Способ получения монокристаллических пленок и слоев теллура

Авторы патента:

Рабаданов Рабадан Абдулкадырович (RU)

Шапиев Ибрагим Магомедович (RU)

Исмаилов Абубакар Магомедович (RU)

H01L21/203 - физическим осаждением или напылением, например вакуумным распылением или разбрызгиванием

Владельцы патента RU 2440640:

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Дагестанский государственный университет (RU)

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при производстве изделий микроэлектроники. Техническим результатом изобретения является получение пленок и слоев теллура монокристаллической структуры на ориентирующих подложках. Сущность изобретения: получают пленки и слои теллура монокристаллической структуры на гранях кристаллов путем перевода теллура в моноатомный пар и роста из него образцов монокристаллической структуры, при этом процесс осаждения проводят в атмосфере водорода при Р_Н2=1,8 атм, температуре исходного теллура Т₂=600°С и температуре зоны подложки T₁=400°C. 4 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при производстве изделий микроэлектроники.

Известен способ получения пленок теллура путем вакуумного напыления [1, 2].

Исследование структуры и свойств пленок, полученных данным методом, показало, что они сильно дефектны. Причину их дефектности удалось установить после исследований состава газовой фазы масс-спектрометрическим анализом, получаемым термическим нагревом теллура в вакууме [3]. В ней преобладающими оказались двухатомные молекулы Те₂ и в ней же присутствуют атомы теллура и атомные ассоциаты Те₃, Те₅, концентрация которых зависит от температуры испарителя.

Таким образом, газовая фаза теллура, получаемая термическим нагревом его в вакууме, неоднородна по составу. Поэтому из такой неоднородной газовой фазы, как утверждает современная кинетическая теория ориентированного роста вещества, на подложках с фиксированной температурой T₁<450°C невозможно получить совершенной структуры пленки теллура с воспроизводимыми физическими свойствами.

Другим существенным недостатком метода термического вакуумного напыления является присутствие в системе кислорода в составе остаточных газов и газов натекания. Такой кислород с теллуром образует термоустойчивое соединение - парателлурид (TeO₂), который входит в растущую пленку теллура. Этот процесс можно записать условной реакцией:

Задача изобретения - совершенствование структуры пленок и слоев теллура.

Технический результат - в разработке способа получения пленок и слоев теллура монокристаллической структуры на ориентирующих подложках.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Сущность предлагаемого изобретения в том, что получают пленки и слои теллура монокристаллической структуры на гранях кристаллов путем перевода теллура в моноатомный пар и роста из него образцов монокристаллической структуры, при этом процесс осаждения проводят в атмосфере водорода при , температуре исходного теллура Т₂=600°С и температуре зоны подложки Т₁=400°C.

Учет термохимических законов позволяет предотвратить процесс, описываемый реакцией (1), если допустить присутствие в системе водорода. В таком случае наблюдается переход кислорода в менее активное состояние по отношению к теллуру в результате протекания реакции:

Основная технологическая ценность наличия водорода в системе с теллуром не ограничивается возможностью осуществления реакции (2). Он, обладая значительной величиной электроотрицательности 2,1 по шкале Полинга и малым ионным радиусом Н⁺=10^-5 Å на поверхности и приповерхностном объеме твердого и жидкого теллура, обладающего относительно рыхлой структурой, образует комплексы типа (Н - Те), которые значительно ослабляют атом - атомные силы связи в пределах спиральных цепочек и Ван-дер-Ваальсовские силы связи между цепочками, находящиеся друг от друга на расстоянии 3,74 Å, упакованных в гексагоны в пределах элементарной ячейки структуры теллура. Приведенные выше комплексы в теллуре не могут накапливаться при температурах зоны тигля Т₂, выходят в газовую фазу в виде отдельных элементов, поскольку при Т₂ (большей обычной температуры) соединение Н₂Те не образуется (теплота его образования есть величина отрицательная). Таким образом, эту стадию взаимодействия водорода с теллуром при Т₂ можно записать реакцией:

Реакция (3) отражает начальную стадию взаимодействия водорода с теллуром, а конечная стадия выхода комплексов (Н-Те), можно сказать, описывается реакцией:

Теллур, образовавшийся по реакции (4) в атомном состоянии в области тигля с температурой Т₂ в поле градиента температуры, переносится в область подложки с температурой T₁, а затем осаждается на подложке.

Типичная морфология поверхности роста показана на фиг.1 и 2.

На фиг.1 показана морфология поверхности пленки теллура, полученной при температуре подложки T₁=663 К (×600).

На фиг.2 представлено трехмерное (3D) АСМ - изображение поверхности пленки, полученной при T₁=405°С на подложке из слюды - мусковит. Площадь участка поверхности 1×1 µm. На поверхности пленки четко видны фигуры роста высотой в ~6 нм.

