автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Физико-химические основы процессов травления монокристаллических танталата и тетрабората лития

ив 014

2 0 №

На правах рукописи

ЛУКИНА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ТРАВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТАНТАЛАТА И ТЕТРАБОРАТА ЛИТИЯ

l0b.27.06 - Технология полупроводников и материалов электронной техники)

втореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва - 1996

Работа выполнена на кафедре Технологии полупроводниковых материалов в Московской Государственной Академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломбносова.

Научные руководители: академик РАН Н.Т.Кузнецов,

кандидат химических наук, доцент В.Н.Лиходед Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.А.Федоров, кандидат технических наук К.В.Шестопалов Ведущая организация: ВНИИ синтеза минерального

сырья, г.Александров

Защита диссертации состоится "18 " июня 1996 г. в час. на заседании диссертационного совета

Д.063.41.06 в Московской Государственной Академии тонкой химической технологии (МИТХТ) по адресу: 117571, Москва, пр. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в РиОлиотеке МИТХТ. 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1.

Автореферат разослан " " МАЙ 1996 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.063.41.06

доктор химических наук • Кузьмичева Г.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время весьма актуальным является создание систем обработки сигналов для компонентов электронной техники, таких как фильтры, резонаторы, корректоры, шифраторы, дешифраторы и другие. Широко используемый для этих целей а-кварц наряду с весьма ценными свойствами обладает целым рядом недостатков, в том числе низким коэффициентом электромеханической связи, (КЭМС) что ограничивает его применение, например, при создании широкополосных фильтров. В современных системах радиолокации и связи сейчас требуется высокая частотная избирательность, нереализуемая при помощи кварцевых фильтров. Поэтому существует необходимость примененения для этих целей пьезоэлектриков, у которых КМС больше, чем у кварца (>30%) .

Имеются пьезоэлектрические кристаллы с большими КМС, однако Только некоторые из них удовлетворяют требованиям, предъявляемым к пьезоэлектрическим резонаторам (ПР). Такими пьезоэлектриками, удовлетворяющими требованиям ПР, оказались ниобат, танталат и тетраборат лития (НЛ, ТЛ, ТБЛ). Однако, в противоположность ТЛ и ТБЛ у кристаллов НЛ нельзя было найти ориентацию стержня, при которой температурный коэффициент частоты в диапазоне температур 0-70°С был бы равен нулю. Поэтому, наиболее перспективными оказались пьезоматериалы — танталат лития и тетраборат лития. Тетраборат и танталат лития имеют кристаллические срезы для приборов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и объемных акустических волнах (ОАВ) с нулевыми температурными коэффициентами при высоких коэффициентах электромеханичес-

кой связи (50-60%), что позволяет разработать резонаторы на широкий диапазон частоты.

.Танталат и тетраборат лития являются пьезоматериа-лами с различной анионной подрешеткой (Та, В) . ТЛ характеризуется высокой температурой плавления (1250°С) и является малорастворимым соединением . ТБЛ имеет , Солее ' низкую температуру плавления (950°С) и является хорошо растворимым соединением. Поэтому выбор травителя опре-д ¡лялся кристаллохимическими и химическими особенностя-•1И данных пьезоматериалов.

В пьезотехнике успешно применяется технология глубокого химико-динамического травления для финишной обработки кристаллических элементов (КЭ). Анализ имеющихся литературных данных о процессах травления ТЛ и ТЕЛ пока'зал, что в настоящее время отсутствует эффективная технология травления этих материалов. Основными компонентами травителей для ТЛ являются плавиковая кислота и ее производные, которые не являются полирующими. Травление пластин ТЛ растворами плавиковой кислоты различной концентрации с добавками №, , НС!, НИОг, НгБ04, Н,РО,, НгОг приводит только к снятию нарушенного слоя. Скорость травления не превышает 0,2 мкм/мин. Во всех случаях шероховатость поверхности Яд превышает значение 0,1 мкм.

