RU2700901C1 - Способ получения сегнетоэлектрических пленок Βа1-хSrхTiO3 - Google Patents
Способ получения сегнетоэлектрических пленок Βа1-хSrхTiO3 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700901C1 RU2700901C1 RU2019103452A RU2019103452A RU2700901C1 RU 2700901 C1 RU2700901 C1 RU 2700901C1 RU 2019103452 A RU2019103452 A RU 2019103452A RU 2019103452 A RU2019103452 A RU 2019103452A RU 2700901 C1 RU2700901 C1 RU 2700901C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- temperature
- tio
- ferroelectric
- annealing
- Prior art date
Links
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
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
-
- 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
- C23C14/34—Sputtering
-
- 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
- C23C14/58—After-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 и может быть использовано для мощной сверхвысокочастотной техники. На первом этапе распыляют мишень состава Ba0,4Sr0,6TiO3 на подложку карбида кремния в атмосфере кислорода при давлении 2 Па и температуре подложки 700-900°С в течение времени, достаточного для создания сплошного сегнетоэлектрического слоя. На втором этапе процесс распыления прекращают и повышают температуру подложки на время, достаточное для отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя. По окончании процесса отжига температуру подложки понижают до температуры первого этапа. Прочие технологические параметры не изменяют. Затем этапы повторяются несколько раз до получения необходимой толщины сегнетоэлектрической пленки. Технический результат состоит в получении сегнетоэлектрической пленки с высокой диэлектрической нелинейностью при низких диэлектрических потерях на подложке с высокой теплопроводностью для мощной сверхвысокочастотной техники. 2 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к технологиям получения тонких пленок и может быть использовано для получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 для мощной сверхвысокочастотной техники.
Известен способ (Патент №US 6346424) получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 с диэлектрической проницаемостью (~200), путем отжига готового сегнетоэлектрического слоя в несколько стадий. На первом этапе отжига происходит быстрая термическая обработка в инертной атмосфере при температуре выше температуры подложки во время осаждения, на втором этапе происходит длительная термическая обработка в атмосфере кислорода при температуре выше температуры осаждения, но ниже температуры первого этапа. Известный способ позволяет добиться снижения токов утечки за счет восстановления кислородных вакансий во время отжига, однако диэлектрическая проницаемость данной пленки недостаточна для применения в электрически управляемых приборах современной сверхвысокочастотной электроники.
Известен способ (Заявка №WO 2007027535 (А2)) получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 на подложке SiC с помощью импульсного осаждения из паровой фазы или с помощью процесса высокочастотного распыления мишени без нагрева подложки, с последующим этапом отжига при температуре выше 650°С. Известный способ позволяет добиться высоких скоростей роста, тем не менее, представлена низкая диэлектрическая нелинейность и значительные потери, что обусловлено низким качеством микроструктуры пленки. Для улучшения микроструктуры пленки в способе используется отжиг при высокой температуре, тем не менее, достигаемые диэлектрические характеристики недостаточны для применения в сверхвысокочастотной технике.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому, является способ (Патент №2671614) получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 путем распыления мишени состава Ba1-xSrxTiO3 при нагреве подложки Аl2О3 с подслоем платины при температуре 700-900°С с периодическим прерыванием процесса распыления мишени. Общая длительность процесса осаждения определяется требуемой толщиной сегнетоэлектрического слоя. Известный способ позволяет добиться высокого значения диэлектрической нелинейности сегнетоэлектрической пленки.
Недостатком известного способа является использование дополнительного подслоя платины на подложке сапфира с недостаточно высоким коэффициентом теплопроводности, качество микроструктуры получаемых пленок, а также высокие значения диэлектрических потерь, что сужает диапазон применений данных пленок для сверхвысокочастотной (СВЧ) техники.
