Способ получения на подложке тонких пленок ниобата лития

Авторы патента:

Иевлев Валентин Михайлович (RU)

Белоногов Евгений Константинович (RU)

Костюченко Александр Викторович (RU)

Дыбов Владислав Анатольевич (RU)

Сериков Дмитрий Владимирович (RU)

Сумец Максим Петрович (RU)

C23C14/351 - Покрытие вакуумным испарением, распылением металлов или ионным внедрением материала, образующего покрытие (разрядные трубки с устройствами для ввода объектов или материалов, подлежащих воздействию разряда H01J 37/00)

C23C14/35 - с использованием магнитного поля, например распыление магнетроном

C23C14/08 - оксиды (C23C 14/10 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2762756:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к способу получения пленок ниобата лития, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами, для использования в устройствах оптоэлектроники, акустоэлектроники, микро-, наноэлектроники и спинтроники. Способ получения тонкой пленки из ниобата лития на кремниевой подложке включает высокочастотное магнетронное распыление мишени ниобата лития, являющейся катодом, в атмосфере рабочего газа на кремниевую подложку. Распыление мишени проводят на подогретую до 550°С кремниевую подложку при удельной мощности высокочастотного разряда от 15 до 35 Вт⋅см^-2, выделяемой магнетроном, в течение 10-360 мин. Кремниевую подложку размещают параллельно указанной мишени на расстоянии 45-55 мм над зоной эрозии мишени в области, в которой энергетическое воздействие плазмы на кремниевую подложку максимально. В качестве рабочего газа используют Ar или смесь Ar и O₂. Обеспечивается упрощение изготовления структур, состоящих из подложки и тонкого компактного, текстурированного кристаллического покрытия из ниобата лития с элементным составом, соответствующим LiNbO₃. 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к способу получения пленок ниобата лития, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами, для использования в устройствах оптоэлектроники, акустоэлектроники, микро-, наноэлектроники и спинтроники. Создание функциональных сегнетоэлектрических элементов оптоэлектроники (оптические волноводы, кольцевые микрорезонаторы), акустоэлектроники (пьезоэлектрические преобразователи в линиях задержки, фильтрах) и микроэлектроники (ячейки энергонезависимой памяти FRAM), в настоящее время, реализовано на основе монокристаллов ниобата лития, геометрические размеры которых накладывают существенные ограничения на миниатюризацию в интегральной технологии.

Известен способ получения пленок ниобата лития по золь-гель технологии [Патент GB 2422563 A, С30В 29/30, С30В 19/00, B05D 1/00, 13.03.2003], включающей стадии нанесения покрытия из золя LINb_1-хТа_хО₃, где 0=х=1, на подложку методом центрифугирования и отжиг подложки при предпочтительной температуре от 500 до 700°С. Недостатком данного метода является большая трудоемкость и ресурсозатратность (в процессе приготовления золя используются достаточно дорогостоящие прекурсоры), невозможность получения сплошных тонких пленок до 100 нм ниобата лития, а также низкая эффективность данного метода в промышленности.

Также известен способ получения пленки ниобата лития импульсной лазерной абляцией [Патент CN 101777622 B, H01L 41/083, H01L 41/22, 12.01.2010], заключающийся в распылении мишени из LiNbO₃ импульсами лазера с образованием высокоэнергетического пара и его конденсацией на подложку. Данный метод имеет существенные недостатки: малая площадь создаваемой пленки; загрязнение растущей пленки из буферного слоя SiO₂, неоднородный элементный состав; макро и микронапряжения в структуре пленки.

Наиболее близким является способ получения тонкой пленки ниобата лития на Si подложке, предложенный в работе [Патент JP 2008069058 A, С30В 29/30, С23С 14/08, С30В 23/08, 15.09.2006]. Суть способа в одновременном распылении двух мишеней: 1) бомбардировка LiNbO₃ ионами плазмы с энергией 10-30эВ электронного циклотронного резонансного ионного источника (ЭЦРИИ); 2) бомбардировка LiO₂ ионами с энергией 0,5-1,0 эВ ВЧМР плазмы. Конденсация осуществляется на неподогреваемую подложку с последующим отжигом при температуре 600-700°С, либо на подложку при температуре 530°С. Главный недостаток метода - сложность согласования режимов двух источников.

Изобретение направлено на упрощение изготовления структур, состоящих из подложки и тонкого компактного, текстурированного кристаллического покрытия из ниобата лития с элементным составом, соответствующим LiNbO₃.

