Способ создания на подложках монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма
Владельцы патента RU 2507317:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" (RU)
Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в физике конденсированного состояния, приборостроении, микроэлектронике, термоэлектричестве для получения тонкопленочных образцов твердого раствора висмут-сурьма с совершенной монокристаллической структурой. Сущность изобретения заключается в том, что для получения монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма используют зонную перекристаллизацию сформированных путем напыления в вакууме однородных по составу поликристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма под защитным покрытием, температура плавления которого больше температуры плавления получаемой пленки, при большей скорости движения зоны, чем при выращивании объемных монокристаллов (для пленок твердых растворов висмут-сурьма более 1 см/ч против 0,05 мм/ч для объемных кристаллов). Изобретение обеспечивает получение монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма с равномерным распределением компонентов по объему.
Область техники
Изобретение относится к материаловедению, а именно к технологии получения тонких пленок.
Использование: в физике конденсированного состояния, материаловедении, приборостроении, микроэлектронике, термоэлектричестве для получения однородных по составу тонкопленочных образцов твердого раствора висмут-сурьма с совершенной монокристаллической структурой.
Уровень техники
Известны способы получения монокристаллических пленок различных веществ методом молекулярно-лучевой эпитаксии или газофазной эпитаксии [Способ получения монокристаллических пленок и слоев теллура. Патент №: 2440640, МПК: H01B 21/203 (2006.01); Mei Lu and R.J. Zieve, A. van Hulst, H.M. Jaeger and T.F. Rosenbaum, S. Radelaar. Low-temperature electrical-transport properties of single-crystal bismuth films under pressure // Physical Review B. 1996. V.53, №3, P.1609-1615. Способ выращивания тонкой монокристаллической пленки, светоизлучающее устройство на основе Ga2O3 и способ его изготовления // Патент №2313623, МПК: С30В 29/16 (2006.01), С30В 23/02 (2006.01), H01L 33/00 (2006.01), H01S 5/32 (2006.01)]. Однако для получения именно монокристаллических пленок данными методами необходимо использование подложек только из определенных материалов, диапазон которых для пленок достаточно узок, и также необходим точный подбор технологических параметров процесса получения.
Наиболее близким из известных способов является способ, описанный в работе [Г.Н. Колпачников, В.Л. Налетов. Выращивание монокристаллов Bi-Sb методом зонной перекристаллизации // Полуметаллы. Ученые записки ЛГПИ им. А.И. Герцена. Ленинград. 1968, Т.384, вып.4, С.3-6]. В этой работе производят выращивание массивных монокристаллов сплава висмут-сурьма методом зонной перекристаллизации. Однако напрямую применять данный способ для получения монокристаллических пленок нельзя, т.к. при расплавлении пленки происходит ее разрушение. В отличие от ближайшего аналога, в предложенном способе используется защитное покрытие, предотвращающее стягивание расплавленной пленки в капли, и в совокупности с малой толщиной пленки исключающее возникновение конвекционных потоков в области жидкой фазы, что позволяет проводить зонную перекристаллизацию при значительно больших скоростях движения расплавленной зоны по сравнению со скоростью движения зоны при выращивании однородного объемного кристалла.
Сущность изобретения
Сущность изобретения заключается в том, что для получения монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма используется зонная перекристаллизация поликристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма под защитным покрытием, сформированным путем напыления в вакууме. Необходимым условием является равномерное распределение компонентов твердого раствора по объему исходной поликристаллической пленки.
Способ создания на подложках монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма состоит из трех этапов.
Первый этап заключается в получении поликристаллической пленки твердого раствора висмут-сурьма с однородным распределением компонентов по объему пленки. Данные объекты можно получить методом вакуумного дискретного напыления твердого раствора висмут-сурьма на аморфную или кристаллическую подложку (например, слюда, стекло, полиимид и др.).
Второй этап заключается в нанесении покрытия на полученную поликристаллическую пленку твердого раствора. Поликристаллическая пленка на подложке помещается в вакуум, и на всю поверхность образца производится напыление материала покрытия, например KBr, NaCl, KCl, BaCl2 и др., которое при последующей зонной перекристаллизации предотвращает стягивание расплавленной пленки в капли. Материал покрытия должен иметь температуру плавления больше температуры плавления исходной пленки.
На третьем этапе производится зонная перекристаллизация пленки со скоростью прохода зоны, значительно большей, чем при выращивании объемных монокристаллов (для пленок твердых растворов висмут-сурьма более 1 см/ч против 0,5 мм/ч для объемных кристаллов). Процесс зонной перекристаллизации проводится в вакууме или в атмосфере инертных газов.
После проведения зонной перекристаллизации образец помещается в растворитель для снятия защитного покрытия (например, при использовании в качестве защитного покрытия KBr, NaCl, KCl или BaCl2 растворителем может выступать вода).
Технический результат - с помощью предложенного способа возможно получение на различных подложках монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма с равномерным распределением компонентов по объему при больших скоростях перекристаллизации в отличие от существующих аналогов. Равномерность распределения компонентов по объему и монокристалличность структуры подтверждается экспериментальными исследованиями полученных тонкопленочных образцов методом рентгеноструктурного анализа по ширине пика 5-го порядка брегговского отражения и локальным элементным анализом с помощью регистрации характеристического рентгеновского излучения, возбуждаемого электронным пучком сканирующего электронного микроскопа.
Цель изобретения: получение монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма с равномерным распределением компонентов по объему.
Поставленная цель достигается применением метода зонной перекристаллизации при больших скоростях с использованием защитного покрытия.
Способ создания на подложках монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма методом зонной перекристаллизации, отличающийся тем, что для формирования указанной структуры используется растворимый защитный слой с температурой плавления, большей температуры плавления получаемой пленки, предварительно нанесенный путем напыления в вакууме на исходную однородную по составу поликристаллическую пленку, получение гомогенного пленочного монокристалла твердого раствора осуществляется при скорости движения зоны более 1 см/ч.
