RU2682118C1 - Способ получения сегнетоэлектрических пленок твердых растворов - Google Patents
Способ получения сегнетоэлектрических пленок твердых растворов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682118C1 RU2682118C1 RU2018113965A RU2018113965A RU2682118C1 RU 2682118 C1 RU2682118 C1 RU 2682118C1 RU 2018113965 A RU2018113965 A RU 2018113965A RU 2018113965 A RU2018113965 A RU 2018113965A RU 2682118 C1 RU2682118 C1 RU 2682118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- film
- interplanar
- domains
- mismatch
- Prior art date
Links
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 title claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 38
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 12
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 abstract description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 4
- 229910052454 barium strontium titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения тонких пленок для сверхвысокочастотных применений и может быть использовано для выбора оптимальных компонентных составов пленок и срезов монокристаллической подложки для достижения эпитаксиального роста. На первом этапе определяется материал подложки, на которой хотят получить тонкую пленку. Затем, исходя из рассогласования межплоскостных доменов материалов подложки и выращиваемой пленки, выбирают подходящие материалы мишени, которую будут распылять. Затем из выбранных материалов мишени подбирают материал из условий обеспечения рассогласования межплоскостных доменов подложки и пленки в направлении, отличающемся от первого. Таким образом согласуются двумерные домены пленки и подложки, при этом происходит компенсация остаточных рассогласований. Далее выбранный материал мишени распыляют на сапфировую подложку в атмосфере кислорода при давлении 2 Па и температуре подложки 850°С. Техническим результатом является улучшение структурного качества и кристалличности тонких пленок для сверхвысокочастотных применений на несогласованных подложках. 2 ил.
Description
Изобретение относится к технологии получения сегнетоэлектрических тонких пленок для сверхвысокочастотных применений и может быть использовано для выбора оптимальных компонентных составов пленок и срезов монокристаллической подложки для достижения эпитаксиального роста.
Известен способ (Патент № US 5406123 А) получения тонких пленок путем распыления материала мишени посредством согласования структурных доменов материалов подложки и пленки с заранее принятым процентом рассогласования доменов менее 5%, где под структурными доменами понимается кратные постоянным решеток пленки аƒ и подложки a s домены n×а ƒ и m×a s, где n и m являются целыми числами. Эпитаксиальный рост достигается при рассогласовании доменов меньше 5%. Было установлено, что в плоскости подложки четыре элементарные ячейки TiN соответствуют трем элементарным ячейкам кремния с рассогласованием менее 4%. Данным способом достигнут эпитаксиальный рост в системе с большим рассогласованием решеток - TiN на подложке кремния. Известный способ позволяет улучшить кристалличность пленки и, как следствие, улучшить электрофизические характеристики, тем не менее, способ учитывает только одномерное рассогласование линейных доменов и учитывает только постоянные решеток, что значительно сужает круг подбираемых материалов.
Известен способ (P.S. Krishnaprasad, A. Antony, F. Rojas, М.K. Jayaraj, Domain matched epitaxial growth of (111) Ba0.5Sr0.5TiO3 thin films on (0001) Al2O3 with ZnO buffer layer, J. Appl. Phys. 117, 2015, 124102) получения сегнетоэлектрических пленок твердого раствора путем распыления мишени сегнетоэлектрического твердого раствора посредством согласования межплоскостных доменов материалов пленки и буферного слоя, предварительно осажденного на подложку, с заранее принятым процентом рассогласования доменов. Под межплоскостными доменами понимаются расстояния, кратные значениям параметров межплоскостных расстояний кристаллических решеток пленки и подложки. Данным способом были выбраны материалы для доменного эпитаксиального роста пленки титаната бария-стронция на подложке сапфира с буферным слоем оксида цинка. При сопоставлении 8 межплоскостных расстояний ZnO (100) с 9 Ba0.5Sr0.5TiO3 (ПО) рассогласование составляет меньше 1%. Известный способ позволяет улучшить кристалличность пленки на буферном подслое и, тем не менее, использование буферного слоя вносит паразитный вклад в формируемую структуру, таким образом ухудшая электрофизические характеристики.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому, является способ (J. Narayan, В.С. Larson, Domain epitaxy: А unified paradigm for thin film growth, J. Appl. Phys. 93, 2003, 278-285) получения тонких пленок путем распыления материала мишени посредством согласования межплоскостных доменов материалов подложки и пленки с заранее принятым процентом рассогласования доменов менее 8%. Таким способом были выбраны материалы для эпитаксиального роста: пленки нитрида титана на подложке кремния (100) (при рассогласовании постоянных решеток 25%), нитрида алюминия на подложке кремния (111) (при рассогласовании постоянных решеток 20%), оксида цинка на подложке сапфира (0001) (при рассогласовании постоянных решеток 16,7%). Известный способ позволяет улучшить кристалличность пленки и, как следствие, улучшить электрофизические характеристики.
Недостатком известного способа является недостаточное качество выращенной пленки, так как сопоставление только одномерных межплоскостных доменов не позволяет компенсировать остаточное рассогласование доменов, что приводит к дефектам кристаллической структуры.
