Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 2 (3-е изд., 1987) (1152096), страница 90
Текст из файла (страница 90)
В результате реакции распыленного вещества с атомами активнога газа образуется вещество пленка, осал>даемое на подложку. Такие реакции могут протекать в межэлектроднам пространстве нлн на поверхности подло>кки. Скорость н шесевяя пленок при таком распылении монсе 0,1 нм/с, и толщина пленок не превышает 150 — 200 нм. Катодным распылением в среде инертного газа удается наносить плевки силикатных стекол. Пленки оксидов, нитридон и твтанатов можно получать не только резктивным, но н непосредственным распылением в плазме ВЧ-разряда в инертном газе. Для пленок, получаемых ВЧ-распылением, характерно уменьшение электрической прочности и (н б с ростом толщины.
В зависимости от режима (давление газа, плотность тока и температура подложки) пленки. получаемые ионной бомбардировкой, могут быть как аморфными, так н полнкристаллическнми. Выбор того нли иного метода определяется не только требованиями, предъявляемыми к электрофизическим свойствам пленки, но и в равной мере к возмо>кностям сочетания выбранного метода с технологией изделня. 24тй СВОЙСТВА ЭЛЕКТРО!430ЛЯЦИОННИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПЛЕНОК Макроскопическое строение пленок. Электронзоляцнонные неорганические пленки, образующиеся на реальной поверхности подложки, в определенной мере отражают ее гетерогенное строение. Присутствие на этой поверхности различного рода загрязнений, топографических и структурныь несовершенств может привести к появлению в ЭНП локальных нарушений оплошности илн флуктуаций толщины, инородных включений нлн образований другой фазы, например кристаллов в аморфной пленке.
Нарушение состава ЗНП меже> возникнуть н за счет захвата за- 17» грязнепий из среды, в которой пронскадит образование пленки. Прнчвной появления мнкротрсщан могут быть растягивающне нлв сжвмающне напряжения, возникающие в пленке прн ее осаждении. Напряжения зтк могут быть достаточно велики (10' — 10» Па), и нх возникновение не может быть объяснено каким-нибудь одним механизмом. Ото>адв возни>гают трудности в поисках путей нх устранения.
Наиболее простой, но далеко не всегда ла>ощнй положительный результат способ— это отжиг готовой пленки. Следует иметь в виду, что отжиг может привести к измененню структуры ЗНП, например появлению кристаллической фазы в аморфной пленке, что неизбежна приведет к ухудшению ее электрических свойств. Вообще любые нарушения оплошности н когерентнссти ЭНП будут ухудшать ее электрические показатели н пони>кать надежность устройств, в которых ЭНП работаст.
Во всех устройствах и приборах, где ЭНП выполняет функции электрической изоляции, онз работает в достаточно сильных полях, напрянгенность которых приближается к Гыр тех же диэлектриков в толстых слоях. В этих условиях через ЭНП протекают токи, значительно абльшие, чем те, которые можно ожидать, учитывая лишь объемную проводимость массивных образцов. В большинстве случаев концентрация в тонких пленках носителей заряда будет определяться ннжекцией их нз электродов нли возбуждением с различных примесных уровней. Механизмы электропроводности будут рвзличвы в зависимости от характера контакта электрод — пленка и ат степени чистоты материала ЭНП. Можно назвать наиболес часто наблюдаемые механизмы: эффекты Шатка и Пуля — Френкеля, токи, ограниченные объемным зарядом (ТООЗ); перескоки электронов по локальным уровням в запрещенной зоне аморфных пленок (чпрыжковая» проводимость).
Законы изменения токов, определяемых этими механизмами, будут весьма различнь>. Многообразие материалов и методов получения нс позволяют сделать каких-либо обобщающих выводов о механизмах поляризации в ЭНП. Характеры частотных зависимостей в, и !й б в каьчдом отдельном случае будут определяться природой материала, структурой локальных уровней в запрещенной зоне, прксутствием примесей и структурных несовершенств, природой контактов подложка— ЭИП и ЭНП вЂ” верхний электрод и др Так, для большинства АОП характерна слабая зависимость з, и (п б от температуры и от частоты в диапазоне БО Гц — 1 ГГц.
