автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Технология осаждения пленок оксида тантала методом реактивного магнетронного распыления

005003949

у

Комлев Андрей Евгеньевич

Технология осаждения пленок оксида тантала методом реактивного магнетронного распыления

Специальность: 05.27.02 - Вакуумная и плазменная электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 П£К

Санкт-Петербург - 2011

005003949

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина).

Научный руководитель -

доктор технических наук, Шаповалов Виктор Иванович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, ведущий научный сотрудник

учреждения РАН Институт проблем машиноведения РАН, г. Санкт-Петербург

Лисенков Александр Аркадьевич

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, г. Санкт-Петербург Сошников Илья Петрович

Ведущая организация - ОАО «Светлана», г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится «22» декабря 2011 года в 15.00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238.08 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1. Актуальность темы

В мире большое внимание уделяется исследованию пленок оксидов переходных металлов с целью поиска перспективных материалов для приборов вакуумной и плазменной электроники, микроэлектроники и устройств медицинского назначения и т. Д.

Среди оксидов переходных металлов интерес представляет оксид тантала (Та205), пленки которого обладают высокой стабильностью свойств, обусловленной наиболее высокой химической стойкостью среди оксидов других переходных металлов. Электрофизические свойства пленок оксида тантала (е ~ 25-30, низкие токи утечки и пр.) позволяют считать этот материал перспективным для применения в электронике.

Спектр технологий осаждения пленок Та205 чрезвычайно широк. Наиболее стабильные электрофизические свойства пленок достигаются применением магнетронного распыления материалов. Но, несмотря на все достоинства, практическая реализация метода реактивного магнетронного распыления осложнена отсутствием обобщенной методики, позволяющей научно обоснованно выполнить разработку технологического процесса.

1.2. Цель работы

Целью данной диссертационной работы является исследование и разработка технологии осаждения пленок оксида тантала методом реактивного магнетронного распыления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

Задача первая: разработать и изготовить комплекс экспериментального оборудования для осаждения и исследования пленок.

Задача вторая: экспериментально исследовать физические процессы и явления, происходящие при осаждении пленки.

Задача третья: сформировать общую методику разработки технологии осаждения оксидных пленок методом реактивного магнетронного распыления.

Задача четвертая: разработать технологию осаждения пленок оксида тантала методом реактивного магнетронного распыления.

Задача пятая: экспериментально исследовать свойства пленок и влияние на них технологических параметров.

Задача шестая: выработать рекомендации по практическому применению разработанной технологии для изготовления приборов вакуумной и плазменной электроники и других приложений.

1-3. Научная новизна

Существенно новые научные результаты диссертации состоят в следующем:

1. Разработаны теоретические основы компенсационного метода измерения поверхностного потенциала диэлектрической пленки, используемого для контроля технологического процесса.

2. Установлены особенности физических процессов и явлений происходящих при осаждении пленки. Исследование проведено по спектрам испускания плазмы анрмального тлеющего разряда при распылении танталовой мишени в инертной и реактивной средах и вольт-амперным характеристикам разряда,

3. Исследовано влияние основных и вспомогательных технологических параметров на химический состав, кристаллическую структуру и физические свойства пленок.

,,, 4.,Установлено, что при электрическом поле менее 1 мВ/см ток утечки в пленках Та;05 имеет низкий уровень и формируется за счет двух основных механизмов -эмисстаШоттки и эффекта Пула-Френкеля.

5. Установлено, что релаксация встроенного в осажденную пленку технологического заряда в осажденной пленке проходит по однозонной модели и характеризуется малой скоростью релаксации. Релаксация инжектированного в поверхность осажденной пленки Та20з заряда проходит по двухзонной модели и характеризуется высокой скоростью релаксации в первой зоне.

6. Установлено, что металл подложки, на которую осаждена пленка, оказывает существенное влияние на скорость релаксации неравновесного заряда.

1.4. Практическая ценность

Практическую ценность представляют следующие результаты работы:

1. Комплекс рекомендаций по составу и техническим характеристикам экспериментального технологического оборудования для осаждения пленок Та205 методом реактивного'йашетронного распыления.

2. Комплекс технологического и измерительного оборудования для исследования технологии осаждения оксидных пленок методом реактивного магнетронного распыления.

3. Методика разработки технологии осаждения пленки оксида, основанная на обобщенной неизотермической физико-химической модели и результатах эксперимента.

4. Результаты анализа возможных последствий нестабильности работы устройств, обеспечивающих в системе распыления расход реактивного газа и ток разряда.

5. Использование оптической эмиссионной спектроскопии (ОЭС) как метода, который позволяет наблюдать за состоянием плазмы и служит эффективным инструментом исследования и контроля технологического процесса.

6. Технология осаждения аморфных пленок Та205_х.

■ 7. Методы инжекции в пленку неравновесного отрицательного заряда. ■■■■.;.■

8. Практическое применение разработанной технологии, для изготовления защитных покрытий в приборах вакуумной и плазменной электроники и диэлектрических покрытий для микроэлектроники и устройств медицинского назначения.

, 9. Нанесение на поверхность изделий медицинского назначения, изготовленных из титана, буферного подслоя тантала толщиной не более 500 нм, увеличивающего время релаксации неравновесного заряда.

1.5. Реализация в науке и технике

1. Значительная часть теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы» (государственный контракт № У-0032 от 31.07.2002 г.), а также следующих проектов, поддержанных Российским фондом фундаментальных исследований: «Синтез и исследование композиционного биоактивного материала Та205/Т1» (грант 04-03-32253), «Синтез новых композиционных материалов на основе многослойных наноструктур Та205/ТЮ2 и исследование их физико-химических свойств» (грант 10-03-00845-а), Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «Разработка установки и технологии нанесения биоактивных электретных нанопокрытий на изделия медицинского назначения» (госконтракт 5828р/8180 от 31.03.2008 г.) и Комитетом по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга «Разработка технологии и создание принципиально нового биоактивного электретного материала на основе тонких плёнок оксида тантала» (договор №352/09 от 30.10.2009 г.)

2. Разработанные в диссертационной работе методы используют в исследовательской работе и производстве изделий ОАО НПП «ЭЛЕКТРОН» г. СПб, ОАО «Завод Магнетон» г. СПб и ГУЗ «Городская больница Святой преподобной мученицы Елизаветы» г. СПб.

3. Физические представления, теоретические результаты и практические методы, полученные в диссертации, использованы автором в лабораторном практикуме дисциплин «Технология материалов и изделий электронной техники» и «Основы физики вакуума» для студентов СПбГЭТУ «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина), а также при создании учебного пособия «Технология материалов и изделий электронной техники», изданного в 2010 году.

1.6. Научные положения, выносимые на защиту

1. Применение компенсации выходного сигнала по первой гармонике в устройстве измерения заряда пленки, осажденной реактивным магнетронным распылением, обеспечивает уменьшение абсолютной погрешности примерно в 2 раза, по сравнению с традиционно используемой методикой.

2. Переход магнетронной распылительной системы в режим осаждения пленки оксида тантала сопровождается уменьшением тока разряда на 25-30%, одновременно с этим, в спектре испускания плазмы тлеющего разряда появляются линии атомарного кислорода и уменьшаются интенсивности всех линий аргона, что является критерием выхода мишени в оксидный режим и может быть использовано при оперативном контроле процесса осаждения.

3. Осаждение на танталовые подложки при положительном потенциале смещения в диапазоне 100-150 В создает условия для захвата электронов из плазмы на глубокие ловушки в пленке, что приводит к формированию в ней отрицательного заряда с

поверхностной плотностью не менее 2-Ю"3 Кл/м2 и временем релаксации не менее 6000 часов.

4. Осаждение аморфных пленок оксида тантала, близких к стехиометрическому составу Та205, достигается при наибольшем расходе кислорода и наименьшей плотности тока разряда в области установленных допустимых значений основных технологических параметров.

1.7. Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы представлены на Международных и Всероссийских конференциях, а также на научно-технических семинарах. В том числе: 8-я и 9-я международные конференции «Пленки и покрытия» (г. Санкт-Петербург, 2009-2011 гг.), Научно-технический семинар «Вакуумная техника и технология» (г. Санкт-Петербург, 2008 - 2011 гг.), 1П Международная научной конференции «Наноструктурные материалы-2009: НАНО-2009» (г. Екатеринбург, 2009 г.), , XI международная конференция «Физика диэлектриков «Диэлектрики - 2008» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), XVII Международная научно-техническая конференция «Высокие технологии в промышленности России, Материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники» (г. Москва, 201 If.), XXIV Международный симпозиум Тонкие пленки в микроэлектронике (г. Москва, 2011г.), IV Международная научно-техническая конференция «НАНОИНЖЕНЕРИЯ» (г. Москва, 2011г.)

<•<;■■■' 1.8. Публикации

Автор имеет 24 научных публикаций по теме диссертационной работы, включая 8 статей, опубликованных в рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 5 статей опубликованных в других журналах, 7 работ -в материалах международных и всероссийских научно-технических конференций и симпозиумов, 4 патента на изобретение и полезную модель.

: 1.9. Структура и объем диссертации

Работа ' состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 157 наименований, и приложения. Основная часть диссертации изложена на 148 страницах машинописного текста. Работа содержит 113 рисунков и 12 таблиц.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 «Применение и технология пленок оксида тантала» является обзорной. В ней дается общее представление о физических свойствах пленок Та205 и областях их применения. Проводится критический анализ существующих технологий осаждения пленок оксидов. Отдельное внимание уделено изучению физических процессов и явлений, происходящих при осаждении пленки методом реактивного магнетронного распыления и существующим физико-химическим моделям технологии.

Глава 2 «Технологическое и измерительное оборудование» посвящена разработке комплекса технологического и измерительного оборудования, позволяющего осаждать пленки Та205 с заданными свойствами и проводить их исследование. На основе, предложенных автором, рекомендаций по составу экспериментального технологического оборудования (см. рис.1) были разработаны и собраны вакуумные установки реактивного магнетронного распыления для осаждения однослойных оксидных структур и модельных структур металл-пленка Та205.

Технологические устройства:

- устройство нагрева;

- система подачи потенциала смещения;

- магнетронная распылительная система (MPC);

- устройство ионной очистки образцов (ИО);

- система подачи рабочих газов;

устройство перемещения образцов в вакуумной камере;

дополнительная технологическая камера.

Вакуумная система технологической установки с рабочей камерой.

Органы управления:

- блок управления вакуумной системой;

- блок управления и питания MPC;

- блок управления и питания ИО;

- блок управления системой подачи газов.

Устройства контроля:

- вакуумметр;

- спектрофотометр;

- кварцевый резонатор;

- устройства контроля напряжения и тока смещения на образце;

- устройство контроля и поддержания постоянного потока рабочих газов

Рис. 1. Состав экспериментальной установки неактивного магнетронного распыления

В состав разработанного измерительного комплекса входят стенды для измерения оптических свойств пленок, ВАХ и неравновесного заряда. В зависимости от поставленных технологических задач состав дополнительного оборудования вакуумной установки может изменяться.

При выполнении диссертационной работы был разработан стенд для измерения неравновесного заряда в диэлектрической пленке. Принцип действия стенда основан на компенсационном методе. Установим связь между зарядами, индуцированными на электродах, и зарядом в пленке.

