WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Вероятно, послойный механизм роста пленок Известно, что подложки алюмината лантана обладают YBa2Cu3O7 на подложках LaAlO3 в рассмотренном выше большой плотностью двойниковых и малоугловых гратехнологическом режиме реализуется до определенной ниц [29], которые могут при эпитаксиальном выращиватолщины. При достижении 500 nm на поверхность нии переходить в пленку. Формирование угловых границ пленки могут выходить отдельные примесные приводит к понижению G пленки и стабилизации кристаллиты, которые по мере роста основной пленки структурно совершенной фазы YBa2Cu3O7. Из рис. 4, a вытесняются на поверхность и увеличиваются в видно, что кристаллиты конкурирующей фазы на поверхразмере. Кристаллиты конкурирующей фазы играют ности пленки располагаются вдоль определенных лироль стоков избыточных катионов. При толщине ний, вероятно, угловых границ. Закрепление зародышей около 1 µm на поверхность пленки выходят винтовые конкурирующей фазы является энергетически выгодным, поскольку свободная поверхностная энергия вдоль ли- дислокации, которые проявляются в формировании отдельных кристаллитов правильной формы идентичной ний дефектности понижена по сравнению с основной ориентации. На данной стадии послойный рост поверхностью. На рис. 4, b показана поверхность пленки толщиной 1200 nm. Отдельные кристаллиты правиль- преобразуется в рост отдельных кристаллитов вокруг ной формы, расположенные на сравнительно гладкой оси дислокации в виде колонн или пирамид. Из поверхности, при дальнейшем росте преобразуются в рис. 4, c можно оценить размер отдельного микроблока Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Источники фликкер-шума и технология сверхпроводящих микрополосков на основе пленок... 250–300 nm. На этом основании плотность микроблоков составляет 1-2 · 109 cm-2, что соответствует значению плотности центров зародышеобразования c-ориентированной фазы, определенной в работе [30].

Изготовление микрополосков: процессы фотолитографии и химического травления пленок YBa2Cu3OНанесение контактных площадок на пленки YBa2Cu3O7 выполнялись через специальные маски в процессе термического испарения в вакууме при давлении 10-5 Torr и температуре образцов 450 K.

Рис. 5. Скорость травления пленок YBa2Cu3O7 в зависимости В качестве основного материала для контактных от концентрации растворов различных кислот и соединения слоев применялось серебро, которое покрывалось Трилон-Б: 1 —HNO3, 2 —H2SO4, 3 —H3PO4, 4 —HCl, тонким слоем золота. Общая толщина электродного 5 — Трилон (масштаб Vet увеличен в 30 раз).

слоя составляла 500 nm. Пленки с контактными площадками проходили процесс размерной обработки.

Наиболее критичной стадией данного процесса по отношению к параметрам микрополосков является травление образца через фоторезистивную маску.

Процесс химического травления определяется выбором травящего раствора, который должен обеспечивать точное воспроизведение топологического рисунка и сохранение параметров пленок. В качестве химического травителя пленок YBa2Cu3O7 обычно используются растворы таких кислот, как серная, соляная, азотная, ортофосфорная, уксусная, которые при слабых концентрациях раствора (менее 5 vol.%) провляют высокую скорость травления (Vet) [9,31,32]. Линейная зависимость Vet от концентрации раствора характерна для кислотных растворов с pH < 7. Процесс травления в растворах кислот имеет невысокую воспроизводимость, поэтому в данной работе исследовалась возможность применения в качестве травителя соединения Трилон-Б — раствора динатриевой соли этилен-диамин-тетраацетата (ЭДТА).

Рис. 6. Температурная зависимость скорости травления плеТрилон имеет близкую к линейной зависимость Vet от нок YBa2Cu3O7 30%-ным раствором соединения Трилон-Б.

концентрации, которая характерна для щелочных растворов с pH > 10 [9,32].

Пленочная структура покрывалась слоем фоторезиста ФП-383 или типа AZ. После сушки в термостате при в деионизованной воде. При последующем задубливании 360 K выполнялось экспонирование и проявление фоторезиста температура не превышала 410 K. После фоторезиста в растворе КОН с последующей промывкой подготовки и нагрева травителя пленочная структура погружалась в раствор на определенное время и промывалась в проточной воде. Концентрационные завиТаблица 1. Режимы травления пленок YBa2Cu3O7 в 30%-ном симости скорости травления пленок YBa2Cu3O7 прирастворе Трилон-Б ведены на рис. 5. Значения Vet в растворе Трилон-Б Режим Подтрав, % существенно ниже по сравнению с другими раство № T, C t, s рами кислот. Температурная зависимость Vet водного раствора Трилон-Б с концентрацией 30% показана на 1 20 150 рис. 6. Размер подтрава определялся по отношению 2 45 17 -z = (w0 - w1)w0, где w0 и w1 — ширина полоски 3 50 15 на фотошаблоне, и на пленке после травления соответ4 50 25 ственно. Результаты экспериментов приведены в табл. 1, 5 55 15 6 60 20 15 из которых следует, что наилучшие результаты получены 7 70 10 в режиме 3.

