4 four
сл cl
со 11 Изобретение отнсжнгс к технологии создани твердотельных устройств, рабо тающих на акустических волнах, в часгносги к технологии получени пьезоэлектрических пленок окиси цинка, примен екты при изготовлении преобразователей объем ных и поверхностных акустических волн. Известен способ папучени пьезоэлект грических пленок окиси цинка, основанны на термическом распылении цинк-а в кис- лородсодержашей газовой смеси fl J , Недостатками этого способа вл етс мала величина коэффициента электромеха нической св зи (К-О.З - 0,5%), характеризующего пьезоэлектрические свойства пленки, определ емые природой пьезоэлек рического материала, близость его химического состава к стехиометрии и совер шенством кристЕцшической структуры. Известен также способ папучени пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка путем высокочастотного катодного распылени диэлектрической мишени, выполненной на основе окиси цинка, в кислородсодержащей газовой 1смеси, Этот способ позвол ет получать пленки окиси цинка стех ометрического состава с достаточно высоким коэффициентом электромеханической св зи Г2 j . Однако дл осуществлени этого способа необходимо дорогое и сложное в эксгшуатации высокочастотное оборудование , что затрудн ет широкое использование данного способа. Необходимость изготовлени керамики на основе окиси цинка, используемой в качестве мишени, также усложн ет и удорожает технологический процесс в целом Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс способ получени пьезоэлектрических п,аенок на основе окиси цинка путем катодного распылени цинковой мишени в кислородсодержащей газовой смеси при создании в межэлекгродном пространстве посто нного электрического пол . Поскап.ьку распыление мишени осуществл етс в посто нном электрическом поле, способ значительно проще и реализуетс с помощью сравнительно дешевого и широко используемого оборудовани L3 , Недостатком известного способа вл етс мала величина коэффициента электромеханической св зи папучаемых пленок (К 0,4 - 0,6%) вследствие недостаточной стехиометричности их состава. Цель изобретени - повышение эксплу атационных характеристик пьезоэлектрических пленок и упрощение оборудовани . 732 П(ХтаЕцленна цель достигаетс тем, что согласно способу получени пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка, включающему катодное распьшение цинковой мишени в кис;аородсодержащей газовой смеси в посто нном электрическом попе :Б межэлектродном пространстве, распьшение провод т при температуре . мишени от до температуры плав лени материала мишени при этом на мищень воэдействуют посто нным магнитным полем, вектор напр женности которого ортогонален векгору электрического псп , В указанных услови х распь лени .становитс возможным установление режима , когда скорость образовани окисного С.ЛОЯ на распыливаемой поверхности цинковой мишени больше или равна скорости удалени (респьиени ) этого с о „ В этом случае удаетс осуществить распьшение не цинка, а его окиси, т.е„ создавать услови роста на подложке, аналогичные при катодном высокочастотном распылении мишени из окиси цинка, Р аспыление окиси цинка предпочтительнее, чем распыление металлического цинка, так как позвол ет получать пленки окиси цинка с большим коэффициентом электромеханической св зи (,8-1%)5 близким к значению дл монокристаллов окиси цинка , за счет упрощени поддержани условий получени стехиометрических по составу пленок. Создание над распыл емой поверхностью цинковой мишени зоны скрещенных электрического и магнитного полей позвол ет почти на пор док уве.личить скор(х;ть распылени , а следовательно, и скорость осаждени , что спосо()ствует уменьшению угла разориентацит текстурьи При температуре распыл емой поверхности цинковой мишени ниже и скорост х распылени , необходимых дл обеспечени малого угла разориентации текстуры , скорость образовани окисного сло становитс меньше скорости распылени этого окисного сло - в результате происходит распыление как окиси цинка, так и цинка. Это приводит к уменьшению коэффициента электромеханической св зи из-за отклонени состава пленки от стехиометрии . Ограничение сверху температуры распыл емой поверхности цинковой мишени температурой плаалени ( ) св зано с тем, что при расалашшнии .мишени окисный слой не покрывает всю распыл емую поверхность, позтому и в этом СгЛучае происходит распыление как окиси цинка, гак и цинка. 