Член-корреспондент НАН Беларуси, д.т.н.,профессор Л.И. Гурский, к.т.н. Д.А. Голосов, к.т.н. С.М. Завадский, к. ф.-м. н. Каланда ¹

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Белоруссия

¹ Объединенный институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси

Исследование процесса нанесения диэлектрических слоев на основе сегнетоэлектриков

Развитие новых областей современной техники и совершенствование существуюших требует разработки новых технологий, базирующихся на использовании широкой номенклатуры материалов с заданным комплексом физико-химических свойств, в том числе механических ,теплофизических, электрических, оптических с определенными технологическими и эксплуатационными параметрами и характеристиками.

Для формирования диэлектрических слоёв использовались методы методами реактивного ионно-лучевого и ионно-плазменного распыления.

Для предотвращения образования поверхностного заряда ионный источник был оборудован накальным термокомпенсатором.

Таблица Результаты измерений электрофизических характеристик диэлектрических покрытий

Материал слоя	Давление кислорода, мм рт.ст.	Темпера-тура под- ложки, 0С	d, мкм	e	tgd	Епр, В/см
1	2	3	4	5	6	7
BaTiO3	- - 0,5×10-4 1,5×10-4 1,5×10-4	50 300 50 50 250	0,12 0,11 0,12 0,13 0,12	62 76 23 10 9,8	0,16 0,23 0,038 0,17 0,18	- - - - -
Bi4Ti3O12	1,0×10-4 1,0×10-4 1,5×10-4 2,5×10-4	200 50 50 50	0,078 0,13 0,13 0,13	4,47 15 12,1 13,6	0,017 0,095 0,015 0,016	1,65×106 3,17×106 1,92×106 2,11×106
Цирконат титанат свинца	1,0×10-4 1,5×10-4 1,0×10-4 -	50 50 200 50	0,08 0,08 0,095 0,08	14,1 8,4 1,1 1,2	0,017 0,019 0,017 0,017	3,34×106 1,93×106 1,65×106 4,0×106

Были проведены исследования по влиянию парциального давления кислорода в рабочем газе и температуры подложки на характеристики покрытий( таблица).

В качестве исходных материалов использовались мишени из сегнетокерамики (титанат бария - BaTiO₃, титанат висмута Bi₄Ti₃O1₂, цирконат титанат свинца ) В качестве подложек использовались пластины кремния легированного бором (0,85-1,15 Ом/квадрат). Рабочий газ - аргон высшей очистки и кислород.

Измерение электрофизических параметров полученных диэлектрических слоев осуществляли с использованием МДП-структур. Емкость и тангенс угла диэлектрических потерь определяли на частоте 1 МГц, а электрическую прочность –на уровне тока утечки 5 мкА.

Рельеф поверхности пленки Bi₄Ti₃O₁₂ после отжига в атмосфере O₂ при температуре 800 °С

В работе приводится перечень перспективных материалов, которые могут быть использованы в качестве диэлектрических тонкопленочных слоев с высокой диэлектрической проницаемостью для создания интегральных микросхем с многоуровневой разводкой.

Разработана технология синтеза и методика измерения физических характеристик сегнетоэлектрика Bi₄Ti₃O₁₂ для использования в качестве источника распыляемого материала.

Исследованы особенности процессов нанесения диэлектрических слоев (TiO₂, Ta₂O₅, BaTiO₃, Bi₄Ti₃O₁₂) методами реактивного ионно-лучевого и реактивного магнетронного распыления с использованием мишеней различного состава. Установлены зависимости влияния состава рабочего газа и температуры подложки на электрофизические параметры полученных диэлектрических покрытий.