RU2388770C2 - Method of making thin films of chemical compounds and installation for realising said method - Google Patents
Method of making thin films of chemical compounds and installation for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388770C2 RU2388770C2 RU2008130383/02A RU2008130383A RU2388770C2 RU 2388770 C2 RU2388770 C2 RU 2388770C2 RU 2008130383/02 A RU2008130383/02 A RU 2008130383/02A RU 2008130383 A RU2008130383 A RU 2008130383A RU 2388770 C2 RU2388770 C2 RU 2388770C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zone
- zones
- gas
- substrate
- carrier gas
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 25
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- -1 three interconnected Chemical class 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 34
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 16
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- LIRIBVWSEJZEKJ-UHFFFAOYSA-K terbium(3+) tribenzoate Chemical compound [Tb+3].[O-]C(=O)c1ccccc1.[O-]C(=O)c1ccccc1.[O-]C(=O)c1ccccc1 LIRIBVWSEJZEKJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- YRAJNWYBUCUFBD-UHFFFAOYSA-N 2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dione Chemical compound CC(C)(C)C(=O)CC(=O)C(C)(C)C YRAJNWYBUCUFBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N Benzoic acid Natural products OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000628 photoluminescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения тонких пленок координационных соединений, в частности, путем осаждения их из газовой фазы.The invention relates to methods for producing thin films of coordination compounds, in particular by deposition from the gas phase.
Тонкие пленки координационных соединений представляют собой покрытия, толщиной не более 1 мкм, основными характеристиками которых являются однородность (отсутствие пор и трещин), гладкость (величина среднеквадратичной шероховатости поверхности должна быть не более 10 нм) и прозрачность (пропускание в видимом диапазоне 85-90%).Thin films of coordination compounds are coatings with a thickness of not more than 1 μm, the main characteristics of which are homogeneity (absence of pores and cracks), smoothness (value of the root mean square surface roughness should be no more than 10 nm) and transparency (transmittance in the visible range of 85-90% )
Тонкие пленки находят широкое применение в полупроводниковой технике, в качестве люминесцентных и магнитных материалов, катализаторов.Thin films are widely used in semiconductor technology, as luminescent and magnetic materials, catalysts.
Получение координационных соединений в виде тонких пленок открывает возможность использования их уникальных функциональных свойств в микроэлектронике, например сенсоры, светоизлучающие устройства, молекулярные магнетики.The preparation of coordination compounds in the form of thin films opens up the possibility of using their unique functional properties in microelectronics, for example, sensors, light-emitting devices, and molecular magnets.
Известен [Appl. Phys. Lett., V.33, №7, 1978, p.656-658] способ получения тонких пленок нелетучих соединений путем осаждения из газовой фазы соединения, образующегося в результате газофазной химической реакции между исходными соединениями (далее: прекурсорами). Способ позволяет получить малолетучие соединения и заключается в том, что в термостатируемую реакционную камеру с находящейся в ней подложкой для осаждения тонкой пленки с регулируемой скоростью поступают прекурсоры, находящиеся в газовой фазе. Температура в реакционном сосуде поддерживается таким образом, что целевое малолетучее соединение, образующееся в результате реакции, осаждается на подложке, а остальные продукты реакции и непрореагировавшие прекурсоры отводятся из реактора. Данный метод получил широкомасштабное применение при получении тонких пленок полупроводников.Known [Appl. Phys. Lett., V.33, No. 7, 1978, p.656-658] a method for producing thin films of non-volatile compounds by deposition from the gas phase of a compound formed as a result of a gas-phase chemical reaction between the starting compounds (hereinafter: precursors). The method allows to obtain low-volatility compounds and consists in the fact that precursors in the gas phase enter the thermostatically controlled reaction chamber with a substrate in it for the deposition of a thin film with an adjustable speed. The temperature in the reaction vessel is maintained so that the target non-volatile compound resulting from the reaction is deposited on the substrate, and the remaining reaction products and unreacted precursors are removed from the reactor. This method has been widely used in the preparation of thin films of semiconductors.
Однако использование приведенного способа возможно только в том случае, когда прекурсоры являются высоколетучими соединениями, т.е. способны к устойчивому и относительно длительному существованию в газовой фазе при комнатной температуре, а целевой продукт обладает значительно меньшей летучестью.However, the use of the above method is possible only when the precursors are highly volatile compounds, i.e. capable of stable and relatively long existence in the gas phase at room temperature, and the target product has significantly less volatility.
