Способ получения пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка

Способ получения пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ОКИСИ ЦИНКА, включающий катодное распыление цннковсЛ мишени в кислородсодержащей газовой смеси в постоянном электрическом поле в межэлектроднс л пространстве, отличающийся тем, что, с целью повьпиения эксплуатационных характеристик пьезоэлектрических пленок и упретцения оборудования, распьшение проводят при температуре . мишени от 2ОО до температуры плавления материгша мишени, при этом на мишень воздействуют постоянным магнитным полем, вектор напряженности которого ортогонален вектору электрического поля.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(Я) С 23.С 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Ф (21) 3244113/18-21 (22) 30.01,81 (46) 23.10.83,Бюл. Nt 39 (72) И.М.Котелянский (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники

АН СССР (53 ) 621.7 93, 1 4 (088.8 ) (56) 1. 3. 38 е "Тонкие пленки окиси пинка для преобразователей акустических волн",- IA Им опi

ÄÄSUÄÄ 1049573 А (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ

ОКИСИ БИНКА, включающий катодное распыление цинковой мишени в кислородсодержашей газовой смеси в постоянном электрическом поле в межэлектродном пространстве, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик пьезоэлектрических пленок и упращения оборудования, распыление проводят при температуре мишени or 200оС до температуры плавления материала мишени, при этом на мишень воздействуют постоянным магнитным полем, вектор напряженности кот орого ортогонален вектору электрическогo поля. Я

1049573

Изобретение относится к технологии создания твердотельных устройств, работающих на акустических волнах, v частности к технологии получения пьеэоэлектрических пленок окиси цинка, применяемых 5 при изготовлении преобразователей объемных и поверхностных акустических волн, Известен способ получения пьеэозлекттрических пленок окиси цинка, основанный нв термическом распылении цинка в кис- 1g лородсодержвшвй газовой смеси (1 j, Недостатками этого способе яьчяется малая величина коэффициента электромеханической связи (К.0,3 — 0,5%), характеризующего пьезоэлектрические свойства пленки, определяемые природой пьезоэлектрического материала, близость его химического состава к стехиометрии и совершенством криствлличсской стру ктуры, Известен также способ получения пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка путем высокочастотного квтодного распыления диэлектрической мишени, выполненной на основе окиси цинка, в кисл ородсодержв щей газовой смеси, 25

Этот способ позволяет получать пленки окиси цинка стехиометрического состава с достаточно высоким коэффициентом электромеханической связи (2 .

Однако для осуществления этого способа необходимо дорогое и сложное в э ксплу в тации выс окочвс то тное о6орудование, что звтру-дняет широкое испачьзование данного способа.

Необходимость изготоктения керамики нв основе окиси цинка, используемой в качестве мишени, также усложняет и удорожает технологический процесс в целом, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ по40 лучения пьезоэлектрических пленок нв основе окиси цинка путем квтодного распыления цинковой мишени в кислородсодержашей газовой смеси при создании в межэлектроднoM пространстве пocтоян45 ного электрического поля. Поскольку распыление мишени осуществляется в постоянном электрическом поле, способ значительно проще и реализуется с помощью сравнительно дешевого и широко используемого оборудования (3 J .

Недостатком известного способа является малая величина коэффициента электромеханической связи пачучвемых пленок (К =-0,4 — 0,6%) вследствие недостаточной стехиометричности их состава.

11ель изобретения — повышение эксплуатационных характеристик пьезоэлектрических пленок и упрошение оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения пьезоэлектрических пленок нв основе окиси цинка, вклн>чающему квтодное распыление цинковой мишени в кислородсодержашей газовой смеси в постоянном электрическом поле:в межэлектродном пространстве, распыление проводят при температуре мишени от 200 С до температуры плвв о ления материала мишени., при этом нв мишень воздействуют постоянным магни тным полем, вектор напряженности которо= го ортогонвлен вектору электрического поля, В указанных условиях распыления ,становится возможным установчение режима, когда скорость образования окисного счоя на рвспыливвемой поверхности цинковой мишени больше или равна скорости удаления (распыления) этого слоя, B этом случае удается осущес>-вить распыление не цинка, а его окиси, т,е. создавать условия роста на подло>кке, аналогичные при квтодном высокочастотном распылении мишени из окиси цинка. Распыление окиси цинка предпочтительнее, чем распыление металлического цинка, так как позволяет получать пленки окиси цинка с большим коэффициентом электромеханической связи (K=0,8-1%), близким к значению для монокриствллов окиси цинка, зв счет упрощения поддержвния условий получения стехиометрических по составу пленок, Создание нвд распыляемой поверхностью цинковой мишени зоны скрещенных электрического и магнитного полей позволяет почти на порядок увеличить скорость распыления, в следовательно, и скорость осаждения, что способствует уменьшению угла рвзориентвции текстуры, При температуре рвспыляемой поверхности цинковой мишени ниже 200 С и скоо ростях распыления, необходимых для обеспечения малого угла рвзориентвции текстуры, скорость образования окисного слоя становится меньше скорости распыления этого окисного слоя — в результате происходит рвспыление как окиси цинка, так и цинка, Это приводит к уменьшению коэффициента электромеханической "вязи из эв отклонения состава пленки от стехиометрии. Ограничение сверху температуры распыляемой поверхности цинковой мишени температурой плавления (419 С)