Применение кислот ЯР, НС1, ШЮ^, #,£0,, в техно-

• логии обработки КЭ. из ТЕЛ позволяет получить относительно высокие скорости травления <10-€0 ыкы/мин), но значения Дя остаются неудовлетворительны»« (0,3-2,0 мкм). В связи с данными; обстоятельствами поиск различ-

.4

ных химических систем в качестве травителей для ТЛ и ТЕЛ и исследование влияния внешних факторов на процесс травления ^тих (материалов является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы. Настоящая работа посвящена экспериментальному поиску и разработке оптимальных (скорости травления до 20 мкм/мин, величины шероховатости Яа в интервале 0,10-0,15 мкм) химических травящих систем для монокристаллических ТЛ и ТЕЛ, основываясь на различной химической природе элементов, образующих кристалли7 ческую решетку данных материалов; изученйю влияния различных факторов (скорости вращения, нагрева, у-облученйя) на процесс травления; разработке оптимальных режимов травления при изготовлении кристаллических элементов из монокристаллических ТЛ и ТЕЛ.

Методы исследования. Для решения этих задач были использованы экспериментальные методы (химическое травление, электронная микроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, рентгенофазовый анализ, масс-спектрометрия, рН-метрия) и расчетные методы.

Научная новизна р'аботы. В работе получены следующие результаты:

1. Найдены оптимальные системы для травления пьезомате-риалов с различной анионной подрешеткой(ТЛ и ТЕП), позволяющие достигать высокие скорости травления при значениях удовлетворяющих технологическим требованиям. Для танталата лития — расплав КОН-КЫОу, для тетрабора-та лития — водный раствор маннита.

2. Установлено, что скорость травления ТЛ зависит от температуры расплава системы, скорости вращения образцов, концентрации КОН в системе КОН - ШОг.

3. Установлено, что скорость травления ТЕЛ зависит от температуры травителя, частоты качания образцов, содержания' маннита в системе маннит-вода, от угла поворота среза образцов.

4. Исследовано травление ТЕЛ в водном растворе маннитй методом рН-метрии и предложен химизм этого процесса. Локазано, что травление ТЕЛ идет через образование комплекса ьтою^с^о,),], В(ОН),(С6Н,Л)'

Практическая значимость. В настоящей работе найдены оптимальные травящие системы химической обработки поверхности ТЛ и ТБЛ — КОН-КНО, и маннит-вода соответственно. Кроме того, травление ТБЛ в системе маннит-вода приводит к полирующему эффекту, что существенно улучшает качество поверхности материала после травления. Исследована и установлена зависимость скорости травления пьеэоматериалов от скорости вращения образцов, состава травителя, нагрева, предварительного у -облучения, что позволило найти оптимальные режимы травления ТЛ и ТЕЛ в различных травящих системах. Разработанные травящие системы использовались в технологии производства КЭ из монокристаллических ТЛ и ТЕЛ для снятйя нарушенных слоев, получения различных структур сложного рельефа и на заключительных стадиях изготовления КЭ для тонкой подгонки на частоту. Получены опытные партий кристаллических элементов.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на XXX научно-практической конференции в Университете Дружбы народов, г. Москва, 1994 г., на Международной научно-практической конференции "Пьезотехника-94", г. Томск, 1994 г., на XXXI научно-практической Конференции в Университете Дружбы народов, г. Москва, 1995 г., на Межгорударственном семинаре по структурно-морфологическим основам модификации материалов методами нетрадиционных технологий, г. Обнинск, 1995 г., на Международной научно-практической конференции "Пьезотехника-95", г. Ростов-на-Дону, 1995 г., на Межвузовской научно-технической конференции "Микроэлектроника- 96", г.Зеленоград, 1996г.

Публикация. По теме диссертации имеется 8 публикаций, из них 2 статьи и тезисы 6 докладов на научных конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 169 страницах машинописного текста и состоит из следующих разделов: введения, литературного обзора, обсуждения результатов, включающего 2 главы, экспериментальной части, выводов, списка литературы(118 наименований) и приложения. Диссертация содержит 58 рисунков, 20 таблиц) .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены цели и задача работы.

В первой главе Дан обзор литературы,' посвященный анализу особенностей структуры и физико-химических

свойств ТЕЛ и ТЛ, способов выращивания монокристаллов и их обработки для микроэлектроники. Рассмотрены некоторые теоретические аспекты процесса растворения кристаллических материалов в водных растворах. Проанализированы имеющиеся в литературе данные по травлению тетрабо-рата й танталата лития. На основании анализа литературных данных сформулированы цель, основные задачи работы и определены пути их решения.

Вторая глава содержит экспериментальные результаты автора, и их обсуждение, связанные с выбором оптимальной системы для травления ТЛ, влиянием внешних факторов на скорость травления.

. Выбор травителя для ТЛ определялся как кристаллохи-мическими, так и химическими свойствами самого материала.

