LV15646B - Paņēmiens itrija monoksīda plēves nogulsnēšanai un itrija monoksīda pārklājums - Google Patents

Paņēmiens itrija monoksīda plēves nogulsnēšanai un itrija monoksīda pārklājums Download PDF

Info

Publication number
LV15646B
LV15646B LVP-20-90A LVP2020000090A LV15646B LV 15646 B LV15646 B LV 15646B LV P2020000090 A LVP2020000090 A LV P2020000090A LV 15646 B LV15646 B LV 15646B
Authority
LV
Latvia
Prior art keywords
yttrium
substrate
source
magnetron
monoxide
Prior art date
Application number
LVP-20-90A
Other languages
English (en)
Inventor
Halil ARSLAN
Original Assignee
Latvijas Universitātes Cietvielu Fizikas Institūts
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Latvijas Universitātes Cietvielu Fizikas Institūts filed Critical Latvijas Universitātes Cietvielu Fizikas Institūts
Priority to LVP-20-90A priority Critical patent/LV15646B/lv
Priority to EP21208104.6A priority patent/EP4033003B1/en
Publication of LV15646A publication Critical patent/LV15646A/lv
Publication of LV15646B publication Critical patent/LV15646B/lv

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/083—Oxides of refractory metals or yttrium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C23C14/0042—Controlling partial pressure or flow rate of reactive or inert gases with feedback of measurements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C23C14/544—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement in the gas phase
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02425—Conductive materials, e.g. metallic silicides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02658—Pretreatments

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Izgudrojums attiecas uz nanopārklājumiem, it īpaši uz nanopārklājumiem, kas uzklāti ar plazmas vakuuma tehnoloģijām un kuriem ir pusvadītāja īpašības. Piedāvātais itrija monoksīda (YO) kārtiņas uzklāšanas uz pamatnes paņēmiens, izmantojot reaktīvo magnetrono izputināšanu, ietver šādus soļus: (i) pamatnes ievietošanu vakuuma kamerā, kurā ir magnetrons ar itrija avotu daļiņu izputināšanai, procesa gāzu ievades līdzeklis daļējai magnetrona pārklāšanai un pamatne, kuras virsma ir vērsta pret avotu; (ii) magnetrona darbināšanu, lai uzputinātu itrija daļiņas no itrija avota un pārklātu pamatnes virsmu, ieskaitot procesa gāzu ievadīšanu kamerā; (iii) gāzu izvadīšanu no vakuuma kameras un procesa spiediena radīšanu no 1 x 10-3 līdz 5x10-3 Torr, vienlaikus ielaižot procesa gāzes un turpinot itrija daļiņu izputināšanu no itrija avota; tiklīdz uz pamatnes virsmas tiek sasniegts vēlamais pārklājuma biezums, magnetrons tiek izslēgts. Saskaņā ar paņēmiena vēlamo realizāciju itrija daļiņu izputināšanu no itrija avota (ii) solī veic no 290 līdz 630 K temperatūrā. Saskaņā ar citu paņēmiena realizāciju pamatne (i) solī tiek novietota tā, lai tās virsma, kas ir vērsta pret avotu, atrodas 30-70° leņķī pret magnetronu un itrija avotu. Tiek piedāvāta arī jauna pārklājuma struktūra, kas satur pamatni un itrija monoksīda (YO) pārklājuma slāni, kas uzklāts uz pamatnes, kur itrija monoksīda pārklājuma slāņa biezums ir no 297 līdz 448 nm, un turklāt pamatne ir izvēlēta no grupas, kas sastāv no stikla, polimēra un metāla.

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTS
Tehnikas nozare
[001] Izgudrojums attiecas uz nanopārklājumiem, it īpaši uz nanopārklājumiem, kas uzklāti ar plazmas vakuuma tehnoloģijām, un kuriem ir pusvadītāju īpašības.
