RU2657674C1 - Способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей - Google Patents
Способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657674C1 RU2657674C1 RU2017128782A RU2017128782A RU2657674C1 RU 2657674 C1 RU2657674 C1 RU 2657674C1 RU 2017128782 A RU2017128782 A RU 2017128782A RU 2017128782 A RU2017128782 A RU 2017128782A RU 2657674 C1 RU2657674 C1 RU 2657674C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- gallium
- substrate
- layer
- stage
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 6
- 230000016507 interphase Effects 0.000 title description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 86
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 150000002680 magnesium Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 12
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- HZZOEADXZLYIHG-UHFFFAOYSA-N magnesiomagnesium Chemical class [Mg][Mg] HZZOEADXZLYIHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 66
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей пленка/подложка, где х=0,05÷0,25. Осуществляют нанесение на полупроводниковую подложку монокристаллического кремния пленки галлий-замещенного феррита магния Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0,05÷0,25. Нанесение пленки проводят в 5 этапов. На 1 этапе на подложку Si ионно-лучевым методом наносят слой галлий-замещенного феррита магния толщиной от 10 до 20 нм, распыляя порошкообразную мишень галлий-замещенного феррита магния пучком ионов кислорода с энергией от 1500 до 1600 эВ и плотностью тока пучка ионов от 0,1 до 0,25 мА/см2. На 2 этапе проводят кристаллизацию полученного слоя путем нагревания со скоростью 150°С/мин до температуры 700-720°С и выдерживания в течение 2-3 мин с последующим охлаждением. На 3 этапе кристаллическую пленку пучком ионов кислорода с энергией 300 - 400 эВ и плотностью тока пучка от 0,1 до 0,25 мА/см2 утончают до толщины 2-4 нм. На 4 этапе на утонченный кристаллический слой галлий-замещенного феррита магния ионно-лучевым методом повторно наносят слой феррита того же состава, что и на первом этапе, до толщины пленки, не превышающей 80 нм, распыляя порошкообразную мишень галлий-замещенного феррита магния пучком ионов кислорода энергией от 1500 до 1600 эВ и плотностью тока пучка ионов от 0,1 до 0,25 мА/см2. На 5 этапе проводят повторную кристаллизацию пленки галлий - замещенного феррита магния на упомянутой подложке. Изобретение позволяет создавать гетероструктуру со стабильными межфазными границами пленка/подложка для устройств спинтроники. 3 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области создания пленок ферритов на подложках кремния для устройств магнитной микроэлектроники.
Известно, что галлий-замещенный феррит магния состава Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0.05÷0.25, характеризуется полупроводниковой проводимостью (ширина запрещенной зоны ΔЕ=1.9 эВ), температурой Кюри 450 К, коэрцитивной силой ~ 0.02 Тл, величиной намагниченности насыщения ~ 28 А⋅м2⋅кг-1 [RU 2436859]. Эти свойства предопределяют перспективность создания пленок Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0.05÷0.25, на подложках кремния для применения в спинтронике. Основным требованием к таким структурам является стабильность межфазной границы пленка/подложка.
Известен способ получения наноразмерных пленок ферритов [RU 2532187], который включает изготовление мишени заданного состава, обработку монокристаллической подложки ионами аргона, распыление мишени на подложку с дальнейшим отжигом полученной пленки, при этом процесс распыления осуществляют на подогретую до температуры 700-750°С подложку титаната стронция.
Недостатком способа является разогрев подложки и пленки в процессе синтеза и кристаллизации пленки, который приводит к нарушению стабильности межфазных границ.
Известен способ получения пленок ферритграната состава Y3Fe5O12 на Si толщиной 300 нм с буферным слоем SiO2 толщиной 300 нм [Xin Guo, Ying Chen, Genshui Wang, Yuanyuan Zhang, Jun Ge, Xiaodong Tang, Freddy Ponchel, Denis Remiens, Xianlin Dong Growth and characterization of yttrium iron garnet films on Si substrates by Chemical Solution Deposition (CSD) technique // Journal of Alloys and Compounds 671 (2016) 234-237].
