|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Кристаллизация тонких пленок платины и сплавов платина-родий для создания устройств микроэлектроники нового поколенияНИР
Crystallisation of the Pt and PtRh thin films for creation of the new generation of microelectronic devices
- Руководитель НИР: Росляков И.В.
- Ответственные исполнители: Гордеева Е.О., Калинин И.А.
- Подразделение: Факультет наук о материалах
- Срок исполнения: 17 января 2018 г. - 31 декабря 2019 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 075-02-2018-817
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118021690058-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Развитие новых поколений наноматериалов и нанотехнологий
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии наноустройств и микросистемной техники
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.19 Химия твердого тела
- 53.49.05 Фазовые и структурные превращения в металлах и сплавах
- 53.49.21 Термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов
-
Ключевые слова:
родий, тонкие пленки, магнетронное напыление, рекристаллизация, фотолитография, платина, микроэлектроника
platinum, photolithography, microelectronics, thin films, magnetron sputtering, recrystallization, rhodium -
Описание:
Целью настоящего исследования является разработка методов управления морфологией и кристаллической структурой тонких пленок Pt и сплавов PtRh (5–15% родия) для создания на их основе компонентов устройств микроэлектроники, функционирующих при высоких температурах. Для достижения поставленной цели будет решен ряд взаимосвязанных задач: 1) Отработка условий магнетронного напыления тонких пленок Pt и сплава PtRh заданного состава с низкой шероховатостью. 2) Формирование массива планарных нагревательных элементов с использованием подхода взрывной фотолитографии из сплошных пленок, полученных в п. 1. 3) Изготовление оснастки и отработка методики in situ измерения сопротивления тонкопленочного материала в ходе его рекристаллизации, исследование кинетики протекающих процессов. 4) Исследование морфологии и текстуры тонких пленок Pt и сплава PtRh методами растровой электронной микроскопии (РЭМ) и дифракции обратно рассеянных электронов (Electron Backscatter Diffraction – EBSD). 5) Установление влияния условий термической обработки на морфологию и кристаллическую структуру тонких пленок Pt и сплава PtRh, а также свойства и стабильность работы планарных нагревательных элементов на их основе.
-
Планируемые результаты:
Ожидаемые результаты научного исследования обладают фундаментальной и методической новизной и практической значимостью. К ним относятся: 1. Зависимости состава, морфологии, текстуры и свойств (сопротивление, температурный коэффициент сопротивления) тонких пленок платины и сплава платина-родий от условий магнетронного напыления и температурной программы рекристаллизации – количества стадий, скорости нагрева, температуры и продолжительности выдержки. 2. Методика in situ измерения температурных зависимостей сопротивления тонких пленок в процессе их кристаллизации (спекания). 3. Оптимизированная на основе in situ анализа кинетики процессов рекристаллизации тонких пленок и данных ex situ экспериментов методика термической обработки тонких пленок Pt (PtRh) различного состава. 4. Планарные нагревательные элементы с увеличенным сроком службы и стабильностью работы, полученные по оптимизированной в части режима рекристаллизации тонких пленок Pt (PtRh) методике.
-
Научный задел:
Предлагаемый проект является логическим продолжением успешно выполненных работ в рамках проекта РФФИ № 13-08-12227-офи_м «Разработка композитных планарных структур для создания газовых микродатчиков» (2013–2016 г.г.). Результатом указанных работ стал патент на изобретение № 2593527 «Планарный термокаталитический сенсор горючих газов и паров» (2016 г.) и ряд статей в научных журналах. Накопленный авторским коллективом опыт по разработке планарных устройств микроэлектроники позволил выявить основные нерешенные проблемы в данной области, которые нашли свое отражение при постановке настоящего исследования.
- Добавил в систему: Росляков Илья Владимирович
Источник финансирования НИР
| грант Президента РФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 17 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Кристаллизация тонких пленок платины |
| Результаты этапа: В качестве основы для создания планарных структур выбраны пористые пленки анодного оксида алюминия (АОА) толщиной 30 мкм. К преимуществам данного материала следует отнести коэффициент термического расширения (КТР), близкий к металлической платине, высокую механическую прочность, а также уникальную пористую структуру, которая обеспечивает высокую адгезию напыляемых слоев. Структурированные в виде двумерной спирали тонкие пленки платины, толщиной 100 нм, были сформированы на поверхности АОА методом магнетронного напыления с использованием технологии взрывной фотолитографии. Электрическое сопротивление полученных двумерных платиновых спиралей при комнатной температуре составило около 75 Ом. Исследование структурных изменений, происходящих в тонких пленках при изменении температуры (T), реализовано путем in situ измерения элек-трического сопротивления (R) при термической обработке. На первом эта-пе работы экспериментально получена температурная зависимость ТКС тонкопленочной платины, которая демонстрирует равномерное увеличение от 0,0016 1/К при комнатной температуре до 0,0038 1/К при 910 °С. Учет вклада ТКС в изменение сопротивления путем нормировки на него зависимости R(T), зарегистрированной при линейном нагреве, позволили оценить температурную зависимость скорости рекристаллизации. Установлено, что данный процесс протекает с наибольшей интенсивностью при температуре около 730 °C. Эволюция морфологии и кристаллической структуры в тонких пленках платины исследована с использованием растровой электронной микроскопии и дифракции обратно рассеянных электронов. Исходные образцы со-стоят из кластеров размером ~ 30 нм. Термическая обработка в диапазоне температур 650 ÷ 800 °C приводит к увеличению среднего размера зерна тонкой пленки до ~ 100 нм. Существенный рост зерен платины наблюдает-ся при температурах выше 800 °C. Данный процесс сопровождается фор-мированием в структуре материала полостей и крупных кристаллитов раз-мером несколько микрон. По данным дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD) рекристаллизация платины сопровождается появлением текстуры в направлении <111>, которая становится более выраженной по мере увеличения темпера-туры отжига. | ||
| 2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Кристаллизация тонких пленок платина/родий |
| Результаты этапа: 1. Рекристаллизация пленок платины существенно замедляется при добавлении родия в качестве более тугоплавкого металла. Рекристаллизация наименее выражена для пленок Pt-11%Rh. 2. Рекристаллизация тонких пленок приводит к появлению текстуры в направлении <111>. Пленки Pt-11% Rh обладают наибольшей термической стабильностью. 3. Данные РСМА указывают на то, что в пленках Pt-21% Rh наблюдается расслоение сплава по элементам, которое становится наиболее выражены по мере увеличения температуры отжига. Эволюция микроструктуры на участках пленки с более высоким содержанием Pt протекает с большей скоростью, чем для участков с содержанием Rh большим, чем исходное. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".