2015-05-27
816
Химическое осаждение из газовой фазы (ХГОФ) (или CVD - Chemical Vapor Deposition) – технологический метод нанесения на изделия или подложку покрытий за счет обеспечения химического взаимодействия газообразных реагентов. При этом нелетучие продукты реакций встраиваются на поверхность подложки, летучие продукты уносятся из реакционной зоны потоком. Процесс используется при производстве высококачественных покрытий из элементов, соединений или композитов для применения в микроэлектронике и других смежных областях современной техники. Если обеспечивается существенное протекание химических реакций в газовой фазе, методом возможно получение материала в форме порошка.
Активация химических превращений в реакторе может осуществляться как термически, так и атермически (плазмой, различным излучением). Преимуществом, например, плазмохимического возбуждения осаждением является возможность получения плёнок при более низких температурах. Это позволяет активно использовать метод в микроэлектронных технологиях, как правило, лимитированных в температуре (из-за разложения нестойких соединений, диффузионного перераспределения примесей, диффузионное размытие границ пленок, образование интерметаллидов и эвтектик и т.п.). Основным источником технологической плазмы является газовый разряд, а наиболее распространенный его режим для микроэлектронных применений – тлеющий разряд. Чаще всего для его создания используется генератор ВЧ тока (обычно выбираю разрешенную рабочую частоту 13.56 МГц). Другие разряды используются много реже для решения достаточно частных задач. В данной работе используется диэлектрический барьерный разряд, преимуществом которого является возможность получения низкотемпературной плазмы при атмосферном давлении.
|
|
|
Низкотемпературная плазма имеет низкую степень ионизации и представляет собой смесь следующих частиц:
– заряженные частицы (e, R+, R − - электроны и ионы);
– возбужденные частицы (т.е. находящиеся в возбужденных электронных состояниях, для молекул также характерно наличие возбужденных вращательных и колебательных состояний);
– радикалы и атомарные частицы молекулярных газов;
– нейтральные невозбужденные частицы (исходные газообразные реагенты и продукты их химических превращений).
Разряд возникает за счет наличия в системе незначительной доли свободных электронов (при фотоионизации, ионизации космическим мизлучением, случайной эмиссии с электродов и т.д.), которые взаимодействуют с приложенными электромагнитными полями. Электроны, благодаря высокой подвижности, принимают практически всю энергию от приложенного внешнего электрического поля, что выражается в ускоренном движении частиц с увеличением их кинетической энергии. При неупругом соударении высокоэнергетичного электрона с другими частицами он теряет часть энергии, которая может расходоваться на возбуждение, ионизацию или на диссоциацию нейтральных частиц рабочей среды.
|
|
|
Недостатками плазмохимического метода получения являются нестехиометрический состав плёнок, как правило, их аморфность, а также наличие радиационных дефектов на поверхности подложки и в растущей пленке за счет ионной бомбардировки высокоэнергетичных частиц разряда.
В данной работе будет рассмотрен вариант плазмохимической системы на примере получения пленок диоксид титана (TiO2). Благодаря уникальному комплексу физических и физико-химических свойств он находит широкое применение в различных областях. На сегодняшний день показано что, на поверхности TiO2 могут быть окислены до углекислого газа и воды практически любые органические соединения. Получение оксида титана и его пленок при пониженных температурах является одной из важных прикладных задач.
Плёнки диоксида титана имеют высокий коэффициент преломления в пределах (2,2-2,9) и прозрачны в видимой области спектра, поэтому материал интересен в качестве просветляющих покрытий. Диэлектрическая проницаемость оксида титана имеет высокое значение (до 60), что может позволить использовать пленки TiО2 в микроэлектронике в качестве диэлектрика в конденсаторах и при создании нового поколения систем хранения информации – зарядовая память (динамическая или на полевых транзисторах). Однако, наибольшие перспективы с точки зрения практического применения отводятся покрытиям из диоксида титана в области катализа и газовой сенсорики. Создание на его основе фотокатализаторов для очистки воды и воздуха от токсичных органических веществ является важной прикладной задачей. А также диоксид титана используют в качестве рабочей среды газового сенсора. Являясь полупроводником (полученный по обычным технологиям высокодефектный), он имеет заметную зависимость электропроводности от сорта и концентрации адсорбата, т.е. от состава газовой среды (например, возможен чувствительный контроль таких газов, как NH3, CO, H2, CH4).
Среди химических методов осаждения плёнок диоксида титана одним из самых распространённых является золь-гель метод, заключающийся в осаждении плёнок из растворов за счет гидролиза оксиалкильных соединений титана. Реже используется химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ), дающие существенно лучшие свойства покрытий (не требуют термообработки, хорошая адгезия к подложке и т.д.).
Для осаждения плёнок диоксида титана в данной работе используется второй метод. Выбрана система реагентов, содержащая тетраизопропоксид титана (ТИПТ) в качестве источника титана и кислорода (структурная соединения схема показана рис. 1), а также озон в качестве высоко реактивного источника дополнительного кислорода.
Рис. 1 Структурная формула ТИПТ.
