RU2137250C1

RU2137250C1 - Method for epitaxial growth of scanty soluble amphiphilous material

Info

Publication number: RU2137250C1
Application number: RU98121893/25A
Authority: RU
Inventors: В.В. Лучинин; А.Н. Дунаев; В.М. Пасюта
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет; Центр технологии микроэлектроники
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: producing single-layer and multilayer structures of low- and high- molecular compounds. SUBSTANCE: method involves transfer of surface layer of low-concentration liquid phase of scanty soluble amphiphilous material to substrate while monitoring surface pressure at interface between liquid phase and atmosphere and adjusting it by means of barrier compression. Growth is effected on plant vibration-proof to degree at which surface pressure measuring system does not respond to vibrations as low as 0.05 mN /m; each phase is formed in distilled water whose surface pressure at water-to-atmosphere interface is 72 1 mN/m and held in plant until quasi-equilibrium state is attained whereupon substrate is immersed in liquid phase at rate of at least 5 mm/min; then substrate is removed at rate of 1-2 mm/min; when surface layer is transferred to substrate, surface pressure is controlled at interface between each phase and atmosphere to meet equation π = 1,2π_int±0,1,, where π is desired surface pressure; π_int is surface pressure at interface between liquid phase and atmosphere in quasi-equilibrium state. EFFECT: improved reliability of method. 4 cl, 2 dwg, 6 tbl

Description

Изобретение относится к прикладной физике и микроэлектронике и может быть использовано при получении моно- и мультислойных структур низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений, преимущественно ограниченно растворимого амфифильного вещества (ОРАФВ) из жидкой фазы. The invention relates to applied physics and microelectronics and can be used to obtain mono - and multilayer structures of low molecular weight and high molecular weight compounds, mainly limited soluble amphiphilic substances (ORAFV) from the liquid phase.

ОРАФВ - органическое высокомолекулярное соединение, молекулы которого содержат сшитые между собой диаметрально расположенные гидрофильные и гидрофобные фрагменты. Растворимость ОРАФВ с увеличением протяженности гидрофобного фрагмента уменьшается. Мономолекулярный слой ОРАФВ является изоструктурным аналогом биологической мембраны, что определяет область применения данного класса соединений. Помимо биотехнологии ОРАФВ может использоваться в медицине, молекулярной электронике, включая сенсорику, а также при экологическом мониторинге. ORAFV is an organic high-molecular compound whose molecules contain diametrically located hydrophilic and hydrophobic fragments crosslinked together. The solubility of ORAPV with an increase in the length of the hydrophobic fragment decreases. The monomolecular layer of ORAFV is an isostructural analogue of a biological membrane, which determines the scope of this class of compounds. In addition to biotechnology, ORAFV can be used in medicine, molecular electronics, including sensors, as well as in environmental monitoring.

Известен способ эпитаксиального наращивания высокомолекулярных структур из жидкой фазы, предусматривающий формирование обладающей высокой степенью ориентации подложки из тетрафторэтилена с последующим контактированием с кристаллообразующим или жидкокристаллическим материалом, одна из кристаллографических осей которого ориентирована параллельно ориентации макромолекул политетрафторэтилена (патент США N 5180470, C 30 B 29/58, 1993). A known method of epitaxial growth of high molecular weight structures from the liquid phase, comprising forming a highly orientated tetrafluoroethylene substrate followed by contacting with a crystal-forming or liquid-crystalline material, one of the crystallographic axes of which is oriented parallel to the orientation of polytetrafluoroethylene macromolecules (US Pat. No. 5,180,470, C 30 B 29/ , 1993).

Однако этот способ ограничен использованием тетрафторэтиленовой подложки и не обеспечивает надежного наращивания ОРАФВ из-за слабой управляемости процесса, особенно при формировании многослойной структуры ОРАФВ. However, this method is limited to the use of a tetrafluoroethylene substrate and does not provide reliable build-up of ORAFV due to the poor controllability of the process, especially when forming a multilayer structure of ORAFA.

Известен также способ эпитаксиального наращивания высокомолекулярных структур из жидкой фазы путем контактирования вертикально расположенных подложек с раствором наносимого вещества, поступающего из шлюза (патент Японии N 4-19196, C 30 B 19/06 //H 01 L 21/208, 1992). There is also known a method of epitaxial buildup of high molecular weight structures from the liquid phase by contacting vertically arranged substrates with a solution of the applied substance coming from the gateway (Japanese Patent No. 4-19196, C 30 B 19/06 // H 01 L 21/208, 1992).

Однако пленки, наносимые данным способом, являются аморфными или обладают низкой степенью упорядоченности. Применительно к ОРАФВ он не обеспечивает стабильного получения моно- и многослойной структуры целевого продукта с заданными характеристиками толщины, сплошности и структурной упорядоченности. However, films applied by this method are amorphous or have a low degree of ordering. As applied to ORAFV, it does not provide stable production of a mono- and multilayer structure of the target product with given characteristics of thickness, continuity, and structural ordering.