Задачей, решаемой изобретением, является разработка технологии получения сегнетоэлектрических тонких пленок высокого структурного качества (высокая кристалличность) на несогласованных подложках.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе, как и в известном, распыляют мишень, материал которой подобран посредством согласования межплоскостных доменов материалов подложки и пленки с заранее принятым процентом рассогласования доменов в одном направлении, отличающийся тем, что материал мишени выбирают из условий обеспечения рассогласования межплоскостных доменов подложки и пленки во втором направлении, рассчитанного по формуле:
Qr=Dƒ/Ds-1=m×dƒ/n×ds-1,
где Qr - рассогласование доменов, Dƒ - межплоскостной домен пленки, Ds - межплоскостной домен подложки, dƒ - межплоскостное расстояние в пленке, ds - межплоскостное расстояние в подложке, а m и n целочисленные коэффициенты кратности.
Техническим результатом является улучшение структурного качества и кристалличности тонких пленок для сверхвысокочастотных применений на несогласованных подложках.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена дифрактограмма сегнетоэлектрической пленки Ba0,27Sr0,73TiO3, полученной предлагаемым способом, на фиг.2 представлена зависимость добротности конденсаторной структуры на основе сегнетоэлектрической пленки Ва0,27Sr0,73TiO3, полученной предлагаемым способом, от внешнего электрического поля, измеренная на частоте 1,5 ГГц, соответственно.
Из фиг. 1 видно, что пик фазы (110) титаната бария-стронция является наиболее интенсивным, по сравнению с пиками (100), (111), (200) и (211). Интенсивность пика говорит о количестве данной фазы, таким образом, сегнетоэлектрическая пленка, полученная предлагаемым способом, является преимущественно ориентированной и имеет высокую кристалличность. Из фиг.2 следует, что добротность конденсаторной структуры на основе сегнетоэлектрической пленки, полученной предлагаемым способом, сохраняется высокой под действием внешнего электрического поля, что также говорит о высокой кристалличности пленки.
Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа. На первом этапе определяют материал подложки, на которой требуется получить тонкую пленку, например, подложка сапфира, так как данный материал широко применяется в СВЧ электронике. Затем, исходя из заданного рассогласования межплоскостных доменов материалов подложки и выращиваемой пленки максимум 8%, выбирают подходящие материалы мишени для распыления. Для сегнетоэлектрической пленки твердого раствора титаната бария-стронция, растущей в ориентации (110) на монокристаллической подложке сапфира r-среза при выбранном параметре рассогласования менее 2% интервал составов твердого раствора материала мишени составит от 0 до 40% по барию. Затем из выбранных материалов мишени, подбирают материал из условий обеспечения рассогласования межплоскостных доменов подложки и пленки в направлении, отличающимся от первого. Рассогласование межплоскостных доменов рассчитывается по формуле:
Qr=Dƒ/Ds-1=m×dƒ/n×ds-1,
где Qr - рассогласование доменов, Dƒ - межплоскостной домен пленки, Ds - межплоскостной домен подложки, dƒ - межплоскостное расстояние в пленке, ds - межплоскостное расстояние в подложке, а m и n целочисленные коэффициенты кратности. Известно, что рассогласование материалов подложки и пленки Q определяется, исходя из постоянных решеток пленки a ƒ и подложки a s по формуле Q=(а ƒ -a s)/a s. При рассогласовании меньше 8% говорят о возможности эпитаксиального роста. Такой способ значительно сужает выбор материалов для эпитаксиального роста. Использование межплоскостных расстояний в формуле Q=(dƒ-ds)/ds позволяет немного расширить выбор материалов, но ряд экспериментов показал, что возможно возникновение доменного эпитаксиального роста, где рассогласование будет определяться по предлагаемой формуле с целочисленными коэффициентами кратности.
Таким образом, подбор материала мишени из условий обеспечения рассогласования межплоскостных доменов подложки и пленки в направлении, отличающимся от первого, позволяет согласовать двумерные домены материалов пленки и подложки, при этом происходит компенсация остаточных рассогласований. Исходя из этих условий, для роста на подложке сапфира был подобран материал сегнетоэлектрической пленки Ва0,27Sr0,73TiO3, в котором двумерный домен пленки 
и 12×dƒ[001] полностью согласуется с двумерным доменом подложки 
и 
. Далее выбранный материал мишени распыляют на сапфировую подложку в атмосфере кислорода с давлении 2 Па и температуре подложки 850°С.
Суть предлагаемого метода состоит в подборе материала мишени, при котором происходит согласование не одномерных, как в аналоге, а двумерных межплоскостных доменов кристаллических решеток пленки и подложки.
Использование данного метода позволяет снизить количество структурных дефектов и повысить качество получаемых тонких пленок на несогласованных подложках для сверхвысокочастотных применений.