Танталат лития является труднорастворимым соединением (растворимость ТЛ 8,97<10~'моль/л), характеризуется высокой энергией кристаллической решетки (1041,2 кДж/моль), имеет высокую температуру плавления (1650°С). Ограниченное число растворимых соединений тантала в водных растворах легко гидролизуется с образованием труднорастворимых соединений. Поэтом^ при выборе травителя для ТЛ возможно два подхода:

1)безводные системы, содержащие ыежгалоидные соединения или соединения НЕ с органическими основаниями,

,такими как, например, пиридин, при этом образуются растворимые комплексы типа ЯДГаГ,),

2) расплавы: КНР,, КЦО,, КОН, КОН-КЩУ

Известно травление ТЛ в системе комплекса пиридина ^тороводородной кислотой в безводной среде. Но из-за кнологических трудностей применение его нецелесооб-зно. .

Исследовано взаимодействие ТЛ с расплавами rF,, KjSfi,, КОН, NaOH. В расплавах NaOH травление не эисходит. В расплавах КОН, травление происходит с :окой скоростью ( более .10 мкм/мин ), но качество ложности неудовлетворительное (Д, =0,8-1,0 мкм) . Высокая тература травления выше 400°С делает данный процесс :нологически неприемлемым. В KtS,Ot растворяется толь-

нарушенный при механической обработке слой. При 1влении ТЛ в расплаве KHF2 наг поверхности образцов >азуется слой рыхлого белого осадка, нерастворяю-ося ни в воде, ни в водных растворах HNO,, НгЮ,, О,.

Наиболее перспективной оказалась система на основе

*

Ч с добавлением некоторых солей (KNOt), понижающих пературу плавления КОН вследствие образования эв-тики. Травление ТЛ в данной системе проводили при тношении компонентов от 10 до 90 моль'.% в интервале ператур от 260 до 380°С.

Образцы вырезались из монокристаллов, выращенных эдом Чохральского, . с углом среза ХУ/-490. Измерения цимы образцов до и после травления проводилй с по->ю микрометра МКИ-4 и частотометра "Дельта"»

С целью определения режима травления образцов ис-юваноизменение скорости травления ТЛ от скорости

вращения образцов (да). Установлено, что с увеличением скорости вращения образцов до ai. 120 об/мин скорость травления растет, оставаясь неизменной при дальнейшем увеличении а , т.е. процесс травления TJ1 происходит в кинетической области.

Установлено, что для всех составов, травителя характерно увеличение скорости травления в исследуёмом интервале температур. На рис.1 представлены зависимости скорости травления от температуры для всех составов травителя.

ООО. 00 »00.00 700,00 600.00 | 600.00 >' 400 ЛО

юо.оо 200.00 100.00 0,00

! 2S0 270 200 310 . МО 3«0 ЭТО . МО

Т.*С ,. ,' ' ; ••

Рис.1 Зависимость... скорости травления ТЛ в расплаве KOH-KNO, от температуры.

Изучено влияние состава травителя на скорость травления ТЛ. Найдено, что при увеличении содержания КОН в системе скорость . травления резко возрастает от .5 мкм/мин при 10 моль.% КОН до 180 мкм/мин . при 90 моль.% КОН (Т»260°С) . На рис.2 представлены зависимости скорости травления от состава травителя.

С - увеличением температуры расплава, концентрации КОН (до 50 моль.%) в системе КОН - KNO, процесс травления из диффузионной области, вероятно, переходит в кинетическую, в которой лимитирующей стадией является химическая реакция:

2Ш'аО, + КОН + KNO, ~> 2КТаО, + LiOH + LiNO, (1)

Экспериментально установлено, что при концентрации УОН больше 50 моль.% на поверхности образцов после травления образуется нерастворимый осадок, состав которого был установлен методом рентгенофазового анализа и соответствует соединению KJaJuJD^.

Выше описанный эксперимент по травлению TJI в расплавах КОН, KNO-, показал, что травление с высокими, скоростями идет только в расплаве КОН, а KNO} лишь понижает температуру плавления расплава КОН. Поэтому можно предположить, что при высоких концентрациях КОН травление ТЛ в расплаве KOH-KNO, идет по следующей схеме:

5ШЮ, + ЗАТО//-» КъПг Га/),, + 3UOH (2)

Измерение шероховатости Ra, а также исследование поверхности образцов с помощью микроскопа показало, что с увеличением содержания КОМ .Качество поверхности ухудшается (происходит сильное ¡растравливание поверхности, образование ямок травления). Значение Ra изменяются от 0,07 до 1,15 тем при содержании КОН от ¡10 моль.% до 90 моль.% соответственно (T=26Q°C) .