31 Пример 1. Пленку окиси цинка нанос т на подпожку из монокрнстатлнческого кремни . /Хт этого цинковую пластину диаметром 100 мм и толштшой 6 мм устанавливают на катоде установки катодного распылени . Внутри катода вмонтирована система магнитов, создаю: ща посто нное тороидальное магнитное попе, силовые пинии которого вход т и выход т через поверхность катода, Величину напр женности магнитного поп уст навливают такой, чтобы величина его составл ющей, параллельной поверхности цинковой мишени, на рассто нии 5 мм от последней равн лось 200 Гс. Откачивают рабочий объем вакуумной установки до предельного вакуума 2., нагревают подложку до 250 С, напускают в установку газовую смесь аргона (7О%) и кислорода (ЗО%) и поддерживают давлен в рабочем объеме на уровне 0,2 Па. Зат ввод т нагретую подложку в зону осажде ни , размешают ее на рассто нии 50 мм от поверхности мишени и устанавливают температуру 2ОО С на поверхности мишени. После этого на катод (мишень) подают отрицательное напр жение 450 В, и устанавливают ток 4ООмА, при этом над поверхностью мишени образуетс зона скрещенных электрического и магнитного палей, которые локализуют разр дную плазму в этой зоне. В указанных услови скорость осаждени пленки окиси цинка на подложку составл ет 3 мкм/ч. Пааученна пленка обладает следующими свойствами: коэффициент электромеханической св зи ,7, удельное сопротивление р 10 Ом. см; угол разориентации оси текстуры + 3°. Пример 2. Пьезоэлектр11ческую пленку окиси цинка нанос т на подложку из термостабильного стекла. нанесени пленки осуществл ют аналогично примеру 1 при следуюших режимах: ве57i4 личина напр женности магнитного пол на рассто нии 5 NTM от поверхности мишени равна -100 Гс, давление в рабочем объеме 3., температура подложки ЗОО С, температура на поверхности мишени 32О С, величинанапр жени 45О В ток мишени 7ОО мА. В этих услови х скорость осаждени пленки окиси цинка на подложку составл ет 6 мкм/ч. Папученна пленка обладает следующими свойствами: ,9%; р 10®Ом. см, угол разориентации оси текстуры + 2. Пример 3. Пленку на основе окиси цинка с добавкой кальци нанос т на подложку из сапфира путем распншени цинковой мишени, содержащей 3 ат. кальци . Процесс нанесени пленки осуществл ют аналогично примеру 1. При этом температуру на поверхности-мишени в процессе распылени поддерживают равной 410 С, температуру подложки устанавливают равной 400°С. Скорость роста ааенки 2 мкм/ч. Полученна пленка обладает монокристаллической структурой , имеет К- 1% и f 10 Ом. см. Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позват ет получать пьезоэлектрические пленки окиси цинка с высоким коэффициентом электромеханической св зи (К 0,7-О,9) и с остальными свойствами (удельное сопротивле ние, угап разориентации текстуры), удовлeтБop ющи пi предъ вл емым к этим атенкам эксплуатационным требовани м. llo сравнению с изветсным предлагаемый способ позвш ет получать высококачественные пьезоэлектрические пленки на сравнительно простом по конструкции и дешевом о ппхдэвапии. Использование в качестве материала мишени цинка вместо керамики из окиси цинка также способствует упрощению и удешевлению технатогического процесса.This invention relates to the technology of creating solid-state devices operating on acoustic waves, in conjunction with the technology of producing piezoelectric zinc oxide films, used in the manufacture of bulk and surface acoustic wave converters. A known method of papuing piezoelectric films of zinc oxide, based on thermal spraying of zinc in an oxygen-containing gas mixture fl J, the disadvantages of this method is the small value of the coefficient of electrical communication (K-O.Z - 0.5%), characterizing the piezoelectric properties of the film, determined by the nature of the piezoelectric material, the proximity of its chemical composition to stoichiometry and the perfect crystal structure. A method is also known for papucienning piezoelectric films based on zinc oxide by high-frequency cathode sputtering of a dielectric target made on the basis of zinc oxide in an oxygen-containing gas mixture 1. This method allows one to obtain films of zinc oxide with a stoichiometric composition with a rather high electromechanical coupling coefficient G2 j. However, the implementation of this method requires expensive and complex high-frequency equipment in the operation, which makes it difficult to use this method widely. The need to manufacture ceramics based on zinc oxide as a target also complicates and increases the cost of the overall process. The closest to the technical essence of the invention is a method for producing piezoelectric p, zinc oxide-based fossils by sputtering a zinc target in an oxygen-containing gas mixture. when creating a constant electric field in the interelektrogrodnom space. Because the target is sputtered in a constant electric field, the method is much simpler and is implemented using relatively cheap and widely used equipment L3. A disadvantage of the known method is the small value of the electromechanical coupling coefficient of roll films (K 0.4 - 0.6 %) due to insufficient stoichiometry of their composition. The purpose of the invention is to improve the performance characteristics of piezoelectric films and simplify equipment. 