Способ получения сегнетоэлектрических пленок βа1-хsrхtio3

Изобретение относится к способу получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 и может быть использовано для мощной сверхвысокочастотной техники. На первом этапе распыляют мишень состава Ba0,4Sr0,6TiO3 на подложку карбида кремния в атмосфере кислорода при давлении 2 Па и температуре подложки 700-900°С в течение времени, достаточного для создания сплошного сегнетоэлектрического слоя. На втором этапе процесс распыления прекращают и повышают температуру подложки на время, достаточное для отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя. По окончании процесса отжига температуру подложки понижают до температуры первого этапа. Прочие технологические параметры не изменяют. Затем этапы повторяются несколько раз до получения необходимой толщины сегнетоэлектрической пленки. Технический результат состоит в получении сегнетоэлектрической пленки с высокой диэлектрической нелинейностью при низких диэлектрических потерях на подложке с высокой теплопроводностью для мощной сверхвысокочастотной техники. 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологиям получения тонких пленок и может быть использовано для получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 для мощной сверхвысокочастотной техники.

Известен способ (Патент №US 6346424) получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 с диэлектрической проницаемостью (~200), путем отжига готового сегнетоэлектрического слоя в несколько стадий. На первом этапе отжига происходит быстрая термическая обработка в инертной атмосфере при температуре выше температуры подложки во время осаждения, на втором этапе происходит длительная термическая обработка в атмосфере кислорода при температуре выше температуры осаждения, но ниже температуры первого этапа. Известный способ позволяет добиться снижения токов утечки за счет восстановления кислородных вакансий во время отжига, однако диэлектрическая проницаемость данной пленки недостаточна для применения в электрически управляемых приборах современной сверхвысокочастотной электроники.

Известен способ (Заявка №WO 2007027535 (А2)) получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 на подложке SiC с помощью импульсного осаждения из паровой фазы или с помощью процесса высокочастотного распыления мишени без нагрева подложки, с последующим этапом отжига при температуре выше 650°С. Известный способ позволяет добиться высоких скоростей роста, тем не менее, представлена низкая диэлектрическая нелинейность и значительные потери, что обусловлено низким качеством микроструктуры пленки. Для улучшения микроструктуры пленки в способе используется отжиг при высокой температуре, тем не менее, достигаемые диэлектрические характеристики недостаточны для применения в сверхвысокочастотной технике.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому, является способ (Патент №2671614) получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 путем распыления мишени состава Ba1-xSrxTiO3 при нагреве подложки Аl2О3 с подслоем платины при температуре 700-900°С с периодическим прерыванием процесса распыления мишени. Общая длительность процесса осаждения определяется требуемой толщиной сегнетоэлектрического слоя. Известный способ позволяет добиться высокого значения диэлектрической нелинейности сегнетоэлектрической пленки.

Недостатком известного способа является использование дополнительного подслоя платины на подложке сапфира с недостаточно высоким коэффициентом теплопроводности, качество микроструктуры получаемых пленок, а также высокие значения диэлектрических потерь, что сужает диапазон применений данных пленок для сверхвысокочастотной (СВЧ) техники.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка технологии получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 высокого структурного качества, с высокой диэлектрической проницаемостью и нелинейностью (зависимостью диэлектрической проницаемости от внешнего электрического поля) при низких диэлектрических потерях для мощной СВЧ техники.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 так же, как и в известном, распыляют мишень состава Ba1-xSrxTiO3 при температуре 700-900°С с периодическим прерыванием распыления мишени через время, достаточное для создания сплошного сегнетоэлектрического слоя, на время, достаточное для отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя, но, в отличие от известного способа, в качестве материала подложки используют монокристаллический карбид кремния политипа 6Н, характеризующийся высоким коэффициентом теплопроводности, а во время каждого этапа отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя температуру подложки повышают, но не превышая максимальной рабочей температуры. Общая длительность процесса осаждения определяется требуемой толщиной сегнетоэлектрического слоя.

Достигаемым техническим результатом является высокая диэлектрическая нелинейность сегнетоэлектрической пленки при низких диэлектрических потерях на подложке с высокой теплопроводностью для мощной сверхвысокочастотной техники.

Изобретение поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлены дифрактограммы сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3, полученной с периодическим прерыванием процесса распыления (промежуточный отжиг), и однослойной пленки, полученной в непрерывном процессе (без отжига), на карбиде кремния. На фигуре 2 представлены зависимости нормированной емкости (C(Eмакс)/C(E=0)) и добротности Q (величина, обратная диэлектрическим потерям) от напряженности управляющего поля Е, измеренные на частоте 1,5 ГГц для конденсаторных структур на основе пленки, полученной предлагаемым способом, и на основе однослойной пленки.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа. На первом этапе распыляют мишень состава Ва0,4Sr0,6TiO3 на подложку карбида кремния в атмосфере кислорода при давлении 2 Па и температуре подложки в выбранном диапазоне температур, создавая сплошной сегнетоэлектрический слой. Диапазон температур подложки ограничен 700°С с одной стороны, что объясняется наличием посторонних полититанатных фаз при меньшей температуре, и 900°С с другой, что объясняется нестехиометрическим переносом компонентов мишени на подложку при более высокой температуре. Для первого этапа выбирается температура подложки 800°С. Длительность этапа распыления составляет 20 минут. На втором этапе процесс распыления мишени прерывается на 10 минут для отжига осажденного слоя сегнетоэлектрической пленки, а температура подложки повышается на значение 80°С (достаточное для смены механизма массопереноса: диффузия по поверхности сменяется массопереносом через газовую фазу), прочие технологические параметры не изменяются. По окончании процесса отжига температура подложки понижается до температуры первого этапа. Затем этапы повторяются несколько раз, для получения необходимой толщины сегнетоэлектрической пленки.