Таким образом, оптимальной травящей системой в производстве КЭ из TJ1 является расплав КОН - KNO,, содержащий 10-30 моль.% КОН в температурном интервале 260-320°С при скорости перемешивания со>120 об/мин (скорости травления 5-20 мкм/мин, /?а=0,10-0,15 мкм) . Данный травитель рекомендуется использовать для тонкой подгонки КЭ на частоту.

Третья глава содержит экспериментальные результаты и их обсуждение, связанные с выбором оптимальной травящей системы для ТБЛ, влиянием внешних факторов на скорость травления и изучением химизма травления ТБЛ.

Тетраборат лития является новым перспективным пьезоэлектрическим материалом. Широко используемые в технологии производства КЭ из кварца и других пьезомате-риалов травители (серная, плавиковая кислоты) не являются оптимальными для ТБЛ с точки зрения качества поверхности. Поэтому основной задачей являлся поиск полирующих травителей, после воздействия которых пластины КЭ имеют гладкую, плоскую поверхность с минимальной глубиной или полным отсутствием нарушенного слоя.

Поиск травящей системы проводился с учетом кристал-лохимических и химических особенностей ТБЛ.

В настоящее время данные о растворении ТБЛ в различных системах малочисленны. Нами установлено, что тетраборат лития хорошо растворяется в воде, разбавленных и концентрированных кислотах/ водных растворах щелочей. Эксперименты по травленйю ТБЛ в концентрированных растворах кислот (HF, HCl, HNO,, tf,S04, НгРО,) показали, что во всех кислотах происходит процесс -¿разле-

ния. На рис.3 представлена зависимость толщины стравливаемого слоя от времени при травлении ТБЛ в кислотах. Самые высокие скорости достигаются при травлении ТБЛ плавиковой кислотой - 58 мкм/мин. Однако качество поверхности неудовлетворительное (На ~ 3,17 мкм/мин) . Значение Яа после травления в концентрированной У,Р04 оказалось наилучшим (0,26 мкм/мин), но оно также не удовлетворяет технологическим требованиям.

700" 600 500

400 300 ¿00 ¿00

5 Ю <5 20

60 г, мин

Рис.3. Зависимость толщины стравливаемого слоя от времени при травлении ТЕП: 1 -Ш; 2-ЙЩ; 3-Н}РО,; 4-ЛР»

ъ-н^ю,.

в щелочных растворах (КОН, ЫаОН, //Я, • Я,О) скорость травления ТБЛ невысокая (0,01-0,04 мкы/мин), На поверхности образцов в щелочных растворах образуется белый осадок, затрудняющий дальнейший процесс, травления.

При . травлении «одой скорость травленийТШ1 возрас-

тает с 0,02 мкм/мин до 1,0 мкм/мин в интервале температур от 50 до 90°С, при этом значения Яа ухудшаются. На рис.4 представлены зависимости толщины стравливаемого слоя образца от времени при травлении ТБЛ в воде. Все выше перечисленные травители не обладают полирующим действием.

Мки

500

460 460

ЦкО £

380 360 УЮ

■¡¿о

500 2&0

40 20 20 40 50 60 ТО 80 90 Г, пин Рис.4. Зависимость толщины стравлливаемого слоя от времени при травлении ТБЛ в воде: 1-Т*50°С; 2-Т=60°С; 3-Т=70°С;4-Т-80°С/ 5-Т-*90®С.

Из. химии бора известно, что борная кислота, ШРН)„ образует хорошо растворимые комплексы при взаимодействии с многоатомными спиртами. В данной работе Сшю изучено взаимодействие ТБЛ с сорбитом, ксилитом, глицерином, иямттон. Наилучшие результаты с.точки зрения шероховатости поасрхмосги оврауцов получены в сис-

теме маннит-вода (С6//и04 -Н,0) . Массовые соотношения маннит:вода (т) изменяли в пределах от 1:5 до 1:15. По мере уменьшения концентрации маннита скорость травления падает, а шероховатость уменьшается от 0,31 мкм при т=1:5 до 0,04-0,11 мкм при т=1:9, оставаясь при дальнейшем разбавлении на уровне Ла=0,04-0,11 мкм. Поэтому концентрация маннита при ш=1:9 является оптимальной.