Функциональным аналогом предлагаемого способа является также технология Ленгмюра-Блоджетт, предусматривающая перенос верхнего монослоя двухфазной жидкой среды на подложку, опускаемую в жидкую среду и извлекаемую из нее нормально к поверхностному слою или под острым углом к нему. В данной технологии верхний слой жидкой среды представляет собой концентрированный раствор наносимого вещества с летучим компонентом, например, гексаном, а нижний слой - воду или иную жидкость с плотностью, большей, чем плотность верхнего слоя. Процесс переноса ведут при регулировании поверхностного давления на границе раздела жидкой фазы с атмосферой перемещением барьера, поджимающего поверхностный слой жидкой фазы. Для активизации электрофизических свойств и уменьшения текстурированности целевого продукта в нижний слой жидкой фазы вводят лиганды - слабокислые соли алюминия, кадмия, свинца, сурьмы и др., которые участвуют в процессе, сорбируясь на границе раздела жидких фаз (см., например: Blodgett К.В., Langmuir I. //Phy. Rev., 1937, v. 51, p. 964-982; Гевод B.C., Ксенжек O.C., Решетняк И.Л. Искусственные мембранные структуры и перспективы их практического применения. - "Биологические мембраны", т. 5, N 12, 1988, с. 1237-1269; Langmuir-Blodgett systems.//F.Grunfeld. Nima Technology Ltd. Operating Manual, 3-rd edition, England, 1992). A functional analogue of the proposed method is the Langmuir-Blodgett technology, which provides for the transfer of the upper monolayer of a two-phase liquid medium onto a substrate, lowered into the liquid medium and removed from it normally to the surface layer or at an acute angle to it. In this technology, the upper layer of the liquid medium is a concentrated solution of the applied substance with a volatile component, for example, hexane, and the lower layer is water or another liquid with a density higher than the density of the upper layer. The transfer process is carried out by controlling the surface pressure at the interface between the liquid phase and the atmosphere by moving the barrier, which compresses the surface layer of the liquid phase. To activate the electrophysical properties and reduce the texturing of the target product, ligands are introduced into the lower layer of the liquid phase - weakly acid salts of aluminum, cadmium, lead, antimony, etc., which participate in the process, sorbed at the interface of the liquid phases (see, for example, K. Blodgett V., Langmuir I. // Phy. Rev., 1937, v. 51, p. 964-982; Gevod BC, Ksenzhek OC, Reshetnyak IL Artificial membrane structures and prospects for their practical application. - "Biological membranes" Vol. 5, No. 12, 1988, pp. 1237-1269; Langmuir-Blodgett systems.// F. Grunfeld. Nima Technology Ltd. Operating Manual, 3rd edition, England, 1992).

Классическая технология Ленгмюра-Блоджетт не позволяет наносить на подпояску ОРАФВ, поскольку она не предназначена для эпитаксиального наращивания, а используется лишь для получения моно- и мультимолекулярных слоистых структур на основе не растворимых в воде поверхностно-активных соединений. The classical Langmuir-Blodgett technology does not allow ORAFV to be applied to the subbelt, since it is not intended for epitaxial growth, but is used only to obtain mono- and multimolecular layered structures based on water-insoluble surface-active compounds.

Наиболее близким к заявляемому является модифицированный в Центре технологий микроэлектроники (г. С.- Петербург) способ Ленгмюра-Блоджетт, предусматривающий эпитаксиальное наращивание ОРАФВ из однослойной слабоконцентрированной жидкой фазы наносимого вещества перенесением ее поверхностного слоя на подложку при регулировании поверхностного давления на границе раздела жидкой фазы с атмосферой перемещением барьера, поджимающего переносимый поверхностный слой (Лучинин В.В. и др. Гетероструктуры на основе пленок Ленгмюра-Блоджетг амфифильных веществ. - "Петербургский журнал электроники", 1995, N 2, с. 21-30). Closest to the claimed one is the Langmuir-Blodgett method modified at the Center for Microelectronics Technologies (St. Petersburg), which provides for the epitaxial build-up of ORAFV from a single-layer weakly concentrated liquid phase of the applied substance by transferring its surface layer to the substrate while controlling the surface pressure at the interface between the liquid phase and atmosphere by moving the barrier, which compresses the transported surface layer (VV Luchinin et al. Heterostructures based on Langmuir-Blodgetg amphi films yl substances -. "Petersburg electronics magazine", 1995, N 2, p 21-30)..

Однако прототипный способ не обеспечивает высокого качества получаемого целевого продукта, поскольку он не содержит достаточной информации о последовательности и режимах проведения технологических операций, гарантирующих получение эпитаксиальных моно- и гетероструктур ОРАФВ. However, the prototype method does not provide high quality of the obtained target product, since it does not contain sufficient information about the sequence and modes of technological operations that guarantee the receipt of epitaxial mono- and heterostructures of ORAFV.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности способа. The technical task of the invention is to increase the reliability of the method.