Суть предлагаемого метода состоит в температурном воздействии на тонкие слои сегнетоэлектрической пленки на подложке карбида кремния непосредственно в процессе напыления, что обеспечивает высокую ориентированность структуры и низкие диэлектрические потери пленки на подложке с высокой теплопроводность.

Из фигуры 1 видно, что пленка, полученная при использовании предлагаемого способа, проявляет преимущественно ориентированную структуру, тогда как однослойная пленка является поликристаллической. Для пленки, полученной предлагаемым способом, наличие рефлекса второго порядка (200) свидетельствует о (h00) преимущественной ориентации, а увеличение суммарной интенсивности пиков (100) и (200) говорит об улучшении ее кристаллического качества, что приводит к увеличению нелинейности и снижению диэлектрических потерь. Из фигуры 2 следует, что конденсаторная структура на основе сегнетоэлектрической пленки, полученной предлагаемым способом, имеет высокую диэлектрическую нелинейность, так как изменяет свою емкость в 2 раза под действием управляющего поля 50 В/мкм, при этом диэлектрические потери данного конденсатора не превышают 0,02 во всем интервале управляющих напряжений. Коммутационный фактор качества (введен О.Г. Вендиком и учитывает оптимальное соотношение между такими характеристиками, как диэлектрическая нелинейность и добротность конденсаторной структуры) подобной структуры составляет 2730, что больше известного метода (2035) при тех же управляющих напряженностях поля на 695 пунктов. Данное улучшение увеличивает диапазон применения конденсаторов на основе Ba1-xSrxTiO3 сегнетоэлектрических тонких пленок в мощной СВЧ технике.

Использование данного метода позволяет получить сегнетоэлектрическую пленку высокого структурного качества без включения полититанатных фаз и с минимальным количеством дефектов за счет отжига тонких слоев пленки, и реализовать высокую нелинейность конденсаторных структур на ее основе при низких диэлектрических потерях на сверхвысоких частотах для мощной СВЧ техники за счет использования материала подложки с высокой теплопроводностью.

Способ получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 , включающий распыление мишени состава Ba1-xSrxTiO3 при рабочей температуре подложки 700-900°С с периодическим прерыванием распыления мишени через промежуток времени, достаточный для создания сплошного сегнетоэлектрического слоя, на время, достаточное для отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя, отличающийся тем, что в качестве материала подложки используют монокристаллический карбид кремния политипа 6Н, при этом во время каждого этапа отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя температуру подложки повышают до температуры , не превышающей максимальную рабочую температуру .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу нанесения жаростойких покрытий из плазмы вакуумно-дугового разряда и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ряда деталей машин и инструмента.

Изобретение относится к получению стальных деталей, упрочненных под прессом и изготавливаемых из листов, содержащих покрытие на основе алюминия и цинковое покрытие, и обладающих хорошими характеристиками в отношении фосфатирования и, следовательно, хорошим сцеплением с краской.

Изобретение относится к области физики низкоразмерных структур, а именно к формированию наноразмерной тонкопленочной структуры, и может быть использовано в различных высокотехнологичных областях промышленности и науки для создания новых материалов.

Изобретение относится к нанесению антифрикционного слоя на металлические поверхности. Металлическую деталь устанавливают на магнитный диск диаметром 300 мм, который вращают со скоростью 50-52 об/ мин или на поворотный стол с диаметром 550 мм, которому сообщают возвратно-поступательное вращение на 180° со скоростью 1500 мм/мин.

Изобретение относится к способу получения тонких магнитных наногранулированных пленок. Способ включает последовательное осаждение на термостойкую подложку тонкой пленки оксида ферромагнитного металла и слоя металла-восстановителя при комнатной температуре с последующим вакуумным отжигом полученной двухслойной пленки.