Изучено влияние внешних факторов на кинетические параметры процесса травления ТБЛ. Установлено, что скорость травления не зависит от скорости качания образца при у>180 мин"1, то есть процесс травления идет в кинетической области. Для всех составов травителя маннит-вода скорость травления ТБЛ растет в интервале температур от 22 до 40°С. На рис.5 представлена зависимость скорости травления ТБЛ от температуры.

уИКЬ

4 мин

3.0

го

го го 40 т;с

Рис.5. Зависимость скорости травления ТБЛ в водном растворе маннита от температуры для составов:¿-т=1:15, 2-т=1:12, 3-т=1:9, 4-т=1:7, 5-т=1:5.

•Исследовано влияние концентрации маннита на скорость травления ТБЛ. Зависимость скорости травления ТБЛ от состава травителя при 22°С представлена на рис.6. С увеличением содержания маннита скорость травления растет, при этом качество поверхности образцов ухудшается до 0,45 мкм.'

05 04 0,5 0.6 0,7 08 С,л*оль/л

Рис.б. Зависимость скорости травления ТБЛ в водном растворе маннита■от концентрации маннита при Т=22°С.

С целью определения химизма травления ТБЛ в водном растворе маннита и воде измерены значения рН-;растворов. после травления. Одновременно по убыли массы Образца определяли общий состав раствора; Концентрация ■маннита ССм), составила 0, 634 моль/л (ш=1:8). Зависимость грн от концентрации бора в растворе (Сд) изображена на рис.7. .

Известно, что при низких Сд и рНг4-5, основными формами комплексов, образующимися по реакциям (3,4)

являются Я(ОЯ),(С,Я,Д),Г и В(0Н)1(С,Н„0,):

В{ОН\ + (С,Н,Л В{ОН\ (С.ВД) (4)

В(0Н),+Н10<-&-+1В(рН), У+НГ (5)

Также необходимо принять во внймание уравнение баланса: ~ • ' •••' ■'' ' '•■ '

С в = [В(ОЯ),]+{й(ОЯ)4 1+{в(ОЯ),(С4Я,.С>,)1+1В(ОЯ)4(С6ЯмО<)1-1 (6)

см = [5(ОЯХ(С4Я,А)] + 2 [В(ОН)<(С<НиОХ ] + [С4Я, А1 (7}

и электронейтральности:

синн')=^+1н*)~тон);)+1В(он)лслЛ)>] (8)

. При См»можно считать, что [(С6Яи06)]» Сду. После некоторого упрощения системы можно найти решение. По расчетам рН=4,67. Доля бора, находящегося в растворе в

форме Я(0Я)4(С6Я14О,),~, согласно расчету равна 50%, в форме В(ОН), - 34,3%, в форме Д(ОЯ),(С,ЯмО,) - 15,7. Таким образом, при травлении ТЕЛ водным раствором маннита протекает реакция:

и,В,07 + 4С6Я|406 + 7Я,0 = 2Ь[В(ОН),(С,Н„Ол)1) + 2В(ОН), (9) Кроме того, примерно 1/3 борной кислоты вступает в реакцию (4).

Таким же образом можно рассмотреть травление ТЕП водой. Без учета многоядерных форм система уравнений

для рН имеет вид: к

св

Ц-нн'Нтт.

Так как то {Я(Ш)4] = Я(0Я),] = ^ и

(Я* ] в К, => рН в /»/Г,. В отсутствие посторонних солей /«К, = 9,2. И» изложенного следует, что начальная стадия

' травления ТЕЛ водой.описывается реакцией: :

игВ,0, + 1НгО = 2 ¿|[б(ОЯ)4}+ 2В(ОИ), (10)

Таким образом, оптимальной травящей системой в производстве КЭ из ТБЛ является водный раствор маннита при массовом соотношении т>1:9. Травление ведут при комнат-, ной температуре с частотой качания у>180 мин"1 (скорости травления 0,5 - 0,7 мкм/мин, Иа - 0,04 - 0,11 мкм) . Данный травитель является полирующим для ТЕП и рекомендуется использовать для тонкой подгонки КЭ на частоту.

В технологии производства кристаллических элементов из пьезоматериалов часто используют образцы с различными углами срезов. В настоящей работе впервые проведено исследование анизотропии скорости травления при вращении плоскости кристаллического элемента вокруг его ребра, направленного по основным кристаллографическим осям ТБЛ (г,Х), соответственно срезы и УХ1/-)9?.