Пусть одна сторона пленки, содержащей заряд с плотностью р(х), металлизирована, а с другой стороны расположен свободный электрод (рис. 2). Если зазор является периодической функцией времени ^(г), то изменяются его емкость С, (г) = ё^я^г)) и емкость структуры металл-пленка-металл С,2(/) = 1 /С,(1) + 1/С (С = Е£оШ — емкость пленки). Поэтому изменяется индуцированный на металлическом электроде заряд с^:

Рис. 2. Метод динамического конденсатора

где ип -разность потенциалов между электродами и 01 - эффективный поверхностный заряд на поверхности пленки:

, <! .....

61 = 7 (2) %

Выражение (1) получено из решения уравнений Пуассона для пленки и зазора.

Если замкнуть электроды (см. рис. 2), то при модуляции ширины зазора во внешней цепи возникает переменный ток:

ь --к ^цёСТ!^ ся(0 йцк)

Выражения (1 )-(33 позволяют определить величину эффективного поверхностного заряда (21- Из выражения (1) следует, что разность потенциалов между электродами можно компенсировать за счет приложения к ним напряжения от внешнего источника 11 противоположной полярности, при котором |о!| = 0. При этом условии из (1) следует выражение для вычисления поверхностного заряда 0\ по результату измерения напряжения .компенсации [/:- .

N

а

(4)

Д{/,В 0.2

0.1

0

Измерения со стороны только одной плоскости пленки будут корректны в единственном случае, когда заряд, расположен на этой плоскости. Во всех остальных случаях при измерениях необходимо учитывать вид р(л). Например, при равномерном распределении заряда по толщине пленки для получения значения реального заряда результат измерения (следует удвоить.

В традиционных схемах приборов, построенных на методе динамического конденсатора, выходной переменный сигнал измерительного устройства наблюдают на экране осциллографа или измеряют вольтметром. В разработанном измерительном стенде использована компьютерная обработка выходного сигнала. Компенсацию проводят по его первой гармонике, что позволило снизить абсолютную погрешность измерения в два раза (рис. 3).

Основные результаты, полученные в главе 2, состоят в следующем:

О 20 40 С/, В

Рис. 3. Погрешность измерения: 1-е помощью осциллографа; 2 - по первой гармонике

1. Разработан комплекс рекомендаций по составу и техническим характеристикам экспериментального технологического оборудования для осаждения пленок Та205 методом реактивного магнетронного распыления.

2. Предложено использовать в качестве дополнительного устройства спектрофотометрическую приставку. Применение спектрофотометра позволяет по спектру испускания плазмы физические процессы и явления, происходящие при осаждении пленки, что значительно облегчает выбор основных параметров технологического цикла.

3. Разработано и собрано оборудование, позволяющее инжектировать в объём растущей пленки неравновесный электрический заряд требуемой полярности и величины.

4. На основе разработанных рекомендаций выполнена модернизация откачного поста УВН-71 и установки ВУП-2.

5. Испытания оборудования продемонстрировали возможность управляемого и контролируемого осаждения пленок оксида тантала.

6. Разработаны теоретические основы компенсационного метода измерения поверхностного потенциала. Разработан и смонтирован экспериментальный измерительный стенд.

7. Разработаны методики и экспериментальные стенды для измерения электрофизических и оптических параметров диэлектрических пленок.

8. В результате проведенных работ разработан и создан комплекс технологического и измерительного оборудования, позволяющий осаждать пленки оксида тантала и проводить их экспресс исследование.

Глава 3 «Исследование плазмы разряда при распылении танталовой мишени в реактивной среде» посвящена экспериментальному исследованию физических процессов и явлений при реактивном магнетронном распылении, методом ОЭС и путем измерения ВАХ разряда.

Экспериментальные исследования реактивного распыления танталовой мишени в среде Аг + 02 позволили установить основные особенности процесса.

Известно, что при распылении металлической мишени в среде Аг + 02 независимыми переменными процесса распыления являются поток (расход) кислорода, вводимый в вакуумную камеру, и плотность тока разряда и мишень может находиться только в двух стационарных режимах работы: «металлическом» и «оксидном».

Исследование выполнено с помощью ОЭС. Танталовую мишень распыляли в среде Аг + 02, измеряя интенсивность линий спектра испускания плазмы (см. табл. 1) при постоянном токе и изменении расхода кислорода. Эксперименты были проведены в стационарных режимах, при которых каждое измерение спектра испускания после установки нового значения расхода кислорода выполнялось после завершения переходного процесса.

Табл. 1 Спектральные линии, используемые для исследования процесса осаждения пленок Таг05

Линия Arl Aril 01 Та1

X, нм 750.4 | 763.5 | 811.5 476,5 777.1 481.2 | 521.2 | 540.2

На рис. 4,,а точками разной формы показано изменение интенсивности трех линий Tal, указаниях в табл. 1, и линии 01. Приведенные результаты отражают области стационарных режимом работы мишени (постоянные интенсивности линий) и переход мишени йз металлического в оксидный режим (интенсивность линии Tal снижается до нуля, а 01 - резко возрастает).

Из рис. 4, а следует, что в пределах погрешности эксперимента все линии Tal идентично отражают изменения, происходящие в системе распыления, которые описывает сплошная аппроксимирующая кривая.

W' «Mtr »\

А 4OI

А Á Vf^ \U

Tal(521.2) W

.....4:1\,

1.5 во, см /мин 0 0.5 1.0 Рис. 4. Изменение интенсивности линий Tal и 01

1.5 go. см /мин

На рис. 4, б представлены типичные результаты, отражающие характерные процессы, происходящие в системе распыления при изменении потока кислорода и постоянном токе разряда. Светлые точки и сплошные аппроксимирующие линии отражают изменение в системе при увеличении ()о, темные точки и штриховые линии -при уменьшении (2о. Зависимости на рис. 4, б демонстрируют гистерезис^ присущий процессу реактивного ¡распыления для установки, на которой проводился эксперимент.

Увеличение тока разряда приводит к смещению точек перехода мишени из металлического в оксидный режим в область ббльших значений расхода кислорода (рис. 5). Этот результат очевиден, поскольку на мишени конкурируют два процесса: реакция окисления тантала и распыление оксидной пленки ионами аргона. Повышение скорости распыления при увеличении плотности тока разряда требует увеличения скорости реакции, что обеспечивается увеличением расхода кислорода. Т1»"

0.75

0.50

0.25

O* * c*3 —»-

1 —- . /о5.

/ 1 42

co_aaoOf! P J

О 0.5 1.0 <2о. см3/мин

Рис. 5. Изменение интенсивности линий Та1 при плотности тока разряда (в мА/см2): 1 ~в\2 ~9;3 -12

О 0.5 1.5 2.5 2о. см3/мин

Рис. 6. Изменение интенсивности линий 01 (штриховая линия) и аргона (сплошные линии): I - Аг1(750); 2 - Аг1(7бЗ); 3 - Аг1(810)

Для реактивного распыления характерен еще один эффект, который иллюстрирует рис. 6. Как видно из рис. 6, переход мишени в оксидный режим, отражаемый штриховой

линией, при постоянном парциальном давлении аргона приводит к уменьшению возбуждения его нейтральных атомов более, чем на 25 %. Дальнейшее увеличение расхода кислорода еще больше снижает интенсивность линий Arl.

Дополнительную информацию о процессе распыления содержит ВАХ магнетрона, которая облегчает выбор режима осаждения пленки. При введении в газовую среду кислорода ВАХ MPC, полученные« в, чистом аргоне, претерпевают существенное изменение (рис. 7). Из рис. 7 видно, что при любом давлении ВАХ MPC в среде Аг + 02 содержит три участка. :: : ; к:, -

1/,в

600

400

■ 5 ч г • / 1

\ 2\ / ' г / Л-

-4

г ; *

С/,В' 800

600

400

3 ^ 4 у

2 с-^ ^ i ,1

0.2 0.4 0.6 0.8 /, А

Рис. 7. ВАХ разряда в среде Аг + 02 при расходе,02

3.5 см3/мин и давлении Аг (в мТор): 7 - 2.0; 2 - 3.0; ^ - 4.0; 4 - 5.0;5 - 6.0. Штриховые линии - ВАХ в чистом Аг

0.2 0.4 0.6 0.8 /, А

Рис. 8. ВАХ разряда в среде Аг (У) и Аг+02 при расходе 02 (в см3/мин): 2 - 2.5; 3 -3.5; 4 - 4.5. Сплошные линии - увеличение расхода П;. штриховые - уменьшение

Приведенные результаты вполне очевидны, поскольку отражают особенности распыления металлической мишени в реактийной газовой среде: '

• при/< 0.35 А мишень находится в оксидном режиме; "

• при I - 0.35 А ' Начинается " вскрытие мишени, которое приводит к самопроизвольному росту тока разряда до 0.55 А;'

• при I > 0.55 А мишень входит в металлический режим.

В экспериментах, выполненных при увеличении и последующем уменьшении тока, выявлен эффект гистерезиса (рис. 8).

: В любой реальной технической системе возможны флуктуации, которые стремятся вывести ее из стационарного состояния. Функционирование вблизи точки неустойчивости имеет опасность срыва режима осаждения пленки. В работе выполнен анализ возможных последствий нестабильности работы устройств, обеспечивающих в системе распыления расход реактивного газа и ток разряда. Для анализа использована обобщенная неизотермическая модель процесса.

Проведенные исследование позволили выработать общий алгоритм вывода MPC в рабочий режим реактивного распыления путем управления параметрами goи J-Основные результаты, полученные в главе 3,'состоят в следующем:

1. Установлены особенности изменения спектра испускания плазмы разряда при магнетронном распылении танталовой мишени:

• в среде Аг спектры содержат линии Arl и Tal;

• лри введении в инертную среду кислорода спектр остается неизменным вплоть до перехода мишени в оксидный режим работы. В спектре в этом случае исчезает линия ТаГ, появляется линия 01;

• интенсивность линия 01 возрастает пропорционально величине объемного расхода кислорода;

• переход мишени в оксидный режим сопровождается снижением интенсивности всех линий Аг1 более чем на 25 %.

2. При распылении танталовой мишени в реактивной среде выявлен эффект гистерезиса. Увеличение тока разряда приводит к смещению точек перехода мишени из металлического в оксидный режим в область больших значений расхода кислорода.

3. Установлено, что ВАХ разряда отражают все особенности распыления танталовой мишени в реактивной газовой среде.

4. Предложены основные положения методики разработки технологии осаждения пленки оксида металла. Положения основаны на неизотермической физико-химической модели процесса (см. главу 1), результатах эксперимента и содержат алгоритм вывода в рабочий режим по независимым переменным.

5. Выполнен анализ возможных последствий нестабильности работы устройств, обеспечивающих в системе распыления поток реактивного газа в вакуумную камеру и ток разряда.

6. Установлено, что ОЭС позволяет наблюдать за состоянием мишени и поэтому служит эффективным методом исследования процесса реактивного распыления и методом контроля технологического процесса.

Глава 4 «Разработка и исследование технологии пленок». Знание особенностей физических процессов, протекающих при магнетронном распылении металлической мишени в реактивной среде, позволяет научно обоснованно подойти к разработке технологии осаждения пленок соединений (оксидов, нитридов, карбидов и др.) и

1) выполнить начальную оценку границ для двух основных технологических параметров (объемный расход реактивного газа £>о и плотность тока разряда Г), допустимых для осаждения пленки соединения, которое должно выполняться при реактивном режиме работы мишени. Использовать для этого обобщенную физико-химическую модель реактивного распыления. На рис.9 приведена кривая, построенная по аналитическому описанию неизотермической физико-химической модели процесса, которая отражает зависимость парциального давления кислорода от тока разряда. Из графика на рис. 9 следует, что оксидная пленка может быть получена в границах от нуля до точки С.