Технический результат достигается тем, что способ создания на подложке покрытия ниобата лития включает высокочастотное магнетронное распыление одной составной мишени из LiNbO₃, при этом осаждение покрытия происходит на подложку, размещенную над областью прикатодного пространства, где магнитным полем локализована плазма высокочастотного разряда магнетрона и энергетическое воздействие плазмы на подложку максимально, при удельной мощности, выделяемой на мишени от 15 до 35 Вт⋅см^-2.

Способ осуществляется в следующей последовательности. Подложки (пластины 001Si и 111Si) размещают параллельно плоскости мишени на расстоянии от мишени 45-55 мм (расстояние от поверхности мишени до подложки ограничивается размером локализации плазмы, возбуждаемой в скрещенных электрическом и магнитном полях высокочастотного разряда, и зависит от удельной мощности на катоде, давления рабочего газа и конструкции магнетрона). Из рабочей камеры с помощью вакуумной системы откачивают воздух до остаточного давления 1⋅10^-3 Па, затем с помощью системы напуска в камеру подают аргон (7⋅10^-1 Па). После чего в течение 10 мин осуществляют предварительное распыление (тренировку) мишени на заслонку. Далее распыление производят на подогреваемую до 550°С подложку при удельной мощности высокочастотного разряда 15 Вт⋅см^-2 и времени 10-360 мин (в зависимости от требуемой толщины покрытия). При этом максимально текстурированные кристаллические покрытия формируются только при расположении подложки над зоной эрозии мишени, то есть в пространстве над катодом магнетрона, где локализована плазма высокочастотного разряда и воздействие заряженных частиц на подложку максимально. Таким образом, бомбардировка растущей пленки компонентами плазмы активирует ее кристаллизацию в процессе роста, причем с образованием конечной фазы, соответствующей составу мишени.

Пример 1. Установка состоит из вакуумной системы; рабочей камеры, в которой установлен магнетрон с водоохлаждаемым медным держателем мишени и составной монокристаллической мишенью ниобата лития диаметром 60 мм и толщиной 3 мм; генератора УВ-1 с рабочей частотой 13,56 МГц; системы напуска газа в рабочую камеру; блока управления. В качестве подложек используют пластины (001) Si и (111) Si. Перед напылением проводят очистку поверхности пластин для удаления слоя естественного оксида. Затем подложки располагают на расстоянии 50 мм от мишени, над зоной эрозии мишени и в стороне от зоны эрозии со смещением на 30 мм. Из рабочей камеры с помощью вакуумной системы откачивают воздух до получения давления 5⋅10^-3 Па и напускают аргон (7⋅10^-1 Па). Затем в течение 15 мин осуществляют предварительное распыление (тренировку) мишени на заслонку. После чего производят распыление на подложку при удельной мощности высокочастотного разряда 15 Вт/см^-2 в течение 15 мин. Толщина нанесенного покрытия при этом составляет 0,1 мкм. Исследование фазового состава и структуры полученных пленок, отделенных от подложек в смеси HNO₃+HF+H₂O, проводили методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) на приборе ЭМ-125. На фиг. 1 приведены ПЭМ изображения и картины общей дифракции исследуемых пленок ниобата лития. Как следует из ПЭМ изображения, пленки, сконденсированные на Si подложках в условиях воздействия плазмы ВЧ разряда (расположенные над зоной эрозии мишени), имеют нанокристаллическую структуру, с размером зерен не более 30 нм (фиг. 1а - (111)Si в условиях отсутствия воздействия плазмы вч разряда; 6 - (001)Si в условиях отсутствия воздействия плазмы вч разряда), пленки, синтезированные в стороне от зоны эрозии мишени, характеризуются размерами зерен ~ 70 нм (фиг. 1в - (111)Si в - условиях воздействия плазмы вч разряда; г - (001)Si в условиях воздействия плазмы вч разряда). Установлено, что независимо от расположения и ориентации подложки картины общей дифракции от синтезированных пленок имеют весь набор дифракционных колец, отвечающих фазе LiNbO₃ (а=0,51494 нм, с=1,3862 нм; 00-020-0631). Низкая интенсивность рефлекса для пленок, выращенных над зоной эрозии мишени (фиг. 1а, б), свидетельствует о реализации аксиальной текстуры <0001> в пленках ниобата лития.

Пример 2. Пример осуществляется аналогично примеру 1. В качестве рабочего газа используется смесь Ar+O₂, в качестве подложки (001) Si. Удельная мощность высокочастотного разряда 15 Вт⋅см^-2, время распыления 45-100 мин. Толщина нанесенного покрытия при этом составляет ~0,3 мкм. Исследование фазового состава и структуры проводили методом рентгеновской дифракции (Bruker D2 Phaser).