Травление проводили в системе маннит-вода (ш-1:9/ Т=22°С) для ХШ#- и УХ1/-/7? — срезов и в растворе Н3РОА для УХ1/->9? - среза. Полученные зависимости скоростей травления от угла поворота Хг1//^-среза приведены на рис.8. Ход зависимостей V(Р>, экспериментально зафиксированной в ограниченном интервале углов /3°,, может быть распространен действием элементов симметрии точечной группы 4пип, к которой принадлежит ТБЛ на другие области соответствующих сечений кристалла. На рис.8 показано отражение V(Р) в область углов 45°<р^90°). Экспериментальные данные явно свидетельствуют об анизотропии скорости травления ТБЛ. Хотя абсолютные значения скорости процесса при использовании двух существенно

Рис.8а,0. Зависимость скорости травления ТЕЛ в водном растворе маннита (ш-1:"9) (рис.8а) и Н,РО, (27,6%) . (рис.86) от угла поворота среза: 1.1 <100>+5°; 1.2 <010>; 1.3 <010>+30°; 1.4 <110>; 2.1. <110>; 2.2 <ll0>+22,5°; 2.3 <ll0>+10°; .2.3 <lT0>+10°; 2.4 <110>-15°,

отличных травителей значительно различаются (рис.8 а, б), взаимное расположение экспериментальных точек и ход огибающей их кривой подобны. Это явно указывает на то, что выявленная анизотропия преимущественно определяется не составом травителя, а атомным строением сеток кристаллической решетки, т. е. типом атомов и их поверхностной (ректикулярной) плотностью.

Эпюры выявляют минимумы скоростей травления срезов XZ1//7? для Р-0°(90°, 180°,270°), срезов YXl/# для р-90°.

Согласно стереографической проекции ТБЛ плоскостям срезов для этих р отвечают соответственно грани тетрагональной призмы {100} и пинакоида {001}. Максимум У(р) для среза хг1/45° (135°,¡225°, 315°) объясняется прохождением в плоскости среза ребра [001} указанной тетрагональной призмы. Полученные в работе эпюры скоростей травления могут быть использованы в технологии производства кристаллических элементов из'пьезоматериалов.

С целью выяснения влияния ионизирующего излучения на скорость травления ТБЛ с разными углами срезов проведено у-облучение образцов мощностью дозы (0,7-0,9)

Гр/с в интервале поглощенных доз (1-9)-104 Гр. После облучения дозой 1-Ю4 Гр наблюдается уменьшение скорости травления образцов по всем срезам на 10-20% по сравнению с необлученньми образцами. Последующее облучение образцов суммарными дозами 5-10* Гр и. 9-Ю' Гр приводит к дальнейшему уменьшению скорости травления. Полученные результаты хорошо согласуются с литературными данными. Облучение приводит к зарядке кристаллов и появлению электрического поля, которое поляризует крит сталл. В том случае, когда диэлектрическая проницаемость растворителя (ер) больше диэлектрической проницаемости кристалла (*кр)» облучение приводит к уменьшению скорости растворения. При екр>ер скорость растворег-ния возрастает. Для процесса растворения ТБЛ в водной растворе маннит «кр»8,1; ер-19,05.

Сак было показано на кварцевых резонаторах, предварительное у -облучение кристаллического кварца дозами

[1-9)-Ю4 Гр в. несколько раз уменьшает уходы частоты.

Методом рентгеновской фотоэлектронной микроскопии 5ыл определен элементный состав (С,0,В,Ы) в припо-юрхностном слое образца (15-20 А) ТЕЛ, который показал ¡ысокую чистоту монокристалла. Содержание углерода на ю^ерхности ТБЛ 1,5-3,7%. Методом масс-спектрометрии тределён элементный состав в объеме образца ТБЛ. Уста-ювлено, что содержание углерода в образцах не превы-1ает 0,001% и обнаружены лишь следы азота.

Анализ микрорельефа поверхностей исходных и под-1зргнутых травлению образцов проводился с помощью рас-ровой электронной микроскопии.

В четвертой главе представлена математическая обработка экспериментальных данных.

Выводы

1. Найдены оптимальные системы для травления двух итийсодержащих пьезоматериалов с различной анионной одрешеткой (танталат и тетраборат, лития). Для тантала-а лития — это расплав КОН - КЫО%, для тетрабората ли-ия — водный раствор маннита.