Zināmais tehnikas līmenis
[002] Itrijs, kas ir retzemju metālu grupas elements ar sevišķi augstu afmitāti pret skābekli un oksīda veidošanās brīvo enerģiju 1817 kJ mol·1, ir viens no daudzsološākajiem mikroelektroniskās rūpniecības materiāliem supravadītspējīgu materiālu industrijā, jo tam ir piemērots dielektriskais līmenis [1] un augsta/pieņemama supravadošās fāzes pārejas temperatūra (detalizētai informācijai par itriju sk. 1. tabulu). YBCO ir viens no vispazīstamākajiem nulles pretestības materiāliem, pie kura daudzi zinātnieki ir strādājuši kopš 20. gadsimta vidus, izstrādājot plāno kārtiņu uzklāšanas metodes, piemēram, lāzera ablāciju, estaru iztvaicēšanu vai magnetrono uzputināšanu [2], Jaunākie pētījumi pierāda, ka supravadošās fāzes pāreja notiek virs istabas temperatūras YHio pie 250 GPa [3]. Nākotnes tehnoloģiju attīstībai ir svarīgi saprast itrija saistīšanās dinamiku ar tādiem elementiem kā Ο, H un F. Lai gan vairākos darbos ir pētīta Y pakāpeniska oksidēšanās [4-5], par pusvadītāja itrija monoksīdu (YO) ir veikti tikai daži pētījumi [6-7], Tomēr, cik autoram ir zināms, līdz šim nav publicēti ziņojumi par pusvadītāja YO izgatavošanu, izmantojot līdzstrāvas magnetrono uzputināšanu. Šī izgudrojuma jaunums ir itrija monoksīda plānās kārtiņas uzklāšana ar reaktīvo līdzstrāvas magnetrono uzputināšanu.
Izgudrojuma izklāsts
[003] Piedāvātā metode itrija monoksīda (YO) kārtiņas uzklāšanai uz pamatnes, izmantojot reaktīvo magnetrono uzputināšanu, ietver šādus soļus: (i) pamatnes novietošanu vakuuma kamerā, kurā ir magnetrons un itrija avots daļiņu uzputināšanai un procesa gāzu ievades līdzeklis magnetrona daļējai aptveršanai, un pamatne, kuras virsma vērsta pret avotu; (ii) magnetrona darbināšanu, lai izputinātu itrija daļiņas no itrija avota pamatnes virsmas pārklāšanai, ieskaitot procesa gāzu pievadīšanu kamerā; (iii) gāzu izvadīšanu no vakuuma kameras un procesa spiediena radīšanu no 1x10'3 līdz 5xl0'3 Torr, vienlaikus ielaižot procesa gāzes un turpinot itrija daļiņu uzputināšanu no itrija avota; tiklīdz tiek sasniegts vēlamais pārklājuma biezums uz pamatnes virsmas, magnetrons tiek izslēgts. Saskaņā ar itrija daļiņu uzputināšanas realizāciju no itrija avota solī (ii) vēlams veikt uzklāšanu no 290 līdz 630 K temperatūrā. Saskaņā ar citu variantu pirms soļa (i), kurā pamatnes tiek novietota vakuuma kamerā, vakuuma kamera tiek karsēta 1-48 stundas 353-493 K temperatūrā. Saskaņā ar vēl vienu variantu, pamatnes novietošanas vakuuma kamerā solī (i) pamatne tiek novietota tā, lai tās virsma, kas vērsta pret avotu, atrodas 30°-70° leņķī pret magnetrona un itrija avotu. Procesa gāze izgudrojumā ir Ar un O2 maisījums. Saskaņā ar vēlamo variantu procesa gāzi ievada kameras vidē ar šādām gāzu plūsmu attiecībām: P (Ar) / P (02): 500-800. Saskaņā ar vēl vienu variantu, pirms pamatnes novietošanas vakuuma kamerā solī (i) pamatni notīra ultraskaņas vannā ar acetonu un izopropanolu, noskalo ar destilētu ūdeni un pēc tam nožāvē ar N2 gāzi. Tiek piedāvāta arī jauna pārklājuma struktūra, kas satur pamatni un itrija monoksīda (YO) pārklājuma slāni, kur itrija monoksīda pārklājuma slāņa biezums ir no 297 līdz 448 nm un pamatne ir izvēlēta no grupas, kas sastāv no stikla, polimēra un metāla.
īss zīmējumu apraksts
[004] 1. zīm. - Mērķa materiāla (Y metāls) un Υ2Ο3 pulvera references rentgenstaru difraktogrammas.
2. zīm. - Izgudrojumā izmantoto pamatnes materiālu (Si, Ti un Stikls) rentgenstaru difraktogrammas.
3. zīm. - Plāno kārtiņu rentgenstaru difraktogrammas, kas uz stikla pamatnes uzklātas 298,15 K temperatūrā.
4. zīm. - Plāno kārtiņu rentgenstaru difraktogrammas, kas uz stikla pamatnes uzklātas 623,15 K temperatūrā.
