Технология осаждения пленок оксида вольфрама методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе

• Автор: Морозова, Александра Александровна
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЯ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ПЛЕНОК ОКСИДА ВОЛЬФРАМА

1.1 Технология осаждения пленок

1.1.1 Химический синтез

1.1.2 Термическое испарение

1.1.3 Физическое распыление

1.2 Химический состав

1.3 Кристаллическая структура

1.4 Дополнительная термообработка

1.5 Твердые растворы и гетероструктуры
1.6 Хромогенные свойства
1.6.1 Электрохромизм
1.6.2 Другие хромогенные свойства
1.7. Области применения
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКТИВНОГО МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ
2.1 Технологическое оборудование
2.2 Основные особенности распыления металлической мишени
в реактивной газовой среде
2.3 Распыления вольфрамовой мишени в разных газовых средах
2.3.1. Аргон
2.3.2. Кислород
2.3.3. Смесь аргона и кислорода
2.3.4. ВАХ магнетрона
2.4 Устойчивость стационарного состояния вольфрамовой мишени
Выводы по главе
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЛЕНОК
3.1. Методы исследования
3.2 Влияние технологических параметров на свойства пленок
3.2.1. Состав среды
3.2.2. Плотность тока разряда
3.2.3. Расстояние мишень-подложка
3.2.4. Скорость роста
3.2.5. Дисперсия оптических констант
3.3 Химический состав и кристаллическая структура
3.4 Дополнительная термообработка в воздушной среде

3.5 Рекомендации по разработке технологии осаждения пленок
Выводы по главе
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ХРОМОГЕННЫХ СВОЙСТВ
4.1 Электрохромизм
4.1.1 Экспериментальный стенд
4.1.2 Пленка на прозрачной подложке
4.1.3 Пленка на непрозрачной подложке
4.2 Термохромизм
4.2.1 Изотермический отжиг при 500 °С и 700 °С
4.2.2 Последовательный изотермический отжиг от 500 °С до 750 °С
4.2.3 Последовательный отжиг в разных средах
Выводы по главе
ГЛАВА 5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБОРУДОВАНИЮ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА ОКСИДНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
5.1 Устройства оксидной электроники
5.1.1 Электрохромные устройства
5.1.2 Газовые сенсоры
5.1.3 Солнечные элементы
5.2 Основной элемент комплекса для изготовления пленочных структур
5.3 Научно-производственный комплекс
5.3.1 Состав научно-производственного комплекса
5.3.2 Базовые концепции типовых участков
5.3.3 Требования к технологической среде научно-производственного комплекса
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
П. 1 Определение оптических констант пленок по спектральному
коэффициенту пропускания
П. 1.1 Основные теоретические положения
П. 1.2 Методика определения дисперсии оптических констант
и толщины пленки по экспериментальному спектру пропускания
П.2 Определение ширины энергетической щели пленок
П.2.1 Собственное поглощение при прямых переходах
П.2.2 Собственное поглощение при непрямых переходах
П.2.3 Вычисление ширины щели
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В мире ведутся обширные исследования и разработки перспективных производственных технологий для создания компонентов солнечной и водородной энергетики, новых поколений элементов электронной компонентной базы, энергосберегающих покрытий и многое другое. Для этих целей применяют пленки простых оксидов металлов (2пО, 1п20з, АЬОз, впОз, УОз, ТЮ2, МоОз, УОг, Таз О 5 и др.). Растущий интерес к этим пленкам иллюстрирует диаграмма на рис. 1 [1].

Рис. I. Количество публикаций, посвященных пленкам простых оксидов
Наибольшее внимание в них уделено оксиду цинка (рис. 2) и, хотя пленки оксида вольфрама в этих публикациях занимают далеко не первые позиции, по многообразию своих хромогенных (электро-, фото-, термо- и газохромизм) и полупроводниковых свойств они очень перспективны в различных приложениях.
Традиционное применение пленок АОз, развитое в последней четверти прошлого столетия, основано на электрохромном (ЕХ) эффекте в видимом диапазоне длин волн. Впервые результаты исследований ЕХ свойств пленок были опубликованы в работах [2], [3]. Работам по этой теме посвящен ряд обзоров [4], [5]. Выявленная возможность управлять оптической плотностью пленок УОз путем инжек-ции или экстракции ионов малого размера (Н+, 1л+, К+ [7]) привела к созданию: "умных" энергетически эффективных стекол, изменяющих прозрачность принудительно под воздействием электрического поля [10]—[13] или автономно при воздей-
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2

гона (Аг1): 750.4, 763.5 и 811.5 нм. Наиболее интенсивные линии возбужденных атомов вольфрама (¥1) наблюдаются в области 400-550 нм: 429.8, 505.6 нм.
2.3.2. Кислород
В этом случае газовая среда содержит атомарные и молекулярные частицы: Ог, СЬ+, О и УОз (кроме этого, возможны фрагменты и комплексы ¥Оз-7). Появление нейтральных и возбужденных частиц кислорода может быть вызвано реакциями 1-4 из табл. 2.3 [144].
Молекулярные спектры кислорода, инициированные реакциями 1 и 2, и оксида УОз представляют собой полосы [178], [179], поэтому мало пригодны для идентификации частиц.
Таблица 2.3.
Столкновительные процессы в кислороде
Номер Тип взаимодействия Акт Реакция
1 Электронный удар Ионизация и возбуждение С>2 + е —* (0j )* + £
2 Электронный удар Возбуждение С>2 + е —> (О^)’
3 Электронный удар Диссоциация и возбуждение 02 + е—*0* + 0 + е
4 Электронный удар Возбуждение О + е —* О* + е
Наиболее удобны для этих целей атомарные спектры, которые представляют собой отдельные линии атомов кислорода (01), возбужденные по реакциям 3 и 4.

400 600 800 X, нм
Рис. 2.5. Спектр испускания разряда при распылении У в среде кислорода
На рис. 2.5 представлен типичный спектр, полученный при распылении вольфрамовой мишени в среде кислорода. Наиболее интенсивная линия в нем на длине волны порядка 777 нм соответствует атомарному кислороду. Недостаточная разрешающая способность спектрометра, на котором выполнялись измерения, не поз-