Claims (3)
- Способ получения сегнетоэлектрических пленок твердого раствора путем распыления мишени сегнетоэлектрического твердого раствора посредством согласования межплоскостных доменов материалов подложки и пленки с заранее принятым процентом рассогласования доменов в одном направлении, отличающийся тем, что материал мишени выбирают из условий обеспечения рассогласования межплоскостных доменов подложки и пленки во втором направлении, рассчитанного по формуле
- Qr=Dƒ/Ds-1=m×dƒ/n×ds-1,
- где Qr - рассогласование доменов, Dƒ - межплоскостной домен пленки, Ds - межплоскостной домен подложки, dƒ - межплоскостное расстояние в пленке, ds - межплоскостное расстояние в подложке, а m и n - целочисленные коэффициенты кратности.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113965A RU2682118C1 (ru) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Способ получения сегнетоэлектрических пленок твердых растворов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113965A RU2682118C1 (ru) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Способ получения сегнетоэлектрических пленок твердых растворов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2682118C1 true RU2682118C1 (ru) | 2019-03-14 |
Family
ID=65806027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113965A RU2682118C1 (ru) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Способ получения сегнетоэлектрических пленок твердых растворов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2682118C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1137775A1 (ru) * | 1983-07-27 | 1995-11-27 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Способ получения сегнетоэлектрических пленок |
| RU2434078C2 (ru) * | 2009-11-23 | 2011-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" | Способ осаждения тонких пленок сегнетоэлектриков на основе сложных оксидов методом ионно-плазменного распыления |
| RU2619365C1 (ru) * | 2016-06-21 | 2017-05-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Способ получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 |
-
2018
- 2018-04-16 RU RU2018113965A patent/RU2682118C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1137775A1 (ru) * | 1983-07-27 | 1995-11-27 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Способ получения сегнетоэлектрических пленок |
| RU2434078C2 (ru) * | 2009-11-23 | 2011-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" | Способ осаждения тонких пленок сегнетоэлектриков на основе сложных оксидов методом ионно-плазменного распыления |
| RU2619365C1 (ru) * | 2016-06-21 | 2017-05-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Способ получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Одинец А.А. и др. Электроника и микроэлектроника СВЧ. Проектирование эпитаксиального роста сегнетоэлектриков на несогласованных подложках. 2017, т. 1, N1, с. 449-452. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8679650B2 (en) | Substrate for growing wurtzite type crystal and method for manufacturing the same and semiconductor device | |
| Wang et al. | Ferroelectric N-polar ScAlN/GaN heterostructures grown by molecular beam epitaxy | |
| CN105633223A (zh) | AlGaN模板、AlGaN模板的制备方法及AlGaN模板上的半导体器件 | |
| Afzal et al. | A comparative study on the growth of InAlN films on different substrates | |
| KR102072167B1 (ko) | HVPE 성장법을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법 | |
| Diaz-Fernandez et al. | Multi-stage pulsed laser deposition of high quality epitaxial ultra-thin SrTiO3 on Si substrates | |
| JP2018046277A (ja) | 窒化ガリウム系膜ならびにその製造方法 | |
| US10032853B2 (en) | Microstructural architecture to enable strain relieved non-linear complex oxide thin films | |
| RU2619365C1 (ru) | Способ получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 | |
| RU2682118C1 (ru) | Способ получения сегнетоэлектрических пленок твердых растворов | |
| He et al. | Microstructural engineering of solution-processed epitaxial La-doped BaSnO3 transparent conducting films | |
| TWI425559B (zh) | 以單晶氧化物作為基板成長纖鋅礦結構半導體非極性ｍ面磊晶層之方法 | |
| Dong et al. | Effects of substrate on the crystalline structure and microwave dielectric properties of Bi1. 5Mg1. 0Nb1. 5O7 sol–gel thin films | |
| Zhang et al. | Effect of substrate temperature on structural and electrical properties of BaZr0. 2Ti0. 8O3 lead-free thin films by pulsed laser deposition | |
| JPS6096599A (ja) | 酸化物超伝導体薄膜の製造方法 | |
| Chavan et al. | Parametric study of sol gel technique for fabricating ZnO thin films | |
| KR101041659B1 (ko) | 산화아연 버퍼층을 이용한 질화갈륨 에피층 제조방법 | |
| US8921851B2 (en) | Non-polar plane of wurtzite structure material | |
| Wu et al. | Influence of oxygen pressure on microstructure and dielectric properties of lead-free BaTi0. 85Sn0. 15O3 thin films prepared by pulsed laser deposition | |
| RU2671614C1 (ru) | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrx TiO3 | |
| Navi et al. | Microwave dielectric properties of W-doped Ba0. 6Sr0. 4TiO3 thin films grown on (001) MgO by pulsed laser deposition with a variable oxygen deposition pressure | |
| Lee et al. | Enhanced tunability of transparent epitaxial Ba0. 5Sr0. 5TiO3/Ga2O3/GaN structures fabricated by pulsed laser deposition | |
| KR20080005002A (ko) | 스퍼터링을 이용한 산화아연계 산화물 박막의 제조방법 | |
| RU2700901C1 (ru) | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Βа1-хSrхTiO3 | |
| CN108242395B (zh) | 一种在氮化镓衬底上外延生长高质量铌镁钛酸铅薄膜的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200417 |