5. zīm. - Plāno kārtiņu rentgenstaru difraktogrammas, kas uzklātas 298,15 K temperatūrā uz Si pamatnes.
6. zīm. - Plāno kārtiņu rentgenstaru difraktogrammas, kuras uz Si pamatnes uzklātas 623,15 K temperatūrā.
7. zīm. - Plāno kārtiņu rentgenstaru difraktogrammas, kas uzklātas 298,15 K temperatūrā uz Ti pamatnes.
8. zīm. - Plāno kārtiņu rentgenstaru difraktogrammas, kas uz Ti pamatnes uzklātas 623,15 K temperatūrā.
9. zīm. - Plāno kārtiņu kristalizācijas pakāpe, kas uzklātas 298,15 K temperatūrā.
10. zīm. - Plāno kārtiņu kristalizācijas pakāpe, kas uzklātas 623,15 K temperatūrā.
11. zīm. - Y metāla mērķa references rentgenstaru fotoelektronu spektrs (XPS).
12. zīm. - Υ2Ο3 pulvera references rentgenstaru fotoelektronu spektrs (XPS).
13. zīm. - Plāno kārtiņu, kas uzklātas 298,15 K temperatūrā, dziļuma profila izpēte.
14. zīm. - Plāno kārtiņu, kas uzklātas 623,15 K temperatūrā, dziļuma profila izpēte.
15. zīm. - Rentgenstaru fotoelektronu spektri (XPS): Υ/Ο koncentrāciju attiecība metāla Y, Υ2Ο3 un YO kārtiņām.
16. zīm. - Plāno kārtiņu, kas uzklātas 298,15 K temperatūrā, gaismas caurlaidības mērījumi UV-VIS un tuvajā infrasarkanajā diapazonā (NIR).
17. zīm. - Plāno kārtiņu, kas uzklātas 623,15 K temperatūrā, gaismas caurlaidības mērījumi UV-VIS un NIR diapazonā.
18. zīm. - YO plāno kārtiņu Tauc diagramma.
19. zīm. - YO plāno kārtiņu gaismas absorbcijas mērījumi.
20. zīm. - Izvēlēto plāno kārtiņu no temperatūras atkarīgo elektrisko parametru mērījumi.
21. zīm. - Šajā izgudrojumā izmantotā daudzfunkcionālā klastera iekārtas attēls.
Detalizēts izgudrojuma apraksts
[005] Saskaņā ar vēlamo realizācijas variantu vakuuma kamera tiek karsēta 1^18 stundas aptuveni 353^193 K temperatūrā, lai samazinātu iespējamo piesārņojumu. Pamatnes vēlams tīrīt, piem., ultraskaņas vannā ar acetonu, izopropanolu un destilētu ūdeni (attiecīgi, apmēram 15 minūtes katrs solis), un žāvē ar N2 gāzi. Pamatnes atrodas zināmā attālumā no mērķa. Leņķis starp mērķi un pamatni var būt vai nu aptuveni 180° vai no 30 līdz 70°, lai veiktu uzklāšanu ārpus ass. Saskaņā ar vēlamo realizācijas variantu var veikt pirmsuzputināšanu, lai noņemtu oksīda slāni no Y mērķa virsmas. Itrija oksīda plāno kārtiņu, kuru biezums ir 297-448 nm, uzklāšana notiek no metāla mērķa (tīrības pakāpe 99,99%) līdz pamatnei, kura var būt nātrijakalcija stikls, Ti, Si (001) vai cits materiāls, temperatūra no 290 līdz 630 K. O2 parciālo spiedienu var mainīt no 1,74 χ 10'5 līdz 1,4 χ 10'8 Torr.
[006] Lai izpētītu itrija oksidēšanās mehānismu, procesa laikā plazma tika uzraudzīta ar optiskā emisijas spektrometra un atlikušo gāzu analizatora palīdzību. Pēc uzklāšanas paraugus var pārvietot un uzglabāt Ar atmosfērā (<0,5 O2 un <H2O ppm) ar robotizēto roku, lai aizsargātu kārtiņu virsmu no oksidēšanās un piesārņojuma.
