Способ получения покрытий из металлов и их соединений на твердых подложках Советский патент 1991 года по МПК C23C16/18 C23C16/48 H05K3/18 

(46) 07.05.91. Кюл. f 17

(21)4309778/02

(22)26.06.87 (72) Н.Н.Травкин

(53)621.793.16:669.058:541.4(088.8)

(56)Физика тонких пленок. Т.7. Под ред. Дж.Хасса и др. М., Мир, 1977, с.340.

Беликов А.П. и др. О нелинейном эффекте лазерного инициирования процесса разложения жидких карбоксилатов металлов. В сб. Применение металло- органических соединений для получения неорганических покрытий и материалов. Тезисы докл.V Вс.совет. М. , подп. в печ. 11.06.87, с.223-225.

(54)СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ТВЕРДЫХ ПОДЛОЖКАХ

(57)Изобретение относится к нанесению покрытий из металлов, окислов, сульфидов и других неорганических соединений путем термического разложения пленок металлоорганическкх соединений. Цель изобретения - получение тонИзобретение относится к нанесению покрытий из металлов, окислов, сульфидов и других неорганических соединений путем термического разложения пленок металлоорганических соединений (МОС) и может быть использовано в электронной и других отраслях про- мьшшенности при изготовлении деталей с металлическими, пиэлектриче- скими и полупроводниковыни покрытиями.

Целью изобретения является получение тонкослойных моно- или мультиКОСЛОРНЫХ моно- или мугть т нмолеку:Г Ч - ных пленок регулируемой толи ины. Согласно изобретению способ получении но крытнй на тверд гх подложи ах включает нанесение на их поверхность металло- органического соединения и последующее термическое рппожение его при нагреве, пронмущестпенно, пучком вы- сокочнерг-етичегко о излучения. При этом п качеспт мет ллоорг лннчесь ого гседннения испоп пют разметаемые HI поперхногти среды амсЬисЬимь ны соединения, содер лтие гидрофобные и пу1 юфпп1 tine рчдик тли, а нанесение ( i in поперхностт под- ложки ос ущг с j ПЛЯ1Г7 путем одно- или многокрттног о пергметгния последней чероя границу р пдгла сргл. (пособ обеспечивает ппцученио нокрмтии толщиной от единит i п десятков ни регулируемой п титсичостп от ства нанесенных мсм оспоев, создание гетероструктур и спор решеток на молекулярном vpniMie. I г)бл.

молекулярных поьрчтиг регулируемой толщины.

Согласно изобрел еник в ре,и торе для получения покртня ра «мешают снабженную блоками контрили ванну с водой или водным р,)стьорпм неоргашпе- скои соли осаждземого металла. Далее на поверхности водной среди создают пленку МОС в оршм чес i m ртствори- теле. В качестве МПС нспо п ам- фиЬильные соединении, гидрофобные и гидро(1пьтм рттикллы. 06- раэовавиптогя на по м р н i полной

«с

(Л

СЛ

о

05

-J

00

О)

31566786

среды пленку МОС наносят на поверхность твердой подложки путем одно- илн многократного перемещения послёд(

тия с минимально возможными размерами элементов на молекулярном уровне (10-40 нм и менее). При формирова

ней через (границу раздела сред при из- нии покрытий толщиной в пять монословлечении ее из водной среды с небольшой скоростью перемещения подложки. С помощью газо-вакуумной системы в реакторе создают необходимую для формирования покрытия атмосферу (вое- JQ становителъную, окислительную, вакуум, серосодершащую и др.) и проводят термическое разложение пленки МОС при нагреве, преимущественно, пучком высокоэнергетического излучения. jj

Для образования на поверхности водной среды пленки МОС используют два варианта: непосредственное нанесение на поверхность воды раствора МОС в органическом растворителе или нане- 20 сение на поверхность водного раствора неорганической соли осаждаемого металла жирной кислоты общей Формулы.

ев и более рисунок создают автоматическим перемещением источника сфокусированного излучения по заданной про грамме .

В таблице представлены конкретные условия получения покрытий предложенным способом и достигаемые резуль- та ты.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает получение тонкослойных покрытий из металлов и их соединений регулируемой (в зависимости от количе ства нанесенных монослоев МОС) толщины на молекулярном уровне от единицы до д&сятков нм, он может быть использован для легирования в процессе нанесения слоев, а также для создания гетероструктур и сверхрегаеток на молекулярном уровне из неорганических материалов и, следовательно, открывает новые возможности для создания приборов молекулярной электроники.

