WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

Объявление о защите кандидатской диссертации

Ф.И.О

Обижаев Денис Юрьевич

Название диссертации

Структура и свойства функциональных слоев нитрида кремния на различных стадиях их формирования в технологии устройств нано- и микросистемной техники

Специальность

05.02.01 «Материаловедение (машиностроение)»

Отрасль науки

Технические науки

Шифр совета

Д 212.110.04

Тел. ученого секретаря

417-8878

E-mail

mitom@implants.ru

Предполагаемая дата защиты диссертации

6 марта 2008г. в 14.00

Место защиты диссертации

Оршанская, 3, ауд. 220А

Ученый секретарь

диссертационного совета С.В.Скворцова

На правах рукописи

Аспирант

Обижаев Денис Юрьевич

Структура и свойства функциональных слоев нитрида кремния на различных стадиях их формирования в технологии устройств нано- и микросистемной техники

Специальность 05.02.01 – «Материаловедение (машиностроение)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена на кафедре «Общая химия, химия и физика композиционных материалов» «МАТИ» – Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бабаевский Петр Гордеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Школьников Владимир Михайлович

кандидат технических наук

Чурило Игорь Владимирович

Ведущая организация: Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина Российской Академии Наук

Защита диссертации состоится «6» марта 2008 года в 14.00 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.110.04 при «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу: Москва, ул. Оршанская, д. 3, ауд. 220А. Отзыв на автореферат в одном экземпляре (заверенный печатью организации) просим направлять по адресу: 121552, Москва, ул. Оршанская, д. 3, «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского.

Тел.: (495)417-8878, факс: (495)417-8978

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат диссертации разослан «6» февраля 2008 года.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

к.т.н., доцент Скворцова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Устройства микро- и наносистемной техники находят все более широкое практическое применение и являются одними из основных результатов развития микро- и нанотехнологий. Основными задачами при их создании являются уменьшение массогабаритных характеристик, расширение функциональных возможностей, увеличение степени интеграции, быстродействия и снижение себестоимости. Наиболее эффективным путем решения указанных задач является применение технологии поверхностной микрообработки для формирования исполнительных элементов микросистем на одной подложке с системой считывания или управления. Эта технология базируется на использовании как основных функциональных, так и вспомогательных технологических, или «жертвенных», слоев, удаляемых на определенных стадиях технологического процесса. В качестве функциональных слоев наиболее перспективным является использование слоев нитрида кремния, наносимых низкотемпературным газофазным плазмохимическим осаждением, в частности методом СВЧ–плазменного стимулирования реакций моносилана SiH4 и азота N2 в условиях электронно–циклотронного резонанса, и обладающих высокими показателями физико-механических и электрофизических свойств, а в качестве «жертвенных» - полиимидных слоев, получаемых из растворов преполимеров на поверхности подложки и обладающих высокой термостойкостью и повышенной, по сравнению с функциональными слоями нитрида кремния, скоростью травления «сухими» (плазменными) методами, в первую очередь в высокочастотной плазме воздуха.

В литературе отсутствуют систематизированные данные о структуре и свойствах слоев нитрида кремния, сформированных на полиимидных «жертвенных» слоях указанным методом, механизме и кинетике процесса травления «жертвенного» слоя из зазора между функциональным слоем и подложкой в высокочастотной плазме воздуха, а имеющиеся данные носят разрозненный характер и относятся, в основном, к характеристикам нитрида кремния, осажденного на кремниевую подложку. Работы, относящиеся к разработкам устройств с применением систем нитрид кремния - полиимидный «жертвенный» слой, не содержат описаний результатов исследований, посвященных свойствам материалов и выявлению закономерностей травления «жертвенных» слоев. Сочетание практической необходимости исследований и отсутствие литературных данных по теме диссертации обуславливает актуальность работы.

Цель работы заключалась в исследовании закономерностей формирования структуры и свойств микро- и наноразмерных слоев нитрида кремния на полиимидных «жертвенных» слоях, процессов травления последних в высокочастотной плазме воздуха и разработке на этой основе технологических процессов, используемых при изготовлении устройств нано- и микросистемной техники.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать влияние объемного соотношения реакционных газов, моносилана SiH4 и азота N2, при осаждении слоев нитрида кремния на их химическое строение и модуль упругости;

- выявить влияние полиимидного слоя на химический состав и морфологию осаждаемых слоев нитрида кремния;

- определить влияние режимов осаждения и толщины слоев нитрида кремния на энергетические свойства их поверхности и адгезию к полиимидным слоям до и после дополнительной плазмохимической обработки последних;

- исследовать кинетику травления полиимидных «жертвенных» слоев в высокочастотной плазме воздуха, состав и структуру выделяющихся продуктов, а также установить влияние процесса травления на состав освобождаемой поверхности нитрида кремния;

- установить влияние толщины слоев нитрида кремния на остаточные деформации балочных элементов на их основе после травления полиимидного «жертвенного» слоя;

- разработать технологию формирования слоев нитрида кремния на полиимидных покрытиях для изготовления исполнительных элементов устройств микро- и наносистемной техники: микроболометрических приемников ИК-излучения и газового сенсора на основе композиционных покрытий полиимид-многостенные углеродные нанотрубки.

Тема и содержание диссертации являлись составной частью завершенных работ, выполненных на основании Постановления Правительства РФ по Государственному оборонному заказу на 2001 год, Федеральной целевой программе “Национальная технологическая база” на 2002-2006 годы, Федеральной целевой программе “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы”, а также инициативных работ.

Научная новизна.

Впервые проведенными систематическими комплексными исследованиями наноразмерных слоев нитрида кремния (толщиной от 1 до 500 нм), осажденных на поверхности полиимидных покрытий методом СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса из смеси реакционных газов - моносилана SiH4 и азота N2, установлено, что структура и свойства слоев в решающей степени определяются соотношением реакционных газов и влиянием поверхности полиимида.