[007] Saskaņā ar vienu realizācijas variantu, kārtiņām netiek veikta pēcapstrāde. Atkarībā no uzklāšanas laikā izmantotā skābekļa parciālā spiediena, kārtiņu strukturālajā raksturojumā (XRD) redzams metāliskais itrijs ar heksagonālu struktūru un Υ2Ο3 ar kubisko/monoklīnisko struktūru (veidošanās notiek ar 80 % kristalizācijas pakāpi). Itrija monoksīda (YO) veidošanās sākas šajā pārejas reģionā kā rentgenstaru amorfa/nanokristāliskā fāze. Kristalizācijas pakāpe parāda jaunā pusvadītāja YO veidošanos un ir atkarīga no pamatnes (kristālrežģa atbilstība/neatbilstība) un augšanas temperatūras. Otrkārt, sastāva attiecība, izmantojot XPS, starp Y un O tiek noteikta ap 1. Visbeidzot, elektriskie mērījumi apliecina, ka skābekļa parciālais spiediens aptuveni 6,00 χ 10'7 Torr ir optimāls pusvadītāja YO veidošanai.
[008] Saskaņā ar vienu no realizācijas variantiem, izgudrojumu var īstenot, izmantojot reaktīvo līdzstrāvas magnetrono uzputināšanu, kas ir daļa no daudzfunkcionālās klastera iekārtas ar atsevišķām (izolētām) kamerām. Pirmā kamera ir vieta, kur pamatne tiek ielādēta klasterī, nulles kamerā atrodas robotizētā roka, kas veic parauga pārvietošanu starp kamerām. Savukārt uzklāšana tiek veikta ceturtajā kamerā. Sesto kameru, kas ir savienota ar inertas gāzes glove box, izmantoja parauga pārvietošanai uz Ar saturošu atmosfēru. Ceturtā vakuuma kamera 48 stundas tika karsēta aptuveni 368.15 K temperatūrā, lai samazinātu iespējamo piesārņojumu, un tā tika nošķirta no tīrtelpas klimata (ISO 8. klase), lai visa eksperimenta gaitā stabilizētu atlikušo gāzu parciālo spiedienu. Pamatnes ultraskaņas vannā notīrīja, attiecīgi, ar acetonu, izopropanolu un destilētu ūdeni (katru pa 15 minūtēm) un nožāvēja ar N2 gāzi. Pamatne atradās 13 cm attālumā no mērķa. Leņķis starp mērķi un pamatni tika fiksēts 45°, lai veiktu uzklāšanu ārpus ass. Pirms eksperimenta tika veikta pirmsuzputināšana, lai noņemtu oksīda slāni no mērķa virsmas. Atlikušo gāzu analīzi veica ar masspektrometru. Itrija oksīda plāno kārtiņu uzklāšana ar biezumu aptuveni 400 nm tika veikta no metāla mērķa (tīrības pakāpe 99,99%) uz nātrijakalcija stikla, Ti un Si (001) pamatnēm 298,15 K un 623,15 K temperatūrā. Lai iegūtu vienmērīgas plānās kārtiņas, parauga turētājs tika griezts pulksteņrādītāja virzienā ar 10 apgriezieniem minūtē. O2 parciālais spiediens tika mainīts no 1,74 χ 10'5 līdz 1,4 χ 10-8 Torr, lai izpētītu itrija oksidēšanās mehānismu.
[009] Strukturālais raksturojums. Kārtiņu struktūru pētīja ar Rigaku MiniFlex 600 rentgenstaru difraktometru, kas aprīkots ar HyPix-400 MF 2D hibrīdu pikseļu bloku detektoru (HPAD) un Cu rentgenstaru avotu. Lai veiktu pareizu strukturālo analīzi, tika izmērītas pamatnes materiālu diffraktogrammas (1. un 2. zīm.). Lai gan metāla itrija un Υ2Ο3 kristālu struktūra ir labi zināma [8-9], par itrija monoksīda struktūru joprojām ir neskaidrības. Uzklāšana tika veikta uz atšķirīgām pamatnēm ar atšķirīgu kristālu orientāciju. Atkarībā no O2 parciālā spiediena un temperatūras tiek novērota pāreja no Y metāla (heksoganāla blīvā kārtojuma struktūra) uz Υ2Ο3 (tilpumā centrēta kubiska/monoklīnā struktūra). Itrija valences orbitāle (4d'5s2) visdrīzāk ir nestabila, jo fāze pāriet monoksīdā (4d15s1). Šī nestabilā izturēšanās aptur kristālu augšanu (iespējama nanokristālu augšana). Šo izturēšanos var redzēt 8. zīmējumā. Turklāt šajā izgudrojumā tika pierādīta arī itrija elementa veidošanās ar dažādiem oksidācijas stāvokļiem, kas tiecas augt preferenciālajos virzienos (sk. 1.-9. zīm.). Itrija monoksīda veidošanās notiek fāzes transformācijā no itrija metāla uz Υ2Ο3 (monoklīniska/izomēra).
