Способ получения пленок двуокиси ванадия на диэлектрической подложке

 

Использование: технология полупроводниковых материалов, а именно получение пленок диоксида ванадия. Сущность изобретения: способ позволяет повысить воспроизводимость физических параметров , производительность процесса, а также обеспечивает высокую адгезию пленок диоксида ванадия к кварцевому стеклу. Для получения пленок используют испарение ванадийсодержащего органического соединения в потоке смеси кислорода с инертным газом, разложение этого соединения и осаждение на подложку окисла VeOie, который затем путем нагревания восстанавливают до V02. 2 ил,.

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧГ- СКИХ

РЕСПУЫ!ИК (я)5 С 23 С 16/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К2

12VO+ 702 2VsO)a.

2Ч601з - 12ЧО2+ 02

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4927102/21 (22) 11.04.91 (6) 07;08.93, Бюл. ¹ 29 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) Ю,Ш.Темиров и Ф,А,Егоров (56) Сербинов И.А; Получение, свойства и применение пленок 3-d окислов. Автореферат диссертации, М., 1977. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ДВУОКИСИ ВАНАДИЯ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКЕ (57) Использование: технология полупроводниковых материалов, а именно получеИзобретение относится к технологии полупроводниковых материалов, а именно к способам получения пленок двуокиси ванадия, Основная проблема получения тонких слоев V02 обусловлена наличием большого количества окисных соединений, что существенно затрудняет создания однофазных слоев ЧО2. Присутствие в слоях ЧО2 даже небольшого количества других окислов сильно ухудшает физические параметры этик слоев, такие как температура фазового перехода (ФП), скачок электрических и оптических параметров при фазовом переходе, ширина петли гистерезиса и др, Цель изобретения — повышение воспроизводимости физических параметров, увеличение выхода ЧО2, а также повышение адгезии пленок V02 на кварцевых подложках. что существенно для применения пле„„Я2„„1832136А1 ние пленок диоксида ванадия, Сущность изобретения: способ позволяет повысить восп роизводимость физических параметров, производительность процесса, а также обеспечивает высокую адгезию пленок диоксида ванадия к кварцевому стеклу. Для получения пленок используют испарение ванадийсодержа щего органического соединения в потоке смеси кислорода с инертным газом, разложение этого соединения и осаждение на подложку окисла ЧьО)В, который затем путем нагревания восстанавливают до

ЧО2. 2 ил, нок VOz в волоконно-оптических устройствах, Для достижения цели используется процесс разложения металлоорганических соединений ванадия (таких, например, как ацетилацетонат ванадия) с получением промежуточного продукта VO в газовой фазе.

Но в зоне реакции VO окисляется до ЧВО>э по реакции при температуре Т2 :

После получения слоев ЧтО э они восстанавливаются в инертной атмосфере (N2, Ar) при температуре Tz" до Ч02 по реакции

1832136 Лзменение свободной энергии A 6Î для реакции (1) больше чем AG< для реакции (2), что позволяет предположить, что константы равновесия K1 < К2 и состав конденсата в реакции (2) более однороден, Экспериментальные исследования показали, что при проведении процесса при температуре в зона осаждения

Tg =- 350-450ОС, объемном соотношении компонентов инертного газа и кислорода в реакторе 7:3, общем давлении газовой смеси в реакторе 130 — 1350 Па и с«орости откачки газа 3 — 5 л/ч процесс протекает па реакции (2), Электронографический анализ полученных таким образом пленок показал, что химический состав пленок соответствует формуле VrO>a, Процесс восстановления

Vo013 до VGz протекает при температурах

Tz" =. 500-560 С и Р = 130-1350 Па, Таким образом, способ включает два, 20 этапа. на первом этапе получаю г слои /601з, а на втором этапе проводят фазовае превращение ЧвО 1з VOz.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство садер>жит кварцевый реактор 1, держатель 2, раэлагаемое метоллаарганическое соединение 3 и падло>«ку 4. С одной стороны реактора подаетсл неабходимал газовал смесь, а с другой - газообразными 30 продукты аткачива отсл насосам 5, Давление в реа«торе кантралируетсл манометрам

6. В зоне 7 испарения паддерживаетсл температура Т1 при помощи печи сапративле 6: нил. В конце 8 реакции и осаждения пленок поддерживаетсл температура Тр, На фиг.2 изображена кривая гистерезиса «аэффици.ента отражения от нагреваемой пленки.