Решение этой задачи заключается в том, что в способ эпитаксиального наращивания ОРАФВ из слабоконцентрированной жидкой фазы, предусматривающий перенесение поверхностного слоя жидкой фазы на подложку под контролей поверхностного давления на границе раздела жидкой фазы с атмосферой и его регулированием с помощью перемещающегося барьера, поджимающего переносимый поверхностный слой, вносятся следующие дополнения:
1) наращивание производят на установке, защищенной от вибрации до уровня, не воспринимаемого системой измерения поверхностного давления на границе раздела жидкой фазы с атмосферой чувствительностью 0,05 мН/м;
2) жидкую фазу формируют в дистиллированной воде, имеющей поверхностное давление на границе раздела с атмосферой 72±1 мН/м;
3) жидкую фазу выдерживают до установления квазиравновесного состояния на ее поверхности;
4) по наступлении квазиравновесного состояния подложку погружают в жидкую фазу со скоростью V_п≥5 мм/мин (при низкой скорости погружения подложки происходит нарушение квазиравновесия), а затем извлекают из нее со скоростью V_и = 1 - 2 мм/мин;
5) поверхностное давление на границе раздела жидкой фазы с атмосферой регулируют из расчета
π = 1,2π_p±0,1, (1)
где π - заданное значение поверхностного давления на границе раздела;
π_p - поверхностное давление на границе раздела в квазиравновесном состоянии.The solution to this problem lies in the fact that in the method of epitaxial buildup of ORAFV from a weakly concentrated liquid phase, which involves transferring the surface layer of the liquid phase to the substrate under the control of surface pressure at the interface of the liquid phase with the atmosphere and its regulation using a moving barrier compressing the transferred surface layer, The following additions are made:
1) build-up is carried out on a installation protected from vibration to a level not perceived by the surface pressure measurement system at the interface of the liquid phase with an atmosphere with a sensitivity of 0.05 mN / m;
2) the liquid phase is formed in distilled water having a surface pressure at the interface with the atmosphere of 72 ± 1 mN / m;
3) the liquid phase is maintained until a quasi-equilibrium state is established on its surface;
4) upon the onset of a quasi-equilibrium state, the substrate is immersed in the liquid phase with a speed of V _p ≥5 mm / min (at a low speed of immersion of the substrate, quasi-equilibrium is violated), and then removed from it with a speed of V _and = 1 - 2 mm / min;
5) the surface pressure at the interface of the liquid phase with the atmosphere is regulated from the calculation
π = 1.2π _p ± 0.1, (1)
where π is the given value of the surface pressure at the interface;
π _p is the surface pressure at the interface in a quasi-equilibrium state.

На фиг. 1 приведена схема установки для осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 shows a diagram of an installation for implementing the proposed method.

На фиг. 2 приведена схема полевого транзистора, затворная область которого покрыта слоем ОРАФВ. In FIG. 2 shows a diagram of a field effect transistor, the gate region of which is covered with a layer of ORAFV.

Используемая для осуществления предлагаемого способа установка (фиг. 1) включает антивибрационный стол 1, расположенный на станине 2 на трех опорах 3, на котором смонтированы фторопластовая ванна 4, заполняемая жидкой фазой 5, защитный колпак 6, закрывающий ванну 4 и установленные в ней элементы системы контроля и управления (СКУ). Used to implement the proposed method, the installation (Fig. 1) includes an anti-vibration table 1, located on the bed 2 on three supports 3, on which a fluoroplastic bath 4 is mounted, filled with a liquid phase 5, a protective cap 6 that covers the bath 4 and the system elements installed in it control and management (SKU).

В СКУ входят весы Вильгельми, состоящие из датчика 7 поверхностного давления и подключенного к нему преобразователя 8, блок управления 9, сервопривода 10 со штоком 11, присоединенным к расположенному на поверхности жидкой фазы 5 барьеру 12 с возможностью перемещения последнего для поджатия поверхностного слоя 13 жидкой фазы 5, осциллограф 14, подключенный к выходу весов Вильгельми, гидропривод 15 с исполнительным механизмом 16 перемещения подложки 17 и насос 18 с заборной трубкой 19 для очистка поверхностного слоя 13, управляемый коммутатором 20. Вход блока управления 9 подключен к выходу весов Вильгельми, вход сервопривода 10 связан с первым выходом блока управления 9, а вход гидропривода 15 связан со вторым выходом блока управления 9. Блок 9 содержит дифференциатор, который формирует на втором выходе этого блока сигнал о наступлении установившегося состояния на поверхности жидкой фазы. SKU includes Wilhelmy scales, consisting of a surface pressure sensor 7 and a transducer 8 connected to it, a control unit 9, a servo drive 10 with a rod 11 attached to a barrier 12 located on the surface of the liquid phase 5 with the possibility of moving the latter to compress the surface layer 13 of the liquid phase 5, an oscilloscope 14 connected to the output of the Wilhelmy scale, a hydraulic actuator 15 with an actuator 16 for moving the substrate 17 and a pump 18 with a suction tube 19 for cleaning the surface layer 13, controlled by the switch 20. Input control lock 9 is connected to the output of the Wilhelmy scale, the input of the servo drive 10 is connected to the first output of the control unit 9, and the input of the hydraulic actuator 15 is connected to the second output of the control unit 9. Block 9 contains a differentiator that generates a steady state signal surface of the liquid phase.

