Способ получения пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка Советский патент 1983 года по МПК C23C15/00 

4

сл

со 11 Изобретение отнсжнгся к технологии создания твердотельных устройств, рабо тающих на акустических волнах, в часгносги к технологии получения пьезоэлектрических пленок окиси цинка, применяекты при изготовлении преобразователей объем ных и поверхностных акустических волн. Известен способ папучения пьезоэлект грических пленок окиси цинка, основанны на термическом распылении цинк-а в кис- лородсодержашей газовой смеси fl J , Недостатками этого способа является малая величина коэффициента электромеха нической связи (К-О.З - 0,5%), характеризующего пьезоэлектрические свойства пленки, определяемые природой пьезоэлек рического материала, близость его химического состава к стехиометрии и совер шенством кристЕцшической структуры. Известен также способ папучения пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка путем высокочастотного катодного распыления диэлектрической мишени, выполненной на основе окиси цинка, в кислородсодержащей газовой 1смеси, Этот способ позволяет получать пленки окиси цинка стех ометрического состава с достаточно высоким коэффициентом электромеханической связи Г2 j . Однако для осуществления этого способа необходимо дорогое и сложное в эксгшуатации высокочастотное оборудование, что затрудняет широкое использование данного способа. Необходимость изготовления керамики на основе окиси цинка, используемой в качестве мишени, также усложняет и удорожает технологический процесс в целом Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ получения пьезоэлектрических п,аенок на основе окиси цинка путем катодного распыления цинковой мишени в кислородсодержащей газовой смеси при создании в межэлекгродном пространстве постоянного электрического поля. Поскап.ьку распыление мишени осуществляется в постоянном электрическом поле, способ значительно проще и реализуется с помощью сравнительно дешевого и широко используемого оборудования L3 , Недостатком известного способа является малая величина коэффициента электромеханической связи папучаемых пленок (К 0,4 - 0,6%) вследствие недостаточной стехиометричности их состава. Цель изобретения - повышение эксплу атационных характеристик пьезоэлектрических пленок и упрощение оборудования. 732 П(ХтаЕцленная цель достигается тем, что согласно способу получения пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка, включающему катодное распьшение цинковой мишени в кис;аородсодержащей газовой смеси в постоянном электрическом попе :Б межэлектродном пространстве, распьшение проводят при температуре . мишени от до температуры плав ления материала мишени при этом на мищень воэдействуют постоянным магнитным полем, вектор напряженности которого ортогонален векгору электрического пспя, В указанных условиях распь ления .становится возможным установление режима, когда скорость образования окисного С.ЛОЯ на распыливаемой поверхности цинковой мишени больше или равна скорости удаления (респьиения) этого сяоя„ В этом случае удается осуществить распьшение не цинка, а его окиси, т.е„ создавать условия роста на подложке, аналогичные при катодном высокочастотном распылении мишени из окиси цинка, Р аспыление окиси цинка предпочтительнее, чем распыление металлического цинка, так как позволяет получать пленки окиси цинка с большим коэффициентом электромеханической связи (,8-1%)5 близким к значению для монокристаллов окиси цинка, за счет упрощения поддержания условий получения стехиометрических по составу пленок. Создание над распыляемой поверхностью цинковой мишени зоны скрещенных электрического и магнитного полей позволяет почти на порядок уве.личить скор(х;ть распыления, а следовательно, и скорость осаждения, что спосо()ствует уменьшению угла разориентацит текстурьи При температуре распыляемой поверхности цинковой мишени ниже и скоростях распыления, необходимых для обеспечения малого угла разориентации текстуры, скорость образования окисного слоя становится меньше скорости распыления этого окисного слоя - в результате происходит распыление как окиси цинка, так и цинка. Это приводит к уменьшению коэффициента электромеханической связи из-за отклонения состава пленки от стехиометрии. Ограничение сверху температуры распыляемой поверхности цинковой мишени температурой плааления ( ) связано с тем, что при расалашшнии .мишени окисный слой не покрывает всю распыляемую поверхность, позтому и в этом СгЛучае происходит распыление как окиси цинка, гак и цинка. 31 Пример 1. Пленку окиси цинка наносят на подпожку из монокрнстатлнческого кремния. /Хтя этого цинковую пластину диаметром 100 мм и толштшой 6 мм устанавливают на катоде установки катодного распыления. Внутри катода вмонтирована система магнитов, создаю: щая постоянное тороидальное магнитное попе, силовые пинии которого входят и выходят через поверхность катода, Величину напряженности магнитного попя уст навливают такой, чтобы величина его составляющей, параллельной поверхности цинковой мишени, на расстоянии 5 мм от последней равнялось 200 Гс. Откачивают рабочий объем вакуумной установки до предельного вакуума 2., нагревают подложку до 250 С, напускают в установку газовую смесь аргона (7О%) и кислорода (ЗО%) и поддерживают давлен в рабочем объеме на уровне 0,2 Па. Зат вводят нагретую подложку в зону осажде ния, размешают ее на расстоянии 50 мм от поверхности мишени и устанавливают температуру 2ОО С на поверхности мишени. После этого на катод (мишень) подают отрицательное напряжение 450 В, и устанавливают ток 4ООмА, при этом над поверхностью мишени образуется зона скрещенных электрического и магнитного палей, которые локализуют разрядную плазму в этой зоне. В указанных услови скорость осаждения пленки окиси цинка на подложку составляет 3 мкм/ч. Пааученная пленка обладает следующими свойствами: коэффициент электромеханической связи ,7, удельное сопротивление р 10 Ом. см; угол разориентации оси текстуры + 3°. Пример 2. Пьезоэлектр11ческую пленку окиси цинка наносят на подложку из термостабильного стекла. нанесения пленки осуществляют аналогично примеру 1 при следуюших режимах: ве57i4личина напряженности магнитного поля на расстоянии 5 NTM от поверхности мишени равна -100 Гс, давление в рабочем объеме 3., температура подложки ЗОО С, температура на поверхности мишени 32О С, величинанапряжения 45О В ток мишени 7ОО мА. В этих условиях скорость осаждения пленки окиси цинка на подложку составляет 6 мкм/ч. Папученная пленка обладает следующими свойствами: ,9%; р 10®Ом. см, угол разориентации оси текстуры + 2. Пример 3. Пленку на основе окиси цинка с добавкой кальция наносят на подложку из сапфира путем распншения цинковой мишени, содержащей 3 ат. кальция. Процесс нанесения пленки осуществляют аналогично примеру 1. При этом температуру на поверхности-мишени в процессе распыления поддерживают равной 410 С, температуру подложки устанавливают равной 400°С. Скорость роста ааенки 2 мкм/ч. Полученная пленка обладает монокристаллической структурой, имеет К- 1% и f 10 Ом. см. Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позватяет получать пьезоэлектрические пленки окиси цинка с высоким коэффициентом электромеханической связи (К 0,7-О,9) и с остальными свойствами (удельное сопротивле ние, угап разориентации текстуры), удовлeтБopяющи пi предъявляемым к этим атенкам эксплуатационным требованиям. llo сравнению с изветсным предлагаемый способ позвшяет получать высококачественные пьезоэлектрические пленки на сравнительно простом по конструкции и дешевом о ппхдэвапии. Использование в качестве материала мишени цинка вместо керамики из окиси цинка также способствует упрощению и удешевлению технатогического процесса.

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.