ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ  СТРУКТУРЫ «НИТРИД АЛЮМИНИЯ НА КАРБИДЕ КРЕМНИЯ» ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

Гурин Сергей Александрович, начальник лаборатории, Научно-исследовательский институт физических  измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 10), teslananoel@rambler.ru
Печерская Римма Михайловна, доктор технических наук, профессор, декан факультета электроэнергетики, нанотехнологий и радиоэлектроники, Пензенский государственный  университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), fenr@pnzgu.ru 

621.38; 538.9 

Актуальность и цели. Применение широкозонных полупроводников карбида кремния (SiC) и нитрида алюминия (AlN) связано с особенностями их физических и химических свойств, а также технологической совместимостью при производстве первичных преобразователей микросистем. Особый интерес представляет получение стабильных структур «нитрид алюминия на карбиде кремния», возможности их применения в чувствительных элементах микросистем функциональной электроники, реализующих пьезоэффект в пленке нитрида алюминия на фоне повышенных прочностных характеристик карбида кремния в экстремальных условиях. Целью данной работы является аппаратная и ресурсная оптимизация технологических условий получения гетерогенной структуры SiC-AlN для первичных преобразователей микросистем, расчет влияния термомеханических остаточных напряжений на границе тонкопленочной структуры и подложки.
Материалы и методы. Сравнительный анализ свойств полученных образцов проводился с помощью оптической и растровой электронной микроскопии с целью определения оптимальных технологических режимов получения ком-позиции SiC-AlN, оценки влияния факторов, вносимых ионно-плазменными процессами. Расчет внутренних остаточных напряжений выполнен с учетом различий температурных коэффициентов линейного расширения материалов (термическая составляющая) и модулей упругости (механическая составляющая). Это дает возможность прогнозирования характеристик структуры при минимизации времени натурных экспериментов.
Результаты. Исследованы режимы получения гетерогенной структуры SiC-AlN на кремниевой подложке ориентации (100). Определены условия возникновения в пленках пьезоэлектрических свойств AlN и прочностных характеристик диэлектрического слоя SiC с точки зрения применения в чувствительных элементах микросистем экстремальной электроники. Проведен расчет влияния термомеханических остаточных внутренних напряжений на качество получаемых.
Выводы. Экспериментально отработаны технологические режимы получения гетерогенных структур на основе композиции SiC-AlN с заданными свойствами. Данная структура может использоваться в чувствительных элементах датчиков, работающих в жестких условиях эксплуатации. Предложенный расчет внутренних остаточных напряжений на границе раздела между тонкопленочной структурой и подложкой позволяет прогнозировать условия получения гетероструктур и оценивать морфологию пленок. 

Ключевые слова

тонкопленочная структура, технология получения, остаточные внутренние термомеханические напряжения. 

 Скачать статью в формате PDF

1. Лучинин, В. В. Гетероэпитаксиальная композиция: редкий политип карбида кремния 2H на изолирующей подложке: нитрид-алюминий-сапфир / В. В. Лучинин, Ю. М. Таиров // Письма в Журнал технической физики. – 1984. – Т. 10, № 14. –- С. 873–874.
2. Корляков, А. В. Микромеханические структуры на основе композиции «Карбид кремния – нитрид алюминия» / А. В. Корляков, В. В. Лучинин, П. П. Мальцев // Микроэлектроника. – 1999. – Т. 28, № 3. – С. 201–212.
3. Korlvakoi, A. V. SiC–AIN Structure Based MEMS / A. V. Korlvakoi, V. V. Luchinin // Transaction of 4-th International Conference High Temperature Electronics Conference, Albuquerque. – New Mexico, USA, 1998. – Vol. I. – P. 250–252.
4. Баринов, И. Н. Конструктивно-технологические проблемы обеспечения долговременной стабильности параметров высокотемпературных полупроводниковых тензорезистивных датчиков давлений / И. Н. Баринов, В. С. Волков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2011. – Спецвыпуск № 3. – С. 85–95.
5. Корляков, А. В. Ростовые фазовые политипные превращения при эпитаксии карбида кремния и нитрида алюминия : дис. … канд. физ.-мат. наук / Кор-ляков А. В. – Л., 1989.
6. Lely, J. A. Darstellung von einkristallen von silicon carbid und berherrshung von art und menge der eingebauten verunreinigungen / J. A. Lely // Ber. Deut. Keram. Ges. – 1955. – Bd. 8. – S. 229.
7. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой / под ред. Р. Бериша. – М. : Мир, 1984. – 336 с.
8. Кузнецов, А. Н. Гетероэпитаксиальный рост пленок SiC на основе подложек AlN/Al2O3 / А.Н.Кузнецов, А. А. Лебедев, М. Г. Растегаева, Н. А. Рогачев, Е. И. Теруков, М. П. Щеглов // Физика и техника полупроводников. – 1995. – № 8. – С. 141–147.
9. Ion-chemical epitaxy of SiC-AlN composition / A. Z. Kazak-Kazakevich, A. V. Korlyakov, S. V. Kostromin, V.V.Luchinin // Abstract E-MRS 1996 Spring Meeting. – Stras-bourg, France, 1996. – P. A–26.