2, энергией до 10 кэВ при давлении 7×
10-5 Па. Растущая пленка осветлялась вспомогательным пучком ионов Ar+ или Ar+ и СН4+ энергией <2 кэВ и током 0,2-0,5 мА. Скорость наращивания пленки на расстоянии 15 см от мишени с учетом условия (1) составляла 8,3×
10-3-1,7×
10-2 нм/с. Более значительные скорости роста получены в парах бензола при сравнительно высоком давлении.
Ростовые процессы третьего типа позволяют выращивать тонкие пленки со структурой алмаза или алмазоподобного углерода осаждением ионов из ионных пучков. Основным достоинством метода является регулирование, существенно влияющей на свойства пленок, энергии падающих ионов в широком диапазоне значений, использование различных, содержащих углеводороды, плазмообразующих смесей газов, существенно расширяющих условия синтеза, и строгое задание массового состава ионного пучка. Типичная упрощенная схема устройства обычно содержит плазменный источник ионов и подложку, находящуюся под отрицательным потенциалом относительно плазмы и служащей извлекающим и ускоряющим электродом, принимающим плазменные ионы, из которых и наращивается пленка. В конструкции [35] эмитирующая плазма образуется в структуре электродов Пеннинга при давлении (5-6)×
10-2 Па в газовой смеси: пары этилового спирта 0,05; водорода 0,7; аргона 0,25. Плотность ионного тока на расстоянии 1 см, разделяющим подложки и апертуру эмиттерного катода, не превышала 0,1 мА/см2. Энергию падающих на подложку ионов изменяли в диапазоне 80-1100 эВ. Кремниевые подложки, с размером ростовой поверхности 1 см2, препарировали, последовательно очищая, ультразвуком, растворителями, деионизованной водой, этиловым спиртом и на последней стадии пучком ионов аргона с энергией 5 кэВ в вакууме 0,1 Па за время 0,5 ч. Температура подложки при синтезе составляла ~300 К.
Выращенные со скоростью ~3×
10-3 нм/с пленки характеризовались аморфным строением. Отмечается рост показателя преломления пленок от 2,2 до 2,63 после их отжига на воздухе при температуре 473 и 673 К в течение одного часа. Обратное влияние оказывает увеличение энергии осаждаемых ионов от 80 до 1100 эВ, приводящее к уменьшению значения показателя преломления от 2,52 до 1,6. Оптимизация этих двух параметров позволила синтезировать тонкие пленки с показателем преломления близким к 2,42. Кроме того, термическая стабильность, химическая стойкость в HNO3 и HF и повышенная твердость, выявленная при скрайбировании вольфрамовой иглой, позволяют в целом считать пленки алмазоподобными. Экспериментально установлено, что нагрев пленок приводит к заметному уменьшению их толщины, которое, по мнению авторов, вероятно связано с увеличением плотности выращенных пленок, хотя в [36] отмечается, что пленки, выращенные по схеме идентичной [35], стремительно “исчезают” с кремниевых подложек при их термообработке на воздухе начиная с температур 723-773 К. При 673 К как и в [35] наблюдается незначительная потеря толщины пленок. Снижение толщины и полное “исчезновение” пленок в [36] связывают с их переходом из твердой углеродной в газовую фазу СО или СО2 благодаря активному взаимодействию с кислородом воздуха. Процесс синтеза [36] протекал в серийной вакуумной установке “Каштан”, оснащенной масс-спектрометром МН-7303, при плотности ионного тока ~2 мА/см2, температуре подложек ~293 К. Плазмообразующий газ метан СH4 или С6Н12 (использование циклогексана увеличивало скорость выращивания ~2 раза) натекал в разрядную камеру ионного источника. Ионы, извлекаемые из стационарной плазмы многоапертурного источника ионов “Радикал-М-200” с холодным катодом [37], ускорялись электрическим полем 300-600 В и осаждались снопом диаметром 25 см на совершающие сложное вращательное движение кремниевые подложки. На подготовительной стадии поверхность подложек тщательно очищали пучком ионов химически активных газов O2, CF4, C3F8, что, в определенной мере, обеспечивало высокую адгезию пленок.. При этом толщина наращиваемых пленок не превышала 2 мкм, а площадь подложек составляла ~80 см2. Количественный анализ вторичной ионной масспектрометрией показал, что метод выращивания из ионного пучка снижает содержание водорода на 2-3 порядка и пленки менее пористые в сравнении с пленками выращенными плазменным методом. Микротвердость по Виккерсу (алмазная пирамида) не менее 1,3-3×
103 кг/мм2. Установленная способность пленок переходить в газовую фазу, позволила использовать новое свойство алмазоподобных пленок при нанесении легко удаляемых масок, проявляющих высокую химическую стойкость в технологии травления кремниевых пластин. Способность алмазоподобных пленок, в зависимости от условий выращивания, к регулированию в широких пределах ширины запрещенной зоны, диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления и совмещение ростового процесса с кремниевой технологией, позволяют создавать терморезисторы [36] и функциональные сверхтонкие полупроводниковые слои в фотоэлектрических преобразователях [38]. Алмазоподобные пленки перспективны в качестве защитных, пассивирующих и снижающих коэффициент трения покрытий магнитных и оптических дисков, головок винчестеров и видеомагнитофонов, валов копировальных приборов и микроскопов, предметных столиков и прецизионных устройств перемещения, гидравлических пар, экранов дисплеев, и предохраняющих золоченные покрытия от стирания и трущиеся поверхности от залипания.
