Особенности технологии получения и методика измерения параметров тензочуствительных пленок biхSb

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕНЗОЧУСТВИТЕЛЬНЫХ ПЛЕНОК (Bi_хSb_1-х)₂Тe_3.


ДалиевХ.С., Онаркулов М.К., Юлдашев А.А.

Термовакуумный способ получения тонких пленок, это последовательность следующих процессов:
- переход вещества из конденсированной фазы (твердой или жидкой) в газообразную;
- перенос паров вещества в пространстве от испарителя до подложки при пониженном давлении в рабочем объеме;
- конденсация паров вещества на подложке [1].
Основным методом получения пленочных тензорезисторов является термическое напыление полупроводникового материала в вакууме через маску определенного размера на нейтральную диэлектрическую подложку[2].
Важным является вопрос в теориях зародышеобразования механизм конденсации по схеме пар — кристалл. Палатник с соавторами[1] обратили внимание на то, что по данным электрон­номикроскопических наблюдений островки пленок висмута, олова, свинца, серебра, золота, меди, алюминия и других ме­таллов, осаждаемых на аморфные подложки при температурах (гдеТ_пл— температура плавления объемно конден­сируемого материала), обладают шаровидной формой. Исходя из этого, они постулировали, что такие пленки конденсируются по механизму пар — жидкость — твердая фаза, в, то время как при температурах идет прямой переход пар — твер­дая фаза. Однако для некоторых материалов (например, для сурьмы) даже для температур конденсация проте­кает по схеме пар — жидкость — аморфная твердая фаза. В пользу механизма пар — жидкость — твердая фаза говорит наблюдаемое при конденсации замораживание высокотемпера­турных метастабильных фаз некоторых материалов.
Характерные стадии роста пленок заключается в следуюшем [3]:

1. 
   Сначала возникают беспорядочно распределенные трех­мерные зародыши, плотность которых быстро достигает насы­щения уже в тончайших слоях. Затем эти зародыши разрас­таются, образуя различные островки, форма которых зависит от величины поверхностной энергии и от условий нанесения пле­нок. Эта стадия разрастания лимитируется диффузией. При этомадатомы и докритические кластеры атомов мигрируют по поверхности подложки до ихзахвата стабильными островками.
   
2. 
   По мере разрастания таких островков и уменьшения промежутов между ними наступает момент, когда они начинают сли­ваться в более крупные островки. Плотность таких островков монотонно снижается по закону, кото­рый зависит от условий нанесения пленки. На этой стадии, значительная часть массопереноса еще обеспечивается диффузией вещества в промежутках между островками. Вполне вероятно, что при повышенных температурах происходит физическое перемеще­ние малых островков по поверхности подложки, хотя та­кое представление окончательно еще не подтверждено.
   
3. 
   Когда распределение островков достигает неко­торого «критического» состояния, происходит быстрое массо­вое слияние островков с образованием единой сетки, причем островки уплощаются, увеличивая степень покрытия поверх­ности. На этой стадии, про­цесс протекает вначале очень быстро, а затем по возникно­вении сетки существенно замедляется. Такая сетка содержит множество пустых каналов, которые в некоторых случаях представляют собой поры, огра­ниченные кристаллографическими поверхностями.
   
4. 
   На последней стадии образования плёнки пустоты мед­ленно заполняются, для чего требуется значительное количество материала. Если благодаря процессов слиянияобнажается до­статочно большой участок подложки, то происходит вторичное зародышеобразование, причем новые зародыши обычно разрастаются и сливаются очень медленно, что особенно заметно, когда участок вторичного зародышеобразования со всех сторон окружен сплошной пленкой[4,5].
   

По мере отработки технологии для получения пленок определялись основные требования к технологическому оборудованию, которые кратко можно сформулировать так:

1. 
   Обеспечивать и поддерживать в процессе напыления вакуум с давлением 10^-4÷10^-5мм.рт.ст. в рабочем объеме.
   
2. 
   Токоподводящие и рабочие оборудования должны обеспечить термическое испарении с различными скоростями напыления.
   
