DD151771A1 - TWO-LAYER BODY AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zweischichtkoerper aus einem einkristallinen Magnesiumoxidsubstrat und einer wohlorientiert aufgewachsenen, einkristallinen Schicht aus Magnesium-ortho-Titanat oder einer festen Loesung, deren eine Komponente Magnesium-ortho-Titanat ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Zweischichtkoerpers, das eine Kombination aus einem bekannten oder anderen Verfahren zur Abscheidung einer Schicht aus TiO&ind2! (oder aus anderen Oxiden) mit einer gleichzeitig mit der Abscheidung ablaufenden topotaktischen Festkoerperreaktion darstellt. Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Zweischichtkoerpers, der in der Technik angewendet werden kann und der als Modellobjekt fuer grundlegende Untersuchungen in der Festkoerperphysik geeignet ist, sowie die Bereitstellung eines effektiven Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemaessen Zweischichtkoerpers in hoher Qualitaet. Dieses Verfahren kann auch zur Herstellung anderer Zweischichtkoerper verwendet werden, wenn sich deren Schichtkomponente durch eine topotaktische Festkoerperreaktion, deren eines Ausgangsprodukt die Substratkomponente des Zweischichtkoerpers ist, darstellen laesst.The invention relates to a two-layer body of a single-crystal magnesium oxide substrate and a well-grown, monocrystalline layer of magnesium ortho-titanate or a solid solution, one component of which is magnesium ortho-titanate, and a method for producing this Zweischichtkoerpers, which is a combination of a known or other methods for depositing a layer of TiO & ind2! (or other oxides) with a topotaktischen Festkoerperreaktion proceeding simultaneously with the deposition. The object of the invention is to provide a two-layer body which can be used in the art and which is suitable as a model object for basic investigations in solid state physics, as well as to provide an effective method for producing the high-quality two-layer body according to the invention. This method can also be used for the production of other two-layer bodies, if their layer component can be represented by a topotactic solid-state reaction of which one starting material is the substrate component of the two-layer body.
Description
Zweischichtkörper und Verfahren ztt seiner HerstelTUng.Two-layer body and process of its manufacture.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft einen Zweischicht körper (ZSK), bestehend aus einem einkristallinen MgO-Substrat und einer einkristallinen Schicht von hoher kristalliner Perfektion, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, wobei die Schicht aus Mg2TiO. oder aus einer festen Lösung besteht, deren eine Komponente Mg2TiO. ist.The invention relates to a two-layer body (ZSK), consisting of a single-crystalline MgO substrate and a monocrystalline layer of high crystalline perfection, and a process for its preparation, wherein the layer of Mg 2 TiO. or consists of a solid solution, one component of which is Mg2TiO. is.
Dieser ZSK ist für die Untersuchung grundlegender Zusammenhänge der Epi- und Topotaxie für die Wissenschaft von Interesse und kann dank seiner dielektrischen, optischen, thermischen und mechanischen Eigsnschaften in verschiedenen Gebieten der Technik nutzbringend angewendet werden. Ähnliche Zweischichtkörper, jedoch anderer chemischer und kristallografischer Natur und demzufolge mit z.T. anderen Eigenschaften, werden mit Erfolg in der integrierten Festkörperelektronik, der magnetischen Speichertechnik und der Optoelektronik verwendet, oder ihre Verwendung steht unmittelbar bevor. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann auch für die Herstellung anderer ZSK, deren Schichtkomponente sich mit Hilfe einer topotaktischen Festkörperreaktion mit dem Substrat darstellen läßt, verwendet werden.This ZSK is of interest for the investigation of basic relationships of epi- and topotaxy in science and can be used to advantage in various fields of technology thanks to its dielectric, optical, thermal and mechanical properties. Similar bilayer bodies, but of a different chemical and crystallographic nature, and consequently with z.T. other properties are successfully used in integrated solid state electronics, magnetic memory technology, and optoelectronics, or their use is imminent. The preparation process according to the invention can also be used for the preparation of other ZSK whose layer component can be prepared by means of a topotactic solid-state reaction with the substrate.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Zweischichtkörper, die aus einem einkristallinen Substrat und einer orientiert aufgewachsenen einkristallinen SchichtTwo-layer body consisting of a monocrystalline substrate and an oriented grown monocrystalline layer
bestellen, sind seit geraumer Zeit bekannt und werden mit Erfolg in der Technik angewendet oder für die Anwendung vorbereitet. Bekannte ZSK sind z.B. GaAs/GaAlAs; Bi4Ti3O12/Mg0; LiflbO3/LiTaO3.order, have been known for some time and are successfully applied in the art or prepared for use. Known ZSK are, for example, GaAs / GaAlAs; Bi 4 Ti 3 O 12 / MgO; LiflbO 3 / LiTaO 3 .