Более широкие возможности осаждения ионов открываются с передачей выполняемых подложкой функций извлечения и ускорения ионов специальному электроду. В этом случае электрический потенциал подложек не будет оказывать действие на эмитирующую плазму, подложки можно размещать с различной пространственной ориентацией и удалением относительно ионного источника, материал и геометрическая форма подложек не могут влиять на параметры ионного пучка. Свободные ионные пучки можно подвергнуть сепарированию по массам и энергиям, не допуская проникновение углеродных кластеров на ростовую поверхность, присутствие которых губительно при образовании алмазной структуры. В [33] интенсивный (десятки мА) пучок ускоренных до 18-20 кэВ ионов углерода сепарируют по массам и, замедлив до энергий 20-100 эВ, направляют на подложку. Пленки алмазоподобного углерода осаждают при низких давлениях 10-7-10-5 Па и температуре подложки ~300 К. Определяющим параметром процесса конденсации является энергия осаждаемых частиц. Меняя энергию ионов можно в широких пределах изменять структуру и электрооптические, электрострикционные и диэлектрические свойства пленок [39]. Другим фактором определяющим электрофизические, оптические и люминесцентные свойства углеродных пленок является состав плазмообразующей газовой смеси. Причем управление оптическими свойствами достигается более эффективно добавлением различных дольных соотношений водорода, кислорода, азота, метанола в поток газа натекаемого в ионный источник [40, 41].
Таким образом, эксперименты свидетельствуют, что пучками заряженных частиц можно выращивать при низких давлениях и низких температурах алма-зоподобные пленки на различных подложках [42,43] с предельно высоким содержанием sp3 связанных атомов углерода. Однако эпитаксиального роста удается достичь лишь в том случае, если в качестве подложек использовать кристаллы природного алмаза с ориентацией граней (100), (110) и (111) [44]. Перспективность методов пучков заряженных частиц связывается с высокой точностью регулирования температуры подложки, напряжения смещения, плотности, энергии, угла падения и состава как образующих так и облучающих пленку частиц. Несмотря на достоинства процесса, выражающихся в упрощении точного поддерживания технологических параметров, сложная их взаимосвязь и неоднозначность определяют основную экспериментальную трудность их оптимизации.
Литература
- Семенов А. П., Смирнягина Н. Н., Халтанова В. М., Белянин А.Ф. О выращивании тонких пленок металлооксидов распылением ионным пучком // Физика и химия обработки материалов. 1993. № 4. С. 99-104.
- Распыление твердых тел ионной бомбардировкой/ Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, 1984. 336 с.
- Семенов А.П., Белянин А.Ф., Мохосоев М.В., Тер-Маркарян А.А. Применение распыления ионным пучком для получения пьезоэлектрических пленок окиси цинка // Техника средств связи. 1984. 1984. Сер. ТПО. Вып.1. С.66-75.
- Motohiro T., Yamadera H., Taga Y. Angular-resolved ion-beam sputtering apparatus for large-area deposition // Rev. Sci. Instrum. 1989. V. 60. № 8. P. 2657-2665.
- Семенов А. П. Техника нанесения тонких пленок распылением ионным пучком (обзор) // Приборы и техника эксперимента. 1990. № 4. С. 26-42.
- Семенов А. П. Выращивание тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников распылением ионным пучком (обзор) // Приборы и техника эксперимента. 1993. № 2. С. 11-27.