Недостатком способа является то, что толщина слоя SiO2 составляющая 300 нм затрудняет передачу магнитных возбуждений от пленки Y3Fe5O12 в подложку кремния.
Известен способ получения поликристаллических пленок феррита состава CoCrFeO4 [Полякова К.П., Поляков В.В., Середкин В.А. Магнитооптические свойства поликристаллических пленок CoCrFeO4 // Письма в ЖТФ, 2011, т. 37, вып. 3]. Способ заключается в том, что процесс синтеза ведут как в режиме изотермического отжига при температурах 900-950 K, так и методом самораспространяющегося синтеза. В последнем случае пленочную структуру помещали на вольфрамовый нагреватель и нагревали со скоростью не менее 20 К/сек. до температуры начала самораспространяющегося синтеза, составляющей ~900 K.
Основным недостатком этого подхода является неизбежное формирование в гетероструктуре сквозных трещин, что ускоряет диффузионные процессы в пленке по границам зерен и приводит к нарушению межфазных границ.
Ближайшим техническим решением заявляемого изобретения являются гетероструктуры, состоящие из пленок Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 _ δ на подложках Si с буферными слоями либо SiO2, либо TiO2 [М.Н. Смирнова, А.А. Гераськин, А.И. Стогний, О.Л. Голикова, А.В. Беспалов, А.В. Труханов, М.А. Копьева, Э.Н. Береснев, В.А. Кецко Кристаллизация пленок Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4-δ на Si с буферными слоями SiO2 и ТiO2 // Журнал неорганической химии, 2014, том 59, №7, с. 993-997].
Основным недостатком является то, что относительно высокая температура термической обработки при 850 до 950°С, необходимая для кристаллизации пленки феррита, вызывает диффузионные процессы. Наблюдается нарушение сплошности межфазной границы пленка/ подложка с образованием примесных фаз.
Вторым недостатком гетероструктур по прототипу является наличие между пленкой и подложкой буферного слоя, относительная толщина которого превышает 10 нм, что существенно затрудняет передачу магнитных возбуждений, например спина, от пленки шпинели Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 в подложку кремния.
Также существенным недостатком является образование в пленках пустот и сквозных трещин, появляющихся в процессе высокотемпературной кристаллизации из-за рассогласования кристаллографических параметров пленки, подложки и буферного слоя.
Задачей предлагаемого изобретения является создание гетероструктур, состоящих из подложки кремния с нанесенными на нее пленками состава Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0.05÷0.25.
Изобретение направлено на обеспечение стабильности межфазной границы пленка/подложка за счет использования режима кристаллизации пленки Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0.05÷0.25, при относительно низких температурах нагрева подложки.
Межфазную границу в пленочной гетероструктуре следует считать стабильной в том случае, если область контакта пленка/подложка характеризуется наноразмерной толщиной, отсутствием дефектов и нарушением сплошности. Дефекты, искажения и пустоты, приводящие к деградации свойств гетероструктуры, должны отсутствовать как в ее объеме, так и на поверхности пленки Mg(Fe1-xGax)2O4.
Технический результат достигается тем, что предложен способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей пленка/подложка, где х=0.05÷0.25., включающий нанесение на полупроводниковую подложку монокристаллического кремния пленки галлий-замещенного феррита магния Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0.05÷0.25, отличающийся тем, что нанесение пленки проводят в 5 этапов: на 1-ом этапе на подложку Si ионно-лучевым методом наносят слой галлий-замещенного феррита магния толщиной от 10 до 20 нм, распыляя порошкообразную мишень галлий-замещенного феррита магния пучком ионов кислорода с энергией от 1500 до 1600 эВ и плотностью тока пучка ионов от 0.1 до 0.25 мА/см2; на 2-м этапе проводят кристаллизацию полученного слоя путем нагревания со скоростью 150°С/мин до температуры 700-720°С и выдерживанием в течение 2-3 мин с последующим охлаждением, на 3-м этапе кристаллическую пленку пучком ионов кислорода с энергией 300-400 эВ и плотностью тока пучка от 0.1 до 0.25 мА/см2 утончают до толщины 2-4 нм; на 4-м этапе на утонченный кристаллический слой галлий-замещенного феррита магния ионно-лучевым методом повторно наносят слой феррита того же состава, что и на первом этапе, до толщины пленки, не превышающей 80 нм, распыляя порошкообразную мишень галлий-замещенного феррита магния пучком ионов кислорода энергией от 1500 до 1600 эВ и плотностью тока пучка ионов от 0.1 до 0.25 мА/см2; на 5-м этапе проводят повторную кристаллизацию пленки галлий-замещенного феррита магния на подложке монокристаллического кремния.