Jeder der bekannten ZSK besitzt bestimmte Vorzüge, die ihn für bestimmte technische Anwendungen geeignet sein lassen, sowie bestimmte nachteilige Eigenschaften, die andere technische Anwendungen ausschließen. Diese Eigenschaften werden zum einen durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Jeweils verwendeten chemischen Verbindung bestimmt, zum anderen durch eine Heine von Qualität smerkmalen, die ihrerseits in der Hauptsache von der Art und dar Führung des Herstellungsprozesses bestimmt werden. Diese Qualitätsinerkmale betreffen insbesondere die Stöchiometrie, die kristalline Perfektion (hoher Grad der BinkristaXlinität, geringe Dichte der Kristallbaufehler), die Güte der Schichtoberfläche und die Haftung der Schicht auf dem Substrat. Die chemische und kristallografische Natur des ZSK, seine Qualitätsmerkmale und das zu seiner Herstellung angewendete Verfahren müssen deshalb bei der Beurteilung der technischen Anwendbarkeit zusammen beurteilt werden.Each of the known ZSK has certain advantages that make it suitable for certain technical applications, as well as certain adverse properties that exclude other technical applications. These properties are determined, on the one hand, by the physical and chemical properties of the particular chemical compound used, and, on the other hand, by a variety of quality which, in turn, are mainly determined by the nature and management of the manufacturing process. In particular, these quality features relate to stoichiometry, crystalline perfection (high degree of Binkrista linearity, low density of crystal defects), the quality of the layer surface, and the adhesion of the layer to the substrate. The chemical and crystallographic nature of the ZSK, its quality characteristics and the method used to produce it must therefore be assessed together when assessing the technical applicability.
Keiner der bekannten ZSK und keines der bekannten Herstellungsverfahren kann als universell anwendbar bezeichnet werden» Die he raus ragenden, oft unikalen Eigenschaf ten eines bestimmten ZSK sind gerade für eine bestimmte Anwendungsart oder für einige wenige Anwendungsarten geeignet. Infolge dieses relativ schmalen Anwendungsbereiches jedes ZSK ist ein breites Spektrum verschiedener ZSK erforderlich, ua möglichst vielen verschiedenen Anforderungen seitens dar Technik genügen zu können. Das vorhandene Spektrum der ZSK kann in diesem Sinns als nicht breit genug bezeichnet werden· So fehlen z.B. ZSK, die gute Isoiat ore igenschäften und bestimmte optische Eigenschaften mit sehr hoher thermischer Stabilität und hoter mechanischer HärteNone of the known ZSK and none of the known manufacturing methods can be said to be universally applicable. "The outrageous, often unique properties of a particular ZSK are suitable for a particular application or for a few types of applications. As a result of this relatively narrow scope of each ZSK a wide range of different ZSK is required, among other things as many different requirements on the part of the technology to meet. The existing spectrum of the ZSK in this sense can not be called wide enough. ZSK, the good Isoiat ore igenschäften and certain optical properties with very high thermal stability and hoter mechanical hardness
verbinden und die sich durch solche Verfahren herstellen lassen, welche eine Verunreinigung des Schicht mate rials und der S ch ich tobe rf Iac he in hohem Grade ausschließen· Da bereits bei Temperaturen weit unterhalb des SchrägIzpunktes Diffusions- und Reaktionsprozesse einsetzen können, die die nützlichen Schichteigenschaften des ZSK beeinträchtigen können und da diese Temperaturen im allgemeinen um so höher liegen, je höher der Schmelzpunkt liegt, sind in dieser Hinsicht Materialien mit sehr hohem Schmelzpunkt vorteilhaft. Jedoch sollten sie, u.a. aus Gründen der Langlebigkeit, mechanisch möglichst stabil sein. Beide Forderungen werden selten von Materialien erfüllt, die aus anderen Gründen für bestimmte technische Anwendungen ausgewählt werden.and that can be prepared by such processes which highly preclude contamination of the layer material and the sintering layer. Since even at temperatures well below the angle of incidence, diffusion and reaction processes can utilize the useful layer properties of the ZSK and since these temperatures are generally higher the higher the melting point, materials with a very high melting point are advantageous in this regard. However, they should, i.a. for reasons of longevity, be mechanically as stable as possible. Both requirements are rarely met by materials selected for other technical applications for other reasons.