Микрофотографии поверхностей роста пленок теллура, полученных при разных условиях на плоскости скола слюды, даны на фиг.3 и 4.

Пример 1. При осуществлении процесса напыления пленок теллура при давлении водорода в системе , Т₂=625°С и T₁=375°С скорость поступления атомов теллура на подложку превышает скорость диффузии их по поверхности подложки. Поэтому растущая пленка состоит из крупных кристалликов, разориентированных друг относительно друга (фиг.3)

Пример 2. Процесс нанесения пленок теллура на подложку при давлении водорода в системе , Т₂=625°С и T₁=420°С сопровождается реиспарением теллура с поверхности подложки из-за того, что при T₁=420°С энергия активации реиспарения атомов ΔG_ис больше энергии диффузии их по поверхности подложки. В этом случае на поверхности подложки обнаруживаются отдельные куполообразные островки теллура, которые до охлаждения находились в жидком состоянии (фиг.4).

Моноатомность и сильная разбавленность паровой фазы теллура позволяет управлять процессом формирования монокристаллической структуры растущих его пленок на ориентирующих подложках (слюда, CdTe, ZnTe, CaF, Al₂O₃ и др.), как изменением Т₂, так и - T₁, при известном давлении водорода в системе. Термоактивационный процесс в системе (Н₂+Те) с целью получения монокристаллической структуры на ориентирующих подложках предложен впервые и позволяет получать образцы теллура с воспроизводимыми электрофизическими свойствами, которые близки к свойствам монокристаллов. Данный способ получения теллура в монокристаллическом состоянии предлагается использовать в области электронной техники. При практическом осуществлении данного способа наиболее совершенной структуры рост пленок наблюдается при Т₂=600°С, ΔТ=Т₂-T₁=190-200°С и давлении водорода в системе .

Таким образом, предложенный способ позволил получить пленки и слои теллура монокристаллической структуры на ориентирующих подложках с воспроизводимыми физическими свойствами.

Источники информации

1. Вигдорович В.Н., Ухликов Г.А., Чиботару Н.Н. Структура и электрические свойства конденсированных пленок теллура. // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1979. Т.15, №1. С.49-55

2. Бондарчук Н.Ф., Вигдорович В.Н., Ухликов Г.А. Структура конденсированных пленок теллура и их свойства. // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1989. Т.25, №2. С.189-194.

3. Кудрявцев А.А. Химия и технология селена и теллура. М.: Металлургия. 1968. 340 с.

Способ получения пленок и слоев теллура монокристаллической структуры на гранях кристаллов путем перевода теллура в моноатомный пар и роста из него образцов монокристаллической структуры, при этом процесс осаждения проводят в атмосфере водорода при температуре исходного теллура Т₂=600°С и температуре зоны подложки Т₁=400°С.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано для изготовления упорядоченных наноструктур, используемых в микро- и наноэлектронике, оптике, нанофотонике, биологии и медицине.

Исследовательский комплекс для формирования и изучения наноструктур и способ формирования наноструктур // 2417156

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано для формирования наноструктур из испаряемой микрокапли воздействием акустических полей.

Способ выращивания кремний-германиевых гетероструктур // 2407103

Изобретение относится к технологии эпитаксиального нанесения полупроводниковых материалов на подложку. .

Порошок moo2, способы изготовления пластины из порошка moo2 (их варианты), элемент и способ изготовления тонкой пленки из нее, способ распыления с применением указанной пластины // 2396210

Способ получения зондов с углеродными нанотрубками // 2369938

Изобретение относится к области вакуумной техники и технологии получения углеродных наноструктур, таких как углеродные нанонотрубки на кончике зондов, которые применяются в зондовой микроскопии для прецизионного сканирования.

Подложка для выращивания эпитаксиальных слоев арсенида галлия // 2308784

Изобретение относится к электронной технике, а именно к материалам, предназначенным для изготовления полупроводниковых приборов широкого класса применения с использованием эпитаксиальных слоев арсенида галлия.

Ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура // 2305723

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем тройным арсенидам кремния и цинка, расположенным на монокристаллической подложке кремния, которые могут найти применение в устройствах спинтроники, для инжекции электронов с определенным спиновым состоянием.

Буля нитрида элемента iii-v групп для подложек и способ ее изготовления и применения // 2272090

Способ формирования наноостровков германия на вицинальной поверхности кремния // 2210836

Изобретение относится к области наноэлектроники и может быть использовано для создания на основе структур с наноостровками (квантовыми точками) германия на кремнии полупроводниковых приборов со сверхвысоким быстродействием, а также некоторых оптоэлектронных устройств.