Толщину напыленного слоя Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0.05÷0.25, от 10 до 20 нм, на первом этапе формирования гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si выбирают из соображений, что при толщине слоя Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0.05÷0.25, меньше 10 нм магнитные свойства после кристаллизации пленки Mg(Fe1-xGax)2O4 практически не проявляются, а при толщине слоя более 20 нм необходимо увеличивать температуру кристаллизации пленки Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0.05÷0.25, что может приводить к нарушению межфазных границ.
Выбор температуры кристаллизации 700-720°С гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si, скорости 145-155°С/мин ее нагрева до указанной выше температуры, а также времени выдержки 2-3 мин на втором этапе процесса формирования Mg(Fe1-xGax)2O4/Si обусловлено тем обстоятельством, что указанные выше условия установлены экспериментально и являются оптимальными для кристаллизации пленки Mg(Fe1-xGax)2O4 при относительно низкой температуре нагрева подложки Si.
Значения толщины утончаемого слоя Mg(Fe1-xGax)2O4, где=0.05÷0.25, 2-4 нм на третьем этапе формирования Mg(Fe1-xGax)2O4/Si выбирают из соображений, что при толщине слоя меньше 2 нм происходит резкий рост электросопротивления, что отрицательно сказывается на достижении полупроводниковых характеристик, а также нарушается сплошность пленки на подложке кремния. При толщине слоя более 4 нм происходит релаксация внутренних упругих напряжений с образованием дефектов, что приводит к деградации свойств гетероструктуры.
Ограничения на толщину гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si 80 нм на четвертом этапе процесса ее формирования обусловлены тем, что при толщине слоя больше 80 нм происходит образование дефектов в пленке и на межфазной границе вплоть до ее отслоения от подложки Si.
Достижение технического результата иллюстрируется изображениями, полученными с помощью растрового (сканирующего) электронного микроскопа Helios NanoLab 600, который содержал модуль с фокусированным ионным пучком.
Фиг. 1.
а - изображение поперечного среза гетероструктуры, состоящей из пленки Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4 на подложке Si с барьерным слоем SiO2, полученной заявителем при воспроизведении прототипа;
б - изображение поперечного среза гетероструктуры Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4/Si, полученной заявителем.
Фиг. 2.
а - изображение поперечного среза гетероструктуры, состоящей из пленки Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 на подложке Si с барьерным слоем SiO2, полученной заявителем при воспроизведении прототипа;
б - изображение поперечного среза гетероструктуры Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4/Si, полученной заявителем.
Фиг. 3.
а - изображение поперечного среза гетероструктуры, состоящей из пленки Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 на подложке Si с барьерным слоем SiO2 по прототипу;
б - изображение поперечного среза гетероструктуры Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4/Si, полученной заявителем;
в - изображение поверхности пленки Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 в гетероструктуре по прототипу;
г - изображение поверхности пленки Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 в гетероструктуре, полученной заявителем.
Ниже приведены примеры способа изготовления пленки Mg(Fe1-xGax)2O4, где=0.05÷0.25, на подложке монокристаллического кремния. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенный способ.
Пример 1. Формирование пленки Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4 на подложке монокристаллического кремния проводилось следующим образом. На поверхность Si после ее очистки от посторонних примесей наносили пленку Mg(Fe0.95Ga0.05)2О4 из мишени, которая представляла собой диск состава Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4, диаметром 8 см, толщиной 4 мм, чистотой не хуже 99.98%.