Als Beispiel sei angeführt, daß eine Reihe von Materialien, die als Schichtkomponente in ZSK eingehen, welche für die integrierte Optik entwickelt wurden (InAs, InP, GaAs, LiFbO-) Schmelztemperaturen zwischen S40°C und 1250 G besitzen, daß aber andererseits bestimmte hochschmelzende Schicht materialien, die ebenfalls in der inte grie ten Optik eingesetzt werden sollen (ZnS, Schmelzpkt. 17000C, ZnO1 Schmelzpkt. 1975°C) nur geringe Härten (3»5 bis 4 nach Mohs) besitzen.By way of example, it should be noted that a number of materials that are incorporated into ZSK as a layer component that have been developed for integrated optics (InAs, InP, GaAs, LiFbO) have melting temperatures between S40 ° C and 1250 G but, on the other hand, have certain high melting point layer materials to be also used in the inte grie th optics (5-4 Mohs 3 ') possess (ZnS, Mp. 1700 0 C, ZnO 1 Mp. 1975 ° C) only low hardness.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen ZSK wird eingeschätzt, daß alle bekannten Verfahren zur Herstellung von ZSK Nachteile besitzen, die ihre Anwendung zur Herstellung des erfindungsgemäßen ZSK ausschließen oder nicht zweckmäßig erscheinen lassen. In Betracht gezogen wurden die bekannten Verfahren: (a) Vakuumaufdampfen, (b) Ionenplattieren, (c) EIektrolytische Abscheidung, (d) Flüssigphasenepitaxie, (e) Mehrquellen-Vakuumauf dampfen, (f) Blitz-Vakuumaufdampfen, (g) Kathodenzerstäuben, (h) Chemische Dampfabscheidung, (i) Chemische Transportreaktion, (3) Reaktives Vakuumaufdampfen, (k) Reaktives Kathodenserstäuben, (1) thermische Oxydierung von einkristallj.joen metallischen Legierungsschich'ten,With regard to the production process for the ZSK according to the invention, it is estimated that all known processes for the preparation of ZSK have disadvantages which rule out their use for producing the ZSK according to the invention or may not appear appropriate. The known methods have been considered: (a) vacuum evaporation, (b) ion plating, (c) electrolytic deposition, (d) liquid phase epitaxy, (e) multi-source vacuum evaporation, (f) flash vacuum evaporation, (g) sputtering, ( h) Chemical vapor deposition, (i) Chemical transport reaction, (3) Reactive vacuum evaporation, (k) Reactive cathode sputtering, (1) Thermal oxidation of single crystal metallic alloy layers,
(m) Rekristallisation amorpher Pilme, (η) Abscheiden eines einkristallinen Metallfilms und anschließende thermische Oxydierung unter Reaktion mit dem Oxydsubstrat.(m) recrystallization of amorphous pillows, (η) deposition of a monocrystalline metal film and subsequent thermal oxidation under reaction with the oxide substrate.