Микромеханический прибор и способ его изготовления // 2170993

Установка вакуумного напыления // 2473147

Изобретение относится к технике получения пленок молекулярно-лучевым осаждением и использованием резистивных источников напыляемого материала

Способ создания мелкоблочных пленок с совершенной структурой блоков // 2474005

Изобретение относится к материаловедению, а именно к технологии получения тонких пленок

Способ получения массивов наноколец // 2495511

Изобретение относится к технологии получения массивов наноколец различных материалов, используемых в микро- и наноэлектронике. Сущность изобретения: в способе получения массивов наноколец, включающем подложку с нанесенными полистирольными сферами, с нанесенным затем слоем металла и последующим травлением, в качестве подложки используют упорядоченные пористые пленки, а расположение наноколец задается расположением пор в пленочном материале с использованием подходов самоорганизации. Изобретение обеспечивает экономичное, воспроизводимое и контролируемое формирование упорядоченных массивов наноколец. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ напыления в вакууме структур для приборов электронной техники, способ регулирования концентрации легирующих примесей при выращивании таких структур и резистивный источник паров напыляемого материала и легирующей примеси для реализации указанного способа регулирования, а также основанный на использовании этого источника паров способ напыления в вакууме кремний-германиевых структур // 2511279

Изобретение относится к технологии полупроводниковых структур для приборов электронной техники. Изобретение обеспечивает возможность прецизионного варьирования в широких пределах концентрацией легирующей примеси в выращиваемой структуре путем изменения температуры и агрегатного состояния источника примеси из напыляемого легированного материала. В способе напыления в вакууме структур для приборов электронной техники в получении потока паров одновременно участвуют пластина, температуру нагрева которой поддерживают на уровне величины, задающей скорость роста напыляемой структуры, требуемую для эффективного встраивания легирующих примесей в растущую структуру, и группа пластин, различающихся легирующими примесями, температуры нагрева которых изменяют для регулирования концентрации легирующих примесей в растущей структуре за счет изменения состава потока паров в результате изменения скорости образования паров примесей. Резистивный источник примеси из напыляемого легированного материала выполнен в виде пластины так, что центральная полоса пластины в направлении между токовводами имеет большую толщину, чем полосы, прилегающие к краям пластины. Предлагаемое решение позволяет до минимума сократить количество резистивно нагреваемых источников примеси, вести легирование структур несколькими примесями одновременно. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности и реактор для осуществления способа // 2522812

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов. Способ изготовления изделий, содержащих кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, осуществляется в газопроницаемой камере, размещенной в реакторе, в который подают смесь газов, включающую оксид углерода и кремнийсодержащий газ, при этом давление в реакторе 20-600 Па, температура 950-1400°C. Подложки располагают в газопроницаемой камере параллельно друг другу на ребро на расстоянии 1-10 мм, а пленка из карбида кремния формируется путем химической реакции поверхностных слоев кремния подложки с оксидом углерода. При этом газопроницаемая камера служит барьером для прохождения молекул кремнийсодержащего газа, но пропускает продукты его термического разложения. Изобретение позволяет повысить качество получаемых пленок при повышении производительности процесса. 2 н. и 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

Способ получения тонких эпитаксиальных слоев β-sic на кремнии монокристаллическом // 2524509

Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может быть использовано для получения слоев карбида кремния при изготовлении микроэлектромеханических устройств, фотопреобразователей с широкозонным окном 3С-SiC, ИК-микроизлучателей. Способ получения тонких эпитаксиальных слоев β-SiC на кремнии монокристаллическом включает распыление керамической мишени SiC путем сканирования по ее поверхности лазерным лучом в условиях высокого вакуума без добавок газообразных реагентов на нагретую подложку. Распыление осуществляют лазером с длиной волны излучения λ=1,06 мкм и выходной энергией излучения 0,1÷0,3 Дж при остаточном давлении в ростовой камере 10-4-10-6 Па и при температуре подложки 950÷1000°C. Обеспечивается получение эпитаксиальных слоев карбида кремния кубической модификации (β-SiC) на подложках кремния монокристаллического (Si) кристаллографической ориентации (111) и (100). 4 ил.

Способ выращивания кремний-германиевой гетероструктуры // 2585900

Изобретение относится к технологии эпитаксии кремний-германиевой гетероструктуры, основанной на сочетании сублимации кремния с поверхности источника кремния, разогретого электрическим током, и осаждения германия из германа в одной вакуумной камере, и может быть использовано для производства полупроводниковых структур. Технический результат изобретения - разработка основанного на сублимации кремния в среде германа способа комбинированного выращивания высокостабильной малодефектной кремний-германиевой гетероструктуры с улучшенной контролируемостью процесса выращивания, на уровне создания режимной основы реализации программно-управляемого технологического процесса роста высококачественной гетероструктуры. В способе выращивания кремний-германиевой гетероструктуры путем испарения сублимационной пластины, выполненной из кремния или кремния с легирующей примесью и нагреваемой в результате пропускания через нее электрического тока, и одновременного осаждения германия из газовой среды германа при низком давлении в одной вакуумной камере выращивание ведут в условиях направленного напуска германа на упомянутую сублимационную пластину в вакуумной камере и при поддерживании скорости роста слоя кремний-германиевого твердого раствора, определяемой в зависимости от температуры нагрева указанной сублимационной пластины и при температуре нагрева подложки, выбираемой из интервала 300-400°C. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ осаждения полупроводниковых наночастиц халькогенидов свинца из коллоидных растворов // 2587537

