Исследование влияния топологии подложки на формирование и рост островковых тонких плёнок меди

Для современных науки и техники большой интерес представляют островковые тонкие плёнки (ОТП). Они применяются в наноэлектpонике для создания интегральных электронных схем с характерными топологическими размерами элементов менее 100 нанометров.

Цель

Изучить влияние топологии подложки на формирование и рост ОТП меди, полученных методом термического испарения в вакууме.

Задачи

• Изучить устройство малогабаритной вакуумной установки модульного типа и технологические процессы вакуумного нанесения тонких пленок.
• Получить тонкие наноразмерные покрытия меди методами термического испарения и магнетронного распыления.
• Изучить принцип работы АСМ и получить изображения наноразмерных покрытий меди на рельефных подложках и изучить их.
• Изучить особенности формирования ОТП на рельефных подложках.
• Сделать выводы о влиянии топологии подложки на формирование роста наноразмерных покрытий меди.

Описание

Новизна подхода заключается в том, что вещество (медь) будет наноситься не на гладкую подложку (при этом островки формируются хаотично), а на подложку со специально заготовленным наноразмерным рельефом, служащим шаблоном для самоорганизации металлических нанокластеров. В перспективе это обеспечит воспроизводимость метода. Подобная работа уже была проведена Муслимовым А.Э. (диссертация «Влияние рельефа подложек лейкосапфира на процессы роста эпитаксиальных плёнок теллурида кадмия и частиц золота»). В его работе описано исследование эпитаксиального роста плёнок теллурида кадмия на подложках лейкосапфира с наноструктурированной поверхностью. Надо отметить, что предложенный им метод получения наноструктурированной поверхности подложки лейкосапфира оказался очень дорогим и сложным.

На кафедре МТ-11 МГТУ им Н.Э. Баумана, где выполнялась работа авторов, подобный метод никогда не применялся и им заинтересовались, но применительно к получению ОТП меди на ситалловых подложках.

Для эксперимента авторам была нужна ситалловая наноструктурированная подложка, но вопрос с формированием рельефа на ситалле пока не решён. В качестве подложки кусочек CD-диска без записи, так как на нём уже есть готовый рельеф, нанесённый промышленным способом.

Дорожка CD-диска представляет собой последовательность мельчайших выемок в диске размером 200−300 нм на 300−500 нм и глубиной около 10 нм.

Результат

Получены 2 образца медного покрытия (около 100 и более 300 нм) на рельефной подложке из CD-диска методом термического испарения и 1 образец (около 100 нм) – методом магнетронного распыления. При помощи АСМ получены изображения рельефа поверхности подложки без покрытия и с покрытием. При помощи программы Image Analysis 3.5.0.1050 изучен рельеф поверхности. Выявлено, что рельеф CD-диска изменился после нанесения покрытий. Наноразмерная (до 100 нм) плёнка меди образовала выступ на поверхности подложки до 25 нм на месте впадины. После напыления рельеф стал более развитым (неровности до 15 нм). Сплошная плёнка (более 300 нм) сделала поверхность более гладкой, уменьшив перепады высот с 25 нм до 5 нм. У образца 3, полученного методом магнетронного распыления, сплошная наноразмерная (до 100 нм) плёнка меди сгладила перепады высот на подложке с 30 нм до 15 нм. 

Вывод

Экспериментально доказано, что топология подложки влияет на формирование и рост наноразмерных покрытий меди, в том числе и островковых.

На начальных стадиях роста покрытий заполняются углубления подложки. Таким образом, при помощи специально созданного наноразмерного рельефа на подложке можно контролировать точки роста островковых тонких плёнок.

Оснащение и оборудование

ОТП меди были получены методом термического испарения и магнетронного распыления на малогабаритной вакуумной установке модульного типа.

Для изучения ОТП меди были использованы АСМ Solver Next и программа Image Analysis 3.5.0.1050.

Сотрудничество с вузом при создании работы

Работа выполнена на кафедре МТ-11 МГТУ им Н.Э. Баумана.

Перспективы использования результатов работы

Результаты, полученные при нанесении ОТП методом термического испарения, могут быть использованы в разработке технологии формирования очагов роста островков в местах, сформированных на подложке углублений, как энергетически выгодных зон для дальнейшего создания на них элементов изделий и устройств с регулярным рельефом для нужд микро- и наноэлектроники.

Результаты, полученные при нанесении наноструктурированного покрытия методом магнетронного распыления, могут быть использованы в разработке технологии сглаживания рельефа ситалловой подложки (с 32 нм до 15 нм и меньше), т. е. создания базового подслоя из меди для последующего нанесения нанопокрытий титана.

Награды/достижения

Московский городской конкурс проектных и исследовательских работ обучающихся – призёр муниципального тура, финалист городского тура.

74-е дни науки в МИСиС – призёр.

Особое мнение

«Тема исследования интересная, и работа будет продолжена. На данный момент решается задача формирования на ситалле регулярного рельефа в виде впадин диаметром 300−500 нм и глубиной от 10 до 50 нм.

Конференция «Инженеры будущего» понравилась хорошей организацией и компетентным жюри. Очень много интересных работ»