Распыление мишени производилось ионно-лучевым методом пучком ионов кислорода с энергией 1500 эВ и плотностью тока пучка ионов 0.1 мА/см2 в вакууме не хуже 0.2 Ра.
При этом формирование пленки происходило в 5 этапов: первоначально на подложку Si наносили слой Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4 толщиной 10 нм.
На 2-м этапе проводили кристаллизацию слоя Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4 на подложке кремния путем нагревания со скоростью 145°С/мин до температуры 720°С, выдержки в течение 3 мин и охлаждения, что приводило к получению кристаллической пленки Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4.
На 3-м этапе пучком ионов кислорода с энергией 300 эВ кристаллический слой пленки утончали до толщины 2 нм.
На 4-м этапе повторно на слой Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4 толщиной 2 нм наносили этот же слой Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4 до толщины 78 нм.
На 5-м этапе повторно проводили кристаллизацию нанесенного слоя Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4 на подложке монокристаллического кремния.
Получали гетероструктуру Mg(Fe0.95Ga0.05)2O4/Si со стабильной межфазной границей пленка/подложка (Фиг. 1б).
Пример 2. Формирование пленки Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 на подложке монокристаллического кремния проводилось следующим образом. На поверхность Si после ее очистки от посторонних примесей наносили пленку Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 из мишени, состава Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 диаметром 8 см, толщиной 4 мм, чистотой не хуже 99.98%.
Распыление мишени производилось ионно-лучевым методом пучком ионов кислорода с энергией 1600 эВ и плотностью тока пучка ионов 0.25 мА/см2 в вакууме не хуже 0.2 Ра.
При этом формирование пленки происходило в 5 этапов: первоначально на подложку Si наносили слой Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 толщиной 20 нм.
На 2-м этапе проводили кристаллизацию слоя Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 на подложке кремния путем нагревания со скоростью 155°С/мин до температуры 700°С, выдержки в течение 2 мин и охлаждения, что приводило к получению кристаллической пленки Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4.
На 3-м этапе пучком ионов кислорода с энергией 300 эВ кристаллический слой пленки утончали до толщины 4 нм.
На 4-м этапе повторно на слой Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 толщиной 4 нм наносили этот же слой Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 до толщины 79 нм.
На 5-м этапе повторно проводили кристаллизацию нанесенного слоя Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4 на подложке монокристаллического кремния.
Получали гетероструктуру Mg(Fe0.75Ga0.25)2O4/Si, со стабильной межфазной границей пленка/подложка (Фиг. 26).
Пример 3 Формирование пленки Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 на подложке монокристаллического кремния проводилось следующим образом. На поверхность Si после ее очистки ионно-лучевым методом от посторонних примесей наносили пленку Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 из мишени состава Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 диаметром 8 см, толщиной 4 мм, чистотой не хуже 99.98%.
Распыление мишени производилось ионно-лучевым методом пучком ионов кислорода с энергией 1550 эВ и плотностью тока пучка ионов 0.20 мА/см2 в вакууме не хуже 0.2 Ра.
При этом формирование пленки происходило в 5 этапов: первоначально на подложку Si наносили слой Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 толщиной 15 нм.
На 2-м этапе проводили кристаллизацию слоя Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 на подложке кремния путем нагревания со скоростью 150°С/мин до температуры 710°С, выдержки в течение 2 мин и охлаждения, что приводило к получению кристаллической пленки Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4. На 3-м этапе пучком ионов кислорода с энергией 300 эВ кристаллический слой пленки утончали до толщины 3 нм.
На 4-м этапе повторно на слой Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 толщиной 3 нм наносили этот же слой Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 до толщины 80 нм.
На 5-м этапе повторно проводили кристаллизацию нанесенного слоя MgFe1.8Ga0.2O4 на подложке монокристаллического кремния.
Получали гетероструктуру Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4/Si, со стабильной межфазной границей пленка/подложка (Фиг. 3б).
В полученной гетероструктуре также отсутствуют дефекты, искажения и пустоты на поверхности пленки Mg(Fe1-xGax)2О4, приводящие к деградации свойств гетероструктуры (Фиг. 3г).
Достижение технического результата следует из сравнения представленных изображений.