предложить ее основные этапы:

Qo - шш

2 V/

А &

Рис. 9. Последовательность выхода в режим осаждения пленки соединения

Алгоритм выхода в заданный режим, схематически отраженный на рис. 9, состоит в следующем. Принимая в качестве стартового состояния мишени металлический режим (точка Б на рис. 9) и устанавливая нужное значение расхода кислорода, последовательным изменением тока разряда, как указано стрелками 1-2 на рис. 9., доводим процесс до точки 0 и далее переводим его в рабочую точку XV (стрелки 3), увеличивая или уменьшая величину J.

2) экспериментально уточнить область допустимых значений основных параметров. На этом этапе выполнить исследование плазмы реактивного разряда методом оптической эмиссионной спектроскопии;

3) выполнить комплекс исследований по выявлению влияния значимых технологических параметров на химический состав, кристаллическую структуру и физические свойства пленок. К этим параметрам могут относиться объемный расход реактивного газа, плотность тока разряд, давление или объемный расход плазмообразующего газа, температура подложки, напряжение смещения на подложке и др. 4) по каждому технологическому параметру установить границы допустимых значений для осаждения пленок, обладающих необходимыми свойствами.

Предложенная методика была использована для разработки технологического процесса осаждения пленок Та205_,. На первом этапе были выполнены необходимые вычисления по уравнениям, описывающим модель. На втором этапе использовались результаты исследования плазмы, выполненные в главе 2. Рассмотрим более детально результаты выполнения третьего этапа, на котором были выделены дополнительные технологические параметры: парциальное давление аргона, температура подложки и напряжение смещения на подложке.

Для сокращения трудоемкости и затрат на этом этапе оценивание химического состава и кристаллической структуры пленки в каждом образце выполнялось по косвенным признакам, полученным при анализе оптических спектров пропускания и отражения в видимом диапазоне длин волн и ближнем УФ диапазоне.

По спектрам определяют толщину пленки, край фундаментального поглощения, ширину энергетической щели и дисперсию ее оптических констант. Эти измерения дают возможность косвенно оценить степень стехиометричности пленки и наличие в ней кристаллических фаз. Для такой оценки были использованы опубликованные результаты исследований других авторов. В диапазоне длин волн 600-900 нм у пленок Та205_ * при значении х ~ 0 показатель преломления лежит в диапазоне 2.1-2.4, а показатель поглощения не превышает значения 0.005. При этом край фундаментального поглощения близок к 280 нм, а ширина энергетической щели имеет значения 4.1-4.5 эВ.

Пленки, содержащие кристаллическую фазу, имеют в видимом диапазоне длин волн пониженный на 5-15 % коэффициент пропускания. Это снижение возникает вследствие рассеяния световой волны на кристаллической фазе.

Рассмотрим наиболее харакгерные результаты исследования. На рис. 10 показаны типичные спектры пропускания, полученные при изучении влияния расхода кислорода

на свойства пленок Та205^. С помощью известных методик расчета по спектрам на рис. 10, где указано время осаждения пленок, было установлено, что последовательное увеличение Q0 привело к уменьшению скорости роста пленки от 80 до 40 нм/мин.

Показатели преломления и поглощения, вычисленные для всех пленок по этим же спектрам, лежат в диапазонах 2.1-2.3 и 0.004-0.008, соответственно. Поскольку коэффициент пропускания структур в максимумах на рис. 10 превышает значение 0.9, можно считать, что пленки однородны и не содержат кристаллических фаз.

Снижение скорости роста пленки привело к сдвигу края фундаментального поглощения (см. рис. 11). Спектры на рис. 11 были преобразованы в зависимости вида VaE2 = f[E), показанные точками на рис. 12. Из него следует, что, во-первых, во всех пленках при УФ возбуждении происходят непрямые переходы. Во-вторых, ширина энергетической щели пропорциональна расходу кислорода (см. рис. 13).

т,

o.e.

—J

500 600 700 X, нм

Рис. 10. Типичные спектры пропускания образцов «пленка-кварцевое стекло» с пленкой, осажденной при б0 (в см3/мин): 1 - 1.2(15 мин); 2 - 1.8(30 мин); 3 - 2.4(30 мин)

270 280 290 X, нм

Рис. 11. Типичные спектры пропускания в УФ диапазоне образцов «пленка-кварцевое стекло» с пленкой, осажденной при б0 (в см'/мин): / - 1.2; 2 - 1.8; 5 — 2.4

Уменьшение плотности тока на мишени при постоянном расходе кислорода вызывает вполне очевидное снижение скорости роста, что в конечном итоге приводит к повышению степени стехиометричности пленки, проявившей себя в области фундаментального поглощения. Увеличение температуры подложки до 500 °С приводит к снижению скорости роста пленки, без существенного изменения свойств. Полярность потенциала смещения оказывает влияние на скорость роста пленки, не приводя при этом к заметному изменению свойств.

смшэ ■ 400

300 200 100

3 з -

Р\

- ' . 2

0

4.0 4.2 4.4 Е, эВ

Рис. 12. Типичные зависимости величины

от энергии фотонов для пленок, осажденных при 20 (в см'/мин): 1 -1.2; 2 -1.8; 3-2.4

3.95

0.75 1.5 2.25 Йо, см3/мин

Рис. 13. Зависимость ширины энергетической щели пленки Та205_1 от расхода кислорода

Химический состав пленок, изготовленных при значениях технологических параметров, обеспечивающих минимальную скорость роста, исследован методом электронно-зондового микроанализа на установке Камебакс. Доли элементов в пленках составили (29.2+1.8) Та-(70.8±1.8) О ат.%, что близко к стехиометрическому составу Та205 (28.6 Та - 71.4 О ат.%).

Рентгенофазовый анализ, выполненный на установке ДРОН-2 на всех типах подложек после осаждения в пленках Та205_х кристаллической фазы не выявил.

При дополнительной термообработке при температурах выше 600 °С в пленках начинаются процесс кристаллизации, причем серьёзное влияние на кристаллизацию оказывает материал подложки.

Основные результаты, полученные в главе 4, состоят в следующем:

1. Предложены основные этапы разработки технологии осаждения пленок оксидов методом реактивного магнетронного распыления

2. Выполнены расчёты по определению допустимых границ основных технологических параметров.

3. Выделены вспомогательные технологические параметры, влияющие на химический состав, кристаллическую структуру и физические свойства пленок:

4. Выработана методика косвенной оценки качества пленок, основанная на оптических измерениях.

5. Исследовано влияние основных и вспомогательных технологических параметров на химический состав, кристаллическую структуру и физические свойства пленок.

6. Для экспериментальной установки, используемой в диссертационном исследовании, разработана технология осаждения аморфных пленок ТагОз^.

7. Выполнено исследование влияния дополнительной термообработки на : кристаллическую структуру пленок. . ■ • .. . :

о Глава 5 «Рекомендации по практическому применению пленок оксида тантала» посвящена изучению проводимости пленок, релаксации неравновесного заряда в них и выработке на основе проведенных исследований рекомендаций по их практическому применению.

Важнейшей характеристикой диэлектрического материала, определяющей возможность его использования в электронике, является уровень тока утечки. Проведенные исследования ВАХ позволили установить, что ток утечки в пленках Та205_ * имеет низкий уровень (10"9 - 10"12 А) и формируется за счет двух основных механизмов эмиссии Щотгки и эффекта Пула-Френкеля. Это позволяет использовать результаты диссертационной работы для изготовления приборов вакуумной и плазменной электроники, в частности, для осаждения защитных слоев холодных катодов газоразрядных приборов, а также в устройствах микроэлектроники.

Для изучения неравновесного заряда в диэлектрической пленке были разработаны две методики инжекции: формирование встроенного технологического заряда,

распределенного по всему объёму пленки, и инжекция заряда в поверхность готовой пленки. Проведенные исследования позволили установить следующее:

- встроенный технологический заряд имеет длительное время релаксации. Используя модель двухзонной релаксации во времени можно допустить, что в данном случае процесс происходит сразу во второй зоне, характеризуемой большой постоянной времени;

- при дополнительной инжекции, релаксация заряда проходит по двухзонной модели. В первой временной зоне заряд имеет высокую скорость релаксации, во второй зоне она уменьшается на два порядка.

Установлено, что материал металлических подложек оказывает существенное влияние на релаксацию заряда, что, вероятнее всего, объясняется образованием на границе раздела пленка - Me переходного слоя, состоящий из смеси оксидов: ТаОх + МеуОг> в котором, возникают неравновесные малоподвижные положительные заряды (дырки). Инжектированные в пленку электроны, попадая в поле создаваемое дырками, начинают двигаться в сторону металлической подложки с гораздо большей скоростью, чем в поле собственного заряда, частично рекомбинируют с дырками. Таким образом, время релаксации 'значительно уменьшается. При осаждении пленок Та205 на металлические подложки рекомендовано нанесение буферного подслоя тантала, значительно снижающего описанный эффект.

Исследована релаксация заряда в проводящей модельной жидкости и при внешних воздействиях на пленку Та205 (различные виды стерилизации).

На основе проведенных исследований рекомендовано применение разработанной технологии для изготовления устройств медицинского назначения.

Основные результаты, полученные в главе 5, состоят в следующем:

1. Рекомендовано практическое применение разработанной технологии для изготовления защитных слоев в элементах приборов вакуумной и плазменной электроники, в микроэлектронике и медицине.

2. Установлено, что ток утечки в пленках Та205_^ имеет низкий уровень и формируется за счет двух основных механизмов: эмиссии Шотгки и эффекта Пула-Френкеля. Причем по мере увеличения температуры эмиссия Шотгки становится менее ярко выраженной, а эффект Пула-Френкеля проявляется сильнее.

3. Разработаны методики инжекции в пленку неравновесного заряда.

4. Установлено, что релаксация встроенного технологического заряда проходит по однозонной модели. Изменение потенциала пленки при хранении на воздухе в течение 250 суток не превышает 15 % от начального значения.

5. Установлено, что релаксация инжектированного в осажденную пленку Та205 заряда проходит по двухзонной модели и характеризуется высокой скоростью релаксации в первой зоне.

6. Установлено, что при релаксации заряда в модельной среде возникает эффект восстановления потенциала пленки, в связи с десорбцией положительных ионов модельной среды. .

7. По результатам исследования процесс релаксации заряда при внешних воздействиях (стерилизации) рекомендован метод химической стерилизации и гамма-облучения, оказывающие минимальное воздействие на электрические свойства пленок

8. Установлено, что металл подложки, на которую осаждается пленка, оказывает существенное влияние на скорость релаксации заряда. В связи с этим при изготовлении устройств медицинского назначения рекомендовано нанесение на их поверхность буферного подслоя тантала толщиной не более 500 им, что позволяет существенно увеличить время релаксации заряда.

9. При использовании пленок в медицинских приложениях рекомендовано применять методику создания встроенного технологического заряда, как обеспечивающую максимально длительное время релаксации.

