Введение к работе
Актуальность темы. Высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП), это не только уникальное физическое явление, она может быть использована как основа широко используемых электронных приборов и устройств. Практическое использование ВТСП является проблемой не менее важной и актуальной, чем объяснение ее природы. Таким образом, первостепенной задачей современной микроэлектроники является получение приборов, использующих элементы в виде ВТСП тонких пленок и микроструктур.
Большая часть разрабатываемых ВТСП элементов и приборов основана на явлениях в многослойных структурах, в которых наряду с ВТСП пленками применяют диэлектрические и сегнетоэлектрические (СЭ) тонкие пленки. Эти приборы объединяют возможностью изменения диэлектрических свойств сегнетоэлектриков под действием постоянного электрического поля наряду с низкого уровня шумами, малые потери и минимальная мощность в управляющей цепи, что приводит к реальным перспективам решения актуальной задачи создания ряда уникальных СВЧ приборов: фазовращатели с электрическим управлением фазы, линии задержки с электрическим управлением скорости волны и др.
С другой стороны появление в криоэлектронике новых ВТСП материалов приводить к необходимости более детального изучения процессов получения и микропрофилирования многослойных структур (на основе тонких ВТСП и СЭ тонких пленок) с целью их усовершенствования и модификации. Особо сильно чувствуется потребность в разработке и программ для математического моделирования этих процессов, что привело бы к возможности их быстрой оптимизации.
Решению комплекса вопросов, связанных с моделированием процессов переноса распыленных атомов при осаждении тонких пленок сложного состава методом ионно-плазменного распьшения, получением электрически перестраиваемых конденсаторных структур и микропрофилированием многослойных тонкопленочных структур методом ионного травления для получения элементов и устройств СВЧ криоэлек-троники и посвящена диссертационная работа.
Цель работы. Исследование процессов получения и микропрофилирования многослойных структур на основе тонких пленок YBa2Cu307-x (YBCO) и БгТЮз (STO) для реализации электрически управляемых приборов СВЧ криоэлектроники.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Предложен алгоритм моделирования процесса переноса распыленных атомов при напылении пленок сложного стехиометрического состава методом ИПР, учитывающий состав рабочего газа, реальные потенциалы взаимодействия, геометрические размеры и конфигурацию распылительной системы;
-
Использование метода магнетронного распыления для получения тонких YBCO пленок в качестве обкладок для объемных конденсаторов на основе монокристалла STO с ориентацией (100) обеспечило:
і. отсутствие перераспределения объемного заряда в толще STO, что привело к безгистерезисному характеру ВФХ конденсатора,
іі. измерение тангенса угла диэлектрических потерь монокристалла STO на СВЧ при наличии смещающего поля.
3. Проведено исследование скорости ионного травления фоторе
зистов Ф-51К, РН-7, AZ1350-SO.
Практическая ценность работы.
1. Разработанный алгоритм моделирования процесса переноса
распыленных частиц в пространстве дрейфа мишень-подложка методом
Монте-Карло позволяет производить выбор напряжения разряда, давле
ния и состава рабочего газа при напылении пленок сложного стехио
метрического состава, как для "on-axis", так и "off-axis" распылитель
ных систем.
-
Получены объемные конденсаторы YBCO/STO/YBCO с безгис-терезисными ВФХ;
-
Применение YBCO пленок в качестве электродов позволило впервые измерить тангенс угла диэлектрических потерь объемного кристалла STO на СВЧ при наличии смещающего поля.;
-
Определены максимальные толщины пленок, входящих в состав многослойных структур, надежно защищаемых стандартными фоторезистами РН-7, Ф-51К и AZ1350-SO при ионном травлении.
Научные положения выносимые на зашиту.
1. Разработанный алгоритм моделирования процесса переноса распыленных частиц при ионно-плазменном распылении учитывает конфигурацию («on axis» или «off axis») и геометрические размеры распылительной системы, напряжения разряда, сорт и парциальное давление компонентов рабочего газа, и позволяет производить выбор технологических режимов, обеспечивающих заданные стехиометрическии
состав, пространственные, энергетические и угловые характеристики распыленных атомов в плоскости осаждения.
-
Использование метода магнетронного распыления для получения тонких YBCO пленок в качестве обкладок плоскопараллельных конденсаторов на основе монокристалла STO с ориентацией (100) обеспечивает отсутствие перераспределения объемного заряда в толще STO, что приводит к безгистерезисному характеру ВФХ конденсатора.
-
Электрофизические свойства пленок, входящих в состав многослойных структур и имеющих толщину:
YBCO до 0.5 мкм, с покрытием Au/Ag до 0.2 мкм (на подложках ЬаАЮз или AI2O3 с буферным слоем СеОг),
Cu/Au до 1.5 мкм, с подслоем Cr/Ti/V до 0.2 мкм поверх пленок STO (на подложках ЬаАЮз или AI2O3 с буферным слоем СеОг),
Ti/Pt до 1.0 мкм, с подслоем Cr/Ti/V до 0.2 мкм поверх пленок STO (на подложках ЬаАЮз или AI2O3 с буферным слоем СеОг).
сохраняются неизменными в процессе микропрофилирования методом ионного травления ионами аргона, с использованием фоторезистов РН-7, 0>-51KnAZ1350-SO.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IV-th Intern. Conf. on Electron Beam Technology, (Varna, Bulgaria, 1994); I-st European Meeting on Integrated Ferroelectrics (EMIFl), (Nijmegen, Netherlands, 1995); European Conf. of Applied Superconductivity, (Edinburgh, UK. 1995); XIV Всероссийская конференция по физике сегаетоэлектриков, (Иваново, 1995); Ninth international School on Vacuum, Electron and Ion Technologies, (Sozopol, Bulgaria, 1995) 43rd Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics and Related Societies, (Saitama, Japan, 1996) 10th Intern. Conf. on Thin Films I 5th European Vacuum Conf. (Salamanca, Spain, 1996).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, из них - 3 статьи и 14 докладов на международных конференциях.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 125 наименований. Основная часть работы изложена на 102 страницах машинописного текста. Работа содержит 43 рисунков и 7 таблиц.