сн3(снг)псоон

где п 12-22, в органическом растворителе. В последнем случае пленка МОС образуется за счет химической реакции между солью металла и кислотой. Для Формирования монослоя плен- ки МОС на поверхность водной среды наносят около 30 мкл раствора соотвествующего состава. В качестве растворителя, необходимого для обеспечения равномерного нанесения монослоя МОС на поверхности водной среды, используют легколетучие вещества, не взаимодействующие с водой, материалами установки и подложки, преимущественно, гексан, бензол, хлороформ и т.п Нагрев подложки с пленкой МОС на поверхности можот быть осуществлен любыми известными методами, однако для получения покрытий в виде заданного

рисунка по определенной программе пре-45 тем ЧТО( с целью получения тонкоимущественно используют сфокусированный пучок лазерного или электронного излучения. При этом для получения покрытий толщиной в 1-4 монослоя, не обеспечилающих возможность туннелиро- вания электронов в условиях работы туннельного микроскопа, разложение МОС проводит туннельным током с помощью нг.пы сканирующего туннельного устроили г, так как в этом с.чх чле может Лить сЛюг мчропан рисунок мокры50

55

слойных моно- или мулътнмолекулярны покрытий регулируемой толщины, в ка честве металлоорганического соедине ния используют размещаемые на поверхности водно-органической среды амфифильные соединения, содержащие гидрофобные и гидрофильные радикалы а нанесение его на поверхность подложки осуществляют путем одно- или многократного перемещения последней через границу раздела сред.

Q j

05

,Q ев и более рисунок создают автоматическим перемещением источника сфокусированного излучения по заданной программе .

В таблице представлены конкретные условия получения покрытий предложенным способом и достигаемые резуль- та ты.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает получение тонкослойных покрытий из металлов и их соединений регулируемой (в зависимости от количества нанесенных монослоев МОС) толщины на молекулярном уровне от единицы до д&сятков нм, он может быть использован для легирования в процессе нанесения слоев, а также для создания гетероструктур и сверхрегаеток на молекулярном уровне из неорганических материалов и, следовательно, открывает новые возможности для создания приборов молекулярной электроники.

Указанные положительные качества обусловливают технико-экокомические преимущества предложенного способа по сравнению с аналогичными существующими.

,Q

35

Формула

изобретения

Способ получения покрытий из металлов и их соединений на твердых подложках, включающий нанесение на их поверхность металлоорганического соединения и последующее термическое разложение его при нагреве, преимущественно, пучком высокоэнергетического излучения, отличающийся

слойных моно- или мулътнмолекулярных покрытий регулируемой толщины, в качестве металлоорганического соединения используют размещаемые на поверхности водно-органической среды амфифильные соединения, содержащие гидрофобные и гидрофильные радикалы, а нанесение его на поверхность подложки осуществляют путем одно- или многократного перемещения последней через границу раздела сред.

р истый

Таллий аэот

НОКИСЛЬ Й

Вода

Вода

Зола

Вода

Марганец

двухлори- стын

Вода

I -10-1

10

7,1

7,1

6,6

Раствор (41 -н-до- 0,15 децкл-цикло-гек- сил-4-цмглогекса- нол) силана бензоле

Раствор (41-н-ок- 0,14 тадецилбеиэол-4- фенол) ванадий в бензоле

Раствор (4 -я-до- 0.12 децил{ еязол-4-нит- робеизол)молибдена в Рензоле) Раствор (ч -н-ок- 0,13 таде клС«нэол-4- С внзонитрил) вольфрама а бензоле Раствор лигнопери-0,1 1 исаой иислоты в бензоле

Раствор алкнлько- 0,11 го производного Ферроцена в бензоле

Раствор (4 -н-яо- децилцнжлогехсял- 4-1 лхлогексанол) силана в бензоле

0,13

0,15

0,14

0.12 0,13 0,1 1

0,11

0,1 I 0.15

50

40

60 70 60

0 40

200 100

5,0

ЛИ (диаметр лу- частота . 2-Ю ч« 50 MXN. дли- кипулъсов Вт/см1 на волны5 кГц

1,06 мкм)

ЭЙ (диаметв лу- 5,02 IQ 1

ча 0,5 икн)

5,0

5,0

Кремний

Ванадий

2 10 Молибден

2 10 1«арганеп

Термичесхш Темпера-Окись

тура под-железа

логкн 700°С.время 1 5 мин

ДО 0 ам«т Частота2-ю Двуокись

луча 2 мкм.импульсов Ет/смг кремния

длвша волввр1 00 Гц 327 ни)

2,0

2,0

2,5

2,0

I 1 ,0 5,0

2,7

3,17

3,4

I , 1 .4

50-500 (t5)

0,5-25 (±0,3)

2-3,0 («0.8)

Ln 7 J 00 О

I. Содержание МОС или «ирной кислоты н органического растворителя I :1; 2. Температура «одно среды «оитатиаа. 3. Г.оэерхнсстнпе давление 28-30 дин/см. 4. Материал подложки праисрах 1-3, 5-8 я 15 гренки ; 4-11 ормакий, в примерах 9 н 10 кварц-, в примерах 2 и 13 сит«лл; и лрммср 1 графит, 5. Атмосфера ом аивш с ольой средой в примерах 1-3. 8 и 12-15 воздух, 4-7 и 9-И аргон (расход I л/мии). 6. Атмосфера а оие тармма- ско.-о разложения в примерах 1-3 и 5-8 взкуун I -IQ-4 мн рт.ст.; в пример 4 аргон (расход I л/кия), прммрах -II кислород в примерах 12 я 13 сероводород; а примерах 14 и 15 воадух. 7. Прямите сокращеаня: ЭЙ - эл««тро«- но-лучевое излучение; ЛИ - лазерное излучение.