В заключении диссертации изложены основные научные результаты выполненной работы, научная новизна, практическая ценность, достоверность и обоснованность научных положений и выводов, указана реализация в науке и технике, которые позволяют заключить, что диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для экономики страны.

В приложении приведены результаты токсикологических исследований и доклинических испытаний пленок Та205_х на животных, а также данные по экспериментальному клиническому применению элекгретного аппликатора для заживления ран. Список публикаций автора по теме диссертации в научных изданиях,

рекомендованных ВАК

1. Комлев А.Е. Итерационная процедура обработки оптического спектра пропускания тонких диэлектрических пленок / A.A. Барыбин, А.Е. Комлев, В.И. Шаповалов Н Известия Государственного электротехнического университета. - 2004, Вып.2. - С.36-42.

2. Комлев А.Е. Релаксация элекгретного состояния в аморфной пленке оксида тантала, осажденной на титан// Известия Государственного электротехнического университета. - 2005, Вып.2, г С.52-59

3. Комлев А.Е. Влияние термообработки на структуру пленок оксида тантала, выращенных на титане / В.А. Жабреев, Ю.А. Быстров, В.И. Шаповалов, А.Е. Комлев и др. // Письма в ЖТФ.2004, - Т.ЗО, Вып.1 т С. 1-5.

4. Комлев А.Е. Частотная дисперсия пленок оксида тантала / Барыбин A.A., Ю.А. Быстров, В.И. Шаповалов,

A.Е. Комлев и др.//Письма в ЖТФ.-2006.-Т.32, Вып.2-С. 61-66. , .

5. Комлев А.Е. Влияние имплантатов с отрицательным электретным покрытием Та203 на процессы репарагивного тендогенеза в эксперименте и первый опыт их клинического, применении. / С. А. Алексеевский, C.B. Василевич, А.Е. Комлев //Военно-медицинский журнал. -2009 том 330,Вып. 4. - С- 70-72.

6. Комлев А.Е. Изменение оптических свойств аморфных пленок оксидов переходах металлов в результате формирования нанокристаллической фазы./ В.И. Шаповалов, Л.П. Ефименко, А.Е. Комлед и.др.// Физика и химия стекла,- 2009, Т. 35, № 6, с. 820-828

7. Комлев А.Е. Диагностика плазмы при распылении танталовой мишени / Ю.И. Пастушенко, А.Е. Комлев,

B.И. Шаповалов // Известия Государственного электротехнического университета. - 2010, Вып.7. - С.14-21

8. Кошев А.Е. Исследование состава плазмы методом оптической эмиссионной спектроскопии при распылении танталовой мишени./ Комлев А.Е., Пастушенко Ю.И., Шаповалов В.И. // Вакуумная техника и технология.-2010.-Т. 20, №2.-С. 121-127.

Патенты

9. Способ изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза. Пат. № 2146112 Российская Федерация, МПК 7А61В17/56. / Ласка B.JI., Хомутов В.П., Быстров Ю.А., Комлев и др.: опубл. 20.10.1997.

1С. Устройство для изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза Пат. №2082437 Российская Федерация МПК 6A61L27/00. / Ласка В.Л., Хомутов В.П., Комлев А.Е. опубл. 27.06.1997

11. Стоматологический имплантат Пат. №48475 от 16.08.2004 Российская Федерация. МПК А61С8/00. / Быстрое Ю.А., Бычков А.И., Комлев А.Е. и др.

! 2. Аппликатор для зажиатения ран. №Пат. 78075 Российская Федерация. МПК / Быстров Ю.А., Комлев А.Е., Василевич C.B., Гончаров В.Д. от 03.04.2008.

Статьи из других журналов

13. Комлев А.Е. Влияние поля отрицательного электрета на кальций-аккумулируюшую способность нейтрофилов у животных, подвергнутых острому лучевому воздействию/ C.B. Василевич, И.Ш. Галлеев, А.Е Комлев / Вестник российской военно-медицинской академии. - 2005. Прил. 1 (14)-С. 158-159.

14. Ионно-плазменная технология создания развитого микрорельефа на поверхности стоматологического имплантата / Алешин H.A., Быстров Ю.А., Бычков А.И., Дмитрович Д.А., Иванов С.Ю., Каем А.И., Комлев А.Е. "Современные наукоемкие технологии", № 11 2005 г. -С.20

15. Комлев. А.Е. Оценка влияния отрицательных тонкопленочных электретного покрытия Та205 на имплантантах на репаративные процессы в сухожилиях при изолированных механических поражениях / C.B. Василевич, А.Н. Бойко, А.Е. Комлев и др. // Сборник научно-практических работ «Современные аспекты организации медицинской помощи в условиях многопрофильного стационара». - 2007, Вып. 4 - С. 246-252.

16. Комлев А.Е. Экспериментальная оценка влияния отрицательного электретного покрытия Ta2Os на процессы остеорепарации при изолированной механической травме / C.B. Василевич, В.П. Хомутов, А.Е. Комлев и др.// Сборник научно-практических работ «Современные аспекты организации медицинской помощи в условиях многопрофильного стационара». - 2007, вып. 4 - С. 259-265.

17. Экспериментальная оценка влияния отрицательного электретного покрытия Та20; на процессы остеорепарации при изолированной механической травме / C.B. Василевич, А.Н. Бойко, В.П. Хомутов, О.Л. Шарова, А.Е. Комлев // Сборник научно-практических работ «Современные аспекты организации медицинской помощи в условиях многопрофильного стационара». - 2007, вып. 4 - С. 259-265.

' Статьи в материалах конференций

18. Методика формирования электерных свойств покрытий из окиси тантала на фиксаторах для остеосинтеза / И.М. Соколова, В.Л. Ласка, А.Е. Комлев // Тезисы докладов НПК «Внутренний остеосинтез». - Спб. - 1995. - С. 77-79.

19. Комлев А.Е. Эффект гистеризиса при осаждении пленки соединения металла метододом реактивного магнетронного распыления./ А.Е. Комлев, С.С. Коробкова, В.И. Шаповалов // Пленки и покрытия: Труды 7-ой международной конференции, г.СПб, 24-26 мая 2005, - СПб., Изд-во Политехнического университета, - 2005. -С. 149-153.

20. Комлев А.Е., Пастушенко Ю.И., Шаповалов В.И., Шутова Н.С. Оптическая эмиссионная спектроскопия при осаждении пленочных гетероструктур Та203/ТГО2 // Материалы XVI Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России (Материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники)» и XXIII Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике», г. Москва, 9-11 сентября 2010 г. - Москва: Изд-во ЦНИИ «Техномаш»,2010.-С. 439-442.

21. Плотников В.В., Комлев А.Е., Шаповалов В.И., Шутова Н.С. Электропроводность аморфных оксидных плёночных гетероструктур, содержащих слои Та205 и ТЮ2 // Физика диэлектриков (Диэлектрики - 2011): Материалы XII Международной конференции, г. Санкт-Петербург, 23-26 мая 2011 г. - СПб:Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2011. - Т. 1. - С. 125-128.

22. Комлев А.Е., Плотников В.В., Шаповалов В.И. Оксидные плёночные структуры ТагО/ПОг // Тезисы докладов Четвертой Всероссийской конференции по наноматериалам, г. Москва, 01-04 марта 2011 г. - М.: Изд-во Института металлургии и материаловедения им. A.A. Байбакова РАН,, С. 285.

23. Комлев А.Е., Плотников В.В., Шаповалов В. И. Вольтамперная характеристика магнетрона при распылении танталовой мишени в среде Аг + 02. II Труды 10-ой международной конференции «Пленки и покрытия», 31 мая-3 июня 2011, СПб. - СПб., Изд-во Политехнического университета, 2011, С. 38-40.

24. Комлев А.Е., Плотников В.В., Шаповалов В.И., Шутова Н.С. Влияние расхода кислорода при реактивном магнетронном распылении на свойства пленок оксида тантала. // Материалы XVII Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России (Материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники)» и XXIV Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике». г. Москва, 8-10 сентября 2011 г. - Москва: Изд-во ЦНИИ «Техномаш», 2011.- С. 211-215.

Подписано в печать 18.11.2011. Формат 60x84/16 Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис». Печать ризографическая. Заказ № 2/1118. П. л. 1.0. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз.

ЗАО «КопиСервис» Адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 3. тел.: (812) 327 5098

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЛЁНОК ОКСИДА ТАНТАЛА.

1.1 Кристаллическая структура и физические свойства

1.1.1 Кристаллическая структура

1.1.2. Диэлектрические свойства.

1.1.3. Ток утечки.

1.1.4. Оптические характеристики пленок оксида тантала.

1.1.5. Неравновесный заряд.

1.2 Области применения.

1.3 Методы осаждения.

1.4 Реактивное магнетронное распыление.

Выводы и постановка задач диссертационного исследования.

ГЛАВА 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

2.1 Экспериментальное технологическое оборудование.

2.1.1. Экспериментальная установка для осаждения однослойных оксидных структур.

2.1.2. Экспериментальная установка для осаждения двухслойных структур.

2.1.3. Испытания экспериментальной установки.

2.2 Стенд для измерения оптических спектров отражения и пропускания плёночных структур.

2.3 Стенд для измерения вольт-амперных характеристик.

2.4 Стенд для измерение неравновесного заряда в плёнке диэлектрика.

2.4.1. Модель измерительного устройства.

2.4.2. Потенциал на границах пленки.

2.4.3. Потенциал на электродах.

2.4.4. Динамический режим.

2.4.5°. Измерение заряда в пленке методом динамического конденсатора с компенсацией.

2.4.6. Стенд для измерения неравновесного заряда.

Выводы.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ РАЗРЯДА ПРИ РАСПЫЛЕНИИ ТАНТАЛОВОЙ МИШЕНИ В РЕАКТИВНОЙ СРЕДЕ.

3.1 Особенности распыления танталовой мишени в реактивной газовой среде.

3.2 Исследование плазмы.

3.2.1. Распыление мишени в среде аргона.

3.2.2. Распыление мишени в среде кислорода.

3.2.3. Распыление мишени в среде аргона и кислорода.

3.2.4. Нестационарные условия работы мишени.

3.3. В АХ магнетронного разряда.

3.4. Основные положения методики разработки технологии осаждения пленок.

3.4.1. Точки неустойчивости процесса.

3.4.2. Алгоритм выхода в рабочий режим.

3.4.3. Устойчивость процесса осаждения пленки.

Выводы.

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЛЕНОК.

4.1 Основные этапы технологии пленок.

4.2 Технологические параметры.

4.3 Объемный расход кислорода.

4.4 Ток разряда.

4.5 Парциальное давление аргона.

4.6 Температура подложки.

4.7 Потенциал смещения на подложке.

4.8 Состав и структура.

4.9 Дополнительная термообработка.

Выводы.

ГЛАВА 5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ ПЛЕНОК

ОКСИДА ТАНТАЛА.

5.1 Электроника.

5.1.1 Ток утечки пленки.

5.1.2 Элементы электронных компонентов.

5.2. Устройства для стимуляция репарации поврежденных тканей.

5.2.1 Инжекция заряда.

5.2.2 Релаксация заряда в воздушной среде.

5.2.3 Релаксация заряда в модели биологической среды.

5.2.4 Релаксация заряда при внешних воздействиях.

5.2.5 Влияние материала подложки на релаксацию заряда.

5.2.6 Электростимуляции репарации поврежденных тканей.