2. Найдено, что травлениеТЛ возможно в широком ин~ ервале концентраций КОН (10—90 моль.%) в интервале емператур 260-380°С. Установлено, что скорость травле-

ния растет (от 5 до 180 мкм/мин) с увеличением концентрации КОН (от 10 до 90 моль,%) и температуры. Выяснено, что травящим веществом в данной системе является КОН, а КЫО, способствует понижению температуры системы.

3. Изучен процесс травления тетрабората лития в водных растворах маннита в интервале температур 22-40°С. Установлено, что скорость травления меняется от 0,5 мкм/мин до 2,8 мкм/мин (при изменении соотношения ыан-нит-вода от 1:5 до 1:15). Показано, что данный трави-тель является полирующим для ТБЛ.

4. Изучен химизм травления ТБЛ в водном растворе маннита методом рН-метрии. Показано, что травление ТБЛ сопровождается образованием комплексов 1В(ОН)4{СлНиО,)}}',

В(ОН)}{СЛА.)•

5. Получены эпюры распределения скоростей травления ТБЛ в водном растворе маннита и в водном растворе Н,РО, в зависимости от угла поворота среза образцов, позволяющие выявить анизотропию скорости травления.

6. Найденные в настоящей работе оптимальные системы химической обработки поверхности пьезоматериалов применялись для получения опытных партий кристаллических элементов из танталата и тетрабората лития, которые в дальнейшем были использованы для изготовления приборов. .. *

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях: ,

1.Лиходед В.Н., Быстрова Н.М., Рухляда Ц.Н., Сорокина О.В., Сальникова И.А. Кинетика жидкофазного травления монокристаллического танталата лития расплавами системы KOH—KNO,.// Петербург, журнал электронной техники. 1994. N1. С.31. '

2.Сорокина О.В., Рухляда И.Н., Кузнецов Н.Т., Игнатова H.H., Цветков A.A. Кинетика растворения монокристаллического танталата лития в расплавах системы K0H-KN01.1 / XXX Научно-практическая конференция факультета физико-математических естественных наук. Москва, Университет Дружбы народов: Тез. докл. г. Москва, 1994. С.74.

3.Рухляда H.H., Сорокина О.В., Лиходед В.Н., Быстрова Н.М. Жидкофазное травление монокристаллического танталата лития в расплавах системы KOH-KNO,.// Международная научно-практическая конференция мПьезотехника-94": Тез. докл. г. Томск, 1994. С.109-111.

4.Лиходед В.Н., Рухляда И.Н., Сорокина О.В. Химическое травление пьезоматериала тетрабората лития. // XXXI научно-практическая конференция . факультета физико-математических естественных наук. Москва, Университет Дружбы народов: Тез. докл. г^ Москва, 1995. С.29. Б.Сорокина 0.В., Лиходед В.Н., Рухляда И.Н. Модификация поверхности пьезоматериала тетрабората лития.// Межгосударственный семинар по структурно-морфологическим основам модификации материалов методами -нетрадиционных технологий: Тез. докл. г. Обнинск, 1995. С.53-54.

6.Кузнецов Н.Т., Рухляда И,Н., Сорокина О.В., Лиходед В.Н. Химическиб методы обработки монокристаллов пьезоэ-лектриков с различной анионной подрешеткой.// Междуна-

родная научно-практическая конференция "Пьезотехника-95": Тез. докл. г. Ростов-на-Дону, 1995. Т.2. С.161-166.

7.Кузнецов Н.Т., Михайлов В.А., Рухляда И.Н., Сорокина О.В. рН-Метрическое изучение травления тетрабората лития водным раствором маннита.// Ж. неорг. химии, 1996 г. №7.

8.Лукина И.Н.,Сорокина О.В., Лиходед В.Н. Технология финишной обработки кристаллических элементов из пьезо-материалов танталата и тетрабората лития - компонентов электронной техники.// Межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника-96": Тез. докл. г.Зеленоград, 1996. С.87.

Сдано в печать 29 апреля 1996 г.

Формат 90x60/16, бумага офсетная, печать офсетная, уч.-изд.-л.-1,0 ' Тираж 60 Заказ 80

Издательско-полиграфический центр МИТХТ

им.М.В.Ломоносова, 117571, Москва, пр.Вернадского,86

Типография ООО "Полинор-М", МИТХТ.