Исследование влияния ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки подложек из кварца, ситалла и поликора на шероховатость и фрактальную размерность

Введение

В настоящее время особое внимание уделяется нанотехнологиям. В последнее время  наноплёнки находят всё большую область применения. Использование тонкопленочных материалов в разных областях промышленности определяет для них ряд требований, которые возрастают по мере усиления ограничений, накладываемых на материал, размеры пленок и технологию их получения. В соответствии с этими требованиями тонкие пленки при жестких условиях эксплуатации должны обладать стабильными свойствами. Особое внимание уделяется исследованию влияния шероховатостей границы плёнка-подложка. В идеальном случае поверхность подложки и граница раздела слоя плёнки должна быть атомногладкой, а степень их шероховатости определятся амплитудой тепловых колебаний атомов. Однако в реальной ситуации гладкость подложек зависит от особенностей технологии их изготовления и полирования. При выращивании пленок на шероховатых поверхностях, полученные образцы характеризуются, как правило, неравномерной толщиной, сильноразличающимися размерами зерен, случайной ориентацией кристаллитов и большими межзеренными напряжениями. Шероховатая поверхность  и неравномерная толщина пленок ограничивают их применение. Для преодоления этих ограничений требуется уменьшить шероховатость подложек и внести при этом минимальные повреждения в приповерхностный слой.

Одним из успешных методов уменьшения шероховатостей являются методы ионно-плазменного (ИПТ) и ионно-лучевого (ИЛТ) травления, т.к. позволяют избежать различных микроцарапин, и серьёзных нарушений в поверхностном слое. [1,2,3]

Плавленый и кристаллический кварц, являются  одним из основных оптических материалов, широко используется в микроэлектронике для изготовления подложек ГИС схем СВЧ диапазона, устройств на поверхностных акустических волнах, применяется при создании кварцевых генераторов, является материалом корпусов специальных интегральных схем. Плавленый кварц является основой лазерных и твердотельных волновых гироскопов. Ситалловые подложки предназначены для изготовления пленочных микросхем. Сфера их применения охватывает радиоэлектронную промышленность, военно-промышленный комплекс, самолетостроение, судостроение и другие отрасли промышленности. Керамику типа "поликор" применяют для создания многослойных тонкопленочных ИМС. Высокая механическая прочность керамики позволяет использовать плату в качестве детали корпуса с отверстиями, пазами, а высокая теплопроводность дает возможность изготовлять мощные микросхемы. [4]

Цель дипломной работы:

Выявление механизмов обработки, способствующие уменьшению шероховатости подложек

Задачи дипломной работы:

1. Доработка внутрикамерной оснастки  установки травления для обеспечения обработки образцов в различных режимах в одном вакуумном цикле.

2. Разработка оснастки для контролируемого нагрева образцов в диапазоне температур 50^о – 600 ^о С  

3. Анализ влияния ионной обработки и отжига на шероховатость  поверхностей, и фрактальную размерность ситалла, поликора и кварца.

Содержание

Введение . . . . 4  

1. Литературный обзор . . . . 6

1.1 Методы ВПТ . . . . 6

1.1.1  Физические основы ионного травления . . . . 6 

1.1.2  Ионно-плазменное травление . . . . 8

1.1.3 Ионно-лучевое травление . . . . 12  

1.1.4 Достоинства ионно-лучевых технологий . . . . 13

1.1.5 Основные параметры ИЛТ . . . . 13

1.2 Особенности  кварца,  поликора и ситалла . . . . 16

1.2.1  Кварц . . . . 16   

1.2.2  Ситалл и поликор . . . . 16 

1.3 Атомно-силовой микроскоп (АСМ) . . . . 17

1.3.1 Основы и возможности АСМ . . . . 17

1.3.2 Зондовые датчики . . . . 18

1.3.3 Методы АСМ . . . . 19

1.3.4 Функциональные характеристики . . . . 20 

1.4 Анализ геометрии поверхностей . . . . 21 

1.5  Амплитудные параметры . . . . 22 

1.6  Шероховатость . . . . 26

1.7   Фрактальная размерность . . . . 27

1.8 Понятие фрактала . . . . 28 

2. Эксперимент . . . . 30

2.1  Оборудование и методика проведения экспериментальных работ . . . . 30

2.1.1 Ионно-лучевое травление . . . . 30

2.1.2 Ионно-плазменное травление . . . . 36   

2.1.3  Методика подготовки образцов . . . . 38   

2.1.4  Влияние площади области сканирования АСМ на данные по шероховатости . . . . 39

2.1.5 Моделирование процессов травления . . . . 40

2.2 Определение влияния угла падения ионов на скорость травления . . . . 41

2.3 Влияние ИЛТ кварца, поликора и ситалла на шероховатость их поверхностей . . . . 43

2.4  Влияние ИПТ кварца, поликора и ситалла на  шероховатость и фрактальную размерность их поверхностей . . . . 48

2.4.1 Технологические этапы эксперимента . . . . 48

2.4.2 Анализ экспериментальных данных ИПТ в среде О2 . . . . 49  

2.4.3 Анализ экспериментальных данных ИПТ в среде Ar . . . . 53

2.4.4 Зависимость изменения фрактальной размерности от рабочей мощности . . . . 55 

2.5 Влияние отжига ситалла, поликора и кварца на шероховатость и фрактальную размерность . . . . 57

2.5.1 Методика проведения эксперимента . . . . 57

2.5.2 Изготовление термопары . . . . 58

2.5.3 Опыт . . . . 59

3. Выводы . . . . 67 

Список литературы . . . . 69

Приложение . . . . 70