Способ напыления высокоориентированной пьезоэлектрической пленки окиси цинка Советский патент 1991 года по МПК H04R31/00 

Изобретение относится к приборостроению и радиотехнике, в частности к технологии получения ориентированных пленок и может быть использовано при напылении пленок в электроакустических преобразователях.

Цель изобретения - повышение качества пьезопленки при высоких скоростях напыления.

Способ заключается в том, что в качестве материала изотропной диэлектрической подложки берут плавленый кварц, предварительно облучив его у-излучением с энергией в интервале 0,8 - 0,2 МэВ и дозой в пределах 105 - 10 Р. Затем производят распыление и осаждение пьезоэлектрического материала на изотропную диэлектрическую подложку.

Пример.Приготовлено 6 партий подложек из плавленого кварца в форме пласти - нок размером 10x10x1,5 мм. Каждая партия состоит из 30 пластинок. Каждая из пяти партий облучается соответствующей дозой у-излучения от кобальтовой пушки (энергия

кванта 1,2 МэВ). Дозы следующие: 104, 105, 106, 107, 108 Р (по количеству партий), шестая партия подложек не облучается и таким образом соответствует условиям напыления по известному способу. Напыление пленок ZnO на эти подложки производится на вакуумной установке УРМ 279.011 с помощью магнетронной системы распыления. Распыляемой мишенью является порошок ZnO, спресованный в форме дискообразной таблетки. Рабочая среда состоит из 50% аргона и 50% кислорода при давлении 0,076 Па. Температура подложки 523 К. Для подложек каждой партии напыление производится на десяти различных скоростях от 1,0 до 10 мкм/ч. Пленки ZnO напыляются до толщины 1 мкм. На каждой скорости напыляется по 3 пленки каждой партии, Напыление производится на поверхность подложки, обращенной к пучку у -лучей при облучении. Угол разориентировки С-оси от нормали к подложке а определяют с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-20 по кривым качания. Коэффициент электромеханической связи определяют по стандартной методи(Л

С

о

00 00

00

Јь

ке с помощью измерителя частотных характеристик АХЧ XI-12.

Результаты измерения параметров пленок ( о и а } усредненные по трем пленкам одной партии, получаемые при одной скорости напыления, приведены в таблице.

Анализ параметров пленки показывает, что при дозе облучения 106 Р на скорости напыления 10 мкм/ч получаются пленки такие же по качеству, как и пленки, получаемые без облучения подложки, но при скорости всего в 2 мкм/ч. Так как при этом а близко к 10%, эти пленки можно считать высокоориентированными. Таким образом, облучение подложки позволяет обеспечить высокое качество пленки при пятикратном увеличении скорости ее напыления. При дозе в 10 Р высокое качество пленки сохраняется при двукратном увеличении скорости напыления. Доза в 10 Р не дает заметного повышения скорости напыления высокоориентированной пленки. При изменении дозы облучения от 10 до 10 Р параметры пленок меняются мало, оставаясь весьма высокими. Повышение дозы до 10а Р практически не влияет на параметры пленки, однако подложка приобретает окраску, что свидетельствует об образовании в подложке значительного количества точечных дефектов (центров окраски), снижающих механическую прочность материала подложки.

Таким образом, в интервале доз облучения от 105 до 107 Р создается возможность получения высокоориентированных пъе- зопленок ZnO на скоростях, превышающих в 2 - 5 раз скорость напыления на необлученные подложки. Облучение диэлектриков ионизующим облучением в том числе и } -квантами использовалось преимущественно для получения электретного эффекта и не использовалось для улучшения качества напыляемой на диэлектрик пьезоэлектрической пленки.

Интервал энергий у-квантов для облучения подложки выбран из физических соображений, объясняющих эффект улучшения качества пьезопленок при высоких скоростях напыления ZnO. Снижение качества пленки с увеличением скорости осаждения связано с преимущественным испарением более летучей компоненты пленки, в данном случае ионов кислорода, под действием интенсивного пучка осаждаемых ионов ZnO. Препятствовать такому ис- парению может электрическое поле, локализованное вблизи поверхности подложки и имеющее нужное направление. Поле, способное притягивать отрицательные ионы кислорода, можно создать облучением подложки у -квантами, вызывающими выбивание электронов, в направлении пучка

у-квантов. Хотя комптон-эффект имеет место в широком интервале энергий у -квантов, резко выраженное анизотропное рассеяние с диаграммой, вытянутой вдоль пучка у -квантов, наблюдается при достижении энергии у-кванта примерно 0,8 МэВ и более. Сужение диаграммы рассеяния происходит непрерывно с увеличением энергии у-квантов. Кроме того, с изменением энергии у-квантов изменяется соот5 ношение конкурирующих процессов: упругого рассеяния, фотоэффекта, комптон- зффекта, рождения электронпозитронных пар. Анализ соотношения массовых коэффициентов рассеяния, характеризующих

0 эти процессы, позволяет сделать вывод о гом, что по отношению к комптон-эффекту с учетом необходимой степени его анизотропии (наличие резко выраженного рассеяния назад) оптимальным интервалом значений

5 энергий у -квантов является область примерно между 0,8 и 2 МэВ. При меньших энергиях уменьшается степень анизотропии рассеяния, т.е. снижается доля обратного рассеяния и сильно конкурируют

0 процессы упругого рассеяния и фотоэффект. При увеличении энергии более 2 МэВ наблюдается уменьшение массового коэффициента комптоновского рассеяния и возрастание роли рождения пар. Выбитые

5 вперед электроны либо покидают подложку, либо тормозятся и захватываются ловушками. При достаточно большой глубине таких ловушек возможно длительное сохранение электрического поля у поверхности подлож0 ки.

Среди изотропных диэлектрических подложек, используемых для напыления пьезопленки ZnO, обнаружен один материал - плавленный кварц, способный созда- 5 оать .у своей поверхности электрическое поле под действием пучка квантов.

Использование предлагаемого способа позволяет сократить время, требуемое для напыления пьезопленки, что влечет за со- 0 бой как сокращение удельного расхода энергии на получение изделия, так и повышение производительности труда.

Формула изобретения

Способ напыления высокоорментиро- 5 ванной пьезоэлектрической пленки оксида цинка, включающий распыление и осаждение пьезоэлектрического материала на изотропную диэлектрическую подложку, ат л и- чающийся тем, что, с целью повышения

516831846

качества пьезопленки при высоких скоро- плавленый кварц, предварительно облучив стях напыления, в качестве материала изо- его у -излучением с энергией в интервале тройной диэлектрической подложку берут 0,8-2 МэВ и дозой в пределах 105- 10 Р.

Изобретение относится к приборостроению. Цель - повышение качества пьезоп- ленки при высоких скоростях напыления. В качестве материала изотропной диэлектрической подложки берут плавленный кварц, предварительно облучив eroy-излучением с энергией в интервале 0,8 - 2 МэВ и дозой в пределах 105- 107 Р.