Как видно из Фиг. 1а, 2а и 3а на поперечном сечении гетероструктур, воспризведенных по прототипу и состоящих из пленки Mg(Fe1-xGax)2O4/Si, где х=0.05÷0.25, на подложке Si с буферным слоем SiO2, хорошо различимы искажения гексагональной формы и пустоты глубиной порядка 5 мкм. В заявляемой гетероструктуре Mg(Fe1-xGax)2O4/Si, при всех значениях х, Фиг. 1б, 2б и 3б. поперечное сечение характеризуется стабильностью межфазной границы
Кроме того, на Фиг. 3в отчетливо видны трещины на поверхности пленки Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 по прототипу, обусловленные релаксацией упругих напряжений в результате кристаллизации. В то время как поверхность пленки Mg(Fe0.8Ga0.2)2O4 заявляемой гетероструктуры (Фиг. 3г), характеризуется гладкой поверхностью и отсутствием трещин.
Предлагаемое изобретение позволяет создавать гетероструктуры со стабильными межфазными границами пленка/подложка для устройств спинтроники.
Claims (1)
- Способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей пленка/подложка, где х=0,05÷0,25, включающий нанесение на полупроводниковую подложку монокристаллического кремния пленки галлий-замещенного феррита магния Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0,05÷0,25, отличающийся тем, что нанесение пленки проводят в 5 этапов, при этом на 1-ом этапе на подложку Si ионно-лучевым методом наносят слой галлий-замещенного феррита магния толщиной от 10 до 20 нм, распыляя порошкообразную мишень галлий-замещенного феррита магния пучком ионов кислорода с энергией от 1500 до 1600 эВ и плотностью тока пучка ионов от 0,1 до 0,25 мА/см2, на 2-м этапе проводят кристаллизацию полученного слоя путем нагревания со скоростью 150°С/мин до температуры 700-720°С и выдерживания в течение 2-3 мин с последующим охлаждением, на 3-м этапе кристаллическую пленку пучком ионов кислорода с энергией 300 - 400 эВ и плотностью тока пучка от 0,1 до 0,25 мА/см2 утончают до толщины 2-4 нм, на 4-м этапе на утонченный кристаллический слой галлий-замещенного феррита магния ионно-лучевым методом повторно наносят слой феррита того же состава, что и на первом этапе, до толщины пленки, не превышающей 80 нм, распыляя порошкообразную мишень галлий-замещенного феррита магния пучком ионов кислорода энергией от 1500 до 1600 эВ и плотностью тока пучка ионов от 0,1 до 0,25 мА/см2, на 5-м этапе проводят повторную кристаллизацию пленки галлий-замещенного феррита магния на подложке монокристаллического кремния.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128782A RU2657674C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017128782A RU2657674C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2657674C1 true RU2657674C1 (ru) | 2018-06-14 |
Family
ID=62619938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017128782A RU2657674C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657674C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2007135977A (ru) * | 2005-02-28 | 2009-04-10 | Эписпид С.А. (CH) | Способ, установка для эпитаксиального выращивания полупроводников, устройство генерации низкотемпературной плазмы высокой плотности, эпитаксиальный слой нитрида металла, эпитаксиальная гетероструктура нитрида металла и полупроводник |
| EP1631986B1 (en) * | 2003-06-06 | 2011-08-10 | S.O.I. Tec Silicon on Insulator Technologies S.A. | A method of preparation of an epitaxial substrate |
| RU2436859C2 (ru) * | 2010-03-04 | 2011-12-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Полупроводниковый ферримагнитный материал |
| EP2284297B1 (en) * | 2000-06-28 | 2012-08-22 | Cree, Inc. | Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect density) on free-standing (aluminium, indium, gallium) nitride ((AI, In,Ga)N) substrates for opto-electronic and electronic devices |