На фиг. 2 представлены рентгеновские дифрактограммы пленок, полученных при различном составе рабочего газа (Ar (а), Ar(80%)+О₂(20%) (б), Ar(60%)+О₂(40%) (в)) в процессе ВЧМР мишени LiNbO₃ в условиях воздействия плазмы ВЧ разряда. Установлено, что однофазные пленки ниобата лития, синтезированные в рабочем газе (Ar+О₂), характеризуется более слабой аксиальной текстурой <0001> в сравнении с пленками, нанесенными в среде чистого Ar.

Способ получения тонкой пленки из ниобата лития на кремниевой подложке, включающий высокочастотное магнетронное распыление мишени ниобата лития, являющейся катодом, в атмосфере рабочего газа на кремниевую подложку, отличающийся тем, что распыление мишени проводят на подогретую до 550°С кремниевую подложку при удельной мощности высокочастотного разряда от 15 до 35 Вт⋅см^-2, выделяемой магнетроном, в течение 10-360 мин, при этом кремниевую подложку размещают параллельно указанной мишени на расстоянии 45-55 мм над зоной эрозии мишени в области, в которой энергетическое воздействие плазмы на кремниевую подложку максимально, причем в качестве рабочего газа используют Ar или смесь Ar и O₂.

Изобретение относится к технике нанесения покрытий, а именно к ионно-плазменным установкам, которые могут быть использованы в качестве средства технологического оснащения при производстве металлорежущих многогранных твердосплавных пластин. Ионно-плазменная установка модифицирования поверхности заготовок для режущих пластин включает рабочую камеру, снабженную системой вакуумирования, подачи и регулирования расхода газа, источники питания и плазмы, подложкодержатели и блок адаптивного управления.

Электрохромный материал и способ его изготовления // 2761772

Изобретение относится к области электрохромных материалов нейтральных для человеческого глаза цветов. Согласно изобретению предложен электрохромный материал, имеющий формулу WO2,4-2,9:M1:E1:E2, где М1 - легирующая добавка, выбранная из Mo, Ti, Ni, Zr, V, Cr, Al, Nb, Ta, Co, Mn, Е1 - легирующая добавка, выбранная из H, N, C, Si, Ge, P, B, а Е2 - легирующая добавка, выбранная из H, N, C, Si, Ge, P, B, при этом E1≠E2.

Способ поверхностного упрочнения детали из полимерного материала // 2761191

Изобретение относится к области нанесения покрытий и может быть использовано для улучшения эксплуатационных характеристик деталей машин, выполненных из полимерных материалов различного строения, находящих применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности и сельского хозяйства, например, для поверхностного упрочнения зубчатых цилиндрических, конических передач, лопаток рабочих колес и лопаток корпуса жидкостно-кольцевых машин и дисковых уплотнений валов.

Способ изготовления структур на подложках при использовании мокрого осаждения // 2760864

Изобретение относится к способу изготовления структурного покрытия на подложке для защиты подложки от короткого замыкания. Первый диэлектрический слой осаждают на подложке путем мокрого осаждения.

Способ получения аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия // 2760018

Изобретение относится к способу нанесения коррозионностойких твердых износостойких наноструктурированных покрытий из аморфного алмазоподобного углерода и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, медицине, электронике, солнечной энергетике, оптоэлектронике, фотонике, в производстве жидкокристаллических дисплеев и других областях для повышения эксплуатационных свойств поверхности изделий различного функционального назначения.

Способ нанесения антиэмиссионного покрытия из пиролитического углерода на сеточные электроды мощных электровакуумных приборов // 2759822

Изобретение относится к технологии нанесения антиэмиссионного покрытия из пиролитического углерода на металлические сеточные электроды электронных ламп большой мощности, таких как мощные генераторные лампы, лампы бегущей волны (ЛБВ), клистроны импульсного и непрерывного действия, магнетроны. Способ осуществляют путем химического осаждения из газовой фазы в низкотемпературной плазме вакуумно-дугового разряда с графитового катода 2 на нагретые до температуры от 550 до 1300°С сеточные электроды 8, при этом поддержание их рабочей температуры при нанесении покрытий регулируют величиной тока вакуумно-дугового разряда и местом расположения сеточных электродов 8, осуществляемым планетарным механизмом вращения 9, в плазменном потоке в зависимости от удаленности до катода вакуумно-дугового испарителя и угла расположения сеточного электрода в вакуумной камере по отношению к плоскости торца катода; или током электронов, извлекаемых из плазмы вакуумно-дугового разряда, при подключении сеточных электродов 8 к плюсу источника питания вакуумно-дугового разряда; или подачей на сеточные электроды 8 отрицательного напряжения смещения в диапазоне напряжений от -300 В до -1500 В.

