CC BY
9
УДК 621.374
И. М. Гранкин, канд. техн. наук, Г. И. Кальная, канд. физ.-мат. наук, В.К. Лопушенко, ст. инж.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ОКИСИ ЦИНКА ДЛЯ УСТРОЙСТВ НА ПАВ
Применение высокоориентированных пленок окиси цинка в технике поверхностных акустических волн (ПАВ) и интегральной оптике общеизвестно. Наиболее важными характеристиками этих пленок являются высокая степень ориентации С-осей и малый
размер кристаллитов, обеспечивающие высокий коэффициент электромеханической связи и малые потери на распространение ПАВ.
Нами исследована технология получения высокоориентированных пленок окиси цинка вакуумным ионно-плазменным распылением в трйодной системе на постоянном токе и определены оптимальные условия осаждения пленок с малыми размерами кристаллитов. Как известно, на структурные свойства пленок, осажденных в
а
юо
75 SO 75
«и "Ч
IX \
45
Q6 1...
ог ей о.9 /.о {/ v й*
I/ I/ ' *
'V
Зависимости степени преимущественной ориентации С-осей кристаллитов Rum от скорости напыления VB при различных температурах подложек.
вакууме, влияют такие параметры процесса, как скорость напыления V„, температура подложки Т„, чистота вакуумной системы, состав и давление рабочих газов, состояние и тип подложки, чистота источника и геометрия распыления [2].
Осаждение пленок окиси цинка осуществлялось в смеси аргона и кислорода при давлениях 0,5—6,6- Ю-1 Па. Подложки плавленного кварца размерами 20 х 12 х 1 мм закреплялись в алюминиевом держателе на расстоянии 100 мм от мишени, изготовленной из порошка, содержащего 99,9% окиси цинка. Толщина пленок во всех экспериментах составляла 1 мкм. Изменение рабочего давления в пределах 0,5—6,6-Ю-2 Па заметно не влияло на свойства получаемых пленок.
На удельное сопротивление пленок влияет содержание кислорода в рабочей смеси газов. При содержании кислорода 8-^-10 % сопротивление пленок составляло 107 108 Ом-см, при 5% — 5,6-104 Ом -см и резко уменьшалось с уменьшением содержания кислорода, что объясняется появлением в пленке свободного цинка. При содержании кислорода более 15 % электросопротивление не увеличивалось и, как показано в работе [2], дальнейшее увеличение содержания кислорода ведет к получению пленок со смешанной ориентацией С-осей, что снижает суммарный пьезоэффект.
Наибольшее влияние на ориентацию кристаллитов оказывают скорость напыления и температура подложки. Температура подложки и скорость осаждения изменялись в пределах 50 300 °С и 0,5—2 мкм/ч соответственно.
Степень ориентации и размер кристаллитов определя-
ли с помощью рентгеновского дифрактомера ДРОН-2,0.
Как показали исследования, для заданной температуры подложки существует граничная скорость осаждения 1/Гр- Увеличение скорости напыления выше граничной приводит к получению пленок со смешанной ориентацией С-осей перпендикулярно Сх и параллельно Ср плоскости поверхности подложки. С увеличением температуры подложки граничная скорость возрастает (см. рисунок). Однако рост температуры сопровождается также и ростом размеров кристаллитов.
Пленки окиси цинка, получаемые при температурах 180" —- 300 С и скоростях осаждения 0,8 1 мкм/ч, имеют высокую степень ориентации С-оси кристаллитов перпендикулярно поверхности подложки и размеры кристаллитов Ь = 23—38 нм. Характеризу-зуются они оптической прозрачностью. Однако в процессе исследований иногда наблюдалось помутнение пленок на подложках, напыляемых в тех же условиях, и появление смешанной ориентации С-осей (С± и С ||). Это объяснялось присутствием на поверхности подложки и в рабочей камере загрязнений в основном органическими веществами.
Исследовали также влияние легирующих добавок на ориентацию С-осей. Легирование мишени висмутом (3—5 %) способствовало увеличению электросопротивления и степени ориентации С-оси перпендикулярно подложке.
Рабочие газы должны быть высокой степени чистоты, а вакуумная система лишена течей, так как незначительное добавление (около 1 %) в рабочую смесь газов азота приводит к получению пленок со смешанной ориентацией.
Из результатов исследований можно сделать вывод, что из всей совокупности технологических параметров напыления, впияющих на получение пленок 2пО с нормальной к подложке ориентацией С-осей кристаллитов, наиболее чувствительны температура подложки, скорость напыления и чистота системы.
С точки зрения размеров кристаллитов, наиболее приемлемой следует считать температуру подложек в районе 180—200 С (L = = 23 нм).
1. Хикернелл Ф. Преобразователи поверхностных-волн на .тонких пленках окиси цинка,— ТИИЭР, № 5, 1976, с. 70—76. 2. Hickernel F. DS-triode sputtered zinc oxide surface elastic wave transducer.— J. Appl. Phys. 1973, March, vol. 44, p. 1061—1071.
Поступила в редколлегию 04.09.79
I. M. Grankiti, G. I. Kalnaja, V. К■ Lopushenko PREPARATION OF ZnO THIN FILMS FOR SURFACE ACOUSTIC WAVE
DEVICES
The microstructure of sputtered ZnO films used for the generation of acoustic surface waves has been examined.