Известен [Коорд. химия, т.33, №6, 2007, стр.463-467] способ получения тонких пленок нелетучих соединений путем газофазового синтеза, протекающего в горизонтальном вакуумированном реакторе с двумя температурными зонами.Known [Coord. Chemistry, vol. 33, No. 6, 2007, pp. 463-467] a method for producing thin films of non-volatile compounds by gas-phase synthesis flowing in a horizontal evacuated reactor with two temperature zones.
Суть метода заключается в том, что газофазную реакцию проводили в вакуумированном реакторе с двумя температурными зонами, расположенными последовательно и объединенными в одном реакционном объеме. Температуры в зонах подбирают таким образом, что в более холодной температурной зоне Т1 происходит испарение одного из прекурсоров (более летучего), который с помощью газа-носителя доставляется в более горячую зону Т2, где осуществляется испарение второго прекурсора и протекает газофазный синтез целевого труднолетучего соединения, а также его осаждение на подложке.The essence of the method is that the gas-phase reaction was carried out in an evacuated reactor with two temperature zones arranged in series and combined in one reaction volume. The temperatures in the zones are selected in such a way that one of the precursors (more volatile) evaporates in the colder temperature zone T 1 , which is delivered via the carrier gas to the hotter zone T 2 , where the second precursor is vaporized and the gas-phase synthesis of the target hardly volatile compounds, as well as its deposition on a substrate.
Однако предложенный способ может быть использован только в том случае, если температура испарения второго прекурсора, температура протекания реакции и температура осаждения целевого продукта близки, при этом осаждение целевого продукта происходит не только на подложке, но и по всей поверхности зоны Т2.However, the proposed method can be used only if the evaporation temperature of the second precursor, the reaction temperature and the deposition temperature of the target product are close, while the deposition of the target product occurs not only on the substrate, but also over the entire surface of the T 2 zone.
В работе [Неорганические материалы, т.40, №10, 2004, стр.1197-1202] осаждение тонких пленок неорганических соединений предложено осуществлять в трубчатом реакторе, содержащем три температурные зоны (Т1, Т2, Т3), расположенные последовательно. Подложка для осаждения целевого продукта расположена в зоне Т3. Нагрев каждой из зон осуществляется независимо, а продвижение паров прекурсоров от зоны к зоне осуществляется потоком газа-носителя таким образом, что прекурсор 1, испаряющийся в зоне Т1, попадает в зону протекания реакции Т3 через зону Т2, где осуществляется испарение прекурсора 2. При этом предполагается, что реакция между прекурсорами и осаждение целевого продукта протекает в зоне Т3.In [Inorganic Materials, Vol. 40, No. 10, 2004, pp. 1977-1202], it is proposed that thin films of inorganic compounds be deposited in a tubular reactor containing three temperature zones (T 1 , T 2 , T 3 ) arranged in series. The substrate for the deposition of the target product is located in zone T 3 . The heating of each of the zones is carried out independently, and the movement of the precursor vapors from zone to zone is carried out by a carrier gas stream in such a way that the precursor 1 vaporizing in zone T 1 enters the reaction zone T 3 through zone T 2 , where the precursor 2 is vaporized In this case, it is assumed that the reaction between the precursors and the precipitation of the target product proceeds in zone T 3 .
Очевидно, что данные способ и установка могут быть использованы только в случае, когда температура протекания реакции образования целевого продукта значительно выше температур испарения прекурсоров, но и в этом случае смешение прекурсоров в зоне Т2 может привести к взаимодействию реагентов с образованием побочных продуктов уже в зоне испарения прекурсора 2.Obviously, these method and installation can be used only when the temperature of the reaction of formation of the target product is significantly higher than the evaporation temperature of the precursors, but even in this case, the mixing of precursors in the T 2 zone can lead to the interaction of the reactants with the formation of by-products already in the zone vapor precursor 2.
Кроме того, данный способ не пригоден для получения комплексов, содержащих многокоординационный металл, так как невозможность регулирования концентрации каждого вещества в реакционной смеси приводит к образованию соединений неидентифицируемого состава.In addition, this method is not suitable for the preparation of complexes containing a multi-coordination metal, since the impossibility of controlling the concentration of each substance in the reaction mixture leads to the formation of compounds of an unidentifiable composition.