Выводы.

Оксиды переходных металлов представляют собой материалы, которые проявляют полупроводниковые, ферромагнитные, сегнетоэлектрические, электрохромные, фотохромные и другие свойства. В связи с этим открываются широкие возможности для изготовления пленочных структур с новыми электрическими, магнитными и оптическими характеристиками.

Среди оксидов металлов переходной группы значительный интерес вызывает оксид тантала (ТагС^)*. Благодаря своим уникальным свойствам пленки Та205 находят применение в различных областях [1].

Так, например, высокая диэлектрическая проницаемость (е ~ 25-50), низкие токи утечки, высокая электрическая прочность и химическая инертность позволяют рассматривать этот материал в качестве защитного покрытия элементов приборов вакуумной и плазменной электроники [2].

Одновременно с этим достигнутая в кремниевой микроэлектронике проектная норма 32 нм заставляет искать новые диэлектрические Ь^Ь-/: материалы для подзатворного диэлектрика в МОП-структурах. Здесь пленки Та205, наряду с ТЮ2 и НЮ2, рассматривают в качестве возможных альтернатив традиционному оксиду кремния [3,4].

Новым направлением в использовании пленочных оксидных структур является медицина. Такие покрытия позволяют повысить биосовместимость имплантатов [5] или обеспечить бактерицидные свойства материалов [6].

Способность пленок Та2Об длительное время сохранять инжектированный неравновесный заряд и высокая биосовместимость с живой тканью открывают возможности широкого применения таких покрытий в медицине (в частности для реализации метода стимуляции близкодействующими электростатическими полями репаративных процессов в поврежденных тканях)

7]. Здесь и далее химическая формула Та205 используется в качестве синонима термина «оксид тантала». Корректной для дефектных по кислороду пленок оксидов является формула ТазС^ (см. главу 4).

Спектр технологий осаждения пленок Та205 чрезвычайно широк [8]. Различные группы исследователей, используя свой технологический опыт и имеющееся оборудование, получают пленочные структуры, изучают их электрофизические свойства, создавая, таким образом, фундамент развития материаловедения в электронике.

Среди многообразия технологий нельзя выделить наиболее универсальный метод. Как правило, выбор метода определяется, в первую очередь, особенностями технологического процесса изготовления конкретного устройства. Наиболее стабильные электрофизические свойства пленок достигается применением реактивного магнетронного распыления материалов [9], [10]. Этот метод, обеспечивая высокую скорость осаждения пленок, позволяет получать пленки с высокой химической чистотой, плотностью, адгезией к подложке и равномерностью физических свойств по площади поверхности подложки. Необходимо отметить возможность нанесения покрытий этим методом на поверхность подложек большой площади и сложной геометрической формы [11].

Метод реактивного магнетронного распыления обладает высокой гибкостью в управлении процессом осаждения одиночных слоев. Потенциально он дает возможность осаждать композиционно градиентные пленки и формировать неравновесные составы. Управление осуществляется регулированием нескольких независимых переменных (расходы аргона и кислорода, электрическая мощность на мишени, температура подложки, потенциал смещения на подложке и др.).

Реализация метода реактивного магнетронного распыления осложнена отсутствием обобщенной методики, позволяющей обоснованно провести корректный выбор диапазонов изменения основных технологических параметров при разработке конкретного процесса. Кроме того, в применяемом технологическом оборудовании, как правило, не реализована возможность оперативного контроля устойчивости процесса осаждения пленки. В связи, с чем представляется перспективным использовать для этих целей оптическую эмиссионную спектроскопию (ОЭС) как метода, который позволяет, во-первых, наблюдать за составом плазмы тлеющего разряда и состоянием мишени в процессе осаждения пленки. Во-вторых, ОЭС служит эффективным инструментом для исследования процесса осаждения пленок оксидов методом реактивного магнетронного распыления [12].

Целью данной диссертационной работы является исследование и разработка технологии осаждения пленок оксида тантала методом реактивного магнетронного распыления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

Задача первая: разработать и изготовить комплекс экспериментального оборудования для осаждения и исследования пленок оксида тантала.

Задача вторая: экспериментально исследовать физические процессы и явления, происходящие при осаждении пленки.

Задача третья: сформировать общую методику разработки технологии осаждения оксидных пленок методом реактивного магнетронного распыления.

Задача четвертая: разработать технологию осаждения пленок оксида тантала методом реактивного магнетронного распыления.

Задача пятая: экспериментально исследовать свойства пленок и влияние на них технологических параметров.

Задача шестая: выработать рекомендации по практическому применению разработанной технологии для изготовления приборов вакуумной и плазменной электроники и других приложений.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы, содержащего 157 наименований.

Основные результаты, полученные в главе 5, состоят в следующем:

1. Рекомендовано практическое применение пленок Та205 осажденных по разработанной технологии, в качестве перспективного материала для элементов газоразрядной техники, микроэлектроники и устройств медицинского назначения.

2. Установлено, что ток утечки в пленках Та205Л имеет низкий уровень и формируется за счет двух основных механизмов: эмиссии Шоттки и эффекта Пула-Френкеля. Причем по мере увеличения температуры эмиссия Шоттки становится менее ярко выраженной, а эффект Пула-Френкеля проявляется сильнее.

3. Разработаны методы инжекции в пленку неравновесного отрицательного заряда.

4. Установлено, что релаксация встроенного технологического заряда проходит по однозонной модели. Изменение потенциала пленки при хранении на воздухе в течении 250 суток не превышает 15 % от начального значения.

5. Установлено, что релаксация инжектированного в осажденную пленку Та2С>5 х заряда проходит по двухзонной модели и характеризуется высокой скоростью релаксации в первой зоне.

6. Установлено, что при релаксации заряда в модельной среде возникает эффект восстановления потенциала пленки в связи с десорбцией положительных ионов модельной среды.

7. По результатам исследования процесса релаксации заряда при внешних воздействиях (стерилизации) рекомендован метод химической стерилизации и гамма-облучения, оказывающие минимальное воздействие на электрические свойства пленок

8. Установлено, что металл подложки на которую осаждается пленка оказывает существенное влияние на скорость релаксации заряда. В связи с этим при изготовлении устройств медицинского назначения рекомендовано нанесение на их поверхность буферного подслоя тантала толщиной не более 500 нм, что позволяет существенно увеличить время релаксации заряда.

9. При использовании пленок в медицинских приложениях рекомендовано применять методику создания встроенного технологического заряда, как обеспечивающую максимально длительное время релаксации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты выполненной диссертационной работы состоят в следующем:

1 .Разработан комплекс технологического и измерительного оборудования для исследования технологии осаждения оксидных пленок методом реактивного магнетронного распыления.

2. Исследована плазма аномального тлеющего разряда при реактивном магнетронном распылении.

3. Предложены основные положения методики разработки технологии осаждения пленок оксидов методом реактивного распыления.

4. Разработана технология осаждения аморфных пленок Та205х методом реактивного магнетронного распыления.

5. Рекомендовано практическое применение разработанной технологии в производстве приборов вакуумной и плазменной электроники и других приложениях

Научная новизна

Существенно новые научные результаты диссертации состоят в следующем:

1. Разработаны теоретические основы компенсационного метода измерения поверхностного потенциала диэлектрической пленки, используемого для контроля технологического процесса.

2. Установлены особенности физических процессов и явлений происходящих при осаждении пленки. Исследование проведено по спектрам испускания плазмы аномального тлеющего разряда при распылении танталовой мишени в инертной и реактивной средах и вольт-амперным характеристикам разряда.

3. Исследовано влияние основных и вспомогательных технологических параметров на химический состав, кристаллическую структуру и физические свойства пленок.

4. Установлено, что при электрическом поле менее 1 мВ/см ток утечки в пленках Та205 имеет низкий уровень и формируется за счет двух основных механизмов - эмиссии Шоттки и эффекта Пула-Френкеля.

5. Установлено, что релаксация встроенного в осажденную пленку технологического заряда в осажденной пленке проходит по однозонной модели и характеризуется малой скоростью релаксации. Релаксация инжектированного в поверхность осажденной пленки Та205 заряда проходит по двухзонной модели и характеризуется высокой скоростью релаксации в первой зоне.

6. Установлено, что металл подложки, на которую осаждена пленка, оказывает существенное влияние на скорость релаксации неравновесного заряда.

Практическая ценность

В применении к пленочным оксидным структурам ценность представляют:

1. Комплекс рекомендаций по составу и техническим характеристикам экспериментального технологического оборудования для осаждения пленок Та205 методом реактивного магнетронного распыления.

2. Комплекс технологического и измерительного оборудования для исследования технологии осаждения оксидных пленок методом реактивного магнетронного распыления.

3. Методика разработки технологии осаждения пленки оксида, основанная на обобщенной неизотермической физико-химической модели и результатах эксперимента.

4. Результаты анализа возможных последствий нестабильности работы устройств, обеспечивающих в системе распыления расход реактивного газа и ток разряда.

5. Использование оптической эмиссионной спектроскопии (ОЭС) как метода, который позволяет наблюдать за состоянием плазмы и служит эффективным инструментом исследования и контроля технологического процесса.

6. Технология осаждения аморфных пленок Та205х.

7. Методы инжекции в пленку неравновесного отрицательного заряда.

8. Практическое применение разработанной технологии, для изготовления защитных покрытий в приборах вакуумной и плазменной электроники и диэлектрических покрытий для микроэлектроники и устройств медицинского назначения.

9. Нанесение на поверхность изделий медицинского назначения, изготовленных из титана, буферного подслоя тантала толщиной не более 500 нм, увеличивающего время релаксации неравновесного заряда.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается:

1. Применением при аналитическом описании физических моделей математических методов электродинамики.

2. Использованием персональных компьютеров для проведения анализа моделей осаждения и контроля слоев пленочных структур с помощью специализированных пакетов и авторских программ.

3. Проведением комплексных исследований по изготовлению и контролю слоев оксидов тантала на большом количестве образцов с использованием разработанных автором методов.

4. Использованием персональных компьютеров для проведения оптических измерений, статистической обработки экспериментальных результатов с помощью специализированных программ.

5. Апробацией основных научных результатов на научных, научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах различного уровня в течение 15 лет.

6. Опубликованием 24 статьи в отечественных и зарубежных научных реферируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Реализация в науке и технике

1. Значительная часть теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы» (государственный контракт № У-0032 от 31.07.2002 г.), а также следующих проектов, поддержанных Российским фондом фундаментальных исследований: «Синтез и исследование композиционного биоактивного материала Та205/ТЬ> (грант 04-03-32253), «Синтез новых композиционных материалов на основе многослойных наноструктур Та205/ТЮ2 и исследование их физико-химических свойств» (грант 10-03-00845-а), Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «Разработка установки и технологии нанесения биоактивных электретных нанопокрытий на изделия медицинского назначения» (госконтракт 5828р/8180 от 31.03.2008 г.) и Комитетом по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга «Разработка технологии и создание принципиально нового биоактивного электретного материала на основе тонких плёнок оксида тантала» (договор №352/09 от 30.10.2009 г.)

2. Разработанные в диссертационной работе методы, принципы и требования используют в производстве изделий и в исследовательской работе ОАО «НПП ЭЛЕКТРОН» г.СПб, ОАО «Завод Магнетон» г.СПб, СПбГУЗ « Елизаветинская больница» г.СПб.

