Оценка влияния толщины покрытия на величину остаточных механических напряжений в Al2O3/Si

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования влияния толщины тонкопленочных покрытий на величину остаточных напряжений в интерфейсе пленка–подложка. В процессе эксперимента использована Si-подложка с тонкой пленкой Al2O3, сформированной магнетронным способом. Впервые показана взаимосвязь формы подложки и уровня остаточных напряжений в тонкопленочном покрытии. Применена модернизированная методика исследования остаточных напряжений в тонкопленочных покрытиях, позволяющая определять механические напряжения в локальных областях тонкой пленки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Сидорова

Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-3002-1246

к.т.н., доц.

Россия, Москва

А. Д. Купцов

Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0002-3997-9722

асп.

Россия, Москва

О. В. Новикова

Национальный исследовательский университет "МИЭТ"

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0002-7549-7309

студ.

Россия, Зеленоград

И. В. Кушнарев

Национальный исследовательский университет "МИЭТ"

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0000-8241-0553

студ.

Россия, Зеленоград

А. А. Епихин

Национальный исследовательский университет "МИЭТ"

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0008-1620-8283

дир.

Россия, Зеленоград

Е. Э. Гусев

Национальный исследовательский университет "МИЭТ"

Email: sidorova@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2819-2599

нач. лаб.

Россия, Зеленоград

Список литературы

  1. Комаровская В.М., Иващенко С.А. Оптимизация режимов ионной обработки поверхности неметаллических материалов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 3. С. 23–27.
  2. Сахно Э.А. и др. Применение технологии тонких пленок и наноструктурированных материалов при изготовлении теплонагруженных печатных плат // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2011. № 3. С. 20–22.
  3. Groner M.D. et al. Electrical characterization of thin Al2O3 films grown by atomic layer deposition on silicon and various metal substrates // Thin solid films. 2002. Vol. 413. No. 1–2. PP. 186–197.
  4. Семенов Э.И. и др. Контроль параметров тонких пленок, защитных покрытий и технологического процесса их нанесения в вакууме // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. № 6. С. 46–56.
  5. Li H. et al. Silicon waveguide integrated with germanium photodetector for a photonic-integrated FBG interrogator // Nanomaterials. 2020. Vol. 10. No. 9. P. 1683.
  6. Бессмертный В.С. и др. Получение защитно-декоративных покрытий на изделиях на основе древесины методом плазменного напыления // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2011. № 12. С. 101–101.
  7. Тавгер Б.А., Демиховский В.Я. Квантовые размерные эффекты в полупроводниковых и полуметаллических пленках // Успехи физических наук. 1968. Т. 96. № 9. С. 61–86.
  8. Дюжев Н.А., Гусев Е.Э., Кушнарев И.В., Махиборода М.А., Доброхотов Д.А., Беспалов В.А. Особенности влияния ориентации и размера зерен на механические свойства тонкопленочных мембран Al/Mo // Письма в ЖТФ. 2024. Т. 50. Вып. 9. С. 10–15.
  9. Lychev S. et al. Deformations of Single-Crystal Silicon Circular Plate: Theory and Experiment // Symmetry. 2024. Vol. 16. No. 2. P. 137.
  10. Hah D. et al. Mechanically tunable optical filters with a microring resonator // Applied Optics. 2011. Vol. 50. No. 22. PP. 4320–4327.
  11. Азаров В.В., Оглоблин М.С., Фокин В.В. и др. Атомно-слоевое осаждение метод модификации оптических поверхностей / // Контенан. 2020. Т. 19. № 6–2. С. 1–8.
  12. Han C.Y., Tang W.M., Lai P.T. High-mobility pentacene organic thin-film transistors achieved by reducing remote phonon scattering and surface-roughness scattering // Applied Surface Science. 2021. Vol. 544. P. 148656.
  13. Костырко С.А. и др. Влияние поверхностной диффузии на морфологическую устойчивость поверхности многослойного пленочного покрытия // Процессы управления и устойчивость. 2015. Т. 2. № 1. С. 190–195.
  14. Stoney G.S. Proc. Royal Soc. Ser. A. 1990. Vol. 82. NA553. PP. 172–175.
  15. Касимов Ф.Д. и др. Расчет упругих механических напряжений в неоднородных полупроводниковых структурах // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2002. № 2. С. 13–14.
  16. Достанко А.П. и др. Интегрированные технологии функциональных микро- и наноструктур : монография / Под ред. акад. НАН Беларуси А.П. Достанко. Минск: Бестпринт, 2013. 216 c.
  17. Hyun S. et al. Thickness and temperature dependence of stress relaxation in nanoscale aluminum films // Applied Physics Letters. 2003. Vol. 83. No. 21. PP. 4411–4413.
  18. Thornton J.A. Ann. Rev. Mater. Sci. 1997. Vol. 7. P. 239.
  19. Adams D.P., Parfitt L.J., Biello J.C., Yalisove S.M., Rek. Z.U. Thin Solid Films, Vol. 266. No. 52 (1995). https://doi.org/10.1016/0040-6090(95)00603-6
  20. Fu J.K., Atanassov G., Dai Y.S. et al. Single films and heat mirrors produced by plasma ion assisted deposition // Journal of Non-Crystalline Solids. 1997. Vol. 218. PР. 403–410.
  21. Шугуров А.Р. Влияние кривизны границы раздела пленка/подложка на закономерности деформации и разрушения тонких металлических пленок и керамических покрытий при внешних воздействиях: Автореф. дис. … к.т.н. Ин-т физики прочности и материаловедения СО РАН, 2016.
  22. Горбунов Р. и др. Влияние параметров роста на механические напряжения в пленках GaN, выращенных методом HVPE. 2010. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29901.49129
  23. Nix W.D. et al. Crystallite coalescence: A mechanism for intrinsic tensile stresses in thin films // Journal of materials research. 1999. Vol. 14. No. 8. PP. 3467–3473.
  24. Kouptsov A.D. Vasilev D.D., Sidorova S.V., Moiseev K.M., Kouptsov A.D. et al. Design of a liquid-phase magnetron sputtering small-sized source for the vacuum coating system MVTU-11-1MS. Journal of Physics: Conference Series : 27, Saint Petersburg, Saint Petersburg, Virtual, 2021. P. 012016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1799/1/012016
  25. Дюжев Н.А. и др. Методика измерения механических напряжений в тонких пленках на пластине с помощью оптического профилометра // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2016. Т. 21. № 4. С. 367–372.
  26. Новак А.В. и др. Зависимость механических напряжений в пленках нитрида кремния от режимов плазмохимического осаждения // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2017. Т. 22. № 2. С. 138–146.
  27. Рубцевич И.И. и др. Исследование свойств пленок нитрида и оксида кремния, полученных методом плазмохимического осаждения на кремниевую подложку // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2011. № 4. С. 29–32.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Схематичное представление механических напряжений в системе подложка/пленка