Известен способ получения покрытий интерметаллидов [WO 2005060383 - прототип], в котором перевод исходных соединений в газовую фазу происходит в пространственно изолированных зонах, откуда они раздельно транспортируются в зону проведения реакции, где происходит их смешение, протекание реакции и осаждение целевого продукта.A known method of producing coatings of intermetallic compounds [WO 2005060383 - prototype], in which the transfer of the starting compounds into the gas phase occurs in spatially isolated zones, from where they are separately transported to the reaction zone, where they are mixed, the reaction proceeds and the target product precipitates.
Однако описанный способ дает хорошие результаты только в том случае, когда между исходными реагентами в зоне осаждения не происходит химического взаимодействия.However, the described method gives good results only when there is no chemical interaction between the starting reagents in the deposition zone.
Технической задачей, решаемой данным изобретением, является расширение арсенала способов получения тонких пленок нелетучих химических соединений.The technical problem solved by this invention is to expand the arsenal of methods for producing thin films of non-volatile chemical compounds.
Поставленная цель достигается тем, что предложен способ получения тонких пленок химических соединений, включающий перевод исходных соединений в газовую фазу в пространственно изолированных зонах, их раздельную транспортировку в зону проведения газофазной реакции, где происходит их смешение и осаждение целевого продукта на подложке в виде тонкой пленки, при этом транспортировку исходных соединений в зону проведения газофазной реакции осуществляют посредством газа-носителя, одно из исходных соединений подают в зону проведения реакции, предварительно заполненную вторым исходным соединением, в направлении, перпендикулярном направлению подложки, а смешение исходных соединений осуществляют в непосредственной близости от подложки.This goal is achieved by the fact that the proposed method for producing thin films of chemical compounds, including the transfer of the starting compounds into the gas phase in spatially isolated zones, their separate transportation to the gas-phase reaction zone, where they are mixed and the target product is deposited on the substrate in the form of a thin film, while the transportation of the starting compounds to the zone of the gas-phase reaction is carried out by means of a carrier gas, one of the starting compounds is fed to the zone of the reaction Previously filled with a second starting material, in a direction perpendicular to the substrate direction, and the mixing of the starting compounds is carried out in the vicinity of the substrate.
Суть предложенного метода заключается в том, что каждое исходное вещество испаряется в отдельной зоне при своей заданной температуре, а затем с помощью газа-носителя направляется в зону проведения реакции, где при их смешении происходит реакция образования целевого продукта и осаждение его на подложке в виде тонкой пленки.The essence of the proposed method is that each starting substance evaporates in a separate zone at its predetermined temperature, and then, with the help of a carrier gas, it is sent to the reaction zone, where, when mixed, the target product is formed and it is deposited on the substrate in the form of a thin films.
Такая изолированность зон испарения прекурсоров и зоны протекания реакции позволяет, регулируя температуру испарения каждого из прекурсоров, задавать соотношение их концентраций в реакционной смеси и избежать неконтролируемого смешения компонентов вне реакционной зоны, а следовательно, получать соединения заданного состава, в том числе и для комплексов, содержащих многокоординационный металл.This isolation of the evaporation zones of the precursors and the reaction zone allows, by controlling the evaporation temperature of each of the precursors, to set the ratio of their concentrations in the reaction mixture and to avoid uncontrolled mixing of components outside the reaction zone, and therefore to obtain compounds of a given composition, including for complexes containing multi-coordinate metal.
При этом транспортировка прекурсоров в зону проведения реакции осуществляется таким образом, чтоIn this case, the transportation of precursors to the reaction zone is carried out in such a way that
- один из них поступает в зону реакции в направлении, перпендикулярном направлению подложки, на которой происходит осаждение целевого продукта;- one of them enters the reaction zone in the direction perpendicular to the direction of the substrate on which the deposition of the target product occurs;
- один прекурсор поступает в зону реакции, предварительно заполненную вторым прекурсором;- one precursor enters the reaction zone, previously filled with a second precursor;
- их смешение осуществляется в непосредственной близости от подложки, на которой происходит осаждение целевого продукта.- their mixing is carried out in the immediate vicinity of the substrate on which the deposition of the target product occurs.
