Способ получения нанопрофилированной ультратонкой пленки al2o3 на поверхности пористого кремния



Способ получения нанопрофилированной ультратонкой пленки al2o3 на поверхности пористого кремния
Способ получения нанопрофилированной ультратонкой пленки al2o3 на поверхности пористого кремния

 


Владельцы патента RU 2634326:

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБУ ВО ВГУ) (RU)

Использование: для роста наноразмерных пленок диэлектриков на поверхности монокристаллических полупроводников. Сущность изобретения заключается в том, что пленку Al2O3 наносят ионно-плазменным распылением на слой пористого кремния с размером пор менее 3 нм, полученного электрохимическим травлением исходной пластины монокристаллического кремния, при рабочем давлении в камере в диапазоне 3-5⋅10-3 мм рт.ст. и потенциале мишени - 400-600 В. Технический результат: обеспечение возможности создания эффективного способа изготовления нанопрофилированной ультратонкой пленки диоксида алюминия на поверхности пористого кремния. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области нанотехнологий и наноматериалов, в частности к методам роста наноразмерных пленок диэлектриков на поверхности монокристаллических полупроводников.

Известен способ осаждения наноразмерной пленки альфа- Al2O3 (0001) на металлические подложки (Патент РФ 2516366, МПК C23C 14/16, B82Y 30/00, опубл. 20.05.2014). В условиях сверхвысокого вакуума проводят нагрев, испарение и осаждение пленки оксида алюминия на металлическую подложку с определенной ориентацией кристаллов. Осуществляют осаждение испаряемого потока, состоящего из частиц AlO и (AlO)2. Испаряемый поток состоит из частиц AlO и (AlO)2, а после осаждения каждого последующего монослоя проводят экспозицию в молекулярном кислороде при парциальном давлении 10-7 мм рт. ст. в течение 3 минут при температуре подложки 700°C. Получается ориентированная высокостабильная наноразмерная пленка α- Al2O3 (0001) на чистой поверхности металла-подложки с сохранением межфазовой границы оксид-металл на атомном уровне.

К недостаткам этого способа относится энергозатратность способа (высокие температуры получения), использование исключительно металлической поверхности, что делает непригодным данный метод для использования в области нано и оптоэлектроники, а также взаимная диффузия атомов алюминия и подложки при высоких температурах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ импульсно-лазерного получения тонких пленок материалов с высокой диэлектрической проницаемостью на подложках кристаллического кремния в условиях сверхвысокого вакуума (Патент РФ 2306631, МПК H01L 021/316, опубл. 20.09.2007). Однако и он не лишен недостатков. Основным из них является малая площадь поверхности для формирования пленки (5×5 мм) и отсутствие структурирования пленки.

Техническая задача изобретения заключается в разработке эффективного способа создания нанопрофилированной ультратонкой пленки диоксида алюминия на поверхности пористого кремния, необходимой для использования в качестве оптических проводящих каналов.

Технический результат достигается тем, что нанопрофилированная пленка Al2O3 формируется методом ионно-плазменного распыления на слое пористого кремния с размерами пор менее 3 нм, полученного анодным электрохимическим травлением в электролите исходного монокристаллического кремния.

Технический результат заключается:

- в возможности формирования методом ионно-плазменного напыления ориентированных на поверхности пористого кремния нанонитей Al2O3;

- в значительной площади структурированной поверхности.

Способ получения нанопрофилированной ультратонкой пленки Al2O3 на поверхности монокристаллической полупроводниковой кремниевой пластины с поверхностным пористым слоем осуществляют в два этапа.

На первом этапе формируют пористый слой на пластине монокристаллического кремния. Для этого используется ячейка электрохимического анодного травления (фиг. 1).

В качестве исходных подложек используются пластины монокристаллического кремния, легированного бором, с высоким удельным сопротивлением от 5 до 10 Ом*см.

Предлагаемый способ проиллюстрирован чертежами, где на фиг. 1 изображена схема ячейки электрохимического травления. 1 - фторопластовая ванна, 2 - раствор электролита, 3 - U-образный контрэлектролит из нержавеющей стали, который в процессе электрохимического травления является катодом, 4 - исходная пластина кристаллического кремния, которая в процессе электрохимического травления является анодом и на которой получается слой пористого кремния, 5 - система контроля и установки тока, состоящая из источника постоянного тока со встроенным мультиметром.