Скачать (113KB)
Метаданные
3. Рис.2. Технологическое оборудование

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис.3. Аналитическое оборудование

Скачать (982KB)
Метаданные
5. Рис.4. Технологический маршрут измерения механических напряжений структуры: a – исходная подложка перед технологическим циклом; b – финишная очистка ионным пучком; c – осаждения покрытия оксида алюминия; d – измерения структуры оптическим профилометром

Скачать (314KB)
Метаданные
6. Рис.5. Кремниевая подложка без покрытия (a) и со слоем Al2O3 (b). Линиями показаны направления измерений параллельно (сплошная) и перпендикулярно (штрихпунктирная) базовому срезу

Скачать (168KB)
Метаданные
7. Рис.6. Результат расчета значений механических напряжений: a – рельеф подложки; b – кривизна подложки; c – привнесенная кривизна подложки после осаждения пленки; d – распределение напряжений

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис.7. Зависимость механических напряжений от толщины пленки Al2O3 на кремниевых подложках выпуклой (a, b) и вогнутой (c, d) формы

Скачать (354KB)
Метаданные
9. Рис.8. Шероховатость структур Si, Si–Al2O3 без ионной очистки и с ионной очисткой

Скачать (489KB)
Метаданные

© Сидорова С.В., Купцов А.Д., Новикова О.В., Кушнарев И.В., Епихин А.А., Гусев Е.Э., 2024