5 Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 68 С.Ф. Карманенко, А.А. Семенов, В.Н. Леонов, А.В. Бобыль, А.И. Дедоборец, А.В. Лунев...

Таблица 2. Электрические параметры пленок YBa2Cu3O7 при химическом травлении № Режим Tc0, K Tc, K r = R300/Rобразца травления до ФЛ после до ФЛ после до ФЛ после 1.1 HCl (20%) 88.1 < 77 6.2 - 1.6 1.1.2 20C 88.7 88.6 2.1 2.7 2.7 2.1.3 90.7 91.2 1.0 0.7 2.9 2.2.1 H3PO4 (10%), 87.1 85.7 2.2 3.1 2.1 1.2.2 20C 89.2 89.0 1.5 1.6 2.5 2.3.1 Трилон-Б, 89.1 89.0 2.3 2.5 2.7 2.50C 4.1 Трилон-Б, 86.7 86.4 4.0 5.1 2.3 2.60C 90.2 90.5 0.7 0.6 2.7 2.П р и м е ч а н и е. Значение Tc соответствует нулевому сопротивлению образца, Tc — ширина резистивного перехода, r = R300/R0 — отношение сопротивления образца при 300 K к сопротивлению перед началом перехода.

Для технологических экспериментов были выбраны Технологическая камера откачивалась до давления образцы, имевшие различные Tc и структурное качество. 10-6 Torr, а в процесс травления давление не подниПооперационный контроль параметров высококачествен- малось выше 10-3 Torr. Ионный источник формировал ных пленок (с Tc, близкой к 90 K, и гладкой поверх- нейтрализованный пучок ионов аргона диаметром 35 mm ностью) на этапах задубливания фоторезиста, проявления и вскрытия топологического рисунка не обнаружил влияния на Tc. Пленки с гранулированной структурой имели Tc = 80-85 K и были чувствительны к операциям размерной обработки. Результаты измерений параметров YBa2Cu3O7 пленок для различных режимов травления приведены в табл. 2. По сравнению с травлением в растворах кислот обработка в Трилон-Б слабее влияет на параметры пленок. Величина подтрава после травления в растворе Трилон-Б составляет 0–6%, тогда как после H3PO4 — 12–27%. Таким образом, было установлено, что для химического травления пленок YBa2Cu3O7 предпочтительными являются раствор Трилон-Б и режим 3, приведенный в табл. 2.

После окончания операций микропрофилирования пленочной топологии и удаления с поверхности остатков фоторезистивной маски микрополоски проходили термообработку в атмосфере кислорода, аналогичную обработке пленки после завершения процесса осаждения. Термообработка устраняла возможные нарушения в пленке, возникшие в процессе размерной обработки, и снижала омическое сопротивление контактных площадок. Приемлемое разрешение и незначительные нарушения в процессе размерной обработки указывают на то, что химическое травление является перспективным методом для изготовления сверхпроводниковых интегральных приборов.

Технология ионного травления пленок YBa2Cu3OРис. 7. Источник ионизированных атомов Ar дуопигатронного типа для травления пленок YBa2Cu3O7. 1 — ионизационная Для процесса ионного травления применялась устакамера, 2 — магниты, 3 — фокальные электроды, 4 — угленовка ВУП-5, в которой был установлен специально родная диафрагма, 5 — эмиссионная камера, 6 — эмиссионные изготовленный дуопигатронный ионный источник [5,33]. электроды, 7 — вакуумная камера, 8 —образец.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Источники фликкер-шума и технология сверхпроводящих микрополосков на основе пленок... растания сопротивления соответствовал полному стравливанию пленки, и процесс прекращался. На рис. представлена зависимость скорости ионного травления пленок YBa2Cu3O7 от величины ускоряющего напряжения U0 в пределах 300–600 eV при значении плотности ионного тока j 0.3mA/cm2. Температура поверхности пленки во время травления не превышала 350 K.

Геометрические размеры и состояние поверхности образцов определялись с помощью сканирующего электронного микроскопа ”CamScan” с разрешением не хуже 0.1 µm. На рис. 9 показаны микрополоски, полученные различными методами травления. Из рисунков следует, что технология химического и ионного травления обеспечивает высокое разрешение, определяемое по ширине края топологии, которое составляет не более 0.2 µm.

Микрополоски, полученные в процессе ионного травления, имеют более ровный край и лучшее разрешение, но следует учитывать то, что при использовании химиРис. 8. Зависимость скорости ионного травления пленок ческого процесса травления отсутствует радиационное YBa2Cu3O7 от величины ускоряющего напряжения U0.

воздействие и дополнительная генерации дефектов.

Технология лазерного травления пленок и однородностью 95%. Энергия ионов варьировалась в пределах 50–1500 eV при плотности тока до 1 mA/cm2.