| EP2800128A1 (en) * | 2011-11-29 | 2014-11-05 | Tamura Corporation | Method for producing ga2o3 crystal film |
| RU2601903C2 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Способ напыления тонкопленочных покрытий на поверхность полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом магнетронного распыления |
| US20170167012A1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-06-15 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Off-axis magnetron sputtering with real-time reflection high energy electron diffraction analysis |
-
2017
- 2017-08-14 RU RU2017128782A patent/RU2657674C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2284297B1 (en) * | 2000-06-28 | 2012-08-22 | Cree, Inc. | Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect density) on free-standing (aluminium, indium, gallium) nitride ((AI, In,Ga)N) substrates for opto-electronic and electronic devices |
| EP1631986B1 (en) * | 2003-06-06 | 2011-08-10 | S.O.I. Tec Silicon on Insulator Technologies S.A. | A method of preparation of an epitaxial substrate |
| RU2007135977A (ru) * | 2005-02-28 | 2009-04-10 | Эписпид С.А. (CH) | Способ, установка для эпитаксиального выращивания полупроводников, устройство генерации низкотемпературной плазмы высокой плотности, эпитаксиальный слой нитрида металла, эпитаксиальная гетероструктура нитрида металла и полупроводник |
| RU2436859C2 (ru) * | 2010-03-04 | 2011-12-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Полупроводниковый ферримагнитный материал |
| EP2800128A1 (en) * | 2011-11-29 | 2014-11-05 | Tamura Corporation | Method for producing ga2o3 crystal film |
| RU2601903C2 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Способ напыления тонкопленочных покрытий на поверхность полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом магнетронного распыления |
| US20170167012A1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-06-15 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Off-axis magnetron sputtering with real-time reflection high energy electron diffraction analysis |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3351660B1 (en) | Manufacturing method of sic composite substrate | |
| TWI709197B (zh) | 製造具有電荷捕捉層之高電阻率絕緣體上半導體晶圓之方法 | |
| TWI610335B (zh) | 貼合式soi晶圓的製造方法及貼合式soi晶圓 | |
| JP5468528B2 (ja) | 単結晶ダイヤモンド成長用基材及びその製造方法並びに単結晶ダイヤモンド基板の製造方法 | |
| JPWO2001028000A1 (ja) | Ｓｏｉウエーハの製造方法及びｓｏｉウエーハ | |
| EP3352197B1 (en) | Method for producing a composite sic substrate | |
| WO2001017024A1 (en) | Fabrication method for pasted soi wafer and pasted soi wafer | |
| KR101302426B1 (ko) | 화합물 물질 웨이퍼들 및 상응하는 화합물 물질 웨이퍼의 제조방법 | |
| WO2018006883A1 (zh) | 利用薄膜转移技术制备薄膜体声波器件的方法 | |
| TW201604925A (zh) | 貼合式soi晶圓的製造方法 | |
| CN111477543A (zh) | 一种键合衬底晶圆与单晶压电晶圆的方法及复合单晶压电晶圆基板 | |
| RU2657674C1 (ru) | Способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей | |
| US8303745B2 (en) | Process for transferring films | |
| JP2010525598A (ja) | 複合材料ウェハの製造方法および対応する複合材料ウェハ | |
| JPWO2004070091A1 (ja) | 磁性ガーネット単結晶膜形成用基板、その製造方法、光学素子およびその製造方法 | |
| CN117228641B (zh) | 一种补偿氮空位并抑制漏电流的氮化物铁电薄膜的制备方法 | |
| EP3220414B1 (en) | Method for polycrystalline oxide thin-film transistor array substrate | |
| TW201246370A (en) | Method for manufacturing soi wafer | |
| CN117821902A (zh) | 一种高性能水溶性牺牲材料及其制备方法与应用 | |
| JPH0451407A (ja) | 強誘電体薄膜の製造方法 | |
| KR100883228B1 (ko) | 결정성 제어 산화마그네슘 단결정 및 그 제조 방법 및 그단결정을 사용한 기판 | |
| CN101145512A (zh) | 贴合晶片的制造方法 | |
| CN101532175B (zh) | 两步法退火制备钽钪酸铅基铁电薄膜的方法 | |
| JPS62197395A (ja) | 基板上における構造化エピタキシヤル層の製造方法 | |
| SU1823932A3 (ru) | Способ формирования тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на основе иттрия |