WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 4 Краткие сообщения 06;07;08;12 Синтез пленок оксида цинка с прямой и наклонной текстурой в неоднородной газоразрядной плазме © А.Г. Веселов, А.С. Джумалиев Саратовский филиал Института радиотехники и электроники РАН, 410019 Саратов, Россия (Поступило в Редакцию 15 марта 1999 г.) Представлены результаты роста пленок оксида цинка с нормальной и наклонной текстурой на протяженных аморфных подложках. Показана возможность формирования требуемой текстуры путем управления потоками заряженных частиц при сохранении положения подложки в плоскости параллельной мишени в планарной магнетронной распылительной системе на постоянном токе в смеси аргона и кислорода. Исследование текстуры пленок проводилось методом рентгеновской дифракции и методом возбуждения продольных и сдвиговых объемных акустических волн.

Введение пленок. В работе [6], сообщается о напылении пленок ZnO с наклонной текстурой в планарной магнетронной Тонкие пленки оксида цинка находят широкое при- распылительной системе при расположении подложки менение для возбуждения объемных и поверхностных кремния под углом 40 к плоскости, параллельной плосакустических волн в различных устройствах акусто- и кости мишени. При наклонном положении подложки оптоэлектроники. Это объясняется высоким коэффици- отмечается изменение угла наклона текстуры пленки в ентом электромеханической связи пленок оксида цин- зависимости от ее положения над зоной эрозии мишени.

ка, совместимостью технологии их получения с любой Во всех случаях [6–8] формирование наклонной текпланарной технологией, а также небольшими затратами стуры происходит при касательном поступлении осаэнергии и времени при их получении, что определяет ждаемого вещества на подложку. Пленки, выращенные низкую стоимость устройств на их основе.

в таких условиях, неоднородны по толщине и имеют Вопросы ориентации текстуры пленок оксида цинка большой угол разориентации оси текстуры.

занимают основное место в работах, посвященных изу- Сложность описания процессов, происходящих в газочению технологических особенностей получения пьезо- разрядной плазме, и множество технологических парамеактивных слоев. В большинстве из них анализируются тров, влияющих на свойства осаждаемых пленок, затрудвозможные связи между кристаллографическими свой- няют выделение определяющего фактора и понимание ствами пленок и условиями их роста. Обсуждается вли- причин, приводящих к росту пленок с различной текстуяние скорости осаждения пленки, температуры подлож- рой. Все вышеперечисленное делает обоснованным поки, конфигурации электродов в распылительной камере, иск ориентирующих факторов при росте пленок оксида соотношения аргона и кислорода в смеси, направления цинка. Анализируя основные результаты представленных движения и энергии распыляемых частиц, величины и выше работ, своей задачей мы поставили исследование конфигурации магнитного поля [1–6]. В работах [5,6] роста текстуры пленок в прямых и наклонных потоках, многослойные структуры, образованные слоями оксида образуемых в свою очередь путем изменения конфигуцинка с различной ориентацией текстуры, представля- рации так называемой области отрицательного свечения, ются единственным способом продвижения акустики в иначе говоря, зоны горения плазмы.

диапазон миллиметровых волн. В настоящей работе экспериментально изучены осоОсобо следует остановиться на работах, посвященных бенности ориентации текстуры пленок оксида цинка на напылению пленок оксида цинка с наклонной текстурой протяженных аморфных подложках в плазме тлеющедля возбуждения сдвиговых волн. Пленки с наклонной го разряда, формируемого в планарной магнетронной текстурой получают изменением положения подложки распылительной системе на постоянном токе. Показано относительно плоскости параллельной плоскости ми- влияние формы области отрицательного свечения на шени. Так, пленки с осью текстуры под углом 40 к формирование областей пленки с наклонной текстурой плоскости подложки кремния достигались расположе- и способ расширения зоны с нормальной текстурой.

нием подложки под углом 15 относительно плоскости Проводится сопоставление данных рентгеновских исслемагнетрона [7]. Аналогичные результаты приводятся дований текстуры пленок с результатами возбуждения в работе [8], где исследуется влияние различных па- сдвиговых и продольных объемных акустических волн раметров процесса напыления на ориентацию текстуры той же текстурой.

Синтез пленок оксида цинка с прямой и наклонной текстурой в неоднородной газоразрядной плазме Экспериментальная часть не и пьезоактивности. Получаемые пленки были оптически прозрачными и скорость их роста составляла Для получения пленок оксида цинка использовалось 0.7–0.8 nm/s. Единственной характеристикой, которая планарное магнетронное устройство, предназначенное изменялась при проведении экспериментов, была форма для ионно-плазменного распыления цинковой мишени области отрицательного свечения газоразрядной плазмы в смеси газов аргона и кислорода на постоянном токе в распылительной камере. На рис. 2 приведены наиболее (рис. 1). Устройства такого типа хорошо изучены и характерные формы областей отрицательного свечения.