Способ получения многослойного термодинамически стабильного износостойкого покрытия (варианты) // 2759458

Группа изобретений (варианты) относится к технологии нанесения термодинамически стабильных и износостойких покрытий и может быть использована в машиностроительной, горно- и нефтедобывающей промышленности, в инструментальном и ремонтном производствах для упрочнения поверхности инструмента и пар трения, а также повышения их термодинамической стабильности при обработке материалов с низкой теплопроводностью, особенно в операциях резания, вызывающих повышение температуры.

Способ получения аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия // 2757303

Изобретение относится к технологии нанесения твердых износостойких наноструктурированных покрытий из аморфного алмазоподобного углерода и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, медицине, электронике, солнечной энергетике, оптоэлектронике, фотонике, в производстве жидкокристаллических дисплеев, защитных покрытий с высокой твердостью для повышения эксплуатационных свойств поверхности изделий различного функционального назначения.

Установка для вакуумного осаждения и способ нанесения покрытия на подложку // 2755327

Изобретение относится к технологии непрерывного осаждения покрытий, сформированных из металла или металлических сплавов. Способ непрерывного осаждения на перемещающуюся подложку покрытий, сформированных, по меньшей мере, из одного металла внутри установки для вакуумного осаждения, содержащей вакуумную камеру, содержит этап, на котором в указанной вакуумной камере металлический пар 5 выбрасывается через по меньшей мере два паровых эжектора 3, 3' в направлении к обеим сторонам перемещающейся подложки, и слой по меньшей мере одного металла формируется с каждой стороны посредством конденсации выбрасываемых паров, причем по меньшей мере два паровых эжектора 3, 3', обращенных друг к другу, расположены по обе стороны от подложки и позиционируются соответственно под углом α и α', находясь между эжектором пара и осью А, перпендикулярной направлению перемещения подложки, ось которой находится в плоскости подложки, α и α' удовлетворяют следующим уравнениям:(D1+D2)+Le sin α + We cos α = Ws и(D1+D2)+Le sin α' + We cos α' = Ws,углы α и α' по абсолютной величине выше 0° и D1 и D2 - меньшее расстояние между эжекторами и каждым краем подложки вдоль оси (A), Ws - ширина подложки, D1 и D2 превышают 0 мм, то есть края эжектора не выходят за края подложки, а упомянутые эжекторы пара имеют прямоугольную или трапециевидную форму и содержат прорезь, а также определяются длиной Le прорези и шириной We прорези, причем упомянутые эжекторы пара имеют одинаковую ось вращения.

Установка для вакуумного осаждения и способ нанесения покрытия на подложку // 2755324

Изобретение относится к технологии непрерывного нанесения покрытий из металла или металлического сплава. Способ непрерывного нанесения на движущуюся подложку S покрытий, сформированных по меньшей мере из одного металла, внутри установки 1 для вакуумного осаждения, содержащей вакуумную камеру 2, включает этап, на котором в упомянутой вакуумной камере 2 металлический пар выбрасывают через по меньшей мере один эжектор 3 пара на одну сторону движущейся подложки S1 и на упомянутой стороне формируют слой по меньшей мере из одного металла путем конденсации выброшенного пара, при этом по меньшей мере один эжектор 3 пара расположен под углом α между эжектором 3 пара и осью А, перпендикулярной направлению движения подложки S1, причем ось А находится в плоскости подложки S1, а угол α удовлетворяет следующему уравнению: где α по абсолютному значению больше 0°, D1 и D2 - это наименьшее расстояние между эжектором и каждым краем подложки вдоль оси A, Ws - ширина подложки, D1 и D2 имеют значение более 0 мм, т.е.

Магнетронное распылительное устройство // 2761900

Изобретение относится к устройствам ионно-плазменного распыления в скрещенных магнитном и электрических полях и может быть использовано в качестве базового распылительного оборудования. Технический результат изобретения - повышение эффективности использования оборудования в составе системы вакуумного распыления в магнетронах и установках катодного осаждения за счет повышения общего эксплуатационного ресурса мишени, а также упрощение конструкции устройства и повышение надежности при эксплуатации.