Die erwähnten Nachteile sind:The mentioned disadvantages are:
1. Entstehung unstöchiometrischer Schichten wegen der inkongruenten Verdampfung von Mg^TiO, (Verfahren a und b).1. Formation of unstoichiometric layers due to the incongruent evaporation of Mg ^ TiO, (methods a and b).
2. Entstehung von Schichten mit hoher Defektdichte infolge des Umstandes, daß die Schichtbildung fern vom2. Formation of layers with high defect density due to the fact that the film formation away from
Phasengleichgewieht erfolgt (Verfahren a,b,e,f,g und z.T. j, к und 1).Phase equilibrium takes place (method a, b, e, f, g and z.T. j, к and 1).
3. Einbau von Verunreinigungen (Verfahren d,h und i),3. incorporation of impurities (methods d, h and i),
4· Prinzipielle Nichteignung wegen der Isolatoreigenschaften des ZSK (Verfahren c).4 · Basic unsuitability due to the isolator properties of the ZSK (method c).
5. Nichteignung nach dem gegenwärtigen Stand der Technik wegen fohlender geeigneter Reaktionspcirtner (Verfahren h und i).5. Unsuitability according to the current state of the art for suitable foaming reactors (methods h and i).
6. Kurze Lebensdauer der zur Herstellung verwendeten Apparatur infolge Reaktionsangriff durch Sauerstoff (Verfahren j, к, 1 und η).6. Short life of the apparatus used for the production due to reaction attack by oxygen (method j, к, 1 and η).
7. Uneffektiver Herstellungsprozeß infolge mehrerer Prozeßschritte (Verfahren 1, m und n) ·7. Ineffective manufacturing process due to several process steps (method 1, m and n) ·
InformationsquellenREFERENCES
1. Handbook of Thin PiIm Technology. Hrsg.: CI. Maissei und R. Glang. McGraw-Hill, New York etc. 1970. Kap. 1,4,5,10.1. Handbook of Thin PiIm Technology. Editor: CI. Corn egg and R. glang. McGraw-Hill, New York, etc. 1970. Ch. 1,4,5,10.
2. Epitaxial Growth, Hrsg.: J.V/. Matthews, Acad.Press, New York etc. 1975, Kap. 22. Epitaxial Growth, eds .: J.V /. Matthews, Acad.Press, New York etc. 1975, chap. 2
3. Pe st körper ehe mie . Hrsg.: V.Boldyrev und K. Meyer, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1973, Kap. 20,21.3. Pe st body before mie. Ed .: V.Boldyrev and K. Meyer, VEB German publishing house for primary industry, Leipzig 1973, chap. 20.21.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines ZSK, der eine Keine von Eigenschaften aufweist, die für bestimmte technische Алкеndungen erforderlich sind (insbesondere gute dielektrische und optische Eigenschaften bei hoher thermischer und mechanischer Stabilität) und die in dieser Kombination bisher von keinem der bekannten ZSK aufgewiesen werden· Das Spektrum der für nutzbringende technische Anwendungen zur Verfügung stehenden ZSK wird somit erweitert. Vorteile des erfindungsgemäßen ZSK sind weiterhin seine Eignung zur Untersuchung der Erscheinungen der Epi- und Topotaxie und der Grenzflächenanpassung in der Pestkörperphysik und der Umstand, daß er Eigenschaften aufweist, die es erlauben, ihn einfach, effektiv und mit hoher Qualität herzustellen. Ziel der Erfindung ist ferner die Bereitstellung eines Verfahrens, das es erlaubt, den erfindungsgemäßen ZSK, wie auch bestimmte andere ZSK, so herzustellen, daß die Schichtkomponente des ZSK stöchiometrisch, verunreinigungs- und baufehlerarm, einkristallin, mit glatter Oberfläche und glatter Grenzfläche, sowie mit definierter, gleichmäßiger Dicke aufwächst. Vorteil das erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner, daß es bei Temperaturen abläuft, die im Vergleich zu den Schmelztemperaturen der beteiligten Verbindungen (MgOjTiO2, Mg2TiO. usw.) niedrig sind.The object of the invention is to provide a ZSK which has none of the properties required for certain technical applications (in particular good dielectric and optical properties with high thermal and mechanical stability) and which in this combination are not yet exhibited by any of the known ZSK · The range of ZSK available for beneficial technical applications is thus extended. Advantages of the ZSK according to the invention are further its suitability for investigating the phenomena of epitope- and topotaxy and interfacial adaptation in the field of plague physics and the fact that it has properties that allow it to be produced simply, effectively and with high quality. The aim of the invention is also to provide a method that allows the ZSK according to the invention, as well as certain other ZSK to produce such that the layer component of the ZSK stoichiometric, pollution and baubarmearm, single crystal, with a smooth surface and smooth interface, and with defined, uniform thickness grows. Another advantage of the process according to the invention is that it proceeds at temperatures which are low in comparison to the melting temperatures of the compounds involved (MgOjTiO 2 , Mg 2 TiO 3 , etc.).