Чувствительность весов Вильгельми в рабочем режиме отрегулирована на 0,05 мН/м, а антивибрационный стол 1 настроен таким образом, чтобы при данной чувствительности измерений осциллограф 14 не фиксировал флуктуаций поверхностного давления, вызванных вибрацией установки. The sensitivity of the Wilhelmy balance in the operating mode is adjusted to 0.05 mN / m, and the anti-vibration table 1 is configured so that, for a given measurement sensitivity, the oscilloscope 14 does not detect surface pressure fluctuations caused by the vibration of the installation.

Реализованная на базе весов Вильгельми измерительная система выполняет следующие функции:
- косвенное определение чистоты поверхности дистиллированной воды для принятия решения о необходимости ее очистки до внесения ингредиентов жидкой фазы;
- определение наступления квазиравновесного состояния по стабилизации давления на поверхности раздела жидкой фазы с атмосферой;
- определение π_p для настройки его заданного значения в системе автоматического регулирования поверхностного давления;
- измерение текущего значения π для его регулирования на заданном уровне.The measuring system implemented on the basis of Wilhelmy scales performs the following functions:
- indirect determination of the surface cleanliness of distilled water to decide on the need for its purification before the introduction of the ingredients of the liquid phase;
- determination of the onset of a quasiequilibrium state by stabilizing the pressure at the interface between the liquid phase and the atmosphere;
- determination of π _p to adjust its setpoint in the automatic control system of surface pressure;
- measurement of the current value of π for its regulation at a given level.

Установка фиг. 1 осуществляет перенесение поверхностного слоя 13 жидкой фазы 5 на подложку 17 при регулировании измеряемого весами Вильгельми поверхностного давления на границе раздела жилкой фазы с атмосферой перемещением барьера 12, поджимающего переносимый слой 13 ОРАФВ. При этом на втором выходе блока 9 управления формируется сигнал о наступлении квазиравновесного состояния в системе по достижению установившегося значения поверхностного давления π_p на границе раздела жидкой фазы 5 с атмосферой. Этот сигнал дает команду гидроприводу 15 на начало погружения подложки 17 исполнительным механизмом 16. При хорошо отработанном технологическом процессе срок достижения квазиравновесного состояния может быть известен. В этом случае возможен переход на ручное управление запуском операции нанесения ОРАФВ по времени, для реализации которого второй выход блока 9 отключают от входа гидропривода 15.The installation of FIG. 1 carries out the transfer of the surface layer 13 of the liquid phase 5 to the substrate 17 while regulating the surface pressure measured by the Wilhelmy balance at the interface between the vein phase and the atmosphere by moving the barrier 12, which compresses the transfer layer 13 of the ORAFW. In this case, at the second output of the control unit 9, a signal is generated about the onset of a quasi-equilibrium state in the system when a steady-state surface pressure π _{p is} reached at the interface between the liquid phase 5 and the atmosphere. This signal instructs the hydraulic actuator 15 to start immersing the substrate 17 with the actuator 16. With a well-established process, the time to reach the quasi-equilibrium state can be known. In this case, it is possible to switch to manual control of the start of the ORAFV application operation by time, for the implementation of which the second output of block 9 is disconnected from the input of the hydraulic actuator 15.

Для увеличения области контакта подлежащего переносу монослоя ОРАФВ с подложкой целесообразно извлекать ее под углом 7±5^o к поверхности жидкой фазы.To increase the contact area of the ORAFV monolayer to be transferred with the substrate, it is advisable to remove it at an angle of 7 ± 5 ^° to the surface of the liquid phase.

Наиболее предпочтителен вариант способа, в котором на подложку 17 предварительно наносят латерально упорядоченную пленку жирной кислоты, выполняющую функции буферного и структурозадающего слоя, что существенно влияет на структурную упорядоченность целевого продукта. При этом пленку жирной кислоты можно наносить из жидкой фазы среды по классической технологии Ленгмюра-Блоджетт, чем обеспечивается однородность выполняемых технологических операций. The most preferred variant of the method in which a laterally ordered film of a fatty acid is previously applied to the substrate 17, which acts as a buffer and structure-setting layer, which significantly affects the structural ordering of the target product. In this case, a film of fatty acid can be applied from the liquid phase of the medium according to the classical Langmuir-Blodgett technology, which ensures the uniformity of the technological operations performed.

Способ поясняется следующими примерами. The method is illustrated by the following examples.

Пример 1. ОРАФВ - изобутилфосфаэтаноламин (ИФЭА) - эпитаксиально наращивают из жидкой фазы на поверхность кремниевой подложки, протравленную плавиковой кислотой для удаления окисной пленки. Процесс ведут при комнатной температуре на установке фиг. 1 в 3 - 5-кратной повторности значений режимных параметров π, V_п, V_и и начала переноса поверхностного слоя t, отсчитываемого относительно момента установления квазиравновесного состояния поверхности жидкой фазы 5. Антивибрационный стол 1 отрегулирован таким образом, что вибрация не воспринимается измерительной системой чувствительностью 0,05 мН/м.Example 1. ORAFV - isobutylphosphaethanolamine (IFEA) - is epitaxially grown from the liquid phase onto the surface of a silicon substrate etched with hydrofluoric acid to remove an oxide film. The process is carried out at room temperature in the installation of FIG. 1 in 3 - 5-fold repetition of the values of the operating parameters π, V _p , V _and and the beginning of the transfer of the surface layer t, counted relative to the moment of establishment of the quasi-equilibrium state of the surface of the liquid phase 5. The anti-vibration table 1 is adjusted so that vibration is not perceived by the measuring system as a sensitivity 0.05 mN / m.

