Навигация
Монометаллические системы
50895
знаков
1
таблица
13
изображений
2.2 Монометаллические системы
С ростом понимания того, что пленки из чистого металла могли бы иметь значительно более высокое удельное сопротивление по сравнению с массивным образцом металла, интерес к использованию сплавов как основы для получения пленок постоянно уменьшается. С другой стороны, привлекательность однокомпонентных систем становится очевидной, поскольку в этом случае контроль за составом, осаждением и другими параметрами не вызывает затруднений. Рассмотрим ряд таких монометаллических систем.
1) Тантал. Этот металл, первоначально используемый в производстве тонкопленочных конденсаторов как побочный, придает последним ряд важных свойств. В настоящее время первоначальный интерес к монометаллическим системам почти утрачен, однако тантал все еще привлекает к себе внимание как основа для получения тонкопленочных резисторов. В дополнение к своей тугоплавкости (которая означает, что любые дефекты, «законсервированные» при осаждении, не будут отожжены за все время жизни пленки) тантал принадлежит к классу вентильных, которые при нагревании в атмосфере кислорода или при анодном окислении образуют прочный защитный окисел. Анодное окисление позволяет вести точный контроль толщины и может использоваться как регулировочный метод.
Вследствие высокой тугоплавкости для получения пленок предпочтительным методом является катодное распыление, а не напыление в вакууме, хотя последний метод можно тоже использовать. Тантал — химически активный металл, вследствие чего, если не принимать специальных мер предосторожности, напыленные пленки могут содержать различные примеси. Однако, как было сказано ранее, чтобы придать пленкам некоторые полезные свойства, в тантале должны быть определенные примеси. Попытки улучшить однородность и проконтролировать частоту танталовых пленок привели к улучшению процесса катодного распыления как общего метода получения пленок. Получение танталовых резисторов осложняется тем, что танталовые пленки могут существовать, по крайней мере, в трех формах.
α-структура — это обычная объемно-центрированная структура тантала, аналогичная структуре массивного материала. β-структура впервые найдена Ридом и Альтманом . Точные условия, которые заранее определяли бы конкретный вид образуемой структуры (α или β), до сих пор еще полностью не определены, однако установлено, что β-форма не образуется в системах, в которых существует достаточное количество газовых примесей или температура подложки превышает 600° С. Часто образуются пленки, состоящие из смеси α и β-тантала. Эти трудности не дают возможность получить пленку с заранее заданной структурой и, кроме того, величину поверхностного сопротивления нужно контролировать непосредственно, а ие косвенно, по времени напыления. Форма с малой плотностью очень отличается от первых двух и будет рассмотрена отдельно.
Характеристика удельного сопротивления пленки в зависимости от процентного содержания N2, как показано на рис. 4, имеет горизонтальную часть и спад при величине удельного сопротивления около 250 мкОм*см и ТКС порядка —0,75*10-4 1/°С. Важным свойством азотосодержащих танталовых пленок является то, что их можно анодировать как и чистый тантал. На практике состав пленки выбирается возможно близким к Ta2N, так как установлено, что резисторы из пленок такого состава имеют очень хорошую стабильность в течение всего периода нагрузочных испытаний.
Рисунок 4 - Влияние различной концентрации азота при напылении на удельное сопротивление и ТКС танталовых пленок
Существование танталовых пленок малой плотности впервые наблюдал Шютце. Изучая осаждение тантала, он и его коллеги обнаружили, что удельное сопротивление получаемых пленок зависит не только от напряжения на катоде. Результаты их наблюдений показаны на рис. 6. К сожалению, танталовые пленки с малой плотностью, полученные таким методом, оказываются нестабильными. Например, при стабилизирующей тепловой обработке в течение 1—2 ч при температуре 200°С происходит незначительное изменение поверхностного сопротивления, но ТКС падает очень быстро до величины порядка -3*10-4 1/°С (рис. 7).
|
|
Ряд монометаллических систем — алюминий, хром, вольфрам и рений — был исследован Циммерманом. Рений, благодаря существенным преимуществам, оказался оптимальном материалом для создания тонкопленочных резисторов. Данные по точности воспроизведения сопротивления свеженапыленных пленок, которую можно достигнуть для различных материалов в зависимости от величины поверхностного сопротивления, приведены на рис. 7.