- Машкова Е. С., Молчанов В. А. Пространственные распределения частиц, распыленных под действием ионной бомбардировки. Теоретические результаты // Поверхность. Физика, химия, механика. 1985. № 3. С. 5-25.
- Вечерин П,П., Журавлев В.В., Квасков В.Б., Клюев Ю.А., Красильников А.В., Самойлович М.И., Суходольская О.В. Природные алмазы России. М.: Полярон, 1997. 304 с.
- Физические свойства алмаза (Справочник) // Под ред. В.Н.Новикова. Киев: Наукова Думка, 1987. 192с.
- Федосеев Д.В., Новиков Н.В., Вишневский А.С., Теремецкая И.Г. Алмаз. Справочник. Киев: Наукова Думка, 1981. 78 с.
- Федосеев Д.В. Алмазные и алмазоподобные пленки // Алмаз в электронной технике. М.: Энергоатомиздат, 1990. С.171-185.
- Поляков С.Н., Рахимов А.Т., Суетин Н.В. и др. Рост и структура эпитаксиальных алмазных пленок, выращенных на монокристаллах Si(111) // Письма в ЖЭТФ. 1997. Т.65. Вып.5. С.414-418.
- Чепуров А.И., Федоров И.И., Сонин В.М. Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования. Труды Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН. Вып. 836. Новосибирск: 1997.196с.
- Семенов А.П. Техника распыления ионными пучками. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского научного центра СО РАН, 1996. 120 с.
- Семенов А.П., Белянин А.Ф., Семенова И.А. К вопросу применения распыления ионным пучком для выращивания углеродных пленок // Труды Всерос. конф. Алмазы в технике и электронике. М:. Полярон, 1997. С.136-145.
- Смирнягина Н.Н., Семенов А.П., Ботоев В.Б., Корсун В.П. О кристаллизации карбина электронным пучком в тонких пленках углерода, выращенных распылением ионным пучком // Материалы VI Международного симпоз. Тонкие пленки в электронике. М.: 1995. Т.2. С.50-53.
- Белянин А. Ф., Пащенко П. В., Семенов А. П., Смирнягина Н.Н., Спицын Б.В., Буйлов Л.Л., Алексенко А.Е. Осаждение и травление пленок алмаза и алмазоподобного углерода ионным пучком // Техника средств связи. 1991. Сер. ТПО. Вып. 4. С. 55-69.
- Семенов А. П. Устройство распыления ионным пучком в вакуумном универ-сальном посту (ВУП-4) // Приборы и техника эксперимента. 1986. № 2. С. 220-221.
- Семенов А. П., Батуев Б.-Ш. Ч. Источник ионов (с полым катодом) на основе разряда // Приборы и техника эксперимента. 1991. № 1. С. 177-178.
- Семенов А.П. Источники распыляющих ионных пучков на основе разрядов с холодным катодом // Приборы и техника эксперимента. 1996. N4. С.3-14.
- Семенов А.П., Григорьев Ю.В., Нархинов В.П., Смирнягина Н.Н., Воейкова Л.А. Металлизация стеклотекстолита медью испарением в вакууме электронным пучком // Труды украинского вакуумного общества. Харьков: 1996. Т.2. С.43-49.
- Григорьев Ю.В., Карлов В.И., Мурашов А.С. и др. Электронная пушка мощностью до 240 кВт//Приборы и техника эксперимента. 1989.№2. С. 228.
- Семенов А.П., Белянин А.Ф., Семенова И.А. К вопросу применения распыления ионным пучком для выращивания углеродных пленок // Труды Всероссийской конф. Алмазы в технике и электронике. М:. Полярон, 1997. С.136-145.
- Semenov A.P., Smirnyagina N.N. Carbyne crystallization by impulse electron beam in-to carbon thin films grown by ion beam sputtering // Chemical Vapor Deposition. 1997. V.6. N1. P.24-29.
- Федосеев Д. В., Дерягин Б. В., Варшавская И. Г., Семенова-Тян-Шанская А. С. Кристаллизация алмаза. М.: Наука, 1984. 136 с.
- Применение спектров комбинационного рассеяния // Под ред.. А.А. Андерсона М.: Мир, 1977.
- R.B.Heimann, J.Kleiman, N.M.Salansky. A unified structural approach to linear carbon polytypes // Nature. 1983. V 306. №5938. P.164-167.