Зто позволяет считать, что в АОП преобладают электронная и ионная поляризапин. Незначительная релаксационная поляризация связана, по-видимому, с перескоком электронов по локальным уровням в запрещенной зоне, и маисимум !и б обычно наблюдается в области частот менее 1 Гц. В термических оксидных пленках и ЭНП, получаемых нспаревием или осаждением из газовой фазы, чаще всего наблюдаются частотные зависим»сти е, и (йб, характерные для дебаевской поляризации, что связано с присутствием в этих ЭНП посторонних првмесей.
Диэлектрические потери проводимости в Элекгроизоллииолиыэ неорганические аленки Равд. 24 Табл ил з 24.1. Методы получения н электрические показатели электроизоляциоиных неорганических пленок е . мнтм !яз-ии (! зГц! и, Ом.м е„ (! зГц! Озеленена е З!етедм полгмнмя 10ы — 10тз 1022 10тэ Тафта 1022 1022 41 15 — 44 15 — 38 МЬ О, 1,0 1,0 — 2.0 1,0 — 2,0 500 РОΠ— 500 100 — 500 Т1О2 9021 ! 022 90 5,0 — 6,0 0,5 — 2,0 60 — 150 102 10 1,0 0,3 — 0,7 О,3 †.7 Ирэ 14 — 25 2,0 — 6,0 2гот А1202 5!Оз 1,0 0,3 700 700 700 О,! 3.8 — 4,1 0,02 510 3,7 — 6,7 6,0 1Оэ Реактивное распыление Осаждение из газовой фазы 512!сз 0,1 0,1 6,2 — 7,0 5,7 — 6,7 100 100 — 900 10'а ВаТРОз 1 — 10 1 — 10 13 420 100 40 0,7 Взрывное испарение Электрохимическое окислевие Анодирование в плазме Реактивное распыление Распыление в ВЧ-разряде Осаждение нз газовой фазы Электрохнмическое окисление Анодирование в плазме Реактивное распыление и рас- пыление в ВЧ-разряде Осажденне нз газовой фазы Электрохимнческое окисление Анодирование в плазме Реактивное распыление и ра с- ныление в ВЧ-разряде Осаждение из газовой фазы Электрохимическое окисление Анодирование в плазме Реактивное распыление и рас- пыление в ВЧ-разряде Осаждение из газовой фазы Электрохимическое окисление Анодирование в плааме Реактивное распыление Осажденне нз газовой фазы Электрохимическое окисление Анодирование в плазме Реактивное распыление Осаждение из газовой фазы Электрохимическое окисление Анодирование в плазме Термическое окисление Реактивное распыление н рас- пыление в ВЧ-разрнде Осаждение из гааовой фазы Реаитивное распыление Осзждение из гааовой фазы Испарение ! ВЧ-и СВЧ-распыление Взрывное испарение 27,6 22 — 50 14 — 35 22 — 50 22 22 20 20 18 9 — 11 3 —.4 8 — 9 7 — 9 3,5 — 4,1 3,5 — 4,0 3 — 8 2 — 4 0,5 — 1,0 8,0 0,8 0,9 1,0 1,О 1.6 О,3 †,0 5,0 1,0 З,О 0,3 0,5 — 1,0 1,0 — 2,0 0,1 — 1,0 О,! — 1,0 1Огз — 10'% РО 10Ч 10ы 1Отз !Озз !Отз 500 — 600 100 — 600 1ОО 600 600 ХΠ— 1000 !00 — 6Ю 261 4 24.4 Области применения неорганических пленок аморфных ЭНП могут определяться электронной проводимостью и будут зависеть от природы барьеров яа границах пленка — электрод.