Задачей, решаемой изобретением, является разработка технологии получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 высокого структурного качества, с высокой диэлектрической проницаемостью и нелинейностью (зависимостью диэлектрической проницаемости от внешнего электрического поля) при низких диэлектрических потерях для мощной СВЧ техники.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 так же, как и в известном, распыляют мишень состава Ba1-xSrxTiO3 при температуре 700-900°С с периодическим прерыванием распыления мишени через время, достаточное для создания сплошного сегнетоэлектрического слоя, на время, достаточное для отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя, но, в отличие от известного способа, в качестве материала подложки используют монокристаллический карбид кремния политипа 6Н, характеризующийся высоким коэффициентом теплопроводности, а во время каждого этапа отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя температуру подложки повышают, но не превышая максимальной рабочей температуры. Общая длительность процесса осаждения определяется требуемой толщиной сегнетоэлектрического слоя.
Достигаемым техническим результатом является высокая диэлектрическая нелинейность сегнетоэлектрической пленки при низких диэлектрических потерях на подложке с высокой теплопроводностью для мощной сверхвысокочастотной техники.
Изобретение поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлены дифрактограммы сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3, полученной с периодическим прерыванием процесса распыления (промежуточный отжиг), и однослойной пленки, полученной в непрерывном процессе (без отжига), на карбиде кремния. На фигуре 2 представлены зависимости нормированной емкости (C(Eмакс)/C(E=0)) и добротности Q (величина, обратная диэлектрическим потерям) от напряженности управляющего поля Е, измеренные на частоте 1,5 ГГц для конденсаторных структур на основе пленки, полученной предлагаемым способом, и на основе однослойной пленки.
Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа. На первом этапе распыляют мишень состава Ва0,4Sr0,6TiO3 на подложку карбида кремния в атмосфере кислорода при давлении 2 Па и температуре подложки в выбранном диапазоне температур, создавая сплошной сегнетоэлектрический слой. Диапазон температур подложки ограничен 700°С с одной стороны, что объясняется наличием посторонних полититанатных фаз при меньшей температуре, и 900°С с другой, что объясняется нестехиометрическим переносом компонентов мишени на подложку при более высокой температуре. Для первого этапа выбирается температура подложки 800°С. Длительность этапа распыления составляет 20 минут. На втором этапе процесс распыления мишени прерывается на 10 минут для отжига осажденного слоя сегнетоэлектрической пленки, а температура подложки повышается на значение 80°С (достаточное для смены механизма массопереноса: диффузия по поверхности сменяется массопереносом через газовую фазу), прочие технологические параметры не изменяются. По окончании процесса отжига температура подложки понижается до температуры первого этапа. Затем этапы повторяются несколько раз, для получения необходимой толщины сегнетоэлектрической пленки.
Суть предлагаемого метода состоит в температурном воздействии на тонкие слои сегнетоэлектрической пленки на подложке карбида кремния непосредственно в процессе напыления, что обеспечивает высокую ориентированность структуры и низкие диэлектрические потери пленки на подложке с высокой теплопроводность.
Из фигуры 1 видно, что пленка, полученная при использовании предлагаемого способа, проявляет преимущественно ориентированную структуру, тогда как однослойная пленка является поликристаллической. Для пленки, полученной предлагаемым способом, наличие рефлекса второго порядка (200) свидетельствует о (h00) преимущественной ориентации, а увеличение суммарной интенсивности пиков (100) и (200) говорит об улучшении ее кристаллического качества, что приводит к увеличению нелинейности и снижению диэлектрических потерь. Из фигуры 2 следует, что конденсаторная структура на основе сегнетоэлектрической пленки, полученной предлагаемым способом, имеет высокую диэлектрическую нелинейность, так как изменяет свою емкость в 2 раза под действием управляющего поля 50 В/мкм, при этом диэлектрические потери данного конденсатора не превышают 0,02 во всем интервале управляющих напряжений. Коммутационный фактор качества (введен О.Г. Вендиком и учитывает оптимальное соотношение между такими характеристиками, как диэлектрическая нелинейность и добротность конденсаторной структуры) подобной структуры составляет 2730, что больше известного метода (2035) при тех же управляющих напряженностях поля на 695 пунктов. Данное улучшение увеличивает диапазон применения конденсаторов на основе Ba1-xSrxTiO3 сегнетоэлектрических тонких пленок в мощной СВЧ технике.