широко распространены в промышленности [9]. Осо- Такое изменение формы области отрицательного свечебенностью нашей системы является легкость управления ния в планарной магнетронной распылительной системе областью отрицательного свечения, что достигалось из- осуществляется изменением величины и конфигурации менением характера неоднородности магнитных полей. магнитных полей. Следует отметить, что каждой форме В качестве мишени использовался диск из химически области отрицательного свечения соответствует своя чистого цинка диаметром 100 mm. Для улучшения характерная зона эрозии. В плазме, приведенной на теплового контакта диск припаивался к медному цилин- рис. 2, a, область отрицательного свечения (тип I) имела дру, охлаждаемому водой, внутри которого располага- форму факела с диаметром 40 mm, сужающегося по мере удаления от мишени. Зона эрозии имела форму лись кольцевые магниты. Толщина мишени от полюса круга с диаметром также 40 mm. Для второго магнитов в распыляемой поверхности составляла 6 mm.

случая (рис. 2, b) светящаяся область имела форму тора Анод представлял собой кольцо из алюминия диаметром 100 mm, расположенное на расстоянии 15 mm от поверх- прижатого к мишени вблизи ее края (тип II области отрицательного свечения). Зона эрозии представляла собой ности мишени. Рабочее напряжение на аноде составляло кольцо с внешним диаметром 80 mm и внутренним — +300 V (магнетронный узел заземлен) при токе 200 mA.

40 mm.

Давление газовой смеси в распылительной камере (75% Ar и 25% O2) в пределах от 0.4 до 1.33 Pa поддержива- Предварительная, качественная оценка ориентации текстуры пленок проводилась методом возбуждения обълось подачей газов через прецизионный натекатель.

емных акустических волн (ОАВ) [10]. При указанной Так как наряду с рентгеновскими исследованиями для выше толщине подложки с поверхности пьезоактивной контроля пьезоэлектрических свойств пленок использопленки возможно возбуждение ОАВ и раздельное навалось возбуждение объемных акустических волн, в качеблюдение эхо-сигналов, соответствующих продольным стве подложки был выбран плавленный кварц диаметром (нормальная текстура) и сдвиговым (наклонная тексту60 mm и толщиной 11 mm. Температура подложки в прора) ОАВ. Временная задержка эхо-сигнала в первом цессе напыления составляла 620 K и поддерживалась с случае составляет 3 µs, а во втором 7 µs. Для помощью высокоточного регулятора температуры ВРТ-3.

возбуждения и приема ОАВ в режиме ”на отражеРасстояние между мишенью и подложкой 35 mm.

ние” использовался встречно-штыревой преобразователь Вышеперечисленные технологические параметры бы(ВШП), изготовленный из металлической фольги на ли найдены как оптимальные с точки зрения полуотдельном диэлектрическом основании. Шаг структуры чения высокой воспроизводимости пленок по толщиравен 150 µs, длина штыря 2 mm, количество штырей 10. Рабочая частота такого ВШП при возбуждении поверхностных акустических волн, например, в ниобате лития составляет 10 MHz, а в нашем случае он использовался на частоте 400 MHz. В таком режиме в подложке формируется ряд лучей ОАВ с плоским фронтом, что позволяет наблюдать отраженные эхо-сигналы.

Ограниченность размеров решетки, подвижность, возможность возбуждения различных типов волн благодаря наличию неоднородных электрических полей позволяют рассматривать такой преобразователь как зонд, дающий возможность быстро и эффективно оценивать пьезоактивность пленки и качественно определять ориентацию текстуры.

При таком подходе мерой пьезоактивности может служить относительная мощность первого эхо-сигнала.

Зависимость именно такого параметра от расстояния по радиусу подложки приведена на последующих Рис. 1. Схема планарной магнетронной распылительной рисунках.

камеры: 1 — держатель подложек, 2 —подложка, 3 —анод, Наиболее просто качественно оценить направление 4 — мишень, 5 — кварцевый стакан, 6 — магнитная система, текстуры по результатам таких измерений можно в 7 — базовая плоскость вакуумной системы, 8 — колпак распылительной системы. том случае, если пленка выращена на металлическом Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 120 А.Г. Веселов, А.С. Джумалиев Рис. 2. Области отрицательного свечения для различных вариантов магнитных систем: a —тип I, b —тип II.

подслое. В этом случае возбуждение ОАВ происходит возбуждения сдвиговых ОАВ, особенно ярко выраженная только нормальной компонентой электрического поля. для формы ООС типа I.