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der erfindungsgetnäße Zweischicht körper (ZSK) besteht aus einem einkristallinen MgO-Substrat, welches ein Einkristall oder eine einkristalline dünne Schicht sein kann, beliebiger Dicke, auf das eine einkristalline Schicht in der unten bezeichneten V/eise aufgebracht ist, die aus Magnesium-ortho-Titanat (Mg2TiQ,) besteht oder aus einer festen Lösung, deren еіде Komponente Mg2TiO. ist und deren andereThe two-layer body (ZSK) according to the invention consists of a monocrystalline MgO substrate, which may be a monocrystal or a monocrystalline thin layer, of arbitrary thickness, on which a monocrystalline layer in the below-mentioned V / iron is deposited, which consists of magnesium ortho. Titanate (Mg 2 TiQ,) consists of or from a solid solution, whose εіде component Mg 2 TiO. is and their others
Koaiponente eine magnesiumhalt ige oxidische Verbindung ist,, welche die bei der jeweiligen wissenschaftlichen oder technischen Anwendung des ZSK geforderten Eigenschaften des Mg2TiO. nur geringfügig oder in gev/ünschteга Maße ändert und welche u.U. gleichzeitig die Möglichkeit einer gezielten Variation des Gitterparameters der Schicht bietet ( im weiteren kurz "MgpTiO.-Schicht" genannt). Diese andere Komponente kann z.B. eine der folgenden Verbindungen sein: MgAIgO., MgFe2O,, MgCr2O4, MgO. Die Mg2TiO.-Schicht kann außerdem zur Erzielung be· stimmter Eigenschaften mit IvIetallionen dotiert sein.Koaiponente is a magnesium-containing oxidic compound, which satisfies the properties of Mg 2 TiO required by the respective scientific or technical application of the ZSK. changes only slightly or to a desired degree and which may at the same time offer the possibility of a specific variation of the lattice parameter of the layer (hereinafter referred to as "MgpTiO.-layer"). This other component may be, for example, one of the following compounds: MgAlgO., MgFe 2 O ,, MgCr 2 O 4 , MgO. The Mg 2 TiO.-layer can also be doped with ionic ions in order to achieve specific properties.