Жидкую фазу - слабоконцентрированный (0,01 мМ/л) водный раствор ИБФЭА, дополнительно содержащий лиганд - азотнокислый алюминий в той же концентрации, готовят в помещении класса 100 полупроводникового производства в следующей последовательности:
1. В тщательно промытую ванну 4 установки фиг. 1 заливают дистиллированную воду с удельным сопротивлением 18 МОм•м.The liquid phase — a weakly concentrated (0.01 mM / L) aqueous solution of IBPEA, additionally containing a ligand — aluminum nitrate in the same concentration, is prepared in a class 100 building of the semiconductor industry in the following sequence:
1. Into the thoroughly washed bath 4 of the installation of FIG. 1 pour distilled water with a specific resistance of 18 MOhm • m.

2. Определяют поверхностное давление π_в на границе раздела столба залитой в ванну воды с атмосферой при помощи весов Вильгельми. В отдельных реализациях данного примера, где π_в не входит в диапазон 72±1 мН/м, что свидетельствует о наличии загрязнений на поверхности воды, верхние слои отсасывают насосом 18 через заборную трубку 19, и если это не помогает, повторно промывают ванну 4 и расположенные в ней элементы установки.2. Determine the surface pressure π at the interface _in the column in a bath filled with the atmosphere of water using the Wilhelmy balance. In certain embodiments of this example, where π _in not included in the range of 72 ± 1 mN / m, indicating the presence of dirt on the water surface, the upper layers of the suction pump 18 through suction tube 19, and if that fails, repeatedly washed with bath 4 and installation elements located in it.

3. В дистиллированную воду вносят ИБФЭА из расчета 0,01 мМ/л и азотнокислый алюминий в той же концентрации. 3. Into distilled water make IBPEA at the rate of 0.01 mmol / l and aluminum nitrate in the same concentration.

После внесения указанных ингредиентов определяют по показаниям весов Вильгельми момент установления квазиравновесного состояния на поверхности жидкой фазы 5. В данном примере начальное значение поверхностного давления π_o = 47±1 мН/м, а равновесное значение π_p = 40±2 мН/м устанавливается через 100-110 мин. С этого момента начинают перенесение поверхностного слоя 13 жидкой фазы 5 на подложку 17 при регулировании поверхностного давления на границе раздела жидкой фазы с атмосферой в пределах от 44 до 52 мН/м, что соответствует полному диапазону регулирования π, указанному в формуле (1), поскольку заданное значение π (1,1 - 1,3)•40=48±4 мН/м. Для контроля процесс проводят при запредельных заданных значениях π : 42 и 56 мН/м. Подложку погружают в жидкую фазу и извлекают из нее перпендикулярно поверхности раздела жидкой фазы с атмосферой. Скорость погружения V_п устанавливают в пределах от 3 до 7 мм/мин, а извлечения - V_и - от 0,5 до 3 мм/мин при t ⊂ [-0,5; +2] ч.After the introduction of these ingredients, the moment of establishment of the quasi-equilibrium state on the surface of the liquid phase 5 is determined by the Wilhelmy balance. In this example, the initial value of the surface pressure is π _o = 47 ± 1 mN / m, and the equilibrium value π _p = 40 ± 2 mN / m is set through 100-110 minutes From this moment, the transfer of the surface layer 13 of the liquid phase 5 to the substrate 17 begins when controlling the surface pressure at the interface of the liquid phase with the atmosphere in the range from 44 to 52 mN / m, which corresponds to the full range of regulation π specified in formula (1), since set value π (1.1 - 1.3) • 40 = 48 ± 4 mN / m. For control, the process is carried out at exorbitant set values of π: 42 and 56 mN / m. The substrate is immersed in the liquid phase and removed from it perpendicular to the interface of the liquid phase with the atmosphere. The immersion speed V _{p is} set in the range from 3 to 7 mm / min, and the extraction rate is V _and from 0.5 to 3 mm / min at t ⊂ [-0.5; +2] h.

Для оценки качества целевого продукта электронографически определяют значения критериев паракристаллической модели Хоземана (Hosemann R., Bagchi S. N. Direct analysis of difraction by mater//North-Holland publishing company, Amsterdam. - 1962):
L - корреляционная длина (средний размер кристаллитов) нанесенного вещества;
g_A - флуктуация периода в базисной плоскости;
g_ω - угол наклона углеводородных цепей относительно нормали к рабочей поверхности подложки.To assess the quality of the target product, the values of the criteria of the Hozeman paracrystalline model are determined electronically (Hosemann R., Bagchi SN Direct analysis of difraction by mater // North-Holland publishing company, Amsterdam. - 1962):
L is the correlation length (average crystallite size) of the deposited substance;
g _A - period fluctuation in the basal plane;
g _ω is the angle of inclination of the hydrocarbon chains relative to the normal to the working surface of the substrate.