Показано, что с увеличением соотношения SiH4/N2 от 0,3 до 1,06 полярная составляющая свободной поверхностной энергии слоев нитрида кремния уменьшается от 27,1 до 1,3 мДж/м2 вследствие замещения полярных (Si–N) на неполярные (Si–Si) связи. Модуль упругости слоев нитрида кремния слабо зависит от соотношения реакционных газов и, соответственно, от химического состава слоев вследствие их аморфной структуры и пористости. Различия в модуле упругости, определенном по кривым «нагрузка – деформация» слоистой пленки нитрид кремния-полиимид-нитрид кремния (60-70 ГПа) и методом наноиндентирования (75-80 ГПа), обусловлены меньшим проявлением пористости в локальном методе.

Влияние поверхности полиимида на химический состав слоев нитрида кремния, обусловленное адсорбционными эффектами и химическим взаимодействием реакционных газов с активными группами полиимида, распространяется на 4 – 10 нм и приводит к повышенной концентрации атомов кислорода и азота вблизи границы раздела. Плазмохимическая обработка поверхности полиимида сопровождается увеличением, по сравнению с необработанной поверхностью, расчетной работы адгезии к ним слоев нитрида кремния на 5-12 % в сухом состоянии и ее уменьшением в присутствии воды на границе раздела на 32-63 % в зависимости от состава слоев нитрида кремния.

Параметры шероховатости поверхности слоев нитрида кремния, осажденных на поверхность полиимида, соответственно, в 2 и в 11 раз ниже по сравнению со слоями, осажденными на поверхности кремния и алюминия, вследствие меньшего агрегирования структурных единиц осаждаемого слоя на поверхности полиимида.

Впервые проведенными комплексными исследованиями травления в высокочастотной плазме воздуха полиимидных «жертвенных» слоев в зазоре между слоем нитрида кремния и кремниевой подложкой в сравнении с открытой поверхностью полиимида, а также состава и свойств высвобождаемых слоев нитрида кремния, выявлены зависимости механизма и кинетики травления «жертвенных» слоев от их толщины и топологии тестовых элементов, а состава и свойств высвобождаемых функциональных слоев, соответственно, от длительности травления и их толщины.

Впервые показана возможность получения сплошной свободной пленки нитрида кремния толщиной 4 нм плазмохимическим травлением полиимидного «жертвенного» слоя. Установлено, что скорость травления полиимидных «жертвенных» слоев толщиной меньше 10 мкм при заданных условиях сначала возрастает до максимума, высота и положение которого зависит от толщины слоя, а затем уменьшается практически до нуля при увеличении длительности и глубины травления. Скорости травления «жертвенных» слоев толщиной больше 10 мкм и открытой поверхности полиимидного покрытия практически одинаковы, не зависят от продолжительности процесса и определяются только температурой в установке. Продукты травления тонких «жертвенных» слоев характеризуются повышенным содержанием азота и кислорода по сравнению с продуктами травления открытой поверхности полиимида.

Состав поверхности высвобождаемого слоя нитрида кремния, обращенной к «жертвенному» слою, зависит от продолжительности воздействия на нее плазмы воздуха: чем оно больше, тем выше содержание атомов кислорода на поверхности и тем больше различие в их распределении по глубине вытравливания. Напряженно-деформированное состояние высвобождаемых слоев, при заданных режимах их осаждения и травления «жертвенного» слоя, сложным образом зависит от их толщины.

Практическая значимость.

Результаты комплексных исследований, проведенных в работе, использованы при разработке технологии плазмохимического осаждения слоев нитрида кремния на полиимидные «жертвенные» слои и травления последних, что позволило воспроизводимо получать микромостиковые структуры с минимальными остаточными напряжениями для матричных микроболометрических приемников ИК-излучения с высоким уровнем его поглощения. Разработана методика измерения теплофизических характеристик микромостиковых структур для контроля качества матричных микроболометрических приемников ИК излучения.

Полученные в работе результаты исследований использованы также при разработке технологии изготовления газовых сенсоров на основе композиционных покрытий полиимид-многостенные углеродные нанотрубки, в результате чего получены эффективные защитные слои от проникновения влаги при работе сенсора во влажной атмосфере.

Результаты работы использованы в учебном процессе при подготовке магистров по направлению 150600 «Материаловедение и технологии новых материалов» и инженеров по специальности 150601 «Материаловедение и технологии новых материалов» в «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского.

Практическая значимость результатов работы подтверждена заключениями об использовании ОАО ”ЦНИИ”Циклон”, “МАТИ”-РГТУ им. К.Э.Циолковского, ФГУП «НИФХИ им. Л. Я. Карпова».

Апробация работы. Материалы работы изложены на Всероссийских и международных научно-технических конференциях, семинарах и симпозиумах: на Молодежных научно-технических конференциях «МАТИ»-РГТУ им. К. Э. Циолковского «Гагаринские чтения» (2006 г., 2007 г., г. Москва), на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (2006 г., г. Москва), Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (2006 г., г. Москва), Международной научно-технической конференции «Датчики и системы-2005» (2005 г., г. Пенза), Десятой международной научно-техническая конференции «Наукоемкие химические технологии» (2004 г., г. Волгоград), международной конференции «Современные тенденции развития нанотехнологий и наноматериалов» (2007 г., г. Астрахань).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 статей и 10 тезисов докладов, список основных приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения. Работа изложена на 151 станицах, содержит 43 рисунка, 7 таблиц и список используемых источников, содержащего 149 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена актуальность диссертационной работы, сформулированы ее цели и задачи. Описана также научная новизна и практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»