Die Mg2TiO.-Schicht ist auf eine kristallographisch definierte, niedrig indizierte, ebene, saubere Oberfläche des MgO-Substrats aufgebracht, und zwar so, daß für die Millerschen Indizes der Verwachsungsebene und der in dieser liegenden Gitterrichtungen gilt:The Mg 2 TiO 2 layer is applied to a crystallographically defined, low indexed, flat, clean surface of the MgO substrate, in such a way that the following applies for the Miller indices of the adhesion plane and the lattice directions lying in it:
Die Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Mg2Ti04-Schicht and die Schicht oberfläche sind eben, die MgpTiC^-Schicht weist eine fur Schichten dieser Art sehr geringe Dichte an Baufehlern (Versetzungen, Planardefekte) auf und ist frei von Körnern, Domänen, Kanälen und Löchern. Die Dicke der Mg2TiO4-SChXCtLt kann bis zu einigen /um betragen. Die physikalischen E igenschaften der Schicht hängen z.T. von der gewählten Zusammensetzung ab. Pur eine reine Mg2 fUi04-Schicht gilt z.B.: Härte nach Mohs 6,5; Schmelzpunkt 18400C; Transparenz für sichtbares Licht nahezu 100%; Brechungsindex für sichtbares Licht 2,05· Wesentlich ist, daß der Gitterparameter der Schicht je nach der Zusammensetzung verschiedene Y/erte annehmen kann, z.B. für die feste Lösung Mg2TiO4-MgCr2O4 zwischen 0,834 nm und 0,844 nm. Insbesondere kann der Gitterparameter der Schicht genau die doppelte Größe dea Gitterparameters des MgO ( a = 0,4212 nm) betragen, d.h. die Grenzfläche des ZSK ist dann eine exakt kohärente.The interface between the substrate and the Mg 2 Ti0 4 layer and the layer surface are flat, the MgpTiC ^ layer has a very low density of build defects (dislocations, planar defects) for layers of this type and is free of grains, domains, Channels and holes. The thickness of the Mg 2 TiO 4 -SChXCtLt may be up to several μm. The physical properties of the layer depend in part on the selected composition. Purely a pure Mg 2 f Ui0 4 layer applies, for example: hardness to Mohs 6.5; Melting point 1840 ° C .; Transparency for visible light nearly 100%; Refractive index for visible light 2.05 It is essential that the lattice parameter of the layer can vary depending on the composition, eg for the solid solution Mg 2 TiO 4 -MgCr 2 O 4 between 0.834 nm and 0.844 nm the lattice parameter of the layer is exactly twice the size of the lattice parameter of the MgO (a = 0.4212 nm), ie the interface of the ZSK is then an exactly coherent one.
Das erfinduiigsgemäße Verfahren kombiniert ein beliebiges geeignetes Verfahren zur Abscheidung einer dünnen Schicht aus TiOp (bzw. aus TiOp und einem anderen Metalloxid» welches zusammen mit MgO die andere Komponente der o.a. festen Lösung bildet) mit einer gleichzeitig mit der Abscheidung ablaufenden topotaktischen Pestkörperreaktion zwischen dem in Abscheidung befindlichen TiOg (bzw. TiOg und dem anderen Oxid) und dem einkristallinen MgO-Substrat.The inventive method combines any suitable method for depositing a thin layer of TiOp (or of TiOp and another metal oxide which together with MgO forms the other component of the above solid solution) with a topotactic plague reaction occurring simultaneously with the deposition between the in Deposition TiOg (or TiOg and the other oxide) and the single crystal MgO substrate.
