Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время A1NJ является одним из самых
ектпвных материалов электронной техники. Интерес к AIN для применения в
ээлектроннке вызван прежде всего такими его свойствами, как сравнительно
-не теплопроводность (100—170 Вт/м К при комнатной температуре) и
ость (8-Ю по шкале Мооса). Эти параметры A1N позволяют использовать его в
:тве теплоотводов мощных транзисторов, диодов и др.. а также теплопередаюшего
ішптного слоя в устройствах термопечати. На основе керамических и
1ЛИЧЄСКИХ подложек и диэлектрических кристаллических пленок A1N возможно
"овление теплоотводяшнх подложек с характеристиками, превышающими
чтернстикн вьісокотоксичноіі керамики на основе ВеО.
А1К обладает высокой скоростью распространения поверхностных акустических
(ПАВ) (5,67 км/с) и сильным пьезоэлектрическим эффектом (коэффициент
тромеханическон связи -0.8%), что делает его перспективным для
тоэлектроннкн. Технология изготовления элементов устройств акустоэлектроники
ПАВ с использованием пленок A1N с упорядоченным строением и слоев
кристаллического алмаза (скорость ПАВ ~9 км/с) позволяет снизить расход
окристаллических пьезоэлектрических материалов, а с применением обычной
гактной печати для формирования электродов встречно-штыревых
збразователей — расширить диапазон функционирования устройств на ПАВ в
асть СВЧ (> 1 ГГц).
Легированный соответствующей примесью A1N является шнрокозонным
улроводнлком (ширина запрещенной зоны 6.2 эВ). На основе слоистых структур
іаз/AlN, где A1N выполняет роль полупроводника п-типа проводимости, трудно
лизуемой у алмаза, возможно изготовление температуро- и радиационностойких
нзисторов и интегральных схем. Недавно в вакуумной электронике определился
герес к использованию источников электронов на основе широкозонных
гериалов (алмаз. AIN, c-BN), поверхности которых при определенных условиях
іадают отрицательным сродством к электрону, то есть дно зоны проводимости
же уровня электронов в вакууме. Применение указанных материалов, среди
торых A1N наиболее доступен в виде пленок большой площади, дает возможность
изить порог эмиссии при изготовлении на их основе ненакалпваемых катодов
тройств эмиссионной электроники.
Диссертационная работа посвящена разработке научных основ и технической ,зы, промышленного и исследовательского оборудования для выращивания шьнотекстурированных пленок А1Х методами магнетронного распыления на
4 подложках из аморфных и кристаллических материалов и использования этих гслек в различных устройствах электронной техники.
Актуальность темы определяется тем, что к началу выполнения работы имел; большая потребность в устроіістиах на основе пленок A1N и вместе с і отсутствовали промышленное оборудование и технологические процесі обеспечивающие производительное выращивание пленок АІХ с упорядоченн строением и воспроизводимыми свойствами на подложках различных материалов.
Целью работы является разработка технологии и оборудования выращивания тонких пленок A1N с упорядоченным строением, пригодных , изготовления тонкопленочных термопечатающнх матриц, фильтров и линий задери на поверхностных акустических волнах, иенакативае.мых катодов.
Поставленная исль достигнута:
Созданием элементов конструкции и новых вакуумных устано магнетронного распыления для выращивания енльнотекстурированных пленок A1N поверхности подложек из аморфных и кристаллических материалов при низ (< 573 К) температурах.
Исследованием взаимосвязи конструкции установок ВЧ-магнетронн распыления и параметров процесса получения пленок A1N с особенностями строения.
Разработкой, изготовлением и испытанием устройств электронной техники основе пленок A1N.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
-
Разработан и изготовлен магнетрон, исключающий загрязне выращиваемых пленок материалами несущих конструкций.
-
Проведены комплексные исследования процесса роста пленок реактивным ВЧ-магнетронным распылением и изучены их структурные особенное
-
Созданы тонкопленочные термопечатающпе матрицы, в конструкі которых входит многослойное защитное покрытие на основе A1N, выдерживаю воздействие ударных нагрузок.
-
Изготовлены и испытаны ненакаливаемые катоды на основе Si-острий структур с покрытием из AIN и фильтры на поверхностных акустических волна; частоту 1,52 ГГц на основе слоистого звукопровода: поликристаллический алмаз/А
На зашиту выносятся следующие научные положения:
1. Конструктивно-технологические решения применения магнетроні распыления для выращивания пленок A1N, по строению близких монокристаллпческим. при низких (< 573 К) температурах подложек из аморфні кристаллических материалов.
-
Результаты экспериментальных исследовании влияния условии осаждения на іень кристалличности и строение кристаллической фазы пленок A1N.
-
Результаты испытаний тонкопленочных термопечатаюших матриц, фильтров иннй задержки на поверхностных акустических волнах, ненакаливаемых катодов, этовленных на основе пленок A1N.
Практическая ценность работы
-
Разработаны и внедрены узлы и блоки (магнетроны. ВЧ-генераторы, очники постоянного тока и др.), предназначенные для модернизации серийных уумных установок, с целью их использования для выращивания пленок.
-
Разработано и внедрено несколько типов промышленных и ледовательских установок магнетронного распыления, предназначенных для зашивания пленок A1N.
-
Разработаны и внедрены тонкопленочные термопечатающие матрицы очного и точечного типов, в конструкцию которых входит многослойное защитное срытие на основе A1N.
-
Разработаны, изготовлены и испытаны фильтры и линии задержки на зерхностных акустических волнах, а также острийные ненакаливаемые катоды на гове пленок A1N.
Внедрение результатов работы
Материалы диссертационной работы использованы в следующих организациях:
1. Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств
Калуга) — использование термопечатаюших матриц строчного и точечного типов с
цитным покрытием на основе A1N в телетайпных устройствах;
-
Научно-производственное объединение "ЭЛЕКТРОНПРИБОР" (г. Ярославль) использование термопечатаюших матриц с защитным покрытием на основе AIN в гройствах вывода информации ЭВМ;
-
В/ч 35533 (г. Москва) — использование магнетронов, блока питания и снологической оснастки при модернизации установки ЭРА;
-
Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры РОГРЕСС" (г. Москва) — использование ВЧ-генератора в установках ионно-азменного травления и распыления;
5. Закрытое акционерное общество Центр новых технологий "ОПТРОН"
Москва) — использование магнетрона и блока питания при модернизации
тановки КАТОД-1М с целью выращивания пленок A1N и их применение для шышения теплопроводности керамических подложек;
-
Научно-производственная фирма "МИКРОС" (г. Москва) — пепользоваї магнетрона при модернизации установки ШАБЛОН-1 для получения фотошаблон используемых в производстве больших интегральных схем;
-
Акционерное общество закрытого типа "ТЕХНОМАП" (г. Москва) использование специально разработанной и изготовленной устано плазмохимического травления;
S. Институт физической химии РАН (і-. Москва) — использование сііецпал разработанной и изготовленной установки ВЧ-магнетронного распыления выращивания пленок A1N;
9. Физико-технический институт Уральского отделения РАН (г. Ижевск)
использование магнетрона и ВЧ-генератора при модернизации установки КАТОД-
для выращивания пленок A1N;
-
Научно-исследовательский институт вакуумно-электронного машиноетт. ния (г. Ижевск) — использование магнетрона и ВЧ-генератора при модерниза установок для выращивания пленок А1Х и их применение в качестве защите покрытия термопечатающцх матриц;
-
Завод "ПРОТОН" (г.Зеленоград) — использование магнетрона л бл питания при модернизации установки УВН-7Ш-3;
-
Государственное предприятие Учебно-научно-производственный це "ПОИСК" (г. Йошкар-Ола) — использование магнетрона для выращивания пле AIN и их применение как пьезоэлектрнка при создании устройств на поверхності акустических волнах и в качестве защитного покрытия тонкопленоч; термопечатающцх матриц.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались XII научно-технической конференции, посвященной Дню радио, Москва (19 111 Всесоюзном межотраслевом совещании "ВТСП в электронике", Киев, Укра (1990); 1 Всесоюзном межотраслевом совещании "Применение различных мете распыления для выращивания тонких пленок", Йошкар-Ола (1990); XII Hay* техническом совещании подсекции "Новые материалы для микрозлектроні Применение традиционных и разработка новых пленочных материалов сенсоэлектропике", Кацивелп, Украина (1991); I Международном семинаре алмазным пленкам, Улан-Удэ (1991); II—VIII Международных симпозиумах "Тон пленки в электронике": Ижевск (1991), Йошкар-Ола (1992, 1994, 1996), Улан-(1993). Херсон, Украина (1995), Харьков, Украина (1997); V Мсжрспюналь совещании "Новые материалы в ВТСП-электронике", Киев, Украина (1994); Hay1 практической конференции "Вакуумная техника и вакуумные технологии", Харь Украина (1995); V] Российской конференции с участием зарубежных спецпалт
7 ика и технология алмазных материалов", Москва (1996); І Научно-практической іеренции "Новые высокие технологии производства радиоэлектронной ратуры", Москва (1996): 2, 3 и 4 Российских конференциях "Высокие технологии юмышленности России", Москва (1997. 1998); Международной конференции азы в технике и электронике", Москва (1998); Всероссийском симпозиуме рфные и микрокристаллические полупроводники". Сан кг- Петербург (199S); 9th реап Conference on Diamond, Diamond-Like Materials. Nitrides and Silicon Carbide. :, Greece (1998).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ (22 статьи, 2 :ов докладов и 1 информационный листок), получено 4 авторских свидетельства зобретения.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из наименований л приложений. Работа содержит 187 страниц основного текста, ічающих 32 таблицы и 77 рисунков.