Поставленная цель достигается также тем, что для осуществления вышеописанного способа предложена установка (см. чертеж), включающая три связанные между собой, раздельно термостатируемые зоны - (1) и (2) для перевода исходных соединений в газовую фазу, (3) для проведения газофазной реакции, подложкодержатель (4), установленный в зоне (3), вводы (6) и (7) для подачи газа-носителя, соответственно, в зоны (1) и (2) и вывод (8) для вывода газа-носителя из установки, размещенный в зоне (3) позади подложке держателя (4), при этом зоны (1) и (3) соединены таким образом, что подача газа-носителя из зоны (1) в зону (3) осуществляется через вывод(5), площадь сечения которого меньше площади сечения зоны (3) и конец которого расположен ближе к подложкодержателю (4), чем место соединения зон 2 и 3.This goal is also achieved by the fact that for the implementation of the above method, an installation is proposed (see drawing), including three interconnected, separately thermostatically controlled zones - (1) and (2) for transferring the starting compounds into the gas phase, (3) for conducting gas phase reactions, substrate holder (4) installed in zone (3), inlets (6) and (7) for supplying carrier gas, respectively, to zones (1) and (2) and outlet (8) for withdrawing carrier gas from installations located in zone (3) behind the substrate of the holder (4), while zones (1) and (3) are connected so that - the carrier gas is supplied from zone (1) to zone (3) through the outlet (5), the cross-sectional area of which is smaller than the cross-sectional area of the zone (3) and the end of which is closer to the substrate holder (4) than the junction of zones 2 and 3 .
На чертеже представлена схема установки для получения тонких пленок химических соединений.The drawing shows a diagram of an installation for producing thin films of chemical compounds.
Установка состоит из трех связанных между собой зон 1, 2 и 3, которые термостатируются с помощью печей 11, 12 и 13 соответственно. Пространственно изолированные зоны 1 и 2, предназначенные для перевода прекурсоров в газовую фазу, снабжены вводами 6 и 7 для поступления в установку газа-носителя. Зона 3 предназначена для протекания реакции образования целевого продукта и его осаждения в виде тонкой пленки на специальной подложке, которая крепится на подложкодержателе 4, который, в свою очередь, посредством стержня 9 соединен с затвором 10. Кроме того, зона 3 снабжена выводом 8 для отвода газа, который расположен позади подложкодержателя 4 (с точки зрения движения газа-носителя). Зона 1 установки соединена с зоной 3 таким образом, что поток газа поступает из зоны 1 в зону 3 через вывод 5, площадь сечения которого меньше площади сечения зоны 3 и который заканчивается ближе к подложкодержателю 4, чем место соединения зон 2 и 3.The installation consists of three interconnected zones 1, 2 and 3, which are thermostatically controlled by means of furnaces 11, 12 and 13, respectively. Spatially isolated zones 1 and 2, intended for transferring precursors into the gas phase, are equipped with inputs 6 and 7 for entering the carrier gas into the installation. Zone 3 is intended for the reaction of the formation of the target product and its deposition in the form of a thin film on a special substrate, which is mounted on a substrate holder 4, which, in turn, is connected via a rod 9 to the shutter 10. In addition, zone 3 is provided with a terminal 8 for outlet gas, which is located behind the substrate holder 4 (from the point of view of the movement of the carrier gas). Zone 1 of the installation is connected to zone 3 in such a way that the gas flow enters from zone 1 to zone 3 through terminal 5, the cross-sectional area of which is smaller than the cross-sectional area of zone 3 and which ends closer to the substrate holder 4 than the junction of zones 2 and 3.
При использовании установки прекурсоры в количестве, необходимом для проведения реакции, помещают в зоны 1 и 2. Через вводы 6 и 7 установку заполняют газом-носителем и, включая форвакуумный насос, соединенный с выводом 8, обеспечивают необходимое давление внутри установки и равномерный поток газа-носителя через нее. Зону 3 нагревают до температуры протекания реакции Т3, затем зоны 1 и 2 нагревают до температур испарения прекурсоров Т1 и Т2 соответственно. Пары прекурсоров из зон 1 и 2 (далее: прекурсор 1 и прекурсор 2, соответственно) вместе с газом-носителем поступают в зону 3, где протекает реакция с образованием труднолетучего целевого продукта и его осаждение на подложке в виде тонкой пленки.When using the installation, precursors in the amount necessary for the reaction are placed in zones 1 and 2. Through the inlets 6 and 7, the installation is filled with carrier gas and, including a foreline pump connected to terminal 8, provide the necessary pressure inside the installation and a uniform gas flow - carrier through it. Zone 3 is heated to the reaction temperature T 3 , then zones 1 and 2 are heated to the evaporation temperatures of the precursors T 1 and T 2, respectively. Pairs of precursors from zones 1 and 2 (hereinafter: precursor 1 and precursor 2, respectively) together with the carrier gas enter zone 3, where the reaction proceeds with the formation of a hardly volatile target product and its deposition on a substrate in the form of a thin film.