Изобретение относится к способу получения на подложке пленок с ферромагнитными кластерами Mn5Ge3Ox в матрице GeO при низких температурах. Получаемая Mn5Ge3Ox фаза может быть использована в качестве элементов спинтроники.
Изобретение относится к способу формирования нанокристаллического поверхностного слоя на деталях из алюминиевых сплавов (варианты) и может быть использовано для обработки лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к области медицины, а именно к способу нанесения антиадгезивного антибактериального покрытия на ортопедические имплантаты из титана и нержавеющей стали, включающему нанесение покрытия на предварительно обработанную поверхность металлического имплантата, при этом поверхность металлических имплантатов из титана и нержавеющей стали подвергают очистке методом ионного травления в герметичной камере, которую предварительно вакуумируют до остаточного давления 9⋅10-5-1⋅10-6 Торр, с последующим заполнением камеры аргоном и вакуумированием камеры до остаточного давления 4⋅10-4-1⋅10-3 Торр, а ионное травление выполняют ионами аргона с энергией 0,7-3,0 кэВ в течение 4-8 мин, затем на поверхность ортопедических имплантатов из титана и из нержавеющей стали наносят дуальным распылением с двух магнетронных источников антиадгезивное антибактериальное покрытие в виде атомов серебра и углерода в виде тетраэдрического алмаза типа ta-C, причем используют магнетронный источник углеродной плазмы с мощностью 95-108 Вт, источник атомов серебра с мощностью 2-20 Вт и ионный источник стимулирования процесса нанесения покрытия ионами аргона с энергией ионов инертного газа аргона от 0,1 до 1,5 кэВ, а процесс нанесения антиадгезивного антибактериального покрытия продолжают в заполненной аргоном и вакуумированной до остаточного давления 4⋅10-4-1⋅10-3 Торр камере, при этом наносят на металлическую поверхность ортопедических имплантатов двухкомпонентное антиадгезивное антибактериальное биосовместимое нанопокрытие толщиной от 9 до 1180 нм, содержащее наногранулы шарообразной формы из высокочистого серебра не ниже 99,9% чистоты размером 4,5-9,5 нм со сформированным на их поверхности сплошным покрытием углерода в виде тетраэдрического алмаза типа ta-C толщиной 0,4-1,2 нм.

Изобретение относится к области изготовления тонкопленочных материалов и может быть использовано для создания полупроводниковых приборов, в частности тепловых приемников.

Изобретение относится к конструкционным изделиям ИК-оптики, обеспечивающим, наряду с основной функцией пропускания излучения в требуемом спектральном диапазоне, защитные функции приборов и устройств от воздействий внешней среды.
Изобретение относится к способу упрочнения режущего инструмента осаждением мультислойных покрытий системы Ti - Al и может быть использовано в инструментальном производстве.

Изобретение относится к способу изготовления антифрикционных материалов, которые могут быть использованы в любых отраслях промышленности для изготовления антифрикционных деталей, таких как подшипники скольжения, подпятники и т.п.

Изобретение относится к поддону для транспортировки одной или нескольких стеклянных подложек по существу в вертикальном положении через распылительную установки (варианты) и системе осаждения методом распыления.

Изобретение относится к способу нанесения жаростойких покрытий из плазмы вакуумно-дугового разряда и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ряда деталей машин и инструмента.

Данное изобретение относится к мишени, в частности к распыляемой мишени, способу ее получения и способу вакуумного напыления с использованием упомянутой мишени. Мишень содержит пластину, состоящую из хрупкого материала, и монтажную пластину, которая скреплена по поверхности с пластиной мишени.

Изобретение относится к способу изготовления оксида индия-олова. Осуществляют напыление индия и олова из мишени на подложку.
Изобретение относится к способу защиты блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении.

Изобретение относится к технике для нанесения покрытий на детали машин, более конкретно к вакуумным ионно-плазменным технологиям, и может быть использовано для нанесения эрозионностойких покрытий на лопатки блиска турбомашин.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для защиты пера рабочих лопаток моноколеса компрессора ГТД из титановых сплавов от эрозионного разрушения.

Изобретение относится к системе многослойных покрытий для коррозионно нагруженных деталей. Система покрытия для подложки включает первый, второй и третий слои, при этом первый слой выполнен как усиливающий сцепление слой, второй слой представляет собой пластичный металлический слой со столбчатой структурой, а самый верхний, третий, слой представляет собой керамический оксидный слой с твердостью по меньшей мере 20 ГПа.

Изобретение относится к способу изготовления антифрикционных материалов, которые могут быть использованы в любых отраслях промышленности для изготовления антифрикционных деталей, таких как подшипники скольжения, подпятники и т.п.

Изобретение относится к способу получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 и может быть использовано для мощной сверхвысокочастотной техники. На первом этапе распыляют мишень состава Ba0,4Sr0,6TiO3 на подложку карбида кремния в атмосфере кислорода при давлении 2 Па и температуре подложки 700-900°С в течение времени, достаточного для создания сплошного сегнетоэлектрического слоя. На втором этапе процесс распыления прекращают и повышают температуру подложки на время, достаточное для отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя. По окончании процесса отжига температуру подложки понижают до температуры первого этапа. Прочие технологические параметры не изменяют. Затем этапы повторяются несколько раз до получения необходимой толщины сегнетоэлектрической пленки. Технический результат состоит в получении сегнетоэлектрической пленки с высокой диэлектрической нелинейностью при низких диэлектрических потерях на подложке с высокой теплопроводностью для мощной сверхвысокочастотной техники. 2 ил., 1 пр.

Наверх