Пластина прямоугольной формы размером 2 см × 1 см помещается в раствор электролита следующего состава: 2 объемные части концентрированной плавиковой кислоты (40%) + 2 объемные части изопропилового спирта +1 объемная часть перекиси водорода (30%). Высокое удельное сопротивление исходной полированной кремниевой пластины за счет малого количества примесных дефектов обеспечивает равномерное травление и однородное распределение пор по размерам.

Это позволяет избежать проблем, характерных для стандартного расположения кремниевой пластины в донной части кюветы, связанных с уплотнением пластины кремния, во избежание протечек электролита, содержащего агрессивную плавиковую кислоту. Травление проводится в режиме постоянного тока при плотности 50-75 мА/см2. Время травления можно варьировать от 5 до 30 мин, что позволяет изменять толщину пористого слоя в пределах от 50 до 300 нм с размерами пор менее 3 нанометров.

При увеличении времени травления свыше 30 минут резко падает плотность тока через пластину и эффективность травления существенно снижается. Возможен сильный перегрев и закипание раствора электрохимического травления, что обычно приводит к значительному снижению качества (увеличение шероховатости и степени загрязнения продуктами раствора ЭХТ) поверхности получаемых образцов.

На втором этапе методом ионно-плазменного распыления на слой пористого кремния наносится пленка Al2O3. Для этого производится бомбардировка мишени из алюминия марки А-999 ионами кислорода в плазме особо чистого (99,999) кислорода без специального добавления аргона. Рабочее давление варьируется в диапазоне 3-5⋅10-3 мм рт.ст. Подложка образца за время процесса напыления разогревается до (200-250)°C. Используются сравнительно невысокие для подобных процессов потенциалы мишени - 400-600B, что позволяет добиваться практически 100% окисления атомов распыляемого алюминия в рабочем объеме камеры до подлета их до образца. Скорость роста пленки Al2O3 составляет 20-40 ангстрем в минуту. Для устойчивости горения кислородной плазмы в процессе напыления производится предварительная подготовка оснастки рабочей камеры установки. Перед каждым процессом производится запыление всей оснастки камеры (включая держатель образца) алюминием посредством распыления алюминиевой мишени в плазме аргона. В противном случае происходит загрязнение напыляемой пленки Al2O3 осколками от микровзрывов диэлектрической пленки окиси алюминия, осажденной на подложкодержателе от предыдущих процессов.

В процессе формирования пленки происходит рост оксида алюминия на поверхности слоя пористого кремния в виде ориентированных в одном направлении нанонитей высотой 80-100 нм, расположенных на поверхности на расстоянии 300-500 нм друг от друга (фиг. 2). Такой механизм роста задается кристаллографической ориентацией исходной пластины монокристаллического кремния, используемой для создания пористого слоя, методом и условиями создания пористого слоя, а также способом формирования пленки Al2O3 методом ионно-плазменного распыления.

Сформированные на поверхности гетерофазной структуры наноразмерные структурированные нити Al2O3 могут служить оптическими проводящими каналами и достаточно эффективно внедрены в стандартные технологии микро и оптоэлектроники.

1. Способ получения нанопрофилированной ультратонкой пленки Al2O3 на поверхности пористого кремния, заключающийся в ионно-плазменном распылении пленки Al2O3 на слое пористого кремния с размером пор менее 3 нм, полученного электрохимическим травлением исходной пластины монокристаллического кремния, при рабочем давлении в камере в диапазоне 3-5⋅10-3 мм рт.ст. и потенциале мишени - 400-600 В.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механизм роста пленки задается кристаллографической ориентацией исходной пластины монокристаллического кремния, методом и условиями создания пористого слоя, а также способом формирования пленки Al2O3 методом ионно-плазменного распыления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления затворного оксида полевого транзистора.

Настоящее изобретение касается способа изготовления полупроводникового ламината, включающего в себя первый и второй слои оксида металла, а также слой диэлектрика, причем первый слой оксида металла располагается между вторым слоем оксида металла и слоем диэлектрика и имеет толщину равную или менее 20 нм.