[010] Transformācijas laikā XRD maksimumi, kas atbilst specifiskai kristālu struktūrai, paplašinās. Pie 29,075 un 32,415 (20) tiek novēroti visintensīvākie maksimumi. 30-34 20 diapazons Υ2Ο3 gadījumā ir grūti interpretējams, jo šajā diapazonā ir visintensīvākais metāla itrija difrakcijas maksimums (sk. difrakcijas references mērījumus 1. un 8. zīm.). Paraugam (9,47 x 10-7 Torr O2 izmantotais parciālais spiediens) pie Υ2Ο3 un Y metāla parādās daži aizliegti maksimumi, kas var attiekties uz itrija monoksīdu (YO). Bez tam viens no raksturīgākajiem Υ2Ο3 maksimumiem parādās ap 20 20 (sk. 3., 4., 7. un 8. zīm.). Šī izturēšanās pierāda itrija monoksīda kristālu veidošanos kopā ar Υ2Ο3 (kā pierādīja Kaminaga et al. [7]). Lai arī plāno kārtiņu kristalizācijas pakāpe uz dažādām pamatnēm pie 298,15 K parāda līdzīgas tendences, pie 623,15 K kristalizācijas pakāpe uzrāda nedaudz atšķirīgu izturēšanos (sk. 9. un 10. zīm.), ko var izskaidrot ar pamatnes materiālu atšķirīgo siltumvadītspēju. Itrija monoksīda gadījumā kristalizācijas pakāpe ir aptuveni 20 %, 80 % un 90 %, attiecīgi uz stikla, Ti un Si pamatnēm. Šis relatīvi zemais kristalizācijas līmenis uz stikla var būt ierobežotās termovadītspējas iemesls. No otras puses, lielā kristalizācijas pakāpe uz Si un Ti pamatnēm norāda, ka pamatnes kristāliskā struktūra veicina kristāliskas Υ2Ο3 un YO fāzes veidošanos (sk. 1.-8. zīm.).
[011] Optiskais raksturojums. Uzklāto plāno kārtiņu optiskajam raksturojumam UV-VIS un NIR tika izmantots Cary 7000 spektrofotometrs ar viļņa garuma precizitāti UV-VIS: +/- 0,08 nm, NIR: +/- 0,04 nm. Pētījums notika šādi:
a- Transmisijas mērījumi diapazonā no 250 līdz 2500 nm viļņa garuma, P polarizēta gaisma perpendikulāra pamatnei.
b- Atstarošanas mērījumi diapazonā no 250 līdz 2500 nm viļņa garuma, P polarizētā gaisma ± 6° uz pamatni.
[012] Pie 298,15 K uzklātās kārtiņas iedala trīs galvenajās klasēs: caurspīdīgs oksīds, metāls un daļēji caurspīdīgs oksīds (sk. 16. un 17. zīm.). Lielās joslas atstarpes dēļ Υ2Ο3 pārraida lielāko daļu elektromagnētisko viļņu redzamajā reģionā. Metāla veidošanās sākas, kad skābekļa parciālais spiediens ir mazāks par 5 χ 10'7 Torr. No otras puses, ļoti specifiskā reģionā (5 - 6 x 10’7 Torr) veidojas itrija monoksīds kopā ar Υ2Ο3. Uzklāšanas gadījumā augstā temperatūrā (623,15 K) itrija monoksīda kristalizācija struktūrā dominē, kā rezultātā rodas pusvadītāja raksturīgās īpašības (sk. 20. zīm.). Bez tam elektromagnētiskā starojuma interference ir pamanāma gan Υ2Ο3, gan ΥΟ/Υ2Ο3 spektrā. Šī efekta rezultātā rodas spektra svārstības. Tiek aprēķināta plāno kārtiņu optiskā aizliegtā zona ar YO veidošanos (sk. 18. un 19. zīm.). YO noteiktā aizliegtā zona saskan ar literatūru [7].