Результаты испытаний приведены в табл. 1 (здесь и в нижеследующих таблицах указаны средние значения критериев Хоземана по результатам 3-5 параллельных испытаний). Как видано из таблицы, данный вариант способа при поддержании значений режимных параметров t, π, V_п и V_и в заявленных пределах позволяет получать образцы целевого продукта с максимальной корреляционной длиной L=2,5 - 3,1 нм и минимальными значениями g_A=0,011 - 0,015 нм и g_ω = 7 - 9^o, что свидетельствует о высоком качестве целевого продукта. В запредельных режимах качество ниже: L=1,2 - 2,0 нм, g_A=0,017 - 0,040 нм и g_ω = 29 - 80^o.The test results are given in table. 1 (here and in the following tables the average values of the Hoseman criteria are shown according to the results of 3-5 parallel tests). As can be seen from the table, this variant of the method, while maintaining the values of the operational parameters t, π, V _p and V _and within the stated limits, allows to obtain samples of the target product with a maximum correlation length L = 2.5 - 3.1 nm and minimum values g _A = 0.011 - 0.015 nm and g _ω = 7 - 9 ^o , which indicates the high quality of the target product. In transcendental modes, the quality is lower: L = 1.2 - 2.0 nm, g _A = 0.017 - 0.040 nm and g _ω = 29 - 80 ^o .

Толщина нанесенной пленки ИБФЭА - 4 - 9 нм. The thickness of the applied IBFEA film is 4 - 9 nm.

Пример 2. ОРАФВ - гексадецилфосфохолин (ГФХ) - эпитаксиально наращивают из жидкой фазы на поверхность подложки из лейкосапфира (0001). Процесс наращивания осуществляют, как в примере 1, с использованием в качестве жидкой фазы 0,05 мМ водного раствора ГФХ, дополнительно содержащего легирующую добавку - Pb(CH₃COO)₄ в концентрации 0,1 мМ/л.Example 2. ORAFV - hexadecylphosphocholine (HFC) - is epitaxially grown from the liquid phase onto the surface of a leucosapphire (0001) substrate. The build-up process is carried out, as in example 1, using as a liquid phase a 0.05 mM aqueous GPC solution additionally containing a dopant - Pb (CH ₃ COO) ₄ at a concentration of 0.1 mM / L.

Здесь начальное значение поверхностного давления π_o= 58±2 мН/м, а равновесное значение π_p= 46±1 мН/м достигается через 90 мин после внесения в дистиллированную воду ГФХ и Pb(CH₃COO)₄. В соответствии с формулой (1) диапазон регулирования π составляет от 51 до 60 мН/м. Остальные операции проводят, как в примере 1, при заявленных и запредельных значениях режимных параметров t, π, V_п и V_и.Here, the initial value of the surface pressure is π _o = 58 ± 2 mN / m, and the equilibrium value π _p = 46 ± 1 mN / m is reached 90 minutes after adding GPC and Pb (CH ₃ COO) ₄ to distilled water. In accordance with formula (1), the control range π is from 51 to 60 mN / m. The remaining operations are carried out, as in example 1, with the declared and transcendent values of the operating parameters t, π, V _p and V _and

Результаты испытаний приведены в табл. 2. Как видно из таблицы, данный вариант способа при поддержании значений режимных параметров t, π, V_п и V_и в заявленных пределах позволяет получать образцы целевого продукта со следующими значениями показателей качества: L=2,3 - 3,1 им; g_A=0,015 - 0,019 нм; g_ω= 2 - 15^o. Образцы продукции, полученной в запредельных режимах, имеют более низкие показатели качества: L=1,3 - 2,0 нм; g_A=0,016 - 0,020 нм и g_ω= 7 - 41^o.The test results are given in table. 2. As can be seen from the table, this variant of the method, while maintaining the values of the operational parameters t, π, V _p and V _and within the stated limits, allows to obtain samples of the target product with the following values of quality indicators: L = 2.3 - 3.1 im; g _A = 0.015 - 0.019 nm; g _ω = 2 - 15 ^o . Samples of products obtained in transcendental regimes have lower quality indicators: L = 1.3 - 2.0 nm; g _A = 0.016 - 0.020 nm and g _ω = 7 - 41 ^o .

Толщина нанесенной пленки ИБФЭА - 3 - 6 нм. The thickness of the applied IBFEA film is 3 - 6 nm.

Пример 3. Пленки ИФЭА и ГФХ наращивают, как в примерах 1 и 2, соответственно на подложку из стекла К-8 при расположении подложки под углом φ к границе раздела жидкой фазы с атмосферой от 1 до 14^o. Поверхностное давление на границе раздела фаз регулируют согласно формуле (1). Наращивание ведут при V_п=6 мм/мин и V_и=1,5 мм/мин.Example 3. Films of IPEA and HFC are grown, as in examples 1 and 2, respectively, on a substrate of K-8 glass with the substrate at an angle φ to the interface between the liquid phase and the atmosphere from 1 to 14 ^o . The surface pressure at the phase boundary is regulated according to formula (1). Growth is carried out at V _p = 6 mm / min and V _and = 1.5 mm / min.