3. Физические представления, теоретические результаты и практические методы, полученные в диссертации, использованы автором в лабораторных практикумах дисциплин «Технология материалов и изделий электронной техники» и «Основы физики вакуума» для студентов СПбГЭТУ «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина), а также при создании учебного пособия «Технология материалов и изделий электронной техники», изданного в 2010 году.

1. Технология тонких пленок (справочник). Под ред. J1. Майселла, Нью-Йорк, 1970, Пер. с англ., М., «Сов. Радио», 1977, 768 с.

2. High k dielectrics for low temperature electronics / Pereira L., Barquinha P., Fortunato E. et al.// Thin Solid Films, 2008, Vol. 516, pp. 1544-1548.

3. Oxides, oxides, and more oxides: high-k oxides, ferroelectrics, ferromagnetics, and multiferroics./ Izyumskaya N., Alivov Ya., Morkoc H. et al.// Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 2009, Vol. 34, pp. 89-179.

4. Поверхность имплантата ее роль и значение в остоеинтеграции / Павленко А.В., Горбань С.А., Илык P.P. и др. // Современная стоматология, 2009, №4, С. 101-108

5. Biomedical response of tantalum oxide films deposited by DC reactive unbalanced magnetron sputtering Yang W.M., Liu Y.W., Zhang Q. et al.// Surface & Coatings Technology, 2007, Vol. 201, pp. 8062-8065.

6. Рабинов А.И., Конструкции имплантатов для остеосинтеза / Сборник научных трудов Эволюция остеосинтеза, СПб, Издательство МОРСАР АВ, 2005 г., С. 13-15

7. Зефиров Н.С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 494. — 639 с.

8. Optical and mechanical properties of tantalum oxynitride thin films deposited by reactive magnetron sputtering / Banakh O., Steinmann P.A., Dumitrescu-Buforn L. et al.// Thin Solid Films, 2006, Vol. 513, pp. 136-141.

9. Кузьмичев А.И., Магнетронные распылительные системы, Киев, Аверс,2008, 244 с.

10. Oxides, oxides, and more oxides: high-k oxides, ferroelectrics, ferromagnetics, and multiferroics / N. Izyumskaya, Ya. Alivov, H. Morkoc et al.// Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 2009, Vol. 34, pp. 89-179.

11. Барыбин А. А., Шаповалов В. И. Пленки оксидов переходных металлов: физика и технология реактивного распыления СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. 176 с.

12. Structure and optical analysis of Ta2Os deposited on infrasil substrate / Osama A. Azim, M.M. Abdel-Aziz // Applied Surface Science, 2009, Vol. 255, pp. 4829^1835.

13. Renju R. Krishnan. Microstructural, optical and spectroscopic studies of laser ablated nanostructured tantalum oxide thin films./ Renju R. Krishnan, Gopchandran K.G., MahadevanPillai V.P. // Applied Surface Science, 2009, Vol. 255, pp. 7126-7135.

14. Effect of substrate temperature on the structural, optical and electrical properties of dc magnetron sputtered tantalum oxide films / Jagadeesh Chandra S.V., Uthanna S., Mohan Rao G. et al.// Applied Surface Science, 2008, Vol. 254, pp. 1953-1960.

15. Dependence of electrical properties on interfacial layer of Ta2Os films. / Lee J.-W., Ham M.-H., Maeng W.-J. et al.// Microelectronic Engineering, 2007, Vol. 84, pp. 2865-2868.

16. High temperature annealing effect on structure, optical property and laser-induced damage threshold of Ta2Os films / Xu Ch., Xiao Q., Ma J. // Applied Surface Science, 2008, Vol. 254, pp. 6554-6559.

17. Stability and effect of annealing on the optical properties of plasma-deposited Ta2Os and Nb205 films / Masse J.-P., Szymanowski H., Zabeida O. // Thin Solid Films, 2006, Vol. 515, pp. 1674-1682.

18. Huang A.P., Chu P. K., Crystallization improvement of Ta2Os thin films by the addition of water vapor, Journal of Crystal Growth, 2005, Vol. 274, pp. 73-77.

19. The characteristics of thin film electroluminescent displays produced using sol-gel produced tantalum pentoxide and zinc sulfide / Kavanagh Y., Alam M.J., Cameron D.C. et al.// Thin Solid Films, 2004, Vol. 447 -448, pp. 85-89.

20. High k dielectrics for low temperature electronics / Pereira L., Barquinha P., Fortunato E. et al.//Thin Solid Films, 2008, Vol. 516, pp. 1544-1548.

21. Hea X., Wuc J., Li X. Effects of the post-annealing ambience on the microstructure and optical properties of tantalum oxide films prepared by pulsed laser deposition, Journal of Alloys and Compounds, 2009, Vol. 478, pp. 453^157.

22. Anodic Ta2Os for CMOS compatible low voltage electro wetting-on-dielectric device fabrication / Li Y., Parkes W., Haworth L.I. //Solid-State Electronics, 2008, Vol. 52, pp. 13821387.

23. Dielectric property of (Ti02)x-(Ta205)i.x thin films / Gan J.-Y., Chang Y.C., Wu T.B. et al.// Appl. Phys. Lett., 1998, Vol. 72, No. 3, pp. 332-334.

24. Thin Film Prossesing and Integration Methods to Enable Affordable Mobile Communications Systems / Cole M. W., Nothwang W. D., Joshi P. C. et al.// Integrated Ferroelectrics, 2005, Vol. 71, pp. 29—44.

25. Deposition and annealing of tantalum pentoxide films using 172 nm excimer lamp / Zhang J.-Y., Lim B., Boyd I. W. et al.// Applied Surface Science, 2000, Vol. 154-155, pp. 382386.

26. Modified space-charge limited conduction in tantalum pentoxide MIM capacitors / Martinez V., Besset C., Monsieur F. et al.//Microelectronic Engineering, 2007, Vol. 84, pp. 2310-2313.

27. Deloffre E. Electrical properties in low temperature range (5 K-300 K) of Tantalum Oxide dielectric MIM capacitors / Deloffre E., Montes L., Ghibaudo G.// Microelectronics Reliability, 2005, Vol. 45, pp. 925-928.

28. Effect of microwave radiation on the properties of Ta2Os-Si microstructures/ Atanassova E., Konakova R.V., Mitin V.F. et al. // Microelectronics Reliability, 2005, Vol. 45, pp. 123-135.

29. Pecovska-Gjorgjevich M. Electrical properties of thin RF sputtered Ta2Os films after constant current stress / Pecovska-Gjorgjevich M., Novkovski N., Atanassova E.// Microelectronics Reliability, 2003, Vol. 43, pp. 235-241.

30. Atanassova E. Breakdown fields and conduction mechanisms in thin Ta205 layers on Si for high density DRAMs / Atanassova E., Paskaleva A.// Microelectronics Reliability, 2002, Vol. 42, pp. 157-173.

31. Atanassova E. Thermal Ta2Os—alternative to Si02 for storage capacitor application, Microelectronics Reliability, 2002, Vol. 42, pp. 1171-1177.

32. Effect of Ti doping on Ta2Os stacks with Ru and A1 gates / Paskaleva A., Tapajna M., Atanassova E. et al.// Applied Surface Science, 2008, Vol. 254, pp. 5879-5885

33. Influence of the metal electrode on the characteristics of thermal Ta2Os capacitors / Atanassova E., Spassov D., Paskaleva A.// Microelectronic Engineering, 2006, Vol. 83, pp. 1918-1926.

34. Effect of Bottom Electrode of ReRAM with Ta205 / Ti02 Stack on RTN and Retention / Terai M., Sakotsubo Y., Saito Y.// Electron Devices Meeting (IEDM), 2009, p.312-315

35. Resistance Controllability of Ta20s/Ti02 Stack ReRAM for Low-Voltage and Multilevel Operation / Terai M., Sakotsubo Y., Kotsuji S.// IEEE Electron Device Letters, 2010, Vol. 31, No. 3, pp. 204-206.

36. Novkovski N., Analysis of the improvement of Al-Ta20s/Si02-Si structures reliability by Si substrate plasma nitridation in N20, Thin Solid Films, 2009, Vol. 517, pp. 4394-4401.

37. Shvets V.A. Electronic structure and charge transport properties of amorphous Ta2Os films / Shvets V.A., Aliev V.Sh., Gritsenko, S.S. // Journal of Non-Crystalline Solids, 2008, Vol. 354, pp. 3025-3033.

38. Overview about the optical properties and mechanical stress of different dielectric thin films produced by reactive-low-voltage-ion-plating / Hallbauer A., Huber D., Strauss G.N. et al.// Thin Solid Films, 2008, Vol. 516, pp. 4587^1592.

39. Effect of substrate temperature on surface roughness and optical properties of Та2С>5 using ion-beam sputtering / Yoon S.G., Kim H.K., Kim M.J. // Thin Solid Films, 2005, Vol. 475, pp. 239- 242.

40. Effect of sputtering pressure and rapid thermal annealing on optical properties of ТагС^ thin films / Ji-cheng Z., Di-tian L., You-zhen L. et al.// Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2009, Vol. 19, pp. 359-363.

41. Tien C.-L. Influence of ejection angle on residual stress and optical properties of sputtering Та205 thin films, Applied Surface Science, 2008, Vol. 255, pp. 2890-2895.

42. Tien C.-L. Effects of ion energy on internal stress and optical properties of ion-beam sputtering Ta205 films / Tien C.-L., Lee C.-C. // Journal of Modern Optics, 2003, Vol. 50, No. 18, pp. 2755-2763.

43. Lai F.-D. High-transmittance attenuated phase-shift masks using three-stack (ТагС^хХАЬОзЭьх coatings for the 90 nm-technology node, Microelectronic Engineering, 2004, Vol. 73-74, pp. 63-68.

44. The study of optical and microstructural evolution of Ta205 and Si02 thin films by plasma ion assisted deposition method / Liu W.-J., Guo X.-J., Chien C.-H. et al.// Surface & Coatings Technology, 2005, Vol. 196, pp. 69- 75.

45. Comparision of residual stress and optical properties in Ta205 thin films deposited by single and dual ion beam sputtering / Yoon S.G., Kim Y.T., Kim H.K. et al.// Materials Science and Engineering B, 2005, Vol. 118, pp. 234-237.

46. Properties of cosputtered Si02-Ta205-mixtures / C. Polenzky, C. Rickers, M. Vergohl et al.// Thin Solid Films, 2009, Vol. 517, pp. 3126-3129.

47. Effect of assist ion beam voltage on intrinsic stress and optical properties of Ta205 thin films deposited by dual ion beam sputtering / Yoon S.G., Kang S.M., Jung W.S. et al.// Thin Solid Films, 2008, Vol. 516, pp. 3582-3585.

48. The study of optical and microstructural evolution of Та2Об and Si02 thin films by plasma ion assisted deposition method / Liu W.-J., Guo X.-J., Chien C.-H. et al.// Surface & Coatings Technology, 2005, Vol. 196, pp. 69- 75.

49. Stodolny M. Synthesis and characterization of mesoporous ТагС^-ТЮг photocatalysts for water splitting, Catalysis Today, 2009, Vol. 142, pp. 314-319.

50. Электреты / Под ред. Сесслера Г., М.: Мир., 1983, 487 с.