O -. связано с тем, что при расплавлении.мишени окисный слой не покрывает всю распыляемую поверхность, поэтому н в этом случае происходит распыление квк окиси цинка, твк и цинка, 3 1(j 19

I l р и м е р 1. 11;1енку окиси цинка наносят на подложку из монокристаллического кремния. )Зля этого цинковую пластину диаметром 100 мм и толшиной

6 мм устанавливают на катоде установки катодного распыления. Внутри катода вмонтирована система магнитов, создаюшая постоянное тороидальное магнитное попе, силовые линии которого входят и выходят через поверхность катода, Вели- 10 чину напряженности магнитного поля устанавливают такой, чтобы величина его составляюшей, параллельной поверхности цинковой мишени, на расстоянии 5 мм от последней равнялось 200 Гс. Откачивают рабочий объем вакуумной установки до предельного вакуума 2.10 311а, нагревают подложку до 250 С, напускают в установку газовую смесь аргона. (70%) и кислорода (30%) и поддерживают давление ур в рабочем объеме на уровне 0,2 Па, Затем вводят нагретую подложку в зону осаждения, размешают ее на расстоянии 50 мм от поверхности мишени и устанавлпвают отемпературу 200 С на поверхности мишени.

После этого на катод (мишень) подают отрицательное напряжение 4 50 В, и устанавливают ток 400мА, при этом над поверхностью мишени образуется зона

=крешенных элгктри (еского и магнитного

30 полей, которые локализуют разрядную плазму в этой зоне. В указанных условиях скорость осаждения пленки окиси цинка на подложку составляет 3 мкм/ч. Пачученная пленка обладает следуюшими свойствами: коэффициент электромехани35 ческой связи K=O,7, удельное сопротивление p = 10 Ом. см; угол разориента6 ции оси текстуры + Зо, Пример 2. Пьезоэлектрическую

40 пленку окиси цинка наносят на подложку из термостабильного стекла. Процесс нанесения пленки осушествляют аналогично примеру 1 при следуюших режимах: ве57 )) 4 личина напряженности магнитного поля на расстоянии 5 мм or поверхности ми - шенп равна -100 Гс, давление в рабочем 1 обьеме 3. 10 Гlа, температура подложки о ,300 С, температура на поверхности мишени 320 С, величина напряжения 450 Б

1 ток мишени 700 мА. B этих условиях скорость осаждения пленки окиси цинка на подложку составляет 6 мкм/ч, Полученная пленка обладает следуюшими свойствами: К=0,9;(, р =10 Ом. см, угол разориенташш оси текстуры + 2

Пример 3. Пленку на основе окиси цинка с добавкой кальция наносят на подложку из сапфира путем распыления цинковой мишени, содержашей 3 ат. кальция, Процесс нанесения пленки осушествляют аналог.1чно примеру 1. При этом температуру «(a поверхности мишени в процессе распыления поддерживают о -. равной 410 С, температуру подложки устанавливают равной 400 С. Скорость роста пленки 2 мкм/ч, Полученная пленка обладает монокристаллической структурой, имеет K 1 6 и д= 10 Ом, см.

1(ак видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет получать пьезоэлектрические пленки окиси цинка с высоким коэффиш(ентом электромеханической связи (! =0,7-0,9) и с остальными свойствами (удельное сопротивле ние, vr G. разорнентацпп текстуры), удовлетворяюшими предъявляемым к этим плен кам эксплуа тационным требованиям.

Гlо сравнению с изветсным предлагаемый способ позволяет получать высококачественные пьезоэлектрические пленки на сравнительно простом по конструкции и дешевом з гр. г(звании. !!спользова-- ние в качестве материала мишени цинка вместо керамики из окиси цинка также способствует упрошени ю и удешевлению технологического процесса. (.остави тель С .У прошкин

Редактор Г.Безвершенко Техред !.Ф)jjlrа корректор .1.Патай

Заказ 8365/-.9 Ги раж 95) 11одписное

В1-!1!! !П!! Государственного коми t.ета (((i по делам изобретен((й и отк! ып(й

113035, Москва, Ж-35) 1 аушская наб., д. -1/5

Филиал 11ПГ1 "! lатент", г. Ужгород, ул. !11 осjr cjs !