Комплексное использование электрохимических и химических технологий для формирования пленочных структур на основе оксидов Al, Ti, Sn, Mo, W

Главная » Литература » Тезисы » Комплексное использование электрохимических и химических технологий для формирования пленочных структур на основе оксидов Al, Ti, Sn, Mo, W
Автор: Галковский Т.В., Богомазова Н.В., Горох Г.Г. *, Жилинский В.В., Мурашкевич А.Н.
Год издания: 2017

Белорусский государственный технологический университет, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники 

Современный этап развития электронных устройств, в том числе химических сенсоров, характеризуется специфичными требованиями к создаваемым пленочным элементам и структурам, что зачастую сопряжено с переходом от микро- к наноразмерности функциональных элементов и областей, усложнением химического состава формируемых пленок, а также усложнением морфологии частиц и пространственной структуры пленочных объектов. Разработка технологий производства электронных изделий во многом связано с расширением круга и комбинированием физико-химических процессов, используемых на конкретных этапах многостадийного маршрута изготовления финишных многофункциональных устройств. Традиционные химические процессы обработки и модифицирования поверхности, осаждения функциональных и защитно-декоративных покрытий, формирования многоэлементных поверхностных структур различной мерности, включая 3D, 2D, 1D, 0D-структуры, уступают место более сложным физико-химическим процессам, предполагающим протекание целевых химических превращений при активирующем воздействии электрических и магнитных полей, оптического излучения, ультразвука, плазмы и других факторов. Вместе с тем, современные технологические подходы производства электронных устройств наряду с усложнением ансамбля внешних активирующих воздействий предполагают прецизионное использование самоорганизующихся процессов формирования целевых структур и материалов на их основе, таких как пористые анодные оксидные пленки и мембраны, пористый кремний, массивы нанокристаллов и другие.

Среди новых технологических подходов к производству электронных устройств все более значимую позицию занимают электрохимические процессы такие, как традиционное катодное осаждение, анодное растворение, анодное окисление, а также многостадийные технологии с чередованием этапов анодной и катодной поляризации обрабатываемого объекта. Эти процессы используются для получения закономерно микро- и наноупорядоченных пористых полупроводников и диэлектриков, для прецизионного открытого и трафаретного удаления материалов, для создания мембран и трехмерных конструкций, для синтеза металлических нанообъектов различной мерности (наностержней, нанопленок, нанокластеров), а также для зондовой нанолитографии [1].

Целью данной работы являлось получение на поверхности традиционной для микро- и наноэлектроники кремниевой подложки многослойной структуры, включающей, во-первых, пористую диэлектрическую матрицу с развитой упорядоченной топологией, и, во-вторых, тонкий функциональный хемочувствительный слой.

Для решения первой задачи использовалась электрохимическая технология самоорганизованного роста упорядоченного пористого оксида алюминия при сквозном анодировании субмикронных алюминиевых пленок, напыленных на поверхность кремниевых пластин [2]. Для решения второй задачи опробировано использование как химических, так и электрохимических методов формирования тонкопленочных функциональных структур на основе оксидов Ti, Sn, W, Mo.  Нанесение  пленок на профилированные подложки осуществлялось, в частности, методами осаждения из пленкообразующих растворов или золей, молекулярного и ионного наслаивания, электрофоретического нанесения из золей, ультразвукового осаждения и другими.

В рамках наших исследований на пористую матрицу анодного оксида алюминия пленки TiO2 были нанесены из пленкообразующих растворов или золей методом либо химического осаждения, либо электрофоретического осаждения. При электрофоретическом осаждении получены пленки островкового типа с блочной структурой. В то же время данные оптической микроскопии позволяют зафиксировать, что пленки полученные методом наслаивания характеризуются повышенной однородностью модификации профилированной поверхности в сравнении с методом обработки в пленкообразующих растворах, для которых в свою очередь использование ультразвука оказывалот благоприятное структурирующее воздействие.

Наиболее равномерное заполнение пор матричного анодного оксида алюминия достигнуто нами при получении функциональных пленок методом ионного наслаивания [3] с образованием сплошного функционального покрытия в рамках структур Si/Al2O3/SnxMoyOz. и Si/Al2O3/SnxWyOz. С помощью данных ИК-спектроскопии для них подтверждено наличие на поверхности связей Sn−OH, Mo−O−Mo, W−O, Мо−OH. Данные рентгеновского микроанализа указывают на наличие в пленках Mo, W, O. Отсутствие сигналов от атомов олова может быть связано с преобладанием атомов молибдена или вольфрама в пленке, что представляется логичным с учетом того, что оловосодержащие слои, формируются при адсорбции моночастичных ионов Sn2+, а молибден- и вольфрамсодержащие слои – при абсорбции многочастичных полимолибдат- или поливольфрамат- ионов, устойчивых в рабочем диапазоне рН растворов наслаивания.

При изучении температурных зависимостей электросопротивления сформированных структур n-Si/Al2O3/TiO2, n-Si/Al2O3/SnxMoyOz и n-Si/Al2O3/SnxWyOz в диапазоне температур от 20 до 200 0С более стабильные электронно-транспортные характеристики зафиксированы для образцов Si/Al2O3/TiO2, средний температурный коэффициент электросопротивления для которых составил 5,38?10-3 К−1. Оксидные структуры на основе олова и молибдена или вольфрама характеризовались определенной нестабильностью омического состояния и различными значениями температурного коэффициента электросопротивления (соответственно 7,85?10-3 и 3,07?10-3 К−1). При исследовании влияния воздействия паров этилового спирта, уксусной кислоты, ацетона на электросопротивление полученных структур наиболее высокий отклик порядка 180 % зафиксирован на присутствие паров ацетона для системы Si/Al2O3/SnxWyOz/Ag. При увеличении толщины функциональной пленки от 15 до 30 монослоев значение отклика возрастало на 80 %.

Литература

1. Гаврилов С.А., Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники / С.А. Гаврилов, А.Н. Белов. – М.:Высш. образ., 2009.− 257 с.

2. Anodic formation of low-aspect-ratio porous alumina ?lms for metal-oxide sensor application / G. Gorokh [et al.] // Electrochimica Acta. – 2006. – Vol. 52. – P. 1771–1780.

3. Толстой, В.П. Реакции ионного наслаивания. Применение в нанотехнологии / В. П. Толстой //Успехи химии. –2006. – Т.75, № 2. – С. 183 – 199.