Использование: для формирования стабильного и кристаллического оксидного слоя на подложке. Сущность изобретения заключается в том, что очищают поверхность подложки из In-содержащего III-As, III-Sb или III-P от аморфных естественных оксидов, нагревают очищенную подложку из In-содержащего III-As до температуры примерно 340-400°С, очищенную подложку из In-содержащего III-Sb нагревают до температуры примерно 340-450°С, или очищенную подложку из In-содержащего III-P нагревают до температуры примерно 450-500°С и окисляют подложку введением газообразного кислорода к поверхности подложки.

Изобретение относится к микроэлектронике. В способе получения слоя диоксида кремния, включающем загрузку полупроводниковой подложки в реактор, нагрев полупроводниковой подложки до необходимой температуры в диапазоне 400-750°С, введение окислителя закиси азота и моносилана и поддержание давления в реакторе в диапазоне 0,3-20 мм рт.

Изобретение относится к области изготовления наноструктур, а именно к синтезу оксидных пленок нанометровой толщины на поверхности полупроводников класса АIIIBV, и может быть применено при формировании элементов электроники на поверхности полупроводников, в высокочастотных полевых транзисторах и длинноволновых лазерах, а также в солнечных элементах.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкого подзатворного слоя диоксида кремния с высокой диэлектрической прочностью.

Изобретение относится к способу образования кремнистой пленки. Согласно данному способу, кремнистая пленка, имеющая гидрофильную поверхность, может быть образована из полисилазанового соединения при низкой температуре.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам защиты поверхности кристаллов p-n переходов от различных внешних воздействий.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам защиты поверхности p-n- переходов. Изобретение обеспечивает получение равномерной поверхности, уменьшение температуры и длительности процесса.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и кремниевых транзисторов, в частности к способам защиты поверхности кристаллов. Изобретение обеспечивает сокращение длительности процесса.

Изобретение относится к нанотехнологии. Сначала смешивают полимер с катализатором и растворителем до получения однородного раствора.

Изобретение относится к химической промышленности. Взрывчатое вещество со скоростью детонации 6300 м/с или более размещают на периферии исходного вещества, содержащего ароматическое соединение с не более чем двумя нитрогруппами, например, динитротолуола, динитробензола или динитроксилола.

Изобретение относится к медицине. Описан способ изготовления саморасширяющегося периферического стента из сплава на основе никелида титана с эффектом памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичности с модифицированной поверхностью.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения нанодисперсных оксидов металлов включает формирование реакционной смеси путем внесения нитратов металлов и карбамида в водную среду в стехиометрическом соотношении.

Изобретение относится к нанотехнологиям для материалов и покрытий, к изготовлению или обработке наноструктур, а также к нанобиотехнологии. Нанопинцет содержит два конусообразных электрода со сходящимися вершинами, подключенные к управляемому источнику электрического напряжения, сердечник из изолирующего оптически прозрачного материала, расположенный между конусообразными электродами, и лазер с регулируемыми параметрами излучения, вводимого через сердечник к вершинам конусообразных электродов для термодесорбции захваченной частицы из межэлектродного пространства в заданную область подложки.

Изобретение относится к технологии получения нанопроволок AlN для микроэлектроники и может быть использовано для улучшения рассеивания тепла гетероструктурами, для создания светильников, индикаторов и плоских экранов, работающих на матрице из нанопроволок и т.д.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении имплантатов. Способ формирования нанопористого оксида на поверхности имплантата из порошкового ниобия, включающий обработку в ультразвуковой ванне последовательно в ацетоне и этаноле, промывку в дистиллированной воде, сушку на воздухе и анодирование в водном растворе 1М H2SO4+1% HF в гальваностатическом режиме при плотности тока 0.01 А/дм2 в течение одного часа.

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего и сверхвысокочастотного излучения. Предлагаемый композиционный материал состоит из сверхвысокомолекулярного полиэтилена 40-62 мас.%, порошка вольфрама 18-20 мас.%, нитрида бора 15-20 мас.% и технического углерода УМ-76 5-20 мас.%.

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего и сверхвысокочастотного излучения. Предлагаемый композиционный материал состоит из: сверхвысокомолекулярного полиэтилена - 50-75 масс.%, пентаборида дивольфрама - 20-30 масс.% и технического углерода УМ-76 - 5-20 масс.%.

Изобретение относится к области химии, а именно к катализаторам, предназначенным для процесса гидроизомеризации н-алканов, а также прямогонных и гидроочищенных дизельных фракций, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.
Наверх