[013] Ķīmiskais raksturojums. Attiecīgo materiālu ķīmiskā sastāva noteikšanai (kvalitatīvi vai kvantitatīvi) tika izmantots ThermoFisher ESCALAB XI, rentgenstaru fotoelektronu spektrometrs, kas aprīkots ar AI rentgenstaru avotu (AI Ka = 1487 eV). Attiecīgo elementu (šajā gadījumā - Y un O) atomu koncentrācijas un saites enerģijas ar dziļuma profiliem (sniedz tiešu informāciju par oksidācijas stāvokli) tika pētīti, izmantojot plānās kārtiņas. Atkarībā no O2 parciālā spiediena tika novērota pāreja no metāla uz Υ2Ο3. Turklāt tika novērota itrija monoksīda fāze ar pusvadītāja īpašībām (sk. 15. un 20. zīm.). Variācija, kas var tieši ietekmēt laukumu zem grafika/elementa koncentrāciju, Y 3d saites enerģijai var rasties no katjona polarizācijas Ar jonu bombardēšanas laikā pēc tās [10]. Novērotie YO rezultāti saskan ar literatūru [7],
[014] Elektriskais raksturojums. Attiecīgo materiālu elektrisko īpašību mērījumi tika veikti ar Holla efekta mērīšanas sistēmu HMS5000, Ecopia. Mērījumi tika veikti diapazonā no 80 līdz 350 K ar 10 K soli. Materiāla elektrisko parametru mērījumi, kas atkarīgi no temperatūras, dod tiešu informāciju, kurai materiāla klasei pieder pētītais materiāls. Ņemot vērā faktu, ka fononu vibrāciju amplitūda ,ar pieaugot temperatūrai palielinās, notiek lādiņnesēju (elektronu) vidējā brīvā noskrējiena samazināšanās, kā rezultātā palielinās metāla pretestība. No otras puses, pusvadītāju materiālu gadījumā temperatūras paaugstināšanās noved pie lielāka skaita elektronu pārneses no valentās zonas vadītspējas zonā, tāpēc materiāla vadītspēja palielinās. Itrijam ir zema elektriskā pretestība. Υ2Ο3 ir labs izolators platās joslu atstarpes dēļ (sk. 1. tabulu). Izvēlēto plāno kārtiņu no temperatūras atkarīgo elektrisko parametru mērījumu rezultāti parādīti 20. zīmējumā.
[015] Turpmākajās tabulās ir apkopota papildu informācija par kārtiņu uzklāšanas parametriem un fizikālajām īpašībām, kuras uzklātas saskaņā ar dažādiem variantiem, kur 1. tabulā ir itrija elementa fizikālo īpašību saraksts, bet 2. tabulā - norādīti daži izgatavoto kārtiņu uzklāšanas parametri.
1.Tabula Itrija elementa pamatīpašības 10,11.20-29,12,30-39,13,40-49,14,50-59,15,60-69,1^19
2. Tabula Izgatavoto plāno kartiņu uzklašanas parametri un pamatīpašības.
Depositiou Rāte (nm) σ! r’ 11.80 1 cc 16.72 I 1.............1708.................1 o sO 17.00 I 17.20 I 9291 16.80 09.96
Tliickness (nm) 448 I Γ- OC 418 I Γ1 o o Cl o rn 419 ] 420 i 249 |
Current 423 437......... 1 413 I 418 I 1...........426............1 416 ™ 1 ΓΊ r i ΓΊ 1 438 I 467 |
Voltage 348 1...........342...........1 1 356 I 356 ri o 354 I 356 I 341 ii
Power (cm 2) Γ- r-· L............3.4............1 1 ........3^4...............1 1 3.4 I 1 3.4 I 7.4 |
Depositiou Temperature (K) I 623.15 1___2VS.15 ......,...........I 298.15 298.15 623.15 ίΓ£29 | 1 298.15 SIA29 298.15 I šī '862 298.15
P (Ar) / P (Oz) 1 32786 30000 o 1007 | 650.8 ίο 9'88£ 193.1 1 99 86 15.29 |
(1V) d 4.59E-04 1 4.80E-04 3.48E-04 3.28E-04 4.23E-04 3.69E-04 | 3.61E-04 3.68E-04 3.07E-04 2.94E-04 2.66E-04
6 0- 1.40E-08 1 1.60E-08 1.03E-07 3.05E-07 4.20E-07 5.67E-07 5.7OE-O7 9.47E-07 1.59E-06 1 2.98E-06 1.74E-05
Sample uame 1 S2 rs I 1 S5 1 ļ 9S I 1 S7 | 8S i S9 | 1 sio | sn
Informācijās avoti
1. Wang, Z. et al. Growth and performance of yttrium oxide as an ideal high-κ gate dielectric for carbon-based electronics. Nano Lett. (2010) doi: 10.1021/nl 100022u.