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно подготовленные подложки помещиатсл в зону асажденил ped« тора, а необходимое количество металлоорганическа а са динеl иил ванадия — в зону испарения, Реа«т. p ат«ачивается, устанавливаются необходимые потоки смеси инертнога газа и кислорода, устанавливаетсл рабочее давление в реакторе, Вкл ачаетсл печь эоны осаждения и проводится предварительнал термообрабатка подложек, Устанавливается необходимая температура подложек Т2, при которой проводят процесс осаждения VgOlg. Включается печь зоны испарения, устанавливается необходимал температура Т1 и правадитсл процесс выращивания пленок Че0 з. Печь зоны испарения выключаетсл. В реактор подается необходимый состав газовой смеси (Ng или At) при давлении, выбранном в интервале 130-1350 Па, Печь зоны осаждения нагреваетсл до необходимой температуры

Тр" и выдер>кивается для. восстановления

Ч601з.до VGz. Печи выключаются и после охлаждения извлекаются образцы с пленкой V02 для дальнейшего применения, Конкретный пример реализации. Предварительно подготовленные кварцевые подложки помещали в зону осаждения реактора, а необходимое количество гранулированного ацетилацетоната ванадия — в зону испарения. Реактор откачивали, устанавливали необходимые потоки Nz u Oz при объемном соотношении 7:3 в реакторе 650 Па.

Вкл очали печь зоны осаждения и проводили предварительную термообработ«у подложки п ри Т =- 560 С. Устанавливали температуру зоны подложки, равную 450 С.

Вкл ачали печь эоны испаренил, устанавливали температуру Т =- 250 С и проводили процесс выращивания пленок VQO>з в течение =-25 мин, Выключали печь зоны испаранил, Б реакторе устанавливали необходимую газовую смесь, Печь зоны осаждения нагревали до температуры

560" С и выдерживали в таком режиме = 15 мин, длл восстановления ЧеО з до ч02. Выключали печи и после охлаждения извлекали образцы с пленками Ч02 длл дальнейших исследований.

Контроль качества полученных пленок

VOz провадилсл по кривой гистерезиса коэффициента отражения ат нагреваемой пленки, которая записывалась на двухкоорди tBTHQi самописце. Контролируемыми параметрами были ширина петли гистерезиса

AT, и протяженность фазового перехода (резкасть ФП) ЬТр,, При приведенном в качестве примера режиме на подложках иэ плавленого кварца получались пленки с

Л Тг — - 6 и A Ty,ï, =- 6 (см. фиг.2) с хорошей адгезией пленки к падло>кке. Кривая гистерезиса коэффициента отражения R(T)

r снималась длл пленок толщиной =2000 А на длине волны А = 1,64 мкм, На монокристаллических подложках из

cfllopû и сапфира удается получать пленки с очень резким ФП (ATy. . =2 ). Из-за большего процента выхода ЧОг по реакции (2) существенно уменьшается {в 1,5 — 2 раза) расход ацетилацетоната ванадия по сравнению с ега расходам по способу-прототипу.

Проведенный способ применяется для изготовления волоконно-оптических датчиков (датчики температуры, потоков и др.), которые могут най ги широкое применение.

Формула изобретения

Способ получения пленок двуокиси ванадия на диэлектрической подложке, вклю1832136 чающий испарение ванадийсодержащего органического соединения в потоке смеси кислорода с инертным газом, разложение органического соединения и осаждение пленки окисла ванадия на нагретую подложку, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения воспроизводимости физических параметров пленок, производительности процесса, а также увеличения адгезии пленок к подложке. в качестве пленки окисла ванадия на подложку осаждают ЧвО э, при этом объемное соотношение инертного газа и кислорода составляет 7:3, общее дав5 ление газовой смеси 130-1350 Па, а температура подложки 350-450 С, а после осаждения пленки окисла ванадия Vs0>g его восстанавливают до двуокиси ванадия путем нагревания.

1832136

Фиг.2

Составитель 10. Тамиров

Техред М. Моргентал Корректор УГЬиль

Редактор

Заказ 2604 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101