Физика/2. Физика твердого тела

Скубо В.В., Федин И.В.

Научный руководитель Чистоедова И.А., к.т.н.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Россия, г. Томск

ЭЛЛИПСОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТОНКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ОКСИДА ТАНТАЛА

В настоящее время интерес к анодному оксиду тантала, формируемому электрохимическим анодированием, значительно возрастает в связи с перспективами использования этого материала в современных областях науки и техники: приборостроении, микро- и наноэлектронике. Низкое поглощение в оптическом диапазоне и достаточно высокий показатель преломления позволяют применять пленки оксида тантала для изготовления элементов интегральной оптики, оптоэлектроники, акустооптики и т.д.

В данной работе анодирование тантала толщиной 0,697 мкм проводилось в водном электролите, содержащем 1% - ый раствор лимонной кислоты при постоянном токе 4 мА и при изменении напряжения от 0 В до 140 В. Время анодирования составило около 8 минут.

На рис. 1 представлено изображение поперечного скола анодированного образца полученного с помощью электронно-сканирующего микроскопа RAITH 150.

Из рис. 1 видно, что толщина окисной пленки и скорость окисления анодированного образца в течение 8 минут составляют 184 нм и 23 нм/мин соответственно.

С помощью эллипсометрического комплекса «Эллипс САГ 1891» были получены зависимости показателей преломления и поглощения от длины волны, а также исследованы спектры отражения для исходного образца и образца после анодного окисления.

Рисунок 1 - Структура анодированного тантала (увеличение 20000х)

На рис. 2 приведены графики зависимостей показателей преломления от длины волны для исходного образца (Та с небольшим содержанием окисла) и для пленки Та₂О_5, анодированной 8 минут.

Рисунок 2 - Зависимости показателя преломления от длины волны образцов до (а) и после (б) анодирования

Как видно из рис. 2 на длине волны 632 нм показатель преломления образца до анодирования n = 3,1. После анодирования на той же длине волны показатель преломления Та₂О_{5 ,} анодированного 8 минут, равен 2,9.

Уменьшение показателя преломления пленок тантала после анодирования связано с наличием воздушных пор в структуре пленки.

Показатель поглощения образца до анодирования на длине волны 632 нм составил 2,6. После анодирования показатель поглощения (на длине волны 632 нм) составил 1,4. Следовательно, способность окисной пленки поглощать падающее на него излучение уменьшилась.

На рис. 3 представлена зависимость коэффициента отражения от длины волны для исходного образца (а) и образца после анодирования (б).

Рисунок 3 - Зависимость коэффициента отражения образца до (а) и после (б) анодного окисления от длины волны

На длине волны 632 нм коэффициент отражения на стекле составил 71%. После анодного окисления образца коэффициент отражения составил 33 %. Как видно из рис. 3 отражательная способность образца после анодирования в течение 8 минут уменьшилась на 53,5 %.

Результаты эллипсометрии позволяют сделать вывод, что полученная анодированием пленка может служить в качестве просветляющего покрытия.