2. Tate, J., Berberich, P., Dietsche, W. & Kinder, H. Preparation and characterization of YBCO thin films on Silicon. J. Less-Common Met. (1989) doi:10.1016/00225088(89)90332-9.
3. Liu, H., Naumov, 1.1., Hoffmann, R., Ashcroft, N. W. & Hemley, R. J. Potential highTc superconducting lanthanum and yttrium hydrides at high pressure. Proc. Nati. Acad. Sci. U. S. A. (2017) doi:10.1073/pnas,1704505114.
4. Xu, L. et al. Structural evolution, sequential oxidation and Chemical bonding in triyttrium oxide clusters: Y30x- and Y3Ox (x = 0-6). RSC Adv. (2014) doi:10.1039/c4ra09202c.
5. Dai, B., Deng, K. & Yang, J. A theoretical study of the Υ4Ο cluster. Chem. Phys. Lett. (2002) doi: 10.1016/S0009-2614(02)01330-1.
6. Stellhom, J. R. et al. A valence-selective X-ray fluorescence holography study of an yttrium oxide thin film. J. Appl. Crystallogr. (2017) doi: 10.1107/S1600576717012821.
7. Kaminaga, K. et al. N divalent rare earth oxide semiconductor: Yttrium monoxide. Appl. Phys. Lett. (2016) doi: 10.1063/1.4944330.
8. Zhang, P. et al. Energetics of cubic and monoclinic yttrium oxide polymorphs: Phase transitions, surface enthalpies, and stability at the nanoscale. J. Phys. Chem. C (2008) doi: 10.102 l/jp7102337.
9. Jankowski, A. F., Schrawyer, L. R. & Hayes, J. P. Sputter deposition of yttriumoxides. J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film. (1993) doi:10.1116/1.578503.
10. Orēm, W. H. & Finkelman, R. B. Coal Formation and Geochemistry. in Treatise on Geochemistry: Second Edition (2013). doi:10.1016/B978-0-08-095975-7.00708-7.11.

Claims (8)

1. Paņēmiens itrija monoksīda (YO) kārtiņu uzklāšanai uz pamatnes ar reaktīvo magnetrono uzputināšanu, kas ietver šādus soļus:
(i) pamatnes novietošanu vakuuma kamerā, kurā ir magnetrons un itrija avots daļiņu uzputināšanai, procesa gāzu ievades līdzeklis magnetrona daļējai aptveršanai un pamatne, kuras virsma ir vērsta pret avotu;
(ii) magnetrona darbināšanu, lai uzputinātu itrija daļiņas no itrija avota un pārklātu pamatnes virsmu, ieskaitot procesa gāzu ievadīšanu kamerā;
(iii) gāzu izvadīšanu no vakuuma kameras un procesa spiediena radīšanu no 1x10'3 līdz 5xl0'3 Torr, vienlaikus ielaižot procesa gāzes un turpinot itrija daļiņu uzputināšanu no itrija avota, tiklīdz vēlamais pārklājuma biezums uz pamatnes virsmas ir sasniegts, magnetrons tiek izslēgts.
2. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju, turklāt itrija daļiņu uzputināšanu no itrija avota (ii) solī veic no 290 līdz 630 K temperatūrā.
3. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru no iepriekšējām pretenzijām, turklāt pirms (i) soļa, kurā notiek pamatnes ievietošanas vakuuma kamerā, vakuuma kameru silda 1-48 stundas 353^193 K temperatūrā.
4. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru no iepriekšējām pretenzijām, turklāt (i) solī, kurā notiek pamatnes ievietošana vakuuma kamerā, pamatni novieto tā, lai tās virsma, kas vērsta pret avotu, atrodas 30-70° leņķī pret magnetronu un itrija avotu.
5. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru no iepriekšējām pretenzijām, turklāt procesa gāze ir Ar un O2 maisījums.
6. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru no iepriekšējām pretenzijām, kurā procesa gāzi ievada kamerā ar šādām gāzu plūsmu ātrumu attiecībām: P (Ar) / P (O2): 500-800.
7. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru no iepriekšējām pretenzijām, kurā pirms pamatnes ievietošanas vakuuma kamerā (i) solī pamatni notīra ultraskaņas vannā ar acetonu un izopropanolu, noskalo ar destilētu ūdeni un pēc tam nožāvē zem izpūstas N2 gāzes.
