Способ получения резистивного слоя

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО СЛОЯ(71) Заявитель Инженерный центр Плазмотег Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Свирин Василий Тимофеевич Точицкий Эдуард Иванович Чекан Николай Михайлович(73) Патентообладатель Инженерный центр Плазмотег Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения резистивного слоя, включающий осаждение на диэлектрической подложке метастабильного углеродного покрытия из импульсного потока плазмы углерода, отличающийся тем, что по истечении времени 1, достаточного для образования сплошного однородного покрытия, включают низкоэнергетичный источник ионов инертного газа, направленный на подложку, и одновременно с осаждением обрабатывают растущее покрытие упомянутыми ионами в течение времени 2, причем 2 выбирают из условия 1121 ,2 где 1 и 2 - удельная электропроводность слоя, полученного без ионной обработки и с ионной обработкой соответственно.(56) Отчет о НИР ГР 19942727, 1996. - С.12-14. Соколов В.Б. Известия Белорусской инженерной академии. -1(1). - 1996. - С. 102. Озолс К.К. и др. Тонкопленочные резисторы // Электронная промышленность. -4. 1993. - С. 57-59.1540578 1, 1996. 5013 1 Предполагаемое изобретение относится к области вакуумной технологии, более конкретно - к вакуумной технологии получения пленочных компонентов электронных устройств, и может быть использовано при нанесении в вакууме углеродных покрытий для изготовления высокоомных резисторов, применяемых в различных электронных приборах, таких как электрометры и другие измерительные приборы, дозиметрические приборы, приборы ночного видения, искрогасители, делители напряжения, разрядные и зарядные цепи. Известен способ получения резистивного слоя, включающий осаждение в вакууме тонкопленочных покрытий специальных сплавов -37, -1004, РС-2802 М и др. 1, 2. Недостатком данного способа является невозможность изготовления резисторов с номинальным сопротивлением выше единиц - десятков мегаом, имеющих малые габариты и низкую индуктивность, что связано с низким удельным сопротивлением таких покрытий. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения резистивного слоя,включающий осаждение на диэлектрической подложке метастабильного углеродного покрытия из импульсного потока плазмы углерода в течение времени 1, достаточного для образования сплошного покрытия и выбираемого исходя из требований получения нужного номинального значения сопротивления 3. Недостатком способа является сильная зависимость удельного сопротивления покрытия от температуры, т.е. такое покрытие имеет высокий температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Это обусловлено тем,что такое покрытие представляет собой совокупность наноразмерных кластеров упорядоченных и частично 3 химически связанных атомов углерода. Оно обладает полупроводниковой термоактивируемой проводимостью и отрицательным значением ТКС. Задачей настоящего изобретения является снижение ТКС высокоомного резистора на основе тонкопленочного покрытия метастабильного углерода путем создания в едином цикле получения резистора тонкого модифицированного слоя углерода (скин-слоя) с низкой энергией активации проводимости и вследствие этого, имеющего малое значение ТКС и одновременно обладающего высоким (в силу малости толщины) поверхностным сопротивлением. Она решается в способе изготовления резистивного слоя осаждением на диэлектрической подложке метастабильного углеродного покрытия из импульсного потока плазмы углерода в течение времени 1, достаточного для формирования сплошного однородного слоя, предусматривающим по истечении времени 1 включение низкоэнергетичного источника ионов инертного газа, направленного на подложку и одновременно с осаждением обработку растущего покрытия упомянутыми ионами в течение времени 2, причем 2 выбирают из условия (1/2)121, где 1 и 2 - удельные электропроводности слоев, полученных без ионной обработки и с ионной обработкой соответственно. Нами экспериментально установлено, что при облучении поверхности растущей пленки ионами инертного газа с энергией 50-100 эВ удельное электросопротивление покрытия снижается на 2-3 порядка, одновременно с этим уменьшается ТКС. Это связано с тем, что при облучении поверхности конденсации ионами инертного газа с энергией 50-100 эВ происходит удаление слабосвязанных атомов углерода, что приводит к укрупнению кластеров образующейся пленки, а также способствует увеличению доли 3 связей алмазного типа. Известно, что энергия активации проводимости в аморфных кластерированных пленках углерода весьма чувствительна к атомной структуре, она уменьшается с ростом размеров кластеров. Зависимость энергии от величины кластера имеет вид Е 86/1/2 (эВ),где- число графитовых колец в кластере 4. Из-за экспоненциальной зависимости сопротивления и ТКС полупроводников от температуры небольшие изменения вприводят к значительному изменению этих параметров. В то же время механические,химические и иные характеристики пленки и скин-слоя практически совпадают граница пленки и скин-слоя обладает минимальной свободной энергией, обеспечивая тем самым стабильность функционирования такой системы в качестве высокоомного резистора и ус 2 5013 1 тойчивость ее к старению. При типичных плотностях углеродных алмазоподобных пленок 2,2-2,6 г/см 3 получением кластерированных пленок с размерами кластеров 15-20 достигают значения 0,24-0,47 эВ. Величина ТКС таких пленок составляет около 0,01 -1 при 20 С. Углеродные покрытия на диэлектрических подложках (ситалл, керамика и т.