Отличительной особенностью предлагаемой установки является система вводов газовых потоков реагентов в зону 3, которая позволяет организовать их коаксиальное движение, что обеспечивает эффективное и равномерное смешивание реагентов вблизи подложки, на которой происходит осаждение полученного соединения.A distinctive feature of the proposed installation is a system of introducing reagent gas flows into zone 3, which makes it possible to organize their coaxial motion, which ensures efficient and uniform mixing of reagents near the substrate on which the resulting compound is deposited.
Существенным является то, что место вхождения паров прекурсора 1 в зону 3 находится ближе к подложке, чем место вхождения паров прекурсора 2, т.е. пары прекурсора 1 поступают в зону 3, уже заполненную парами прекурсора 2.It is significant that the place where the vapors of the precursor 1 enter into zone 3 is closer to the substrate than the place where the vapors of the precursor 2 enter, i.e. pairs of precursor 1 enter zone 3 already filled with pairs of precursor 2.
При этом хороших морфологических характеристик пленки легче добиться в том случае, когда поток газа поступает из зоны 1 в зону 3 в направлении, перпендикулярном направлению подложкодержателя 4, а его смешение с потоком, поступающим из зоны 2, происходит вблизи подложкодержателя.At the same time, it is easier to achieve good morphological characteristics of the film when the gas flow enters from zone 1 to zone 3 in the direction perpendicular to the direction of the substrate holder 4, and its mixing with the stream coming from zone 2 occurs near the substrate holder.
Расстояние от подложкодержателя 4 до ввода 5 может регулироваться в зависимости от соотношения размеров подложки и площади поперечного сечения вывода 5.The distance from the substrate holder 4 to the input 5 can be adjusted depending on the ratio of the size of the substrate and the cross-sectional area of the output 5.
Использование газового носителя позволяет обеспечить постоянный доступ прекурсоров в реакционную зону и равномерное осаждение тонкой пленки комплекса на подложке таким образом, что становится возможным получение гладких, однородных и непрерывных тонких пленок.The use of a gas carrier makes it possible to ensure constant access of precursors to the reaction zone and uniform deposition of a thin complex film on a substrate in such a way that it becomes possible to obtain smooth, uniform, and continuous thin films.
В качестве газового носителя могут быть использованы, например, воздух, азот или любой инертный газ.As a gas carrier, for example, air, nitrogen or any inert gas can be used.
При этом скорость пропускания потока газа влияет на морфологические характеристики пленки и, регулируя ее, можно добиться необходимой морфологии поверхности тонкой пленки. Скорость потока рассчитывается исходя из геометрических размеров установки и заданных характеристик пленки.In this case, the transmission rate of the gas flow affects the morphological characteristics of the film and, by adjusting it, it is possible to achieve the necessary surface morphology of the thin film. The flow rate is calculated based on the geometric dimensions of the installation and the specified characteristics of the film.
Температуры испарения прекурсоров T1 и Т2 подбирают исходя из природы прекурсоров, и их варьирование позволяет, изменяя давление их паров в реакционной газовой смеси, варьировать соотношение концентраций исходных соединений в реакционной смеси и влиять на состав целевого продукта в случае, если возможно получение продуктов различного состава.The evaporation temperatures of the precursors T 1 and T 2 are selected based on the nature of the precursors, and their variation allows, by changing the pressure of their vapors in the reaction gas mixture, to vary the ratio of the concentrations of the starting compounds in the reaction mixture and to affect the composition of the target product in case it is possible to obtain products of different composition.
Температура Т3 не должна превышать температуру термического разложения или испарения целевого продукта, но должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить протекание реакции взаимодействия между реагентами.The temperature T 3 should not exceed the temperature of thermal decomposition or evaporation of the target product, but should be sufficient to ensure that the reaction between the reactants occurs.
