Способ получения пленок двуокиси ванадия на диэлектрической подложке Советский патент 1993 года по МПК C23C16/40 

сл

с

Использование: технология полупроводниковых материалов, а именно получение пленок диоксида ванадия. Сущность изобретения: способ позволяет повысить воспроизводимость физических параметров, производительность процесса, а также обеспечивает высокую адгезию пленок диоксида ванадия к кварцевому стеклу. Для получения пленок используют испарение ванадийсодержащего органического соединения в потоке смеси кислорода с инертным газом, разложение этого соединения и осаждение на подложку окисла VeOie, который затем путем нагревания восстанавливают до V02. 2 ил,.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов, а именно к способам получения пленок двуокиси ванадия. Основная проблема получения тонких слоев VOa обусловлена наличием большого количества окисных соединений, что существенно затрудняет создания однофазных слоев V02. Присутствие в слоях VQa даже небольшого количества других окислов сильно ухудшает физические параметры этих слоев, такие как температура фазового перехода (ФП), скэчок электрических и оптических параметров при фазовом переходе, ширина петли гистерезиса и др.

Цель изобретения - повышение воспроизводимости физических параметров, увеличение выхода V02. а также повышение адгезии пленок V02 на кварцевых подложках, что существенно для применения пленок V02 в волоконно-оптических устройствах, .

Для достижения цели используется процесс разложения металлоорганических соединений ванадия (таких, например, как ацетилацетонат ванадия) с получением промежуточного продукта VO в газовой фазе. Но в зоне реакции VO окисляется до VeOia по реакции при температуре Т21:

К2 12VO + 702 - 2VeOi3.

После получения слоев VeOia они восстанавливаются в инертной атмосфере (N2, Аг) при температуре Т2 до VO2 по реакции

2V6Oi3 -M2V02 + 02

со

СА) N5

СО Os

Изменение- свободной энергии AG° для реакции (1) больше чем AGi° для реакции (2), что позволяет предположить, что константы равновесия «2 и состав кон-, денсата к реакции (2) более однороден,

Экспериментальные исследования показали, что при проведении процесса при температуре в зоне осаждения Т2 350-450°С, объемном соотношении компонентов инертного газа и кислорода в реакторе 7:3, общем давлении газовой смеси в реакторе 130-1350 Па и скорости откачки газа 3-5 л/ч процесс протекает по реакции (2). Электронографический анализ полученных таким образом пленок показал, что химический состав пленок соответствует формуле VeOia. Процесс восстановления VeOi3 до VOa протекает при температурах Т2 500-560°С и Р 130-1350 Па.

Таким образом, способ включает два. этапа: на первом этапе получают слои Ve013, а на втором этапе проводят фазовое превращение VeOia - / 02На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего предложенный способ. Устройство содержит кварцевый реактор 1, держатель 2, разлагаемое металлооргани- ческое соединение 3 и подложку 4. С одной стороны реактора подается необходимая газовая смесь, а с другой - газообразные продукты откачиваются насосом 5. Давление в реакторе контролируется манометром 6. В зоне 7 испарения поддерживается температура TI при помощи печи сопротивления. В конце 8 реакции и осаждения пленок поддерживается температура Т2. На фиг.2 изображена кривая гистерезиса козффици- .еита отражения от нагреваемой пленки.

Способ реализуется следующим образом.

Предварительно подготовленные подложки помещаются в зону осаждения реактора, а необходимое количество металл оорганического соединения ванадия - в зону испарения. Реактор откачивается, устанавливаются необходимые потоки сме- си инертного газа м кислорода, устанавливается рабочее давление в реакторе. Включается печь зоны осаждения-и-проводится предварительная термообработка подложек. Устанавливается необходимая температура подложек Та , при которой проводят процесс осаждения VeOia. Включается печь зоны испарения, устанавливается необходимая температура Ti и проводится процесс выращивания пленок VeOi.3. Печь зоны испарения выключается. В реактор подается необходимый состав газовой смеси (Мг или Аг) при давлении, выбранном в ин0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тервале 130-1350 Па. Печь зоны осаждения нагревается до необходимой температуры 2 и выдерживается для восстановления VeOi3 flo V02. Печи выключаются и после охлаждения извлекаются образцы с пленкой VOa для дальнейшего применения.

Конкретный пример реализации. Предварительно подготовленные кварцевые подложки помещали в зону осаждения реактора, а необходимое количество гранулированного ацетилацетоната ванадия - в зону испарения. Реактор откачивали, устанавливали необходимые потоки N2 и 02 при объемном соотношении 7:3 в реакторе 650 Па. Включали печь зоны осаждения и проводили предварительную термообработку подложки при Т 560°С. Устанавливали температуру зоны подложки, равную 450°С. Включали печь зоны испарения, устанавливали температуру Т -- 250°С и проводили процесс выращив анмя пленок VeOia в течение 25 мин. Выключали печь зоны испарения. В реакторе устанавливали необходимую газовую смесь. Печь зоны осаждения нагревали до температуры 560°С и выдерживали в таком-режиме 1.5 мин, для восстановления VeOi3 до VOa- Выключали печи и после охлаждения извлекали образцы с пленками V02 для дальнейших исследований.

Контроль качества полученных пленок VOa проводился по кривой гистерезиса коэффициента отражения от нагреваемой пленки, которая записывалась на двухкоор- динатном самописце. Контролируемыми параметрами были ширина петли гистерезиса ДТГ и протяженность фазового перехода (резкость ФП) АТф.п. При приведенном в качестве примера режиме на подложках из плавленого ДТГ 6°

шей адгезией пленки к подложке. Кривая гистерезиса коэффициента отражения R(T) снималась для пленок толщиной 2000 А на длине волны А 1,64 мкм.

На монокристаллических подложках из слюды и сапфира удается получать пленки с .очень резким ФП( ДТф.п. -2°). Из-за большего процента выхода V02 по реакции (2) существенно уменьшается (о 1,5-2 раза) расход ацетилацетоната ванадия по сравнению с его расходом по способу-прототипу.

Проведенный способ применяется для изготовления волоконно-оптических датчиков (датчики температуры, потоков и др.), которые могут найти широкое применение.

Формула изобретения

Способ получения пленок двуокиси ванадия на диэлектрической подложке, вклюкозрца получались пленки с и ДТф.п. 6° (см. фиг.2) с хорочающий испарение ванадийсодержащего органического соединения в потоке смеси кислорода с инертным газом, разложение органического соединения и осаждение пленки окисла ванадия на нагретую подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости физических параметров пленок, производительности процесса, а также увеличения адгезии

-1

п

g&i,

пленок к подложке, в качестве пленки окисла ванадия на подложку осаждают VeQia, при этом объемное соотношение инертного газа и кислорода составляет 7:3, общее давление газовой смеси .130-1350 Па, а температура подложки 350-450°С, а после осаждения пленки окисла ванадия VeOia его восстанавливают до двуокиси ванадия путем нагревания.

LL

/