Результаты приведены в табл. 3. Как видно из таблицы, в диапазоне φ = 7±5^o, целевой продукт имеет высокие показатели качества: L=3,0 - 3,3 нм; g_A>0,010 - 0,019 нм; g_ω= 8 - 11^o. В запредельных режимах показатели качества ниже: L=1,2 - 1,5 нм; g_A=0,020 - 0,025 нм; g_ω= 26 - 38^o.The results are shown in table. 3. As can be seen from the table, in the range φ = 7 ± 5 ^o , the target product has high quality indicators: L = 3.0 - 3.3 nm; g _A > 0.010 - 0.019 nm; g _ω = 8 - 11 ^o . In transcendental modes, quality indicators are lower: L = 1.2 - 1.5 nm; g _A = 0.020 - 0.025 nm; g _ω = 26 - 38 ^o .

Пример 4. ИФЭА и ГФХ наращивают, как в примере 3, на сегнето-керамическую подложку из жидкой фазы, сформированной при различных значениях поверхностного давления π_в на границе раздела дистиллированной воды с атмосферой.EXAMPLE 4 IFEA and increasing GPC, as in Example 3, on the ferroelectric ceramic substrate from the liquid phase, formed for different values of the surface pressure π _in distilled water at the boundary section with the atmosphere.

Результаты наращивания приведены в табл. 4. The results of building are given in table. 4.

Как видно из таблицы, использование для приготовления жидкой фазы дистиллированной воды с π_в= 72±1 мН/м обеспечивает эпитаксиальное наращивание пленок ОРАФВ, обладающих высокими значениями показателей качества: L=3,0 - 3,3 нм; g_A= 0,015 - 0,018 нм; g_ω= 10 - 11^o. В запредельных режимах L=1,2 - 1,5 нм; g_A=0,021 - 0,027 HM; g_ω= 27 - 33^o.As can be seen from the table, the use of distilled water with π _in = 72 ± 1 mN / m for the preparation of the liquid phase provides epitaxial build-up of ORAFV films with high quality indicators: L = 3.0 - 3.3 nm; g _A = 0.015 - 0.018 nm; g _ω = 10 - 11 ^o . In transcendental modes, L = 1.2 - 1.5 nm; g _A = 0.021 - 0.027 HM; g _ω = 27 - 33 ^o .

Пример 5. ГФХ наращивают, как в примере 2, на подложки из кремния с предварительно нанесенной на их рабочую поверхность структурозадающей латерально упорядоченной пленкой жирной кислоты и без нее. В качестве жирной кислоты используют стеариновую (HSt) и бегеновую (HBe) кислоты, нанесение которых на подложку производят по технологии Ленгмюра-Блоджетт. Наращивание ГФХ производят при φ = 7^o.Example 5. GPC is grown, as in example 2, on silicon substrates with and without a structure-setting laterally ordered film of fatty acid pre-deposited on their working surface. As the fatty acid, stearic (HSt) and behenic (HBe) acids are used, the application of which on the substrate is carried out according to the Langmuir-Blodgett technology. GPC expansion is performed at φ = 7 ^o .

Для получения четырехслойной структуры ГФХ контактирование подложки с жидкой фазой осуществляют 4-кратно с паузами 2 - 4 мин. To obtain a four-layer GPC structure, the substrate is contacted with the liquid phase 4 times with pauses of 2 to 4 minutes.

Результаты наращивания приведены в табл. 6. Как видно из таблицы, каждый из нанесенных слоев ГФХ на подложку, покрытую структурозадающей пленкой, имеет значительно более высокое качество по сравнению с вариантом без структурозадающего покрытия, а именно: L=9,0 - 10,0 нм и L=7,2 - 8,6 нм для HSt и HBg покрытий соответственно, в то время как при отсутствии покрытия L= 1,5 - 3,2 нм; g_ω= 1 - 4^o при наличии структурозадающего покрытия против g_ω= 1 - 4^o в его отсутствии.The results of building are given in table. 6. As can be seen from the table, each of the applied GPC layers on a substrate coated with a structure-setting film has a significantly higher quality compared to the version without a structure-setting coating, namely: L = 9.0 - 10.0 nm and L = 7, 2 - 8.6 nm for HSt and HBg coatings, respectively, while in the absence of coating L = 1.5 - 3.2 nm; g _ω = 1 - 4 ^o in the presence of a structure-setting coating against g _ω = 1 - 4 ^o in its absence.

Пример 6. ИФЭА и ГФХ наращивают, как в примере 3, из жидкой фазы при π_в= 72±1 мН/м; t=0; V_п=6 мм/мин, V_и=1,5 мм/мин и φ = 7^o. Антивибрационный стол 1 в различных сериях испытаний настроен из расчета гашения вибрации до уровня, фиксируемого системой измерения поверхностного давления на границе раздела жидкой фазы с атмосферой чувствительностью 0,02; 0,05; 0,07 и 0,2 мН/м соответственно.Example 6. IFEA and HFC increase, as in example 3, from the liquid phase at π _in = 72 ± 1 mN / m; t is 0; V _p = 6 mm / min, V _and = 1.5 mm / min and φ = 7 ^o . Anti-vibration table 1 in various test series is configured based on vibration damping to the level recorded by the surface pressure measurement system at the interface between the liquid phase and the atmosphere with a sensitivity of 0.02; 0.05; 0.07 and 0.2 mN / m, respectively.