Изобретение относится к области технологий осаждения полупроводниковых наночастиц халькогенидов свинца на прозрачные диэлектрические поверхности и может быть использовано при получении новых устройств на основе наносистем для микро- и оптоэлектроники, солнечных батарей, светодиодных ламп и других областей полупроводниковой техники. Техническим результатом является получение наноструктурированных тонких покрытий полупроводников структур из растворов на поверхности твердых тел с контролируемой морфологией осажденного слоя. Технический результат достигается тем, что в данном способе осаждение полупроводниковых наночастиц халькогенидов свинца из коллоидного раствора осуществляется из капли раствора, которую наносят на поверхность, разогретую от 20°C до 200°C, с помощью капилляра от 0.1 до 1 мкм объемом до 200 мкл. 8 ил.

Способ формирования эпитаксиального массива монокристаллических наноостровков кремния на сапфировой подложке в вакууме // 2600505

Изобретение относится к сублимационному выращиванию эпитаксиальных массивов самоорганизованных монокристаллических наноостровков кремния на сапфировых подложках и может быть использовано в качестве нанотехнологического процесса, характеризующегося повышенной стабильностью формирования однородных по размерам наноостровков кремния с пониженной степью дефектности их структуры. Изобретение обеспечивает стабильное снижение дефектности сублимационно формируемых однородных по размерам наноостровков кремния на сапфировой подложке. В способе формирования эпитаксиального массива монокристаллических наноостровков кремния на сапфировой подложке в вакууме, включающем отжиг сапфировой подложки в вакуумной камере, последующий нагрев источника кремния пропусканием электрического тока через него и выращивание на нагретой сапфировой подложке массива монокристаллических наноостровков кремния путем самоорганизованного образования наноостровков на поверхности сапфировой подложки из осаждаемого атомарного кремния, отжиг сапфировой подложки ведут при 1200°С, а испаряемый атомарный поток кремния осаждают на сапфировой подложке, нагретой до температуры T, выбираемой из интервала ее величин 550-700°С, со скоростью роста атомарных слоев кремния V, выбираемой в зависимости от расстояния между испаряемой поверхностью источника кремния и поверхностью роста сапфировой подложки и температурой нагрева сапфировой подложки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Способ получения монокристаллического sic // 2603159

Изобретение относится к технологии получения монокристаллического SiC - широкозонного полупроводникового материала, используемого для создания на его основе интегральных микросхем. Способ включает сублимацию источника SiC 6 на затравочную пластину 5 из монокристаллического SiC, закрепленную на крышке 3 ростовой ячейки внутри цилиндрического канала, сформированного в ростовой ячейке, при размещении источника SiC 6 в полости, образованной стенками ростовой ячейки, цилиндрического канала и дном 4 ростовой ячейки, и прохождении паровой фазы источника SiC через стенку цилиндрического канала, при этом ростовая ячейка выполнена из нескольких, расположенных последовательно друг над другом, секций 1 для размещения источника SiC 6 и секции 2 для формообразования слитка монокристаллического SiC, выполненной в виде полого графитового цилиндра, на которой расположена крышка 3 ростовой ячейки с затравочной пластиной 5 из монокристаллического SiC, а каждая из секций 2 для размещения источника SiC 6 выполнена в виде двух цилиндров, расположенных соосно один внутри другого с радиальным зазором, внутри которого нижние кромки цилиндров герметично соединены дном с образованием кольцевой полости для размещения источника SiC 6 и внутреннего цилиндрического канала секции, при этом высота внешнего цилиндра превышает высоту внутреннего цилиндра, а цилиндрический канал ростовой ячейки формируют, соосно последовательно располагая секции 1 для размещения источника SiC 6 и секцию 2 для формообразования слитка монокристаллического SiC на дне 4 ростовой ячейки. Изобретение позволяет увеличить скорость роста слитка монокристаллического SiC без ухудшения качества, что приводит к увеличению выхода слитков монокристаллического SiC в единицу времени. Кроме того, снижаются затраты на проведение способа за счет возможности многократного использования ростовой ячейки путем замены отдельных деградированных секций ростовой ячейки на новые. 2 ил., 1 табл.