YBa2Cu3OДуопигатронное распылительное устройство, схематически показанное на рис. 7, является модификацией дуо- Для лазерного травления применялась установка реплазматронного ионного источника, в котором плотная туши фотошаблонов МЭ-551Б и азотный лазер ЛГИ-505:

низкотемпературная плазма создается посредством га- длина волны 0.37 µm, длительность импульса 7 ns, плотзоразрядных плазменных эмиттеров, имеющих большую ность энергии в импульсе на образце до 4 J/cm2, диаповерхность эмиссии ионов. Конструкция устройства по- метр пучка на образце 5 µm, частота следования имзволяет получать ток эмиссии ионов в десятки миллиам- пульсов до 1 kHz, шаг смещения пучка между импульпер на 1 cm2 и формировать точечный источник с малой сами 1 µm.

величиной перетекания холодного газа из разрядной На рис. 9, e, показывающем край топологии после камеры в ускоряющий промежуток. Для создания пучка проведения процесса лазерного травления, виден дис широкой апертурой и высокой плотностью ускорен- электрический бортик шириной около 3 µm, который ных частиц требуется применение расширителя плазмы, возникает в результате выброса волны расплава за край который имеет потенциал анода и антикатода и обеспе- лазерного пучка. По данным рентгеноспектрального мичивает режим разряда с осциллирующими электронами. кроанализа область бортика содержит избыток атомов Газоразрядная плазма дуопигатрона состоит из двух ча- Y и Ba (не более 10–15 %). Вероятно, размер этой стей: катодной и анодной плазмы, разделенных областью области определяется глубиной сильного прогрева края двойного слоя. Наличие продольного магнитного поля пленки (около 3 µm), необходимого для адгезии выприводит к неоднородности радиального распределения шедшего расплава [7,34]. Капли на поверхности укаj+ и появлению радиального электрического поля в зывают на то, что волна расплава выбрасывается на плазме. Введение наряду с продольным поперечного край пленки под воздействием факела лазерной плазмы.

многополюсного магнитного поля на перифеии анодной Поскольку на указанной длине волны лазера глубина области позволяет уменьшить потери ионов и элек- поглощения составляет 0.1 µm [7], а толщина плентронов плазмы и существенно улучшает однородность ки 200–500 nm, то вся энергия поглощается в пленраспределения j+ по эмиссионной поверхности. Попе- ке YBa2Cu3O7 и после первых нескольких импульсов речное магнитное поле создается набором постоянных происходит полное удаление пленки. Однако наличие магнитов с чередующимися полюсами, расположенными неоднородностей изображения на всей обрабатываемой вдоль образующей цилиндрического анода. На поверхно- поверхности указывает на необходимость увеличения сти анода поле составляет около 0.1 T и быстро спадает количества лазерных импульсов, что приводит к дополк оси разрядной камеры. нительной тепловой нагрузке и, вероятно, к избыточноДля контроля длительности процесса травления при- му фликкер-шуму.

менялись образцы-свидетели из пленки YBa2Cu3O7 с На рис. 9, d присутствуют светлые (по сравнению с нанесенными контактными площадками, экранированны- исходным изображением) полосы шириной около 30 µm, ми от воздействия пучка ионов. В процессе травления прилегающие к краю пленок и обусловленные припоизмерялось сопротивление пленки. Момент резкого воз- верхностными повреждениями. Две линии данного риЖурнал технической физики, 2000, том 70, вып. 70 С.Ф. Карманенко, А.А. Семенов, В.Н. Леонов, А.В. Бобыль, А.И. Дедоборец, А.В. Лунев...

Рис. 9. Структуры в сканирующем электронном микроскопе: a — ионное травление до удаления фоторезиста; b — после;

c — химическое травление в растворе Трилон-Б (режим 3 в табл. 1); d, e — различный масштаб структур, полученных лазерным травлением.

сунка соответствуют разной мощности лазера, левая Шумовая характеризация YBa2Cu3Oполучена при U = 165W, а правая при U = 220W.

микрополосков Улучшения режимов лазерной обработки, связанные с модернизацией оптического оборудования и обеспечени- В работе проводились сравнительный анализ шумоем гибкого регулирования мощности лазерного пучка, вых характеристик образцов, полученных химическим и позволили уменьшить размер области повреждений.

ионным травлением, и выявление природы источников Таким образом, технология лазерного травления зна- фликкер-шума.

чительно уступает процессам химического и ионного Образцы микрополосков монтировались на специтравления. Однако данный метод весьма удобен для альном держателе в вакуумном объеме металличеформирования контактных площадок и корректировки ского криостата заливного типа. Размеры микропотопологии сверхпроводниковых структур с характерным лосков позволяли проводить измерения спектральной размером более 100 µm. плотности шума напряжения SV в широком диапазоне Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Источники фликкер-шума и технология сверхпроводящих микрополосков на основе пленок... фликкер-шума в эпитаксиальных структурах обусловлены переходами кислорода вблизи малоугловых и двойниковых границ, которые являются основными видами планарных дефектов в пленках. Вероятно, в образцах происходит преобразование планарных дефектов в трехмерные дефекты на поверхности пленок или катионные дефекты.

Pages:     | 1 || 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.