Рисунок 7 - Зависимость точности воспроизведения поверхностного сопротивления, достижимой для различных мнометаллических ситем, от поверхностного сопротивления
2) Хром. Как указывалось ранее, процентное содержание хрома в пленках нихрома часто значительно превышает его долю в исходном материале (20%).
Вследствие ограниченной взаимной растворимости Ni и Сr в твердом состоянии, пленки нихрома, полученные напылением в вакууме, часто содержат в растворе больше хрома, чем это следует из термодинамики. Это является источником нестабильности, вследствие того, что избыток хрома выпадает из раствора. Более того, газ, поглощенный хромом во время его осаждения, оказывает на удельное сопротивление пленок хрома более сильное влияние, чем добавки никеля. В результате этого «чистые» пленки хрома имеют значительно более высокие удельные сопротивления, чем пленки нихрома оптимального состава. По этим причинам, а также ввиду большей простоты монокомпонентной системы, возник значительный интерес к хрому как к материалу для тонкопленочных сопротивлений. Хотя использование чистого хрома и исключает проблему контроля состава и распада твердого раствора, чувствительность свойств пленок хрома к условиям нанесения значительно выше, чем у пленок нихрома, вследствие влияния «встроенных» загрязнений; С другой стороны, хорошо известные адгезионные свойства хрома к стеклянным подложкам эффективны для резистивных элементов, так как они связаны с низкой склонностью хрома к агломерации. Кроме того, хром хорошо совместим с любым проводящим материалом. Дополнительная привлекательная черта хрома, с точки зрения осаждения пленок, — легкость сублимации. Обычно применяется вольфрамовый испаритель, покрытый хромом гальваническим способом. Перед использованием такие испарители рекомендуется подвергать термообработке в водороде, так как гальванические слои обычно содержат много окислов. Так как хром не очень тугоплавок, существует предельная температура, при которой пленки хрома могут работать непрерывно. Термообработка пленок хрома в вакууме вызывает понижение сопротивления вследствие эффектов отжига, отсутствующих у более тугоплавких пленок, таких, например, как тантал.
В настоящее время хром наиболее широко используется при изготовлении дискретных резисторов, которые могут быть подстроены до требуемых номиналов путем нарезки канавки, меняющей число квадратов пленки, или при помощи обработки абразивом. В микроэлектронике это, однако, неприменимо.
Пленки хрома, как и большинство резистивных пленок, состоят из относительно чистых островков металла в матрице изолирующей окиси хрома. Скоу и Тьюном было подробно изучено влияние условий осаждения на удельное сопротивление пленок хрома. При этом было обнаружено, что пленки с минимальным удельным сопротивлением могут быть получены только при одном сочетании температуры подложки и скорости осаждения (рис. 8).
Рисунок 8 - Влияние температуры подложки и скорости осаждения на отношение удельного сопротивления пленки к объемному споротивлению массивных образцов хрома.
Похожие работы
... диэлектрик — металл. Пленки тантала и его соединений Пленки тантала и его соединений в последние годы получают все более широкое распространение при изготовлении тоикопленочных элементов интегральных схем. Выбор тантала в качестве исходного материала во многом объясняется тем, что в зависимости от условий получения талталовых пленок они могут иметь различную структуру и соответственно в ...
... 4 ГГ ц и имеют пластинчатую форму длиной от 4 до 20 мм, шириной от 3-до 6 мм, толщиной 1 мм, либо цилиндрическую диаметром от 1,5 до 4 мм и длиной от 12 до 24 мм. Высокомегаомные и высоковольтные резисторы. Резисторы специального назначения Высоко мегаомные резисторы, отличительной особенностью которых является низкий уровень номинальной мощности рассеивания (порядка десятков милливатт и ...
... . Резисторы с такими зависимостями применяются для регулировки громкости и тембра звука, яркости свечения индикаторов и др. Резисторы с характеристиками Е и И используют в регулировке стереобаланса, а резисторы с косинусными и синусными зависимостями применяют в устройствах автоматики и вычислительной техники. Отклонения от заданной кривой определяются допусками. Для резисторов общего применения ...
результаты: - произвели электрический расчет схемы с помощью программы электрического моделирования “VITUS”, в результате которого мы получили необходимые данные для расчета геометрических размеров элементов; - произвели расчет геометрических размеров элементов и получили их размеры, необходимые для выбора топологии микросхемы; - произвели выбор подложки для микросхемы и расположили на ней ...
0 комментариев