Использование данного метода позволяет получить сегнетоэлектрическую пленку высокого структурного качества без включения полититанатных фаз и с минимальным количеством дефектов за счет отжига тонких слоев пленки, и реализовать высокую нелинейность конденсаторных структур на ее основе при низких диэлектрических потерях на сверхвысоких частотах для мощной СВЧ техники за счет использования материала подложки с высокой теплопроводностью.
Claims (1)
- Способ получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrxTiO3 , включающий распыление мишени состава Ba1-xSrxTiO3 при рабочей температуре подложки 700-900°С с периодическим прерыванием распыления мишени через промежуток времени, достаточный для создания сплошного сегнетоэлектрического слоя, на время, достаточное для отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя, отличающийся тем, что в качестве материала подложки используют монокристаллический карбид кремния политипа 6Н, при этом во время каждого этапа отжига сплошного сегнетоэлектрического слоя температуру подложки повышают до температуры , не превышающей максимальную рабочую температуру .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103452A RU2700901C1 (ru) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Βа1-хSrхTiO3 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103452A RU2700901C1 (ru) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Βа1-хSrхTiO3 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2700901C1 true RU2700901C1 (ru) | 2019-09-23 |
Family
ID=68063265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019103452A RU2700901C1 (ru) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Βа1-хSrхTiO3 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700901C1 (ru) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU437813A1 (ru) * | 1972-03-17 | 1974-07-30 | Предприятие П/Я А-7629 | Способ изготовлени сегнетоэлектрических пленок |
JPH04147964A (ja) * | 1990-10-11 | 1992-05-21 | Sharp Corp | 強誘電体薄膜の製造方法 |
US5196101A (en) * | 1991-02-05 | 1993-03-23 | Califoria Institute Of Technology | Deposition of thin films of multicomponent materials |
WO1994005455A2 (en) * | 1992-03-13 | 1994-03-17 | American Research Corporation Of Virginia | Modulated-structure of pzt/pt ferroelectric thin films for non-volatile random access memories |
SU1137775A1 (ru) * | 1983-07-27 | 1995-11-27 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Способ получения сегнетоэлектрических пленок |
US6245203B1 (en) * | 1997-10-01 | 2001-06-12 | Japan Energy Corporation | BaxSr1-xTiO3-y target materials for sputtering |
US6346424B1 (en) * | 1996-09-30 | 2002-02-12 | Infineon Technologies Ag | Process for producing high-epsilon dielectric layer or ferroelectric layer |
JP4147964B2 (ja) * | 2003-02-10 | 2008-09-10 | 豊田合成株式会社 | 自動車用ウエザストリップ |
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 |
EP2348555B1 (en) * | 2004-07-22 | 2013-01-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Method for manufacturing a metal oxide thin film |
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 |
RU2671614C1 (ru) * | 2017-06-19 | 2018-11-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrx TiO3 |
-
2019
- 2019-02-07 RU RU2019103452A patent/RU2700901C1/ru active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU437813A1 (ru) * | 1972-03-17 | 1974-07-30 | Предприятие П/Я А-7629 | Способ изготовлени сегнетоэлектрических пленок |
SU1137775A1 (ru) * | 1983-07-27 | 1995-11-27 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Способ получения сегнетоэлектрических пленок |
JPH04147964A (ja) * | 1990-10-11 | 1992-05-21 | Sharp Corp | 強誘電体薄膜の製造方法 |
US5196101A (en) * | 1991-02-05 | 1993-03-23 | Califoria Institute Of Technology | Deposition of thin films of multicomponent materials |
WO1994005455A2 (en) * | 1992-03-13 | 1994-03-17 | American Research Corporation Of Virginia | Modulated-structure of pzt/pt ferroelectric thin films for non-volatile random access memories |