Так, потери проводимости в АОП всегда существенно больше. нежели вычисленные по значениям проводимости, измеренной в постоянных полнх. Это объясняется тем, что ЛОП в системах металл — АОП вЂ” металл, металл— ЛОП вЂ” полупроводник и металл — АОП— электролит обладает асимметрией проводимости, которая особенно велика в последних двух системах. Проводимость и 16 6 существенно зависят от оплошности и однородности ЭНП.
Для большинства ЭНП ТКе приблизительно равен 10 — ' К '. Электрические показатели наиболее употребительных ЭНП даны в табл. 24.1. 24.4. ОБЛАСТИ ПРИЛ(БИЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЕЧХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПЛЕНОК Тонкие ЭНП получили широкое применение в современной радиоэлектронике в качестве диэлектрика в электрических конденсаторах, разделительной изоляции и защитных покрытий в полупроводниковых приборах, разделительной и конденсаторной изоляции в интегральных и пленочных схемах, а также в различных технологических процессах изготовления приборов, например масок при травлении и напылении и источников диффузанта при диффузионном легнровании.
Оксидные пленки, получаемые электрохимическим окислением, применяются и в качестве изоляции обмоточных алюминиевых проводов и лент. Конденсаторы. Для оценки качества конденсаторов применяются удельные характеристики — удельная емкость Сд» и удельиын заряд Ощ. Иногда вместо удельной емкости применяется обратная величина †уд.ный объем отд. Удельная емкость определяется как отношение емкости конденсатора С к его активному объему 1', т,е. Стд=С/У, мкФ/мз. Удельный заряд определяется произведением удельной емкости иа рабочее напряжение конденсатора (>рдзг От»=С>д(>д,з, мкКл/м>.Удельный заряд конденсаторов с лизлектриком из неорганических пленок достигает 10'д мкКл/м', что на 2 — 3 порядка выше удельного заряда конденсаторов с другими диэлектриками.
Из болыпого числа ЭНП в качестве диэлектрика в конденсаторах наибольшее применение получили АОП, образующиеся при электрохимическом окислении алюминия, тантала и ииобия В микроэлектронике для пленочных конденсаторов используются анодные пленки на кремнии и напыленные гленки моиоокснда (640) и нитрида (51>М>) кремния. В конденсаторах с оксиднымн пленками природа второго электрода определяет тип конденсатора: 1. Электролитические конденсаторы: второй электрод в электролит; П. Оксиднополупроводниковыс конденсаторы: второй электрод в двуокись марганца; НЕ Оксиднометаллические конденсаторы> второй электрод — металл. 1.
Электролитичсскне конденсатора> (обозначения К50, К52). В электролитических фольговых конденсаторах (К50) анодом является алюминиевая фольга, на которой образована оксидная пленка. Вторым электродом служит электролит. В танталовых электролитических конденсаторах (К52) анод делается в виде пористого тела, опекаемого из порошка тантала. При этом достигается значительное увеличение поверхности анода и удельнын заряд таких конденсаторов возрастает по крайней мере на порядок. В электролитических конденсаторах постоянного напря>кения металлический электрод всегда положителен и при пробое ЛОП может легко восстанавливаться за счет элсктрохнмического окисления.
При этом частичные нарушения сплошности пленки, водника>о>цне, например, при пробое на дефектных участках, будут восстанавливаться, и такой пробой не будет приводить к катастрофическому разрушению диэлектрика. Рабочая напряженность полн в электролнтических конденсаторах достигает (4 — 6) ° 10' В/м, что на один-два порядка больше, чем в других конденсаторах Электролитичсские конденсаторы обладают ярко выраженной асимметрией проводимости — при нормальном (анодном) включении ток утечки весьма мал [менее О,1 Л/(Ф В)), тогда как при катодном включении он возрастает в тысячи и десятая тысяч раз, что приводит почти к мгновенному разрушсншо конденсатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
