Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 130
Текст из файла (страница 130)
Для этого выбирается ствилертиый раствор с весовой коицыюрвцией волов 1: )ВИ ори темлеретуре ЗЗ'С. Условный нуль иотеициелв выбирветси теким образом, чтобы это соответствовало олииековому выделение водорода с обеьх сторон электрика ори лввхеияи газа гас мм. рт. ст. м коицеитрвции волоровиых воиов 1: )ОЮ, э"") При осаждении хромовых вокрытий коэффициент эффективиости тока обмчио состввляет только 0,13. В случае, если в растворе могут протекать одновременно две реакции, оии могут оказывать влияние друг на друга, В этом случае, квк показано на рис.
2, две вольт-амперные характеристики будут соответствовать двум реакциям в растворе. Вертикальная пунктирная линия на графике (рис. 2) соответствует напряжению, при которои (в случае осаждения сплавов) будет осаждаться сплав нужного состава. На рис, 3 представлена вольтамперная характеристика, имеющая место в том случае, если в результате одной из реакций в растворе происходит образование водорода. Как было упомянуто ранее, прн снятии вольт-амперных характеристик в качестве датчика необходимо использовать сам катод.
В противном случае соотношения между напряженнем н током, полученные при измерении падения напряжения по сечению всей ванны, окажутся нввернымн. Это объясняется характером распределения потенциала по сечению ванны (рис. 4). Падение напряжения непосредственно в ванне (исключая области А! Ай Ац С)( Со Сг""' Сц Ге Х) Р() Р! Р() 5п 2п 2,7 10,5 19,3 8,6 8,7 7,1 8,9 7,9 8,9 11,4 21,5 12,4 7,3 7,! 0,093 1,118 2,043 0,582 0,306 О, Р30 0,329 0,289 0,304 1,074 !,011 0,356 0,615 0,339 — 1,66 +0,80 +1,70 — 0,40 — 0,28 — 0,70 +0,34 — 0,44 — 0,25 — 0,13 +1,20 +0,80 — 0,14 — 0,76 Гл.
5. Осаждение топких пленоя химическими метфдамв градиента потенциала, примыкающие к электродам) с целью снижения потерь иа нагревание раствора необходимо понизить до минимально возможной величины, чаше всего это достигается добавлением в раствор прово. дяп(их солей. Область градиента иотенцнала у катода обычно составляет Рнс. 2. Идеальная ( -П кнрвктеристнкв (в растворе иротеввмт одновременно две ревкнннр Рнс. 3. Нлевльивя ( — П леректернстнкв простыв систем (к растворе протекает одна ревкнннр величину около 3000 й, поэтому вблизи катода будут возбуждаться сильные электрические поля. В этой области могут протекать реакции трек типов (рис. Ь), Структура получаемых пленок может быть различной: монокристаллической (26), текстурозанной, состоящей нз блоков крнсталлитов, ориентированных вдоль направления роста и, наконец, неупорядоченной, с разо- дсаллллсллке Рнс.
3. Населенья ( — П клрвьтсрнстикв в слтч*е, вегдв в растворе ирвтеввет одне репнине, сянзеповнтеювьпес» еидевеинеп юдородв. Рпс. С. Анаграмме рвсиределсния петеипнвлв но сечению тнвьввмнческей нанни. иеитнрованными зернзмн, обладающими бовьшнм разбросом раэмерои. в рис. 6 приведены фотографии, иллюстрирующие столбчатый характер роста ярисгаллитов. Обычно столбчатые крнствллиты растут нормально к поверхности катода. Можно отметить, что периодичность чередования неровностей поверхности определяется размерами столбчатых кристаллн.
тов (рне, 6, и). Зависимость подобного аффекта от столбчатого характера роста может быть обнаружена с помощью сравнения поверхностей подложки и пленки, как показано на рис. 6, а. Более того, в вроцессе изготов- 2. Электрохимическое осаждение Лггтоог ягрррп ря брергетяр з Лр гзяягетрр примера приведены еще несколько изображений поверхности пленок, полученных электрохииическим осаждением. Так, на рис. 8 показана нару жггая поверхность пленки золота толщиной 2 мкм, осажденной на подложку из сплава железо — никель. В данном случае в процессе раста упомянутой пленки не происходгп образования столбчатых кристаллитов, и, таким образом, на поверхности пленки воспроизволятся все царапины и другие дефекты, имевшие место на поверхности железо-никелевой подложки.
На фотографии грие. 9,а) изобраигсиа такая же пленка, осажденнаи при значительно более высокой плотности тока. В этих условиях усиливается гаэовыделение, причем пузырьки газа проходят сквозь осаждаемый слой. в результате чего в пленке образуется много мелких раковин. На рис. 9, б один нэ участков поверхности этой плекки показан а увеличенном масштабе. Рис. В.
Сззма рзсяазежеяяя рзаяняеяяыз зоя з обззсги ззгедязгз грздяеятз иегзячяззз глт' — адсербяруемыа згем серебра) Рас. Е. Структура мздмеа язеязя, еззждзиеее на медиум иедаемяу )тэй а — общее зяд яодяожкя я яязняи я гюязречяям разрезе; б ечьзрзяестязя язрозность идзяяя, связанна» со сгззбчзтым характерам рзстужяз крясгзлзоз, Снеге з сязязеуюжзм злззтэояязм микроскопе. Нз аясуике зидаы стозбчзтыа характер крястзляитоз я неровности поверхности пленки. пения пленочного образца можно отделить пленку от поверхности подложки таким образом, чтобы наблюдать пограничный слой пленки, непосредственно примыкающий к подложке. На рис.
7 приведена фотография, полученная в сканирующем электронном микроскопе, на которой изображен такой пограничный слой: видно, что этот слой повторяет рельеф поверхности подложки. На других фотографиях грие. 8 и 9) в качестве ~Огяул Г17 1 1 ! 1 1 1 1 1 1 1 1 г 1 Дог игуратл- 'Потеря сия зарязгя еп,г)у'о Ней г)у'др' Лр' Гл. Б. Осажденне тонких пленок химическими методами Рис. В. Поверхность пленки золота, осажденной на подложку из сплава желево нинель, прн вмсокой плотности тока.
Видны раковины. образующиеся в пленке из за интенсивного вмделения водорода, Снято в сканирующем электронном микросиоле Увеличение: а — УОО К; б — 35СОК 2) Осажденне элементов. В табл. 3 помещен перечень элементов, кото. рые легко поддаются осаждению электрохимическими методами. В таблицу включены также плотности и электрохимические эквиваленты наждого нз элементов. Там же приводятся валентности металлов для большинства обычно используемых составов ванн, однако варьирование состава ванны может вызвать изменение величины Е. Скорость роста в этом случае может быть рассчитана из уравнения (2) при известном коэффициенте эффектив- Рис. 7.
Пленка меди, осажденная нв медной подложке. Отчетливо виден хараитер рельебга пограничной поверхности пленки, отделенной от подложки. Рнс. З. Поверхность пленки зодота, осажденной на подложку из сплава железо— никель. На поверхности отчетливо видны трещины, воспроизводящие дефекты подложки. Толщина аленки 3 мкм. Снято в сканирую~нем злектропвом микроскопе гезВ 2. Электрохимическое осаждеиие ности тока, который, кзк было упомянуто ранее, для стабильных покрытий имеет значения от 0,5 до 1.
Температурные эффекты в растворах отмечаются только в том случачч если коэффициент а зависит от температуры (обычно при повышении температ)ры а возрастает). Поскольку скорость осаждения может быть достаточно велика, электройимические методы можно использовать и для получения толстых слоев (з таком случае процесс называется гальваиопластикой), и для рафинирования, В частности, гальванопластика применяется при изготовлении матричных дисков для грамофонной записи.
При этом надежный подслой на катоде образуется либо при использовании коллоидных металлсодержащих суспевзий, либо методом химического восстановления. Монокрисгаллические пленки были впервые выращены Лоулессом (261, который осаждал медь на монокристалл пикеля, никель нз монокристалл меди и золота иа монокристалл меди. Высокое совершенство структуры сохранялось при толщине пленки, не превышающей !ОООА. Все исследованные пленки сохраняли оплошность при толщине не менее 50 А; при мень.
ших толшинах наблюдалось образование островковой структуры: менее 15 А — для золотой пленки, осажденной иа монокристалл меди с направлениями главных кристаллических осей (1!1), и менее 50 А — для золотой пленки, осажденной на монокристалл никеля (! 00)ю. 3) Анодное осаждеиие. При использовании в качестве подложки анода системы возможно успешное осаждение окислов элементов.
При этом окислы осаждаются из раствора, в отличие от анодирования, ко~да осаждаемая пленка является продуктом окисления металла, из которого изготовлен сам анод, С помощью анодного осаждения получают пленки окислов свинца и марганца, однако в тонкопленочной технологии этот метод применяется очень редко. 4) Осажденне сплавов. Обширный перечень сплавов (около !00 паиме. ноааний), успешно осаждаемых с помощью электрохимических методов, подробно обсуждается в фундаментальном двухтомном труде Бреннера 16). В качестве примера можно привести сплав железа с никелем, поскольку пленки такого состава играют важную роль в процессе создания пленочных магнитных запоминающих устройств.
Нельзя осаждать сплав произвольного состава из-за ограничений, накладываемых характеристиками входящих в сплав отдельных элементов. Следует отметить, что с добавлением подходящих химических комплексообразуюшнх примесей часто появ. ляется возможность замедления хода одной нз реакций. Роль этих примесей заключается в изменении потенциала равновесия до более отрицательной величины, что в результате дает значительное сближение вольт-амперных характеристик осаждения отдельных элементов. Для того чтобы одновременно осаждать зсе компоненты сплава, при достаточно близких по величине значениях потекциалоз равновесия каждого из осаждаемых металлов, можно обойтись без добавления таких примесей, з случае применения комплексообразуюших примесей может возникнуть необходимость изменения коьцентрацин каждого элемента или нонцентрацни всей комплексной присадки, если это нлняет на осажденне обоих компонентов сплава.
Для таких металлов, как серебро, кадмий, цинк и медь типичными комплексообразуюшими ионами являются ионы цнанида. Электрохимическими методами можно также осаждать тройные сплавы. В работе [6! сообщается о !5 типах сплавов, которые легко поддаются осаждению. го Новая точка зрения на структурообразование и рост пленок, полученных методами электрохимического осаждения, включая как моно., так и поликрнсталлическне структуры, изложена в работе !441. гг, 5 Осажденне тонких пленок хнмнческнмя метвдамм дйоастгн аналсмйчная лат~у Рис. Ю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