732 P (The goal is achieved by the fact that according to the method of producing piezoelectric films based on zinc oxide, which includes cathode dispersion of a zinc target in a sour; arid-containing gas mixture in a constant electrical band: B interelectrode space, dispersion is carried out at a target temperature from the melting of the target material at the same time is acted upon by a constant magnetic field, the intensity vector of which is orthogonal to the vector of electrical PSR. Under the specified conditions of spreading, It is possible to establish a regime when the rate of formation of an oxide layer. LAYER on the sprayed surface of a zinc target is greater than or equal to the removal rate (respawning) of this from. In this case, it is possible to effect the dissolution of not zinc, but its oxides, i.e. Similar to cathodic high-frequency sputtering of a zinc oxide target, P sputtering of zinc oxide is preferable to sputtering zinc metal, since it allows one to obtain zinc oxide films with a large electromechanical coupling coefficient. and (, 8-1%) 5 close to the value for zinc oxide single crystals, by simplifying the maintenance of the conditions for obtaining stoichiometric composition of the films. Creating a zone of crossed electric and magnetic fields above the sprayed surface of the zinc target makes it possible to increase the speed very quickly (x; spray and, consequently, the deposition rate, which helps () to reduce the texture misorientation angle). the zinc target is lower and the spraying rates necessary to ensure a small angle of misorientation of the texture, the rate of formation of the oxide layer becomes less than the sputtering rate of this oxide layer Both zinc oxide and zinc are reduced. This leads to a decrease in the electromechanical coupling coefficient due to the deviation of the film composition from stoichiometry. The upper limit of the temperature of the sprayed surface of the zinc target by the temperature of the plaine () is due to does not cover the entire sprayed surface, therefore, in this case, sputtering occurs like zinc, gak and zinc oxides. 31 Example 1. A film of zinc oxide is applied to a sub-substrate made of monocrystalline silicon. This x zinc plate with a diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm is mounted on the cathode of the cathode sputtering unit. Inside the cathode, a system of magnets is mounted, creating: a constant permanent toroidal magnetic pope, the power lines of which enter and exit through the surface of the cathode, the magnitude of the magnetic pop strength is set so that its magnitude, parallel to the zinc target surface, is 5 mm from the latter was 200 Gs. The working volume of the vacuum unit is pumped out to the ultimate vacuum 2., the substrate is heated to 250 ° C, the gas mixture of argon (7O%) and oxygen (30%) is injected into the installation and the pressure in the working volume is maintained at 0.2 Pa. At the same time, the heated substrate is introduced into the precipitation zone, stirred at a distance of 50 mm from the target surface, and the temperature is set to 2OO C on the target surface. After that, a negative voltage of 450 V is applied to the cathode (target), and a current of 4OOmA is installed, and a zone of crossed electric and magnetic fins is formed above the target surface, which localize the discharge plasma in this zone. Under these conditions, the deposition rate of the zinc oxide film on the substrate is 3 µm / h. The film has the following properties: an electromechanical coupling coefficient, 7, a resistivity of p 10 Ohms. cm; the misalignment angle of the texture axis is + 3 °. Example 2. A piezoelectric film of zinc oxide is deposited on a substrate of thermostable glass. film deposition is carried out analogously to example 1 in the following modes: the magnitude of the intensity of the magnetic field at a distance of 5 NTM from the target surface is -100 G, the pressure in the working volume is 3., the temperature of the ZOO C substrate, the temperature on the target surface 45O In the current target 7OO mA. Under these conditions, the deposition rate of the zinc oxide film on the substrate is 6 µm / h. Papular film has the following properties:, 9%; p 10®Ohm cm, the angle of misorientation of the axis of the texture is +2. Example 3. A film based on calcium zinc oxide is applied to a sapphire substrate by dissolving a zinc target containing 3 at. calcium. The film deposition process is carried out analogously to example 1. At the same time, the temperature on the target surface during the spraying process is maintained at 410 ° C, the substrate temperature is set at 400 ° C. Growth rate aenka 2 microns / h. The resulting film has a single-crystal structure, has a K-1% and f 10 Ohms. see. As can be seen from the above examples, the proposed method allows to obtain piezoelectric zinc oxide films with a high electromechanical coupling coefficient (K 0,7-O, 9) and with other properties (resistivity, texture misorientation), satisfying The operational requirements imposed on these atenkaes m. llo compared with the well-known proposed method makes it possible to obtain high-quality piezoelectric films on a relatively simple in construction and cheap in terms of efficiency. Use of zinc as a target material instead of zinc oxide ceramics also contributes to the simplification and cheapening of the technological process.