US6346424B1 (en) * | 1996-09-30 | 2002-02-12 | Infineon Technologies Ag | Process for producing high-epsilon dielectric layer or ferroelectric layer |
US6245203B1 (en) * | 1997-10-01 | 2001-06-12 | Japan Energy Corporation | BaxSr1-xTiO3-y target materials for sputtering |
JP4147964B2 (ja) * | 2003-02-10 | 2008-09-10 | 豊田合成株式会社 | 自動車用ウエザストリップ |
EP2348555B1 (en) * | 2004-07-22 | 2013-01-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Method for manufacturing a metal oxide thin film |
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 |
RU2671614C1 (ru) * | 2017-06-19 | 2018-11-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrx TiO3 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Knauss et al. | The effect of annealing on the structure and dielectric properties of Ba x Sr1− x TiO3 ferroelectric thin films | |
Yan et al. | Lead-free (K, Na) NbO3 ferroelectric thin films: Preparation, structure and electrical properties | |
Razumov et al. | Characterization of quality of Ba x Sr 1− x TiO 3 thin film by the commutation quality factor measured at microwaves | |
Chen et al. | Electrical properties and energy-storage performance of (Pb0. 92Ba0. 05La0. 02)(Zr0. 68Sn0. 27Ti0. 05) O3 antiferroelectric thick films prepared by tape-casing method | |
Alema et al. | Dielectric properties of BaMg 1∕ 3 Nb 2∕ 3 O3 doped Ba0. 45Sr0. 55Tio3 thin films for tunable microwave applications | |
RU2619365C1 (ru) | Способ получения сегнетоэлектрической пленки Ba1-xSrxTiO3 | |
Chen et al. | Electrical behavior of BaZr0. 1Ti0. 9O3 and BaZr0. 2Ti0. 8O3 thin films | |
RU2700901C1 (ru) | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Βа1-хSrхTiO3 | |
Yan et al. | Influence of deposition temperature on microstructure and electrical properties of modified (Ba, Sr) TiO3 ferroelectric thin films | |
RU2671614C1 (ru) | Способ получения сегнетоэлектрических пленок Ba1-xSrx TiO3 | |
Laha et al. | Role of La0. 5Sr0. 5CoO3 template layers on dielectric and electrical properties of pulsed-laser ablated Pb (Nb2/3Mg1/3) O3–PbTiO3 thin films | |
Zhang et al. | Effect of oxygen pressure on structure and properties of Bi1. 5Zn1. 0Nb1. 5O7 pyrochlore thin films prepared by pulsed laser deposition | |
Mimura et al. | Synthesis and dielectric properties of (Ba, Ca)(Zr, Ti) O3 thin films using metal-organic precursor solutions | |
Halder et al. | Enhanced stability of platinized silicon substrates using an unconventional adhesion layer deposited by CSD for high temperature dielectric thin film deposition | |
CN111321383A (zh) | 一种特定非晶态结构钛酸钡薄膜材料及其制备方法 | |
Zhu et al. | Preparation, microstructure and dielectric properties of Ba0. 5Sr0. 5TiO3 thin films grown on Pt/Ti/SiO2/Si substrates by pulsed laser deposition | |
Huang et al. | Film thickness dependence of the dielectric properties of SrTiO3/BaTiO3 multilayer thin films deposited by double target RF magnetron sputtering | |
Alkoy et al. | Electrical properties and leakage current behavior of un-doped and Ti-doped lead zirconate thin films synthesized by sol–gel method | |
Samantaray et al. | Effect of post-deposition annealing on microstructural and optical properties of barium strontium titanate thin films deposited by rf magnetron sputtering | |
CN109797367B (zh) | 一种锆钛酸铅/氧化镍铁电超晶格薄膜材料及其制备方法 | |
Chen et al. | Pulsed laser deposition BTS thin films: The role of substrate temperature | |
Wang et al. | Influence of deposition parameters on the dielectric properties of rf magnetron sputtered Ba (ZrxTi1− x) O3 thin films | |
TWI672283B (zh) | 氮氧化物薄膜與電容元件 | |
Zhang et al. | Influences of post-annealing on structural and electrical properties of Bi1. 5Zn1. 0Nb1. 5O7 thin films prepared by pulsed laser deposition | |
Wang et al. | Researches On Enhancement Of Dielectric Performance Of Two-Layer Bst Films |