Результаты приведены в табл. 6. Как видно из таблицы, в режиме гашения вибрации до уровня, не воспринимаемого измерительной системой чувствительностью 0,05 мН/м, нанесенный слой ОРАФВ обладает высоким качеством: L=3,2 - 3,4 нм; g_A= 0,014 - 0,015 нм; g_ω= 7 - 8^o. При усилении вибрации до уровня, фиксируемого измерительной системой чувствительностью 0,05 - 0,2 мН/м, значения показателей качества монотонно ухудшаются в пределах: L=1,1 - 2,5 нм; g_A>0,017 - 0,024 нм; g_ω= 9 - 10^o.The results are shown in table. 6. As can be seen from the table, in the mode of damping the vibration to a level not perceived by the measuring system with a sensitivity of 0.05 mN / m, the applied layer of ORAFV is of high quality: L = 3.2 - 3.4 nm; g _A = 0.014 - 0.015 nm; g _ω = 7 - 8 ^o . When the vibration is amplified to a level fixed by the measuring system with a sensitivity of 0.05 - 0.2 mN / m, the values of the quality indicators monotonously worsen within the limits: L = 1.1 - 2.5 nm; g _A > 0.017 - 0.024 nm; g _ω = 9 - 10 ^o .

Пример 7. На поверхность затворной области кремниевого ионоселективного полевого транзистора (фиг. 2) наносят монослой HSt и бислой ГФХ, как в примере 5. В базовом транзисторе основание выполнено из кремния с защитным бислойным SiO₂-Ta₂O₅ покрытием, а коммутирующие элементы к стоку и истоку - из алюминия. Модифицированный таким образом полевой транзистор, включенный в электрическую цепь напряжением 4 В по схеме с общим стоком обеспечивает возможность измерения влажности окружающей атмосферы с чувствительностью 2,3±0,1 мВ/объем. % содержания влаги в диапазоне относительной влажности от 10 до 98%, тогда как влагочувствительность немодифицированного транзистора составляет 0,7-1,2 мВ/%. Таким образом, при эпитаксиальном нанесении ГФХ на затворную область полевого транзистора чувствительность измерения влажности повышена более чем в 2 раза.Example 7. On the surface of the gate region of a silicon ion-selective field-effect transistor (Fig. 2), a HSt monolayer and an HFC bilayer are applied, as in Example 5. In the base transistor, the base is made of silicon with a protective bilayer SiO ₂ -Ta ₂ O ₅ coating, and the switching elements to the drain and source - from aluminum. The field-effect transistor modified in this way, included in the 4 V electric circuit according to the scheme with a common drain, makes it possible to measure the humidity of the surrounding atmosphere with a sensitivity of 2.3 ± 0.1 mV / volume. % moisture content in the range of relative humidity from 10 to 98%, while the moisture sensitivity of the unmodified transistor is 0.7-1.2 mV /%. Thus, with the epitaxial deposition of GPC on the gate region of a field-effect transistor, the sensitivity of measuring moisture is more than doubled.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ обеспечивает надежное получение целевого продукта, обладающего высокими показателями качества, оцениваемого согласно критериям паракристаллической модели Хоземана. При использовании предлагаемого способа для изготовления датчика влажности на базе полевого транзистора (пример 7) обеспечивается высокая чувствительность измерений. As can be seen from the above examples, the proposed method provides reliable production of the target product with high quality indicators, evaluated according to the criteria of the Hoceman paracrystalline model. When using the proposed method for the manufacture of a humidity sensor based on a field effect transistor (example 7), high measurement sensitivity is provided.

Claims

1. The method of epitaxial growth of a partially soluble amphiphilic substance from a weakly concentrated liquid phase, which involves transferring its surface layer to a substrate under the control of surface pressure at the interface of the liquid phase with the atmosphere and its regulation using a moving barrier, compressing the portable surface layer, characterized in that the building is carried out on a installation protected from vibration to a level not perceived by the surface pressure measuring system With a density of 0.05 mN / m, the liquid phase is formed in distilled water having a surface pressure at the interface with the atmosphere of 72 ± 1 mN / m and is kept in the apparatus until a quasi-equilibrium state occurs, after which the substrate is immersed at a speed of at least 5 mm / min, and then removed from it at a speed of 1 - 2 mm / min, and when transferring the surface layer to the substrate, the surface pressure at the interface of the liquid phase with the atmosphere is controlled from the calculation
π = 1.2π _p ± 0.1,
where π is the specified value of the surface pressure at the interface of the liquid phase with the atmosphere;
π _p is the surface pressure at the interface between the liquid phase and the atmosphere in a quasi-equilibrium state.

2. The method according to claim 1, characterized in that the onset of a quasi-equilibrium state is judged by reaching a steady-state value of surface pressure at the interface between the liquid phase and the atmosphere.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the substrate is removed at an angle of 7 ± 5 ^o to the surface of the liquid phase.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that a laterally ordered film of fatty acid is previously applied to the substrate.