Zu diesem Zweck wird zunächst eine ebene, saubere Oberfläche am MgO-Kristall oder eine einkristalline MgO-Schicht mit einer ebenen, sauberen Oberfläche auf bekannte Weise erzeugt. Nach Einstellen der übrigen Prozeßbedingungen des gewählten Abscheide ve rf ahrens (wie Restgas- oder Zerstäubungsgasdruck) wird diese Oberfläche auf die Temperatur T geheizt. Dann wird das TiOp (bzw. de,s TiOo und das andere o.a. Oxid) mit der Absehe idungsgeschwindigkeit R auf dieser Oberfläche abgeschieden. Die Gröiien T und R müssen so gewählt sein, daß zwischen dem in Abscheidung befindlichen TiOp (bzw. den in Abscheidung befindlichen Oxiden) und dem MgO eine topotaktische Festkörperreaktion ablaufen kann, d.h. eine Reaktion unter teilweiser oder vollständiger Erhaltung des Kristallgitters des MgO. Auf diese Weise entsteht eine perfekt orientierte, baufehle rarme Schicht. Da die ablaufenden Reaktion eine Festkörper reaktion ist, spielen die Eigenschaften des Mg2TiO, (bzw. der o.a. festen Lösung) im Hinblick auf sein Schmelz- oder Verdampfungsgleichgewicht keine Rolle, so daß zum einen die Reaktionstemperatur T v,<esentlich niedriger sein kann, als die Schmelztemperatur des 1.Ig2TiO. und zum anderen die Inkongruenz des Schmelzens und Verdampfens des Mg2TiO, sieb nicht negativ auf die Stöchioraetrie der Schicht auswirkt. Der zur Aufrechterhaltung der Reaktion durch Diffusion nötige Konzentrationsgradient des TiO (bzw. der o.a. Oxide) im Mg2TiO. (bzw. in der o.a. festen Lösung), der sich von selbst einstellt, stellt eine vergleichsweise geringe Störung der StÖchiometrie der schicht dar.For this purpose, a flat, clean surface on the MgO crystal or a monocrystalline MgO layer with a flat, clean surface is first produced in a known manner. After adjusting the remaining process conditions of the selected separator (such as residual gas or atomizing gas pressure), this surface is heated to the temperature T. Then, the TiOp (or de, s TiOo and the other above oxide) with the Absehe tion rate R deposited on this surface. The quantities T and R must be chosen so that a topotactic solid-state reaction can take place between the deposited TiOp (or the deposited oxides) and the MgO, ie a reaction with partial or complete conservation of the crystal lattice of the MgO. In this way, a perfectly oriented, build-up rare layer is created. Since the proceeding reaction is a solid-state reaction, the properties of the Mg 2 TiO, (or the above solid solution) in terms of its melting or vaporization equilibrium irrelevant, so that on the one hand, the reaction temperature T v, <may be lower , than the melting temperature of the 1.Ig 2 TiO. and secondly, the incongruity of melting and evaporating the Mg 2 TiO, which does not adversely affect the stoichiometry of the layer. The necessary to maintain the reaction by diffusion concentration gradient of TiO (or the above oxides) in Mg 2 TiO. (or in the above solid solution), which sets itself, represents a relatively small disturbance of the stoichiometry of the layer.
Die Absehe ide ge schwind igke it R und eine äquivalente Schichtdicke 2T, die еіш Schicht des TiO2 besäße, wenn keine Reaktion mit dem MgO stattfände, werden in bekannter Weise während des Prozesses gemessen. Die Dicke d der entstehenden MgpTiO.-Schicht kann aus der gemessenen äquivalenten Schichtdicke d wie folgt bereehret werden:The absence of the thickness R and an equivalent layer thickness 2T, which would have the layer of TiO 2 , if no reaction with the MgO occurred, are measured in a known manner during the process. The thickness d of the resulting MgpTiO.-layer can be calculated from the measured equivalent layer thickness d as follows:
wo N.. jUo - die Anzahl der Formeleinheiten pro Elementarzelle für TiO2 bzw.where N .. jUo - the number of formula units per unit cell for TiO 2 or
V1*V3 ~ Volumen der E le mentarze lie des TiO2 bzw. Mg2TiO4 V 1 * V 3 ~ volume of the elementary metal of TiO 2 or Mg 2 TiO 4
bedeuten· Analog wird verfahren, wenn die Schicht aus einer festen Lösung des Mg2TiO. bestehen soll. Der Prozeß wird bis zum Erreichen der geforderten Dicke d fortgesetzt und dann beendet, indem, der Absehe ide vor gang und die Reaktion unterbrochen werden.The same procedure is followed when the layer consists of a solid solution of Mg 2 TiO. should exist. The process is continued until the required thickness d is reached and then terminated by interrupting the separation process and stopping the reaction.