Способ возможно использовать в том случае, когда температуры перехода исходных соединений в газовую фазу ниже, чем соответствующая температура конечного продукта (т.е. исходные соединения более летучи).The method can be used in the case when the transition temperature of the starting compounds into the gas phase is lower than the corresponding temperature of the final product (i.e., the starting compounds are more volatile).
Предлагаемая конструкция установки значительно снижает вероятность осаждения образующегося соединения на стенках установки и позволяет получить тонкие пленки заданного состава с хорошими характеристиками.The proposed design of the installation significantly reduces the likelihood of deposition of the resulting compounds on the walls of the installation and allows you to get thin films of a given composition with good characteristics.
Важным является также то, что конструктивное объединение в одно целое испарителя, линий для транспорта потоков газа и зоны осаждения приводит к тому, что время нахождения исходных соединений в нагретой паровой фазе составляет менее 1 секунды, что позволяет использовать в качестве исходных вещества с ограниченной термической стабильностью.It is also important that the structural integration of the evaporator, lines for transporting gas flows and the deposition zone leads to the fact that the residence time of the starting compounds in the heated vapor phase is less than 1 second, which makes it possible to use materials with limited thermal stability as starting materials .
Пример. Получение тонкой пленки трис-бензоата тербия (Tb(bz)3).Example. Obtaining a thin film of terbium tris-benzoate (Tb (bz) 3 ).
Реакционное осаждение тонкой пленки Tb(bz)3 основано на реакцииThe reaction deposition of a thin film Tb (bz) 3 is based on the reaction
Tb(thd)3+3Hbz→Tb(bz)3+3Hthd,Tb (thd) 3 + 3Hbz → Tb (bz) 3 + 3Hthd,
гдеWhere
Tb(thd)3 - трис-дипивалоилметанат тербия,Tb (thd) 3 - terbium tris-dipivaloylmethanate,
Hbz - бензойная кислота,Hbz - benzoic acid,
Hthd - дипивалоилметан.Hthd is dipivaloylmethane.
Для проведения реакции используют установку, изготовленную из кварцевого стекла. Каждая из зон представляет собой цилиндрические трубки диаметром 30 мм. Для термостатирования каждой из зон используются автономные электрические печи без градиента температуры. Диаметр вывода 5 (см. чертеж) составляет 10 мм, его расстояние от подложкодержателя - 10 мм. На подложкодержатель помещена подложка (стекло, покрытое слоем индий-оловянного оксида) размером 1×1 см.For carrying out the reaction, an apparatus made of quartz glass is used. Each of the zones is a cylindrical tube with a diameter of 30 mm. For temperature control of each zone, autonomous electric furnaces without a temperature gradient are used. The diameter of terminal 5 (see drawing) is 10 mm; its distance from the substrate holder is 10 mm. A substrate (glass coated with a layer of indium tin oxide) 1 × 1 cm in size was placed on a substrate holder.
В зону 1 помещают 0,020 г прекурсора Tb(thd)3, а в зону 2 - 0,0700 г прекурсора Hbz.0.020 g of the Tb (thd) 3 precursor is placed in zone 1, and 0.0700 g of the Hbz precursor is placed in zone 2.
Через вывод 8 из установки откачивают воздух до давления 10-2 мм рт.ст., после чего открывают вводы 6 и 7 и устанавливают скорость потока газа-носителя, в качестве которого используют воздух, равную 10 мл/мин.Air is pumped out from the unit through terminal 8 to a pressure of 10 -2 mm Hg, after which openings 6 and 7 are opened and the carrier gas flow rate is set, which is used as air at 10 ml / min.
После установления равномерного потока газа-носителя через установку включают печь зоны 3 и в течение 30 минут нагревают зону 3 с находящимся в ней подложкодержателем и подложкой до температуры 250°С. Затем включают нагрев зон 1 и 2 и в течение 15 минут доводят температуры в этих зонах до 120°С и 135°С, соответственно. Время нанесения пленки составляет 5 минут, по истечении этого времени выключают нагрев зон 1 и 2, дают им остыть до 35°С и выключают нагрев в зоне 3.After establishing a uniform flow of carrier gas through the installation, the zone 3 furnace is switched on and zone 3 with the substrate holder and the substrate inside it is heated to a temperature of 250 ° C for 30 minutes. Then, the heating of zones 1 and 2 is turned on and the temperature in these zones is adjusted to 120 ° C and 135 ° C, respectively, within 15 minutes. The film application time is 5 minutes, after this time, the heating of zones 1 and 2 is turned off, they are allowed to cool to 35 ° C and the heating in zone 3 is turned off.
После охлаждения всей системы до температуры 35°С перекрывают потоки газа-носителя, выключают откачку системы на вакуум и аккуратно впускают в систему воздух. Открывая затвор 10 в зоне 3, извлекают подложку с нанесенной на нее пленкой.After cooling the entire system to a temperature of 35 ° C, the carrier gas flows are shut off, the system is turned off by vacuum and the air is carefully admitted into the system. Opening the shutter 10 in zone 3, remove the substrate with a film deposited on it.
Толщина полученной пленки определялась методом элепсометрии и составляет 90 нм.The thickness of the obtained film was determined by elepsometry and is 90 nm.
Результаты ИК и фотолюминесцентной спектроскопии свидетельствуют о том, что состав комплекса в пленке соответствует бензоату тербия - Tb(bz)3 и пленка не содержит примесей разнолигандных комплексов типа Tb(bz)3-x(thd)x (0<x<3).The results of IR and photoluminescence spectroscopy indicate that the composition of the complex in the film corresponds to terbium benzoate Tb (bz) 3 and the film does not contain impurities of mixed-ligand complexes of the type Tb (bz) 3-x (thd) x (0 <x <3).
Морфология пленки исследовалась методами атомно-силовой и растровой электронной микроскопии. Данные растровой электронной микроскопии показывают, что полученная пленка непрерывна (то есть в ней отсутствуют разрывы). Исследования методом атомно-силовой микроскопии свидетельствуют о гладкости пленки (величина среднеквадратичной шероховатости поверхности составляет 2 нм).The morphology of the film was studied by atomic force and scanning electron microscopy. The data of scanning electron microscopy show that the resulting film is continuous (that is, there are no gaps in it). Atomic force microscopy studies indicate film smoothness (the root mean square surface roughness is 2 nm).
Анализ спектров пропускания свидетельствует о том, что пленка прозрачна в видимом диапазоне (пропускание в видимом диапазоне соответствует 90%).An analysis of the transmission spectra indicates that the film is transparent in the visible range (transmission in the visible range corresponds to 90%).
Таким образом, предложенные способ и установка позволяют получить тонкие пленки заданного состава и с хорошими характеристиками для комплексов, содержащих многокоординационный металл.Thus, the proposed method and installation make it possible to obtain thin films of a given composition and with good characteristics for complexes containing multi-coordination metal.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008130383/02A RU2388770C2 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method of making thin films of chemical compounds and installation for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008130383/02A RU2388770C2 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method of making thin films of chemical compounds and installation for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008130383A RU2008130383A (en) | 2010-01-27 |
| RU2388770C2 true RU2388770C2 (en) | 2010-05-10 |
Family
ID=42121727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008130383/02A RU2388770C2 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method of making thin films of chemical compounds and installation for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2388770C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469124C1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Государственное учебно-научное учреждение Факультет наук о материалах Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (ФНМ МГУ) | Method of producing thin films of chemical compounds |
| RU2679031C1 (en) * | 2017-11-21 | 2019-02-05 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Thin films from gas phase deposition device |
| RU2704691C1 (en) * | 2018-07-18 | 2019-10-30 | Общество с ограниченной ответственностью "КАРСИ" (ООО "КАРСИ") | Chemical vapor deposition system for graphene growth |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5407705A (en) * | 1993-03-01 | 1995-04-18 | General Electric Company | Method and apparatus for producing aluminide regions on superalloy substrates, and articles produced thereby |
| WO2005060383A2 (en) * | 2003-07-03 | 2005-07-07 | Aeromet Technologies, Inc. | Simple chemical vapor deposition system and methods for depositing multiple-metal aluminide coatings |
| RU2303078C2 (en) * | 2002-03-29 | 2007-07-20 | Пилкингтон Норт Америка, Инк. | Method and plant for evaporation of reagents used for application of coats by chemical deposition from vapor phase |
-
2008
- 2008-07-24 RU RU2008130383/02A patent/RU2388770C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5407705A (en) * | 1993-03-01 | 1995-04-18 | General Electric Company | Method and apparatus for producing aluminide regions on superalloy substrates, and articles produced thereby |
| RU2303078C2 (en) * | 2002-03-29 | 2007-07-20 | Пилкингтон Норт Америка, Инк. | Method and plant for evaporation of reagents used for application of coats by chemical deposition from vapor phase |
| WO2005060383A2 (en) * | 2003-07-03 | 2005-07-07 | Aeromet Technologies, Inc. | Simple chemical vapor deposition system and methods for depositing multiple-metal aluminide coatings |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469124C1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | Государственное учебно-научное учреждение Факультет наук о материалах Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (ФНМ МГУ) | Method of producing thin films of chemical compounds |
| RU2679031C1 (en) * | 2017-11-21 | 2019-02-05 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Thin films from gas phase deposition device |
| RU2704691C1 (en) * | 2018-07-18 | 2019-10-30 | Общество с ограниченной ответственностью "КАРСИ" (ООО "КАРСИ") | Chemical vapor deposition system for graphene growth |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008130383A (en) | 2010-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1798618B (en) | Ultraviolet (UV) and plasma assisted metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) system | |
| TW575699B (en) | Low pressure vapor phase deposition of organic thin films | |
| Mousa et al. | Effect of temperature and gas velocity on growth per cycle during Al2O3 and ZnO atomic layer deposition at atmospheric pressure | |
| Chen et al. | Large‐Area Crystalline Zeolitic Imidazolate Framework Thin Films | |
| US5720821A (en) | Jet vapor deposition of organic molecule guest-inorganic host thin films | |
| Hatanpää et al. | Properties of [Mg2 (thd) 4] as a precursor for atomic layer deposition of MgO thin films and crystal structures of [Mg2 (thd) 4] and [Mg (thd) 2 (EtOH) 2] | |
| WO1999028529A1 (en) | Silicon based films formed from iodosilane precursors and method of making the same | |
| Ma et al. | Synthesis of AgInS2 QDs in droplet microreactors: Online fluorescence regulating through temperature control | |
| Pfuch et al. | Deposition of SiOx thin films by microwave induced plasma CVD at atmospheric pressure | |
| RU2388770C2 (en) | Method of making thin films of chemical compounds and installation for realising said method | |
| CN112663144B (en) | Two-dimensional In 2 S 3 Preparation method of/SnS heterojunction crystalline material | |
| Becerril et al. | Water as the only solvent for CsPbCl3 and NIR‐emitting CsPbCl3: Yb3+ films by antisolvent‐enhanced crystallization in aerosol‐assisted chemical vapor deposition | |
| JP2007528445A (en) | Method for forming a deposited gallium oxide film on plate glass | |
| Balderas‐Aguilar et al. | Luminescence and structural characteristics of lead halide perovskite films deposited in situ by a versatile multisource aerosol assisted chemical vapor deposition (AACVD) method | |
| Carnide et al. | Secured Nanosynthesis–Deposition Aerosol Process for Composite Thin Films Incorporating Highly Dispersed Nanoparticles | |
| US3979235A (en) | Depositing doped material on a substrate | |
| CN105386006B (en) | Precursor time-separated preparation method of bismuth gallate thin film | |
| Garnier et al. | A comparison of different spray chemical vapour deposition methods for the production of undoped ZnO thin films | |
| Agbenyeke et al. | Growth of Cu2S thin films by atomic layer deposition using Cu (dmamb) 2 and H2S | |
| CN109154084B (en) | Thin film manufacturing method, thin film manufacturing apparatus, photoelectric conversion element manufacturing method, logic circuit manufacturing method, light emitting element manufacturing method, and light control element manufacturing method | |
| JP2007521392A (en) | Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) process and apparatus for producing multilayer high temperature superconducting (HTS) coated tapes | |
| Fragalà et al. | Synthesis, X-ray Structure, and Characterization of Ag (hfa)⊙ Tetraglyme [hfa= Hexafluoroacetylacetonate]: A Novel Adduct for the Fabrication of Metallic Silver Based Films via in Situ Self Reduction | |
| CN107915496A (en) | A kind of preparation method of large-area two-dimensional organic-inorganic perovskite thin film | |
| Li et al. | Atomic Layer Deposition | |
| Kojima et al. | Measurements of vapor pressures of MOCVD materials, which are usable for ferroelectric thin films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100725 |