Все исследуемые в эксперименте пленки оксида цинка Структурные исследования пленок, выполненные на осаждались на подслой из алюминия, предварительно рентгеновском дифрактометре ”ДРОН-2”, подтвержданапыленный на кварцевую подложку. ют описанные выше результаты качественного анаНа рис. 3 представлены зависимости эффективности лиза структуры осаждаемых пленок. Так, для формы возбуждения ОАВ в образцах, полученных в газоразряд- ООС типа I зона наблюдения дифракционных макной плазме с различной формой области отрицательного симумов (002) имела диаметр 10–15 mm и совпадасвечения (ООС). Как видно из рис. 3, a, в центре подлож- ла с зоной наблюдения продольных ОАВ. Эта зоки наблюдается круговая зона возбуждения продольных на увеличивалась до 35 mm для формы ООС тиОАВ, диаметр которой растет при переходе от формы па II. В области, соответствующей возбуждению ООС типа I к форме ООС типа II (рис. 3, b). За этой сдвиговых ОАВ, наблюдались дифракционные максизоной возбуждения продольных ОАВ расположена зона мумы (100). В переходной области наблюдались диЖурнал технической физики, 2000, том 70, вып. Синтез пленок оксида цинка с прямой и наклонной текстурой в неоднородной газоразрядной плазме приводит, с одной стороны, к градиенту температуры вдоль радиуса подложки, с другой стороны, к миграции адатомов из области с повышенной плотностью падающих частиц в область с пониженной плотностью. Повидимому, этими причинами объясняется формирование зоны с наклонной текстурой. Для случая ООС типа II распыление происходит из кольцевой зоны эрозии.

Распыление из такой зоны также неоднородно и имеет колоколообразную форму с максимумом примерно в центре зоны эрозии, т. е. на диаметре мишени существует две зоны колоколообразного распыления. Если рассмотреть суммарное действие двух диаметрально противоположных зон распыления, то можно допустить существование такого варианта, когда потоки, складываясь, формируют однородную центральную зону с результирующим нормальным падением частиц на подложку. При этих условиях поток частиц, падающих на подложку, не создает градиента температуры в центральной области и условий для миграции адатомов вдоль радиуса подложки. В этом случае наблюдается рост пленок с нормальной текстурой. Дальнейшее увеличение диаметра зоны эрозии приводит нас к традиционной распылительной системе, где подложка практически удалена из зоны рекомбинации.

Рис. 3. Зависимость эффективности возбуждения продольных Хорошо известно, что в этом случае реализуется только (3) и сдвиговых (1, 2) объемных акустических волн по диаменормальная текстура.

тру подложки: a —тип I, b —тип II.

фракционные максимумы (002), (100) и (101), что свидетельствует о смешанной текстуре. Дифракционным максимумам (002) соответствует нормальная текстура пленок, дифракционным максимумам (100) — наклонная.

В планарной магнетронной распылительной системе на формирование ООС решающее влияние оказывают величина и конфигурация магнитных полей. Способы изменения характера неоднородности магнитных полей достаточно просты [8], и по этой причине мы не останавливаемся на их описании, а приводим лишь форму факела, существенно влияющего на текстуру пленок.

Отметим, что кроме магнитного поля на форму факела оказывает влияние давление в распылительной камере.

Для облегчения понимания процессов, происходящих в ООС, были проведены зондовые измерения распределения потенциала в пространстве над мишенью во время ее распыления. На рис. 4 приведены результаты этих измерений, что подтверждает наличие потоков заряженных частиц вдоль подложки, что, по всей видимости, и приводит к росту пленок с наклонной тесктурой.

В случае ООС типа I значительное катодное падение потенциала в центральной части мишени (круговая зона эрозии) ведет к формированию в этой области потока заряженных частиц, рекомбинирующих при своем движении к подложке. Плотность этого потока колоколоРис. 4. Результаты зондовых измерений относительного пообразно спадает к краю мишени [11]. Этот неоднородный тенциала по радиусу (a) и по высоте (b) для форм ООС типа по плотности поток частиц, бомбардирующих подложку, I и типа II.

Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 122 А.Г. Веселов, А.С. Джумалиев Заметим, что достигнутая нами простота создания значительных по размеру областей со сдвиговой текстурой (10 30 mm) позволяет использовать эти пленки для возбуждения поверхностных акустических волн (ПАВ).

При использовании ВШП в этом случае не требуется напыление металлического подслоя, что упрощает конструкцию. Это позволило впервые создать макеты на структурах ZnO–Si с высокой эффективностью возбуждения ПАВ без металлического подслоя.

Pages:     || 2 |



© 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.