8. Pārklājuma struktūra, kas satur pamatni un itrija monoksīda (YO) pārklājuma slāni, kas uzklāts uz pamatnes saskaņā ar jebkuru no iepriekšējām pretenzijām, turklāt itrija monoksīda pārklājuma slāņa biezums ir no 297 līdz 448 nm, un pamatne ir izvēlēta no grupas, kas sastāv no stikla, polimēra un metāla.
LVP-20-90A 2020-12-11 2020-12-11 Paņēmiens itrija monoksīda plēves nogulsnēšanai un itrija monoksīda pārklājums LV15646B (lv)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-20-90A LV15646B (lv) 2020-12-11 2020-12-11 Paņēmiens itrija monoksīda plēves nogulsnēšanai un itrija monoksīda pārklājums
EP21208104.6A EP4033003B1 (en) 2020-12-11 2021-11-13 Method for deposition of yttrium monoxide film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-20-90A LV15646B (lv) 2020-12-11 2020-12-11 Paņēmiens itrija monoksīda plēves nogulsnēšanai un itrija monoksīda pārklājums

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LV15646A LV15646A (lv) 2022-06-20
LV15646B true LV15646B (lv) 2023-01-20

Family

ID=82019150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LVP-20-90A LV15646B (lv) 2020-12-11 2020-12-11 Paņēmiens itrija monoksīda plēves nogulsnēšanai un itrija monoksīda pārklājums

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4033003B1 (lv)
LV (1) LV15646B (lv)

Also Published As

Publication number Publication date
LV15646A (lv) 2022-06-20
EP4033003B1 (en) 2023-11-01
EP4033003A1 (en) 2022-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Banerjee et al. Synthesis and characterization of p-type transparent conducting CuAlO2 thin film by DC sputtering
Shigesato et al. Thermochromic VO2 films deposited by RF magnetron sputtering using V2O3 or V2O5 targets
Oliveira et al. High textured AlN thin films grown by RF magnetron sputtering; composition, structure, morphology and hardness
US7985713B2 (en) Superconducting magnesium boride thin-film and process for producing the same
Kawamoto et al. Micrometer-scale monolayer SnS growth by physical vapor deposition
Khalkar et al. Deposition of Cu 2 ZnSnS 4 thin films by magnetron sputtering and subsequent sulphurization
Olgar et al. Impact of sulfurization parameters on properties of CZTS thin films grown using quaternary target
Rahman et al. Synthesis and characterization of Cu 3 SbS 4 thin films grown by co-sputtering metal precursors and subsequent sulfurization
Ansari et al. Influence of post-annealing on structural, optical and electrical properties of tin nitride thin films prepared by atomic layer deposition
Uglov et al. Effect of explosive thermal evaporation conditions on the phase composition, crystallite orientation, electrical and magnetic properties of heteroepitaxial InSb films on semi-insulating GaAs (100)
Mohanty et al. Nanocrystalline SnO2 formation using energetic ion beam
LV15646B (lv) Paņēmiens itrija monoksīda plēves nogulsnēšanai un itrija monoksīda pārklājums
Balashev et al. Effect of oxygen pressure on the texture of a magnetite film grown by reactive deposition on a SiO 2/Si (001) surface
Köhl The influence of energetic bombardment on the structure formation of sputtered zinc oxide films. Development of an atomistic growth model and its application to tailor thin film properties
Yamamoto et al. Preparation of TiO2-anatase film on Si (001) substrate with TiN and SrTiO3 as buffer layers
Kogai et al. Deposition of stoichiometric Bi 2 Se 3 film by vacuum-thermal treatment of Se/Bi heterostructure
Lisitski et al. Thin-film polycrystalline n-ZnO/p-CuO heterojunction
Semenov et al. CuO films deposited by superimposed high power impulse and DC magnetron sputtering
Zou Deposition Methods and Thermoresistive Properties of Vanadium Oxide and Amorphous Silicon Thin Films
Doucette et al. Heteroepitaxial growth of tungsten oxide films on silicon (100) using a BaF2 buffer layer
Isshiki et al. Highly precise multi-cathode pulsed-DC sputtering employing digital processing–application to layer–by–layer synthesis of cubic (Er0. 1Y0. 9) 2Zr2O7 thin film
Hu et al. Preparation of Sb 2 Te 3/Bi 2 Te 3 Thin Films by Magnetron Sputtering
Song et al. Effect of oxygen ion energy and annealing in formation of tin oxide thin films
Shyju et al. Review on indium zinc oxide films: material properties and preparation techniques
Garcia-Mendez Controlled growth of C-oriented AlN thin films: experimental deposition and characterization