д.), полученные в вакууме, достигают сплошности и становятся однородными по структуре при толщинах порядка 0,03 - 0,06 мкм 5. Они обладают значительным поверхностным сопротивлением, однако высокое значение ТКС не позволяет использовать их в качестве резистивных слоев. Покрытия, осажденные с ионным ассистированием при таких толщинах,обладая малым ТКС, имеют сопротивление порядка единиц мегом, что не представляет интереса для практического применения, так как такой диапозон сопротивлений хорошо освоен промышленностью. Активный слой, формируемый по предлагаемому способу,создается на химически идентичном подслое. В связи с этим не возникает проблема зародышеобразования нового слоя, а также отсутствует неизбежная при формировании подобных слоев на подложке переходная область с трудноконтролируемыми электрическими свойствами, сплошность скин-слоя достигается при существенно меньших толщинах(порядка нескольких нанометров). Это позволяет получать резистивные слои с большим поверхностным сопротивлением и низким значением ТКС. Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором схематически изображена установка для его осуществления. В состав установки входят вакуумная камера 1 (средства откачки не показаны), импульсный плазменный ускоритель 2, который является источником плазмы углерода, низкоэнергетичный источник ионов инертного газа 3, подложки 4,размещенные на вращающемся столике 5. Способ осуществляется следующим образом. На вращающийся столик 5 помещают подложки 4 из диэлектрического материала. Камеру 1 откачивают до рабочего вакуума,приводят во вращение столик 5, включают импульсный генератор 2, катод которого изготовлен из графита, и производят осаждение метастабильного углеродного покрытия из импульсного потока плазмы углерода на подложки 4, являющиеся заготовками резисторов, в течение времени 1, достаточного для образования сплошного однородного покрытия. При отработке технологического процесса контроль сплошности и однородности осуществляется методами растровой электронной микроскопии. По истечении времени 1,не прекращая процесса осаждения покрытия, включают низкоэнергетичный источник ионов инертного газа 3, направленный на подложку и одновременно с осаждением обрабатывают растущее покрытие упомянутыми ионами в течение времени 2, выбираемого исходя из заданного номинального значения сопротивления резисторов. При этом 2 должно удовлетворять условию(1/2)121 ,где 1 и 2 - удельные электропроводности слоев, полученных без ионной обработки и с ионной обработкой соответственно. Пример В вакуумную камеру установки УВНТМ-2 с размещенными на ней импульсным плазменным ускорителем, конструкция которого описана в работе 6 и ионным источником,описанным в работе 7, помещали стандартные подложки из ситалла размером 6048 мм с наложенными на них масками для получения резисторов требуемой конфигурации. Откачивали камеру до давления 1,5-10-3 Па и проводили ионную очистку поверхности подложек. Включали ускоритель и осаждали углеродное покрытие в течение 10 минут. Затем не выключая ускоритель, включали ионный источник и обрабатывали растущее покрытие ионами аргона со средней энергией 80 эВ и плотностью тока в пучке 500 мкА/см 2 в течение 20 сек. Полученные таким образом подложки с резистивным покрытием извлекали из вакуумной камеры и через маски другой конфигурации наносили по стандартной технологии контактные площадки, после чего подложки разрезали. Таким образом, была изготов 3 5013 1 лена опытная партия резисторов в бескорпусном исполнении размером 3,2,5 мм с номинальным сопротивлением 1,12 ГОм. Резисторы предназначены для использования во входных цепях зарядочувствительных предусилителей дозиметрических приборов. ТКС полученных таким образом резисторов был в 7,5 раза ниже, чем у контрольной группы образцов, полученных по обычной технологии. Источники информации 1. Озолс К.К., Хромов А.Д., Маркарянц А.Е., Тюрин Т.С., Ермолаев Я.Ф. Электронная промышленность. - 6, 102. - 1991. 2. Соколов В.Б. Известия Белорусской инженерной академии. - 1(1), 19. - 1996. 3. Отчет о НИР Разработать метод синтеза алмазоподобных покрытий из потоков углеродной плазмы при воздействии на подложку ионизированного инертного или реакционноспособного газа, технических средств для его реализации и технологию получения термостойких резисторов и защитных оптических покрытий. - С. 52. -ГР 1994442727. 4.. . . . . . , 342 277,1993. 5..., . 7,. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.