3. 
   Для получения пленок, воспроизводимыми электрофизическими параметрами, возможность обеспечения осаждения парового потока сложного состава на подложке при различных температурных и регулируемых условиях подложки и заслонки.
   

Таким требованием отвечает модернизированная однопостовая вакуумная установка ВОУ-7. Рабочий объем – камера напыления состоит из нержавеющей стальной плиты и стеклянного колпака. В качестве токоподводов служат вмонтированные в плиту и изолированные латунные стержни диаметром 12-16мм. Они, не перегреваясь и не ухудшая качества вакуума, дают возможность питать испаритель необходимым током. На токоподводах, по необходимости, можно устанавливать один или два испарителя. Подложки устанавливаются над испарителем на специальной стойке, которая дает возможность изменят высоту подложки над испарителем и угол между подложкой и молекулярным потоком.
Держатель был изготовлен из двух прямоугольных медных (латунных) пластинок 60мм x 40мм и толщиной 3мм, между которыми под слюдяными прокладками располагался нагревательный элемент – плоская спираль из нихрома. Пластинки стягиваются четырьмя болтами. На поверхности одной из пластинок имеются зажимы для крепления подложек и трафарета, а на другой – кронштейн для крепления держателя к стойке. Нагревательный элемент дает возможность изменят температуру подложки в интервале 20 ÷ 250 ⁰С. Конструкция подложкодержателя позволяет закрепить подложек из различных материалов, поверхности которых после очистки протираются спиртом.
Для регулирования времени осаждения, и далее толщины пленки, между подложкой и испарителям на стойке устанавливается подвижная стальная заслонка, управляемая извне магнитами. Температура испарителя и подложки контролировались системой хромель – алюмелевых и хромель – копелевых термопар. Толщина конденсированных слоев менялось от 0.1 до 6 мкм. Напыление производилось со скоростью 150 Ǻ/сек, при температуре подложки до 120⁰С.
Омические и механически прочные контакты получили термовакуумным напылением серебра на края пленок. Контакты наносились на определенно размеченные места нанесенной пленки, для чего использовалась специальная маска.
Для изучения влияния деформации на свойства пленок образцы приклеивались на стальные пластины. Деформацию пленки производили изгибом пластины. Схема нагружения образца показана на рис.1. Величина прогиба измерялась при помощи стрелочного индикатора. Относительную деформацию вычисляли из соотношения [2]:
 (1),
где  - длина стальной пластины между опорой и точкой приложения силы,  - расстояние от точки приложения силы до середины пленочного образца,  - прогиб свободного конца пластинки в точке приложения силы (рис.1).
Исследуемые образцы деформировались до ±ε= 10^-3отн.ед., что позволяет многократно деформировать один и тот же образец. Измерения производили на постоянном токе. Коэффициент тензочувствительности пленок вычисляли по выражению
 (2)

2.2. Рис. Схематический вид приспособления для нагружения образцов; 1-пленка, 2-контакты, 3- упругая пластинка.

Погрешность при определении К складывалась в основном из погрешности определения относительных деформаций и относительного изменения сопротивления  Максимальная погрешность измерении не превышало 2 ÷ 5%.

Литература

1. 
   Палатник Л. С., Фукс М. Я., КосевичВ. М. Механизмобразоваия и субструктура конденсированных пленок.М.: Наука. 1972.- С. 318.
   
2. 
   Атакулов Б. А., Абдуллаев Э. А., Афузов А. Я. и др. Деформационные эффекты в неоднородных полупроводниках.- Ташкент: Фан, 1978. с.276.
   
3. 
   Панфилов Ю. Нанесение тонких пленок в вакууме. Технологии в электронной промышленности. 2007. №3. с.76-80
   
4. 
   Матвеев Д.Ю. Структура поверхности тонких плёнок висмута, легированного теллуром./ Индустрия наносистем. Эпоха науки. 2017. № 12 с.230-234
   
5. 
   Ахмедов М.М., Гойназарова К.И., Кадыров К.С., Онаркулов М.К. О химическом составе тензочувствительных пленок на основе системы Bi-Sb-Te. //Universum: Технические науки: электрон. научн. журн.2020.№2(71) URL:http://7universum/com/ru/tech/archive/item/8824