Вышедшие номера
Неэпитаксиальное выращивание оксидных пленок
Зубец А.В.1, Стогний А.И.1, Федотова В.В.1, Шаповалова Е.Ф.1
1Институт физики твердого тела и полупроводников АН Белоруссии, Минск, Белоруссия
Поступила в редакцию: 18 декабря 1995 г.
Выставление онлайн: 17 февраля 1997 г.

Одной из общих проблем получения кристаллических пленочных структур является подбор подложки. Подложка является активным элементом системы, образуя механическую и химическую связи с формируемой структурой, участвуя в диффузионном массообмене, что во многом определяет рельеф и дефектность пленки. Среди предъявляемых к ней требований в число основных входит прочность соединения с пленкой при одновременном сохранении выраженной фазовой границы. В некоторых случаях ввиду интенсивного взаимодействия пленки с подложкой используют наращивание буферного слоя [1]. Этот слой, однако, в свою очередь должен представлять собой пленку хорошего качества и обеспечивать требования, предъявляемые к подложкам. Обычно он имеет сложный состав. В настоящей работе предлагается иной подход к технологии изготовлении оксидных поликристаллических пленок и покрытий --- неэпитаксиальное выращивание [2]. Суть его заключается в том, что на подложку наносится слой одного из компонентов исходной реакционной системы, образующей пленку требуемого состава. Это --- компонент, на основе кристаллической решетки которого формируется конечный продукт взаимодействия. В контакт с ним приводится либо смесь недостающих компонентов, либо их соединение и осуществляется химическая реакция. Преимущество такого способа выращивания пленок заключается в относительной независимости от материала подложки, возможности получения однородной пленки большой площади, воспроизводимости, технологической доступности. К недостаткам следует отнести вероятное образование по толщине пленки слоев других фаз, существующих в многокомпонентной системе, необходимость высокотемпературного обжига. Указанным способом получены пленки YBa2Cu3O7-x на подложках монокристаллического галлий-гадолиниевого граната Ga3Gd5O12 (ГГГ) и монокристаллических пленках железо-иттриевого граната Y3Fe5O12 (ЖИГ) с ориентацией в плоскостях [111], [110]. На подложки с помощью ионно-лучевого напыления в атмосфере кислорода по методике, описанной в [3], наносился слой Y2O3 толщиной до 0.5 мкм. Далее образцы приводились в контакт с прессованным порошком соединения BaCuO2, предварительно синтезированного из BaCO3 и CuO, прижимное давление составляло около 50 Г/см2 [4]. Затем они подвергались термообработке на воздухе в течение различного времени (5-120 мин) в температурном диапазоне 900-1000o C в условиях быстрого нагрева и охлаждения вместе с печью либо помещались в уже нагретую печь и после обжига закаливались. Полученные образцы исследовались с помощью рентгенофазового анализа в CoKalpha-излучении, а также с помощью оптического микроскопа. [!b] [width=]23108.eps Рентгенограммы пленок YBa2Cu3O7-x, полученных при температурах 980 ( а) и 950o C ( б). *Результаты и обсуждение В системе Y2O3--BaO--CuO существует ряд эвтектик, самая низкоплавкая из которых имеет температуру 890o C [5]. Это значит, что в исследованном интервале температур реакция протекает в присутствии жидкой фазы. Пленки YBa2Cu3O7-x, полученные при температурах 980, 1000o C, в отличие от синтезированных при более низких температурах были текстурированы по оси c (см. рисунок, a). По-видимому, большее количество образующейся при более высокой температуре жидкой фазы способствует направленной кристаллизации продукта реакции. Зависимость структуры пленки от содержания жидкой фазы прослеживается и при изменении положения подложки в процессе синтеза --- "пленкой вверх" либо "пленкой вниз". Во втором случае текстурированность пленки уменьшается. В интервале температур 900-980o C наблюдается слабая зависимость скорости взаимодействия от времени. Это, очевидно, связано с протеканием реакции в основном в твердой фазе. Попытки получения пленки на всю толщину слоя Y2O3 показали, что при температурах более 980o C подложки ГГГ не являются инертными по отношению к расплаву и растворяются в нем, образуя соединения Y1-x(Ga, Gd)xBa2Cu3O7-x. Это следует и непосредственно из экспериментов по взаимодействию подложки с BaCuO2. Нужно отметить, что пленка на подложке ЖИГ при данных условиях играет роль буфера, так как присутствующее в ней железо входит в состав фазы YBa2Cu3O7-x в меньшем количестве, чем катионы подложки. Обнаружено также, что скорость взаимодействия выше и текстурированность больше у образцов, помещенных в нагретую печь. Вероятно, в результате медленного нагрева происходят кристаллизация слоя Y2O3 и снижение его реакционной активности. При температурах обжига 900, 950o C наряду с рентгеновскими рефлексами фаз YBa2CuO5 и YBa2Cu3O7-x на рентгенограммах проявляются также рефлексы фазы Y2O3. При более высоких температурах наблюдаются лишь две первые фазы (см. рисунок, а, б). Небольшая толщина нанесенного слоя Y2O3, прозрачная подложка позволили получить прозрачные пленки YBa2Cu3O7-x с пропусканием не менее 50%. Аналогичные эксперименты по получению пленок YBa2Cu3O7-x на подложках [011] при тех же условиях не дали положительного результата. Оказалось, что в указанном интервале температур кремний активно вступает в реакцию с Y2O3 на всю глубину напыленного слоя быстрее, чем образуется пленка.
  1. Goerke F. Physica C. 1995. Vol. 245. P. 15--24
  2. Shields T.S., Abell L.S. // Physica C. 1994. Vol. 235--240. P. 391--392
  3. Гесь А.П., Зубец А.В., Стогний А.И. и др. // Письма в ЖЭТФ. 1990. Т. 16. Вып. 21. С. 65--69
  4. Flor G., Scavini M., Anselmi-Tamburini U., Spinolo G. // Sol. St. Ionics. 1990. Vol. 43. P. 77--83
  5. Oswlage T., Keefer K. // J. Mater. Res. 1988. Vol. 3. N 6. P. 1279--1291

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.