- Точицкий Э.И., Станишевский А.В., Бабаев В.Г. и др. Получение ориентиро-ванных пленок карбина // Тез. докл. Всесоюзн. конф. Перспективы применения ал-мазов в электронике и электронной технике. М:. Энергоатомиздат, 1991. С.41-42.
- Габович М. Д., Плешивцев Н. В., Семашко Н. Н. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М.: Энергоатомиздат, 1986. 248 с.
- Плешивцев Н. В., Семашко Н. Н. Применение ионных пучков для технологических целей: нагрев плазмы до термоядерных температур, ионная очистка поверхностей, получение тонких пленок и области применения ускорителей ионов // Итоги науки и техники. Сер. Физические основы лазерной и пучковой технологии. М.: 1989. Т. 5. С. 55-112.
- Weissmantel C. Ion beam deposition of special film structures // J. Vac. Sci. and Tech-nol. 1981. V. 18. № 2. P. 179-185.
- Файзрахманов И.А., Хайбуллин И.Б. Исследование методом оптической спектроскопии микроструктуры пленок a
-С, полученных ионно-стимулированным осаждением // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 1996. N5. С.88-96.
- Чайковский Э.Ф., Пузиков В.М., Семенов А.П. Осаждение алмазных пленок из ионных пучков углерода // Кристаллография. 1981. Т.26. Вып.1. С.219-222.
- Gautherin G., Weissmantel C. Some trends in preparing film structures by ion beam methods // Thin Solid Films. 1978. Vol. 50. P. 135-144.
- Кулик Л.В., Кобицкий А.Ю., Саучев К.Н. и др. Аморфные алмазоподобные пленки, полученные ионно-лучевым методом // Труды VII Международного симпоз. Тонкие пленки в электронике. М.: 1996. С.49-53.
- Енишерлова К.Л., Концевой Ю.А., Митрофанов Е.А. и др. Получение пленок алмазоподобного углерода и карбида кремния источников ионов с холодным катодом // Труды VI конф. Физика и технология алмазных материалов. М.: 1996. С.142-153.
- Маишев Ю.П. Источники ионов и ионнолучевое оборудование для нанесения и травления материалов // Вакуумная техника и технология. 1992. Т.2. N.4. С.53-58.
- Баранов А.М., Малов Ю.А., Терешин С.А. Преобразователь световой энергии в электрическую на основе гетероструктуры n-CdO/a
-C/p-Si // Труды Всероссийской конф. Алмазы в технике и электронике. М.: Полярон, 1997. С.73-79.
- Зосим Д.И., Кулигина В.П., Семенов А.В. и др. Влияние электрического поля на оптические свойства алмазоподобных пленок углерода // Труды украинского вакуумного общества. Харьков: 1997. Т.3. С.139-143.
- Слепцов В.В., Хоц Г.Е., Жилина В.И. и др. Антиотражающие свойства твердых аморфных гидрогенизированных a
-С:Н пленок // Труды украинского вакуумного общества. Харьков: 1997. Т.3. С.149-154.
- Пузиков В.М., Семенов А.В., Савин Ю.Н. и др. Люминесцентные свойства алмазоподобных пленок углерода, полученных ионнолучевым осаждением // Материалы VI Международного симпоз. Тонкие пленки в электронике. Москва: 1995. Т.2. Алмаз. Алмазные пленки. С.140.
- Новиков А.А., Шубин Ф.В. Анализ вакуумных методов получения алмазопо-добных пленок // Труды украинского вакуумного общества. Харьков: 1997. Т.3. С.76-83.
- Маишев Ю.П., Митрофанов Е.А. Формирование углеродных алмазоподобных, SiC, а также SixOyNz пленок из пучка ионов и исследования их свойств // Высокие электронные технологии в народном хозяйстве. М.: С.63-65.
- Буйлов Л.Л., Алексенко А.Е., Ботев А.А. и др. Некоторые закономерности роста слоев алмаза из активируемой газовой фазы // Докл. АН СССР. 1986. Т.287. N4. С.888-891.
- Семенов А.П., Смирнягина Н.Н. Синтез карбидов кремния и вольфрама и пленок карбина под воздействием мощного электронного пучка // Неорганические материалы. 1998. Т.34. N8. С.982-985.
Григорьев Ю.В., Петров Ю.Г., Позданов В.И. Блок управления электронным лучом мощных аксиальных пушек // Приборы и техника эксперимента. 1990. N2. С.236-237.
|
|
|
|
|
|
|
|
Copyright
© 1999-2004 MeDia-security,
webmaster@media-security.ru
|
|
|