1. Ausführungsbeispiel1st embodiment
Es wird ein Zwei schicht körper (ZSK) hergestellt, der aus ei nem MgO-Einkristall und einer (001)-orientierten Mg2TiO.-Schicht mit den o.a. Qualitätsnaerkmalen besteht. Für die Millerschen Indizes der Verwachsungsebene und der in dieser liegenden Gitterrichtungen gilt:A two-layered body (ZSK) is produced, which consists of a MgO monocrystal and a (001) -oriented Mg 2 TiO.-layer with the quality features mentioned above. For the Miller indices of the adhesion plane and the lattice directions lying in it, the following applies:
AIs Abscheide verfahren wird das Elektronenstrahlverdampfen im Hochvakuum gewählt. Am MgO-Kristall wird durch Spalten eine (QO1)-Oberfläche erzeugt, die dann in einem Substratheizer auf 110O0C geheizt"wird. Als Abscheidege schwindigkeit wird R = 0,1 nm/s gewählt· Es läuft die topotaktische PestkörperreaktionAs a deposition method, the electron beam evaporation is selected in a high vacuum. On a MgO crystal (QO1) is generated -surface column, which is then heated in a substrate heater to 110o C 0. "When Abscheidege speed R = 0.1 nm / s · chosen It runs the topotactic Pestkörperreaktion
ab, unter Einhaltung der o.a. Beziehungen zwischen den Millerschen Indizes.from, in compliance with o.a. Relationships between the Miller indices.
Der Prozeß wird nach Erreichen der Dicke 1 /um abgebrochen.The process is terminated after reaching the thickness 1 / um.
2« Ausführungsbeispiel2 «embodiment
Es wird ein ZSK hergestellt, der aus einem MgO-E inkr is tall und einer (001)-orientierteη Schicht besteht, die aus der festen Lösung 0,8 . (Mg2TiO4) + 0,2 . (MgCr2O4) besteht. Für die Spaltebene und die Verwachsungsebene gelten die Beziehungen in Aus führung s bei spiel 1. Als Abscheide verfahre η wird das E Ie ktrone ns trahlve rdanipfe η im Hochvakuum aus zwei unabhängigen Verdampfern gewählt. Aus dem einen Verdampfer wird TiO2, aus dem anderen Cr2Oo verdampft, und zwar in einem solchen Verhältnis der Verdampfungsgeschwindigkeiten, daß am Substrat ein molares Verhältnis TiO2:Cr2Oo= 4ϊ1 vorliegt. Es läuft die topotaktische Festkörperreaktion 9 MgO + 4 TiO2 + Cr2O3-* 5{0,8(Mg2Ti04)+0,2(MgCr204)}A ZSK is made which consists of a MgO-E and has a (001) -oriented layer consisting of the solid solution 0.8. (Mg 2 TiO 4 ) + 0.2. (MgCr 2 O 4 ) exists. For the cleavage plane and the intergrowth plane, the relationships in execution in Game 1 apply. As a cleavage, η, the e Ie ktrone ns trahlve rdanipfe η is selected in a high vacuum from two independent vaporizers. From the one evaporator TiO 2 is evaporated from the other Cr 2 Oo, in such a ratio of the evaporation rates that the substrate is a molar ratio of TiO 2 : Cr 2 Oo = 4ϊ1 present. The topotactic solid-state reaction occurs 9 MgO + 4 TiO 2 + Cr 2 O 3 - * 5 {0.8 (Mg 2 Ti0 4 ) +0.2 (MgCr 2 0 4 )}
ab, unter Einhaltung der im 1 .Ausführungsbeispiel genannten Beziehungen zwischen den Millerschen Indizes. Der Prozeß wird nach Erreichen der Dicke 0,5/um abgebrochen.in accordance with the relations between the Miller indices mentioned in the 1st embodiment. The process is terminated after reaching the thickness 0.5 / um.
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DD151771A1 true DD151771A1 (en) | 1981-11-04 |
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DD (1) | DD151771A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5180285A (en) * | 1991-01-07 | 1993-01-19 | Westinghouse Electric Corp. | Corrosion resistant magnesium titanate coatings for gas turbines |
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1980
- 1980-06-27 DD DD22219180A patent/DD151771A1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |