ФОРМИРОВАНИЕ ПЛЁНОК МЕТОДОМ РЕАКТИВНОГО ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Основной целью данной работы являлось исследование взаимосвязи между основными параметрами технологических процессов и свойствами тонких плёнок оксида ванадия, полученных методом реактивного ионно-плазменного распыления и методом окисления металлических слоев ванадия в кислородосодержащей среде. Ниже рассмотрен один из основных методов формирования пленок оксида ванадия.

Ключевые слова: пленки пироэлектрических материалов, оксиды ванадия, микроструктура.

В ходе исследовательской работы плёнки оксида толщиной 100 – 400 нм осаждались на подложки из стекла и поликора. Мишень представляла собой диск из металлического ванадия (99,99%) диаметром 120 мм, который помещался на охлаждаемый водой столик. Для обеспечения воспроизводимости свойств пленок от процесса к процессу использовалась фиксированная смесь аргона с кислородом (10%О2-90%Ar). Пленки оксида ванадия наносились на стеклянные и поликоровые подложки размером соответственно 25×25мм и 24×30 мм. Рабочее давление газовой смеси составляло 2∙10-4 тор. Напряжение смещения на мишени изменялось в пределах (2 – 4) кВ. Скорость осаждения пленок составляла (2.0 – 5.0) нм /мин. Подложки нагревались до температуры 400 оС. Вакуумная камера предварительно откачивалась до давления 10-6 торр., затем в камеру вводился аргон, и производилась чистка мишени путем распыления верхнего слоя в течение 20 мин. После чистки мишени в вакуумную камеру подавалась смесь аргона с кислородом, над мишенью устанавливался подложкодержатель с подложками и проводился процесс нанесения пленок оксида ванадия. Толщина пленок измерялась с помощью интерференционного микроскопа МИИ 4. Измерение поверхностного сопротивления слоев при комнатной температуре проводилось четырехзондовым методом [1-5].

Материал подложки оказывает существенное влияние на свойства получаемых пленок, т.е. для каждого вида материала может существовать свой оптимальный технологический режим. На Рисунках 1 и 2 представлены результаты измерения температурной зависимости сопротивления для пленок VOx, сформированных, соответственно, на стеклянных и поликоровых подложках в одном технологическом процессе.

Рисунок 1. Температурная зависимость сопротивления плёнки VO_x на стекле

С использованием метода реактивного ионно-плазменного распыления металлического ванадия получены образцы VOx с изменением поверхностного сопротивления в ~102 раз в диапазоне температур 20 ÷ 70 0C, т.е. с ТКР = 2 % / 0C и шириной петли гистерезиса ~5 ÷ 6 %.

Рисунок 2. Температурная зависимость сопротивления для образца на поликоре

Результаты исследование фазового состава, структуры и морфологии поверхности, элементного состава по толщине пленки представлены на рисунке 3.

а                                   б

Рисунок 3. Микрофотографии поверхности (а) и поперечного скола (б) плёнки VO_х.

Установлено, что плёнки имеют гладкую однородную поверхность и являются мелкокристаллическими с размером зерна не превышающим 160 нм, имеют однородное распределение элементов по толщине с соотношением компонентов V/O близким к 1.91.

Список литературы:

1. В.Б. Залесский, О.В. Ермаков, М.М. Белов, В.Ф. Гременок, В.П. Романов, В.Н. Пономарь, Г.Г. Чигирь. Современные тенденции в области разработки и выпуска приемников ИК-изображения // Международная научная конференция по военно-техническим проблемам, проблемам обороны и безопасности, использованию технологий двойного применения, 18 -19 Мая 2005, Минск, С. 14 – 15.
2. В.Л. Романюк, В.Ф. Гременок, В.Б. Залесский, О.В. Ермаков, Г.Г. Чигирь, А.И. Белоус Создание и использование тонких сегнетоэлектрических пленок для приемников ИК-изображения // XIX Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 23-26 мая, 2006, Москва, Россия, С. 189.
3. Synthesis and characterization of vanadium oxide films by post-oxidation and reactive sputtering // A. Khodin, V. Zalessky, M. Belov and etc./ Мaterial Science and Engineering B.- 2007 – V.141, №3 - P. 108 -114.
4. Исследования фазового перехода в тонкоплёночных структурах оксида ванадия //Залесский В.Б., Белов М.М., Леонова Т.Р. и др./ Актуальные проблемы физики твёрдого тела: сб. докл. Междунар. науч. конф., 23-26 окт. 2007 г. Минск. В 3 т. Т.2/редкол.:Н. М. Олехнович ( пред. ) [и др.] . – Минск : Изд. центр БГУ, 2007. – С.199-201.
5. Современные тенденции в области разработки неохлаждаемых тепловых приёмников ИК диапазона // Залесский В.Б., Белов М.М., Гременок В.Ф. Белоус А.И./ Актуальные проблемы физики твёрдого тела: сб. докл. Междунар. науч. конф., 23-26 окт. 2007г. Минск. В 3 т. Т.2/редкол.:Н. М. Олехнович ( пред. ) [и др.] . – Минск : Изд. центр БГУ, 2007. – С.26-28.