51. Зудов А.И. О формировании отрицательного заряда в анодных окисных пленках в процессе их роста./ Зудов А.И., Зудова J1.A.// Электрохимия, том IX, вып. 3, 1973, с. 331 — 333.

52. Гороховатский Ю.А. Электретный эффект и его применение. // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 8. — С. 92-98.

53. Лобушкин В.Н. Внешнее электрическое поле анодных оксидных пленок./ Лобуш-кин В.Н., Таиров В.Н. // Электрохимия, т. 12, вып. 5, 1976, с. 779 780

54. Исследование объемного заряда анодных оксидных пленок/ Лобушкин В.Н., Соколова И.М. Таиров В.Н. и др.// Электрохимия. Вып. т. 12, вып. 5, 1976, с. 392 396.

55. Губкин А.Н. Электреты. М.: Наука, 1978. 192 с.

56. Моргунов М.С. Восстановление поверхностного потенциала аморфного оксида тантала./ Моргунов М.С., Ханин С.Д. // ФТТ. Том 26, в. 12, 1984, с. 3545 3547.

57. Reduction of defect states of tantalum oxide thin films with additive elements / Salam K.M.A., Fukuda H., Nomura S. et al.// Materials Science in Semiconductor Processing, 2003, Vol. 6, pp. 531-533.

58. Effects of additive elements on improvement of the dielectric properties of Ta2Os films formed by metalorganic decomposition / Salam K.M.A., Fukuda H., Nomura S. et al.// J. Appl. Phys., 2003, Vol. 93, No. 2, pp. 1169-1175.

59. Structural and electrical properties of crystalline (l-x)Ta205 xTi02 thin films fabricated by metalorganic decomposition / Salam K.M.A., Fukuda H., Nomura S. et al.// Applied Surface Science, 2002, Vol. 190, pp. 88-95.

60. Simulation and dielectric characterization of reactive dc magnetron cosputtered (Ta205)i. x(Ti02)x thin films / Westlinder J., Zhang Y., Engelmark F. et al.// J. Vac. Sci. Technol. B, 2002, Vol.20, No. 3, pp. 855-861.

61. Deman A.-L. Growth related properties of pentacene thin film transistors with different gate dielectrics / Deman A.-L., Erouel M., Lallemand D.// Journal of Non-Crystalline Solids, 2008, Vol. 354, pp. 1598-1607.

62. Investigation of Ta205/Si02/4H-SiC MIS capacitors /, Zhao P., Rusli, B.K. Lok, F.K. et al.// Microelectronic Engineering, 2006, Vol. 83, pp. 58-60.

63. Kristof J. Investigation of Ru02/Ta205 thin film evolution by thermogravimetry combined with mass spectrometry / Kristof J., Szilagyi T., Horvath E.// Thin Solid Films, 2005, Vol. 485, pp. 90 94.

64. Sub-micron period grating structures in Ta2Os thin oxide films patterned using UV laser post-exposure chemically assisted selective etching / Pissadakis S., Ikiades A., Tai C.Y. et al.// Thin Solid Films, 2004, Vol. 453 -454, pp. 458-461.

65. Geretovszky Zs. Correlation of compositional and structural changes during pulsed laser deposition of tantalum oxide films / Geretovszky Zs., Szorenyi T., Stoquert J.-P. et al.// Thin Solid Films, 2004, Vol. 453 -454, pp. 245-250.

66. Effects of the post-annealing ambience on the microstructure and optical properties of tantalum oxide films prepared by pulsed laser deposition / Hea X., Wuc J., Li X.// Journal of Alloys and Compounds, 2009, Vol. 478, pp. 453^157.

67. Solid electrolyte of tantalum oxide thin film deposited by reactive DC and RF magnetron sputtering for all-solid-state switchable mirror glass / Tajima K., Yamada Y., Bao S. et al.// Solar Energy Materials & Solar Cells, 2008, Vol. 92, pp. 120-125.

68. A note on fast protonic solid state electrochromic device: Ni0x/Ta205/W03x / Subrahmanyam A., Suresh Kumar C., Muthu Karuppasamy et al.// Solar Energy Materials & Solar Cells, 2007, Vol. 91, pp. 62-66.

69. Electrochemical evaluation of Ta2Os thin film for all-solid-state switchable mirror glass / Tajima K., Yamada Y., Bao S. et al.// Solid State Ionics, 2009, Vol. 180, pp. 654-658.

70. Schmitt K. Interferometric biosensor based on planar optical waveguide sensor chips for label-free detection of surface bound bioreactions / Schmitt K., Schirmer B., Hoffmann C.ll Biosensors and Bioelectronics, 2007, Vol. 22, pp. 2591-2597.

71. Hemmersam A.G. Adsorption of fibrinogen on tantalum oxide, titanium oxide and gold studied by the QCM-D technique / Hemmersam A.G., Foss M., Chevallier J.// Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2005, Vol. 43, pp. 208-215.

72. The biocompatibility of the tantalum and tantalum oxide films synthesized by pulse metal vacuum arc source deposition / Leng Y.X., Chen J.Y., Yang P. et al.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 2006, Vol. 242, pp. 30-32

73. A simple particulate sol-gel route to synthesize nanostructural Ti02-Ta20s binary oxides and their characteristics / Mohammadi M.R., Fray D.J., Sadrnezhaad S.K. et al.// Materials Science and Engineering B, 2007, Vol. 142, pp. 16-27.

74. Mohammadi M.R. Development of nanocrystalline Ti02-Er203 and Ti02-Ta20s thin film gas sensors: Controlling the physical and sensing properties / Mohammadi M.R., Fray D.J.// Sensors and Actuators B, 2009, Vol. 141, pp. 76-84.

75. Interfacial varactor characteristics of ferroelectric thin films on high-resistivity Si substrate / Lan W.-A., Wang T.-C., Huang L.-H. // Applied Physics Letters, 2006, Vol. 89, pp. 902-910.

76. High capacity oxide/ferroelectric/oxide stacks for on-chip charge storage / Zhong S., Alpay S. P., Mantese J. V. et al.// Applied Physics Letters, 2006, Vol. 89, pp. 902 906.

77. Kakio S. Suppression of bulk wave radiation from leaky surface acoustic waves by loading with thin dielectric films / Kakio S., Hishinuma K., Nakagawa Y.// J. Appl. Phys., 2000, Vol. 87, No. 3, pp. 1440-1447.

78. Inani A. "Accelerated testing for time dependent dielectric breakdown (TDDB) evaluation of embedded DRAM capacitors using tantalum pentoxide / A. Inani, V. Koldyaev, S. Graves // Microelectronics Reliability, 2007, Vol. 47, pp. 1429-1433.

79. High-K dielectric deposition in 3D architectures: The case of Ta20s deposited with metal-organic precursor TBTDET / L. Pinzelli, M. Gros-Jean, Y. Brechet et al. // Microelectronics Reliability, 2007, Vol. 47, pp. 700-703.

80. Low-voltage, high-performance n-channel organic thin-film transistors based on tantalum pentoxide insulator modified by polar polymers / L. Lan, J. Peng, M. Sun et al.// Organic Electronics, 2009, Vol. 10, pp. 346-351

81. Subrahmanyam A. A note on fast protonic solid state electrochromic device: Ni0x/Ta205/W03-x / A. Subrahmanyam, C. Suresh Kumar, K. Muthu Karuppasamy // Solar Energy Materials & Solar Cells, 2007, Vol. 91, pp. 62-66.

82. Lutzenkirchen-Hecht D. Time-resolved in situ investigations of reactive sputtering processes by grazing incidence X-ray absorption spectroscopy / D. Lutzenkirchen-Hecht, R. Frahm, // Surface Science, 2006, Vol. 600, pp. 4380^384.

83. Tajima K All-solid-state switchable mirror on flexible sheet /, K. Tajima, Y. Yamada, S. Bao // Surface & Coatings Technology, 2008, Vol. 202, pp. 5633-5636.

84. Studies on the structure and electrical characteristics of oxide layers synthesized by reactive ion implantation into tantalum / V. Singh, A.D. Yadav, S.K. Dubey et al.// Surface & Coatings Technology, 2009, Vol. 203, pp. 2632-2636.

85. Electrochemical evaluation of Ta2Ûs thin film for all-solid-state switchable mirror glass / K. Tajima, Y. Yamada, S. Bao et al.// Solid State Ionics, 2009, Vol. 180, pp. 654-658.

86. Optical properties in the UV range of a Ta20s inverse opal photonic crystal designed by MOCVD / F. Piret, M. Singh, C.G. Takoudis et al.// Chemical Physics Letters, 2008, Vol. 453, pp. 87-91.

87. Surface functionalization of radiopaque Ta20s/Si02 / H. Schulz, S. E. Pratsinis, H. Rueggeret al.// Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2008, Vol. 315, pp. 79-88.

88. Ta2Û5 as gate dielectric material for low-voltage organic thin-film transistors / C. Bartic, H. Jansen, A. Campitelli et al.// Organic Electronics, 2002, Vol. 3, pp. 65-72.

89. Fabrication of photonic crystals in tantalum pentoxide films / U. Huebner, R. Boucher, W. Morgenroth et al. // Microelectronic Engineering, 2005, Vol. 78-79, pp. 422^428.

90. Fabrication and characterization of Ta20s photonic feedback structures / T. Wahlbrink, J. Bolten, T. Mollenhauer et al. // Microelectronic Engineering, 2008, Vol. 85, pp. 1425-1428.

91. Horvath E., Investigation of Ta20s thin film evolution by thermogravimetry / Thin Solid Films, 2005, Vol. 486, pp. 92 96.

92. Bao-song L. Preparation and electrocatalytic properties of Ti/Ir02-Ta205 anodes for oxygen evolution / L. Bao-song, L. An, G. Fu-xing, // Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2006, Vol. 16. pp. 1193-1199.

93. Kawamura M. Ta2Û5 thin films prepared by reactive sputtering / Kawamura M., Sasaki K., Itoh H. // Vacuum, 2009, Vol. 82, pp. 528-530.

94. Surface sol-gel synthesis of ultrathin titanium and tantalum oxide films / M. Fang, C. H. Kim, B. R. Martin et al. // Journal of Nanoparticle Research, 1999, Vol. 1, pp. 43-49.

95. High quality r.f. sputtered metal oxides (Ta205, НЮ2) and their properties after annealing / H. Grugera, Ch. Kunath, E. Kurth et al.//Thin Solid Films, 2004, Vol. 447 448, pp. 509-515.

96. Reith T.M. The reactive sputtering of tantalum oxide: Compositional uniformity, phases, and transport mechanisms / Т. M. Reith, P. J. Ficalora // J. Vac. Sci. Technol. 1983. -V. l.-P. 1362-1369.

97. Preparation and characterization of tantalum oxide films produced by reactive DC magnetron sputtering / Ngaruiya J. M., Venkataraj S., Drese R. et al. // Phys. Stat. Sol. 2003. -Vol. 198.-P. 99-110.

98. Simulation and dielectric characterization of reactive dc magnetron cosputtered (Ta205)l x (TiO)x thin films / Westlinder J., Zhang Y., Engelmark F. et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. - 2002. - Vol. 20, № 3. - P. 855-861.

99. Model relating process variables to film electrical properties for reactively sputtered tantalum oxide thin films / Jain P., Bhagwat V., Rymaszewski E. J. et. al. // J. Appl. Phys. -2003. Vol. 93. - P. 3596-3604.

100. Structural and optical properties of thin lead films produced by rective direct current magnetron sputtering / Venkataraj S., Drese R., Kappertz O. et al. // Phys. Stat. Sol. (a). 2001. -V. 188.-P. 1047-1058.

101. Бакшт Ф.Г. Зондовая диагностика сильноионизированной плазмы инертных газов при атмосферном давлении.: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 1997

102. Козлов О.В. Электрическй зонд в плазме. М., Атомиздат, 1969

103. Пупышев А.А., Суриков В.Т. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. Образование ионов. Екатеринбург: УРО РАН, 2006. 276 с.

104. Понькин Н.А. Что в имени твоем, масс-спектрометрия? Российский федеральный ядерный центр Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики. ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", 20с.

105. Irving P. Н. Optical diagnostics for thin film processing. San Diego: Academic Press, 1996.-P.815.

106. Optical diagnostics of d.c. and r.f. argon magnetron discharges / Dony M.F., Ricard A., Dauchot J.P. et al. // Surf. Coat. Technol. 1995. - V. 74-75. - P. 479^184.

107. Investigation on optical emission spectra during ECR plasma enhanced magnetron sputtering carbon nitride film deposition / Xu J., Ma Т., Zhang J., Deng X. et al. // Intern. J. Modem Phys. В 2002. - V. 16. - P. 1120-1126.

108. Oxygen active species in an Ar-02 magnetron discharge for titanium oxide deposition / Vancoppenolle V., Jouan P.-Y., Ricard A. et al. // Appl. Sur. Sci. 2002. - V. 205. - P. 249255.

109. Deposition of TiOx thin film using the grid-assisting magnetron sputtering / Jung M. J., Kim Y. M., Chung Y. M. et al. // Thin Solid Films. 2004. - V. 447^148. - P. 430-435.

110. Lounsbury J. B. Effects of Added O2 upon Argon Emission from an rf Discharge // J. Vac. Sci. Technol. 1969. - V. 6. - P. 836-842.

111. Hopwood J., Qian F. Mechanisms for highly ionized magnetron sputtering // J. Appl. Phys. 1995. - V. 78. - P. 758-765.

112. Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М.: Изд. иностр. литер., 1949. 403 с.

113. Ельяшевич М. А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: Изд. физ.-мат. литер. 1962. 892 с.

114. Optical diagnostics of d.c. and r.f. argon magnetron discharges / Dony M.F., Ricard A., Dauchot J.P. et al. // Surf. Coat. Technol. 1995. - V. 74-75. - P. 479^84.

115. Lopez J., Zhu W., Freilich A. et al.Time-resolved optical emission spectroscopy of pulsed DC magnetron sputtering plasmas // J. Phys. D: Appl. Phys. 2005. - Vol. 38. - P. 17691780.

116. Кучеренко E.T. Получение окисных пленок переменной толщины в плазме газового разряда // Вакуумные технологии и борудование. Харьков, 2001.- С.279-282.

117. Heller, J. Reactive sputtering of metalls in oxidising atmospheres / J. Heller // Thin Solid Films.- 1973.-V. 17.-P. 163-176.

118. Electrical characteristics of thin ТагОз films deposited by reactive pulsed direct-current magnetron sputtering / J.-Y. Kim, M. C. Nielsen, E. J. Rymaszewski et. al // J. Appl. Phys. -2000.-V. 87.-P. 1448-1452.

119. Goranchev, B. D.C. Cathode sputtering: Influence of the oxigen content in the gas flow on the discharge current / B. Goranchev, V. Orlinov, V. Popova // Thin Solid Films. 1976. - V. 33.-P. 173-183.

120. The characterization of TiN thin films using optical reflectivity measurements / M. R. L. Glew, A. Vollmer, S. L. M.Schroeder et. al. //J. Phys. D: Appl. Phys. 2002. - V. 35. - P. 2643-2647.

121. Mechanism of reactive sputtering of Indium III: A general phenomenological model for reactive sputtering / H. Eltoukhy, B. R. Natarajan, J. E. Green e et. al. // Thin Solid Films. -1980.-V. 69.-P. 229-235.

122. Hysteresis effects in the sputtering process using two reactive gases / H. Barankova, S. Berg, C. Nender, et. al. // Thin Solid Films 1995. - V. 260. - P. 181-186.

123. Kusano, E. An investigation of hysteresis effects as a function of pumping speed, sputtering current, and Ог/Аг ratio, in Ti-02 reactive sputtering processes / E. Kusano // J. Appl. Phys. 1991. -V. 70. - P. 7089-7096.

124. Schiller, S. Reactive high rate d.c. sputtering: deposition rate, stoichiometry and features ofTiO* and TiN* films with respect to the target mode / S. Schiller, G. Beister, W. Seiber // Thin Solid Films. 1984. - V. 111. - P. 259-268.

125. Maniv, S. Discharge characteristics for magnetron sputtering of Al in Ar and Аг/Ог mixtures / S. Maniv, W. D. Westwood // J. Vac. Sci. Technol. 1979. - V. 17. - P. 743-751.

126. Maniv, S. High rate deposition of transparent conducting films by modified reactive planar magnetron sputtering of Cd2Sn alloy / S. Maniv, C. J. Miner, W. D. Westwood // J. Vac. Sci. Technol.-1981.-V. 18.-P. 195-198.

127. Maniv, S. Pressure and angle of incidence effects in planar magnetron sputtered ZnO layers / S. Maniv, W. D. Westwood, E. Colombini // J. Vac. Sci. Technol. 1982. - V. 20. - P. 162-170.

128. Reith, T.M. The reactive sputtering of tantalum oxide: Compositional uniformity, phases, and transport mechanisms / Т. M. Reith, P. J. Ficalora // J. Vac. Sci. Technol. 1983. -V. l.-P. 1362-1369.

129. Avaritsiotis, J. N. A reactive sputtering process model for symmetrical planar diode systems / J.N. Avaritsiotis, C.D. Tsiogas // Thin Solid Films. 1992. - V. 209. - P. 17-25.

130. Zhu, S. Simulations of reactive sputtering with constant voltage power supply / S. Zhu, F. Wang, W. Wu // J. Appl. Phys. 1998. - V. 84. - P. 6399-6408.

131. Zhu, S. Abnormal steady states in reactive sputtering / S. Zhu, F. Wang, W. Wu // J. Vac. Sci. Technol. 1999. - V. 7. - P. 70-76.

132. A physical model for eliminating instabilities in reactive sputtering / T. Larsson, H.O. Blom, C. Nender et. al. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1988. - V. 6. - P. 1832-1836.

133. Frequency response in pulsed DC reactive sputtering processes / L.B. Jonsson, T. Nyberg, I. Katardjiev et. al. // Thin Solid Films. 2000. - V. 365. - P. 43^18.

134. Reactive sputtering using two reactive gases / P. Carlsson, C. Nender, H. Barankova et. al. // J. Vac. Sci. Technol. A.- 1993.-V. 11.-P. 1534-1539.

135. The role of mass transfer in solution photocatalysis at a supported titanium dioxide surface / S. Ahmed, С. E. Jones, T. J. Kemp et. al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 1999. - V. 1. -P. 5229-5233.

136. The formation of nano-sized selenium-titanium dioxide composite semiconductors by photocatalysis / Т. T. Y.Tan, M. Zaw, D. Beydoun et. al. // J. Nanoparticle Research. 2002. -V. 4.-P. 541-552.

137. Effects of substrate temperature on properties of pulsed dc reactively sputtered tantalum oxide films / P. Jain, J.S. Juneja, V. Bhagwat et. al. // J.Vac.Sci.Technol. A. 2005. - V. 23. -P. 512-519.

138. Cheng, H.E. The effect of substrate temperature on the physical properties of tantalum oxide thin films grown by reactive radio-frequency sputtering. / H.E. Cheng, C.T. Mao // Mater. Research Bulletin.-2003.-V. 38.-P. 1841-1849

139. Дэшман, С. Научные основы вакуумной техники. / С. Дэшман. М.: Мир, - 1964. - 716 с. (Dushman S. Scientific foundations of vacuum technique. New York-London, John Wiley and Sons, Inc. 1962).

140. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Вып. 2. Распыление сплавов и соединений: пер с англ. / Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, - 1986. - 484 с.

141. Shimizu, R. Preferential sputtering / R. Shimizu // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 1986. - Vol. 18, N 1-6. - P. 486-495.

142. Kelly, R. The sputtering of oxides. Part I: A Survey of the experimental results / R. Kelly, N.Q. Lam // Radiation Effects. 1973. - V. 19. - P. 39-47

143. Hopwood, J. Mechanisms for highly ionized magnetron sputtering / J. Hopwood, F. Qian // J. Appl. Phys. 1995. - V. 78. - P. 758-765.

144. Murti, D.K. Structural and compositional changes in ion-bombarded ТагОз / D.K. Murti, R. Kelly, Z.L. Liau // Sur. Sci. 1979. - Vol. 81, N 2. - P. 571-588.

145. Тюлиев Г.А. Изменение рентгеновских фотоэлектронных спектров пленок железо-иттриевого граната под действием ионной бомбардировки /Тюлиев Г.А., Чернакова А.К., В.И. Шаповалов // ФТТ. 1989. - Т. 31, Вып. 8. - С. 117-121.

146. Шалимова К.В. Физика полупроводников: Учебник для вузов. / М. -Энергоатомиздат, 1985, 392 с.

147. Fu, Z.-W. Influence of atomic layer deposition parameters on the phase content of Ta205 films. Thin Solid Films. 1999. - V. 340. - P. 164-168.

148. Ozer, N. Structural and optical properties of sol-gel deposited proton conducting ТагСЬ films / N. Ozer // J. Sol-Gel Sci. Technol. 1997. - V. 8. - P. 703-709.

149. Chandra, S.D. Enhanced dielectric properties of modified ТагСЬ thin films / S.D. Chandra, C.J. Pooran, B.D. Seshu // Mat. Res. Innovat. 1999. - V. 2. - P. 299-302.

150. Список публикаций автора по теме диссертации

151. Научные издания, рекомендованные ВАК

152. AI. Комлев А.Е. Итерационная процедура обработки оптического спектра пропускания тонких диэлектрических пленок / A.A. Барыбин, А.Е. Комлев, В.И. Шаповалов // Известия Государственного электротехнического университета. 2004, Вып.2. - С.36-42.

153. А2. Комлев А.Е. Релаксация электретного состояния в аморфной пленке оксида тантала, осажденной на титан// Известия Государственного электротехнического университета. 2005, Вып.2. - С.52-59

154. A3. Комлев А.Е. Влияние термообработки на структуру пленок оксида тантала, выращенных на титане / В.А. Жабреев, Ю.А. Быстров, В.И. Шаповалов, А.Е. Комлев и др. // Письма в ЖТФ. 2004. - Т.30, Вып.1 - С. 1-5.

155. A4. Комлев А.Е. Частотная дисперсия пленок оксида тантала / Барыбин A.A., Ю.А. Быстров, В.И. Шаповалов, А.Е. Комлев и др. // Письма в ЖТФ. 2006. - Т.32, Вып.2 - С. 61-66.

156. А6. Комлев А.Е. Изменение оптических свойств аморфных пленок оксидов переходных металлов в результате формирования нанокристаллической фазы./ В.И. Шаповалов, Л.П. Ефименко, А.Е. Комлев и др.// Физика и химия стекла.- 2009, Т. