УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ СИЛИЦИДОВ НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ

Полезная модель относится к области плазменной технологии и может быть использована при получении базовых элементов спинтроники.
Известно устройство для получения тонких пленок путем испарения и ионизации паров осаждаемого вещества электронным пучком в вакууме с последующей конденсации паров на подложке, причем процесс осуществляют в продольном и поперечном магнитном поле (А.С. СССР №287494, МПК С23С 17/00, 1970). Установка содержит рабочую камеру, патрубки для подачи рабочего газа соединения с вакуумным насосом, источник генерирующий электронный пучок на мишень, транспортно-позиционирующее устройство с подложкой.
Известны вакуумно-плазменные установки для синтеза пленок в пучково-плазменном разряде, состоящие из вакуумной камеры, в которой размещены электронная пушка, испаритель с твердым веществом, транспортно-позиционирующее устройство с подложкой или обрабатываемой деталью (заявка ФРГ №2702120, МПК Н05Н 1/00, 1977;
Установка для ионного нанесения покрытия из нитрида и карбида титана «К-EQUIPMENT-750», рекламный проспект, 1987; патент РФ №2096933, МПК Н05Н 1/24, 1997). Наличие двух агрегатов - для создания плазмы и электронного пучка усложняет конструкцию устройства.
Наиболее близким является устройство нанесения покрытий методом плазмохимического осаждения (патент РФ №2205893, МПК С23С 14/28, 2003), включающий вакуумную камеру, систему напуска в нее рабочего газа, импульсный источник пучков заряженных частиц, устройство синхронизации подачи газа и заряженных частиц, расположенные напротив друг друга мишень из распыляемого материала и держатель для покрываемого материала. В данной установке, как и в предыдущих, основным условием является наличие двух физических объектов: электронного пучка и постоянного потенциала для создания плазмы, что усложняет конструкцию установки, требует больших затрат энергии и расходных материалов.
Технический результат - упрощение конструкции, высокая скорость напыления, энерго- и ресурсосбережение.
Технический результат достигается тем, устройство для получения ферромагнитных нанокластеров силицидов на поверхности кремния методом локализованного газового разряда Аr, включает рабочую камеру с системой создания и поддержания в ней соответствующего вакуума, натекатели, съемное технологическое устройство, содержащее ВЧ генератор, предметный столик, держатель с микрометрическими винтами, потенциальный электрод, установленный в держателе, заземленный электрод, размещенный на предметном столике напротив потенциального электрода, изоляторы, соединяющие держатель и предметный столик.
Основными технологическими параметрами, влияющими на качество пленки являются:
1. Давление аргона в реакционной камере.
2. Падение напряжения на разряде.
3. Продолжительность синтеза.
Как было установлено в результате экспериментов, оптимальными показатели соответствуют - давление в газоразрядной камере Р=0,15 атм., падение напряжения на разряде 120 В, время осаждения 20 сек.. В этих условиях образуется сплошная пленка с размером зерен 20 нм и рельефом поверхности 10 нм.
На фиг.1 изображена схема вакуумной установки травления-нанесения в локализованной плазме; на фиг.2 - АСМ- изображение поверхности пленки Ni на Si (Р=0,15 атм., U=120 В, t-20 сек.); на фиг.3 - магнитная силовая микроскопия пленки Ni на Si (Р=0,15 атм., U=120 В, t=20 сек.).
Установка состоит из вакуумного насоса 1, манометра 2, трех вакуумных клапанов 3, 4, 6, вымораживающей ловушки 5, рабочей камеры 7, высокочастотного генератора (ВЧ), съемного технологического устройства 8, натекателей 9 и 10, потенциального электрода 11, держателя 12 потенциального электрода 11, заземленного электрода 13, изоляторов 14, микрометрических винтов 15, предметного столика 16.
Рабочая камера 7 изготовлена из кварцевой трубы диаметром 120 мм и высотой 100 мм и соединена с помощью переходного фланца с вакуумной частью установки. Локализованный газовый разряд зажигается в атмосфере Аr между электродом 11 и кремниевой подложкой 17, размещенной на заземленном электроде 13. Для фиксации взаимного расположения ВЧ и заземленного электрода 13, держатель 12 и предметный столик 16 жестко соединены через изоляторы 14. Расстояние L между электродом 11 и подложкой 17, а также их параллельность регулируется с помощью винтов 15. Это обеспечивает равномерное горение разряда над заданным участком поверхности подложки.
В качестве потенциального электрода 11 используется ВЧ-электрод с пинами, являющимися источниками Ni и Со (технология изготовления включает - формирование топологии матриц методом фотолитографии, плазмохимического травления кремния и нанесение пленок Ni и Со методом магнетронного распыления).
Устройство работает следующим образом.
Кремниевую подложку 17 размещают на заземленном электроде 13 съемного технологического устройства 8. Устанавливают заданный зазор (50-200 мкм) между потенциальным электродом 11 и поверхностью подложки 17, обеспечивая их плоскопараллельность. Технологическое устройство 8 размещают в рабочей камере 7. Откачивают из рабочей камеры вакуумным насосом 1 газ и натекателем 9 напускают активный газ (Аr), включают ВЧ генератор. В течение заданного технологическими условиями времени проводят нанесение ферромагнетика.
e
Формирование нанокластеров силицидов ферромагнитного материала (Ni, Co) происходит в межэлектродном пространстве реакционной камеры. Замкнутое магнитное поле локализует разряд вблизи электродов, что приводит к значительному увеличению скорости напыления. Под действием бомбардировки поверхности кремния ионами аргона происходит его физическое распыление. Встречный поток атомов металла, идущий от потенциального электрода, взаимодействует с потоком атомов распыляемого кремния и формирует нанокластеры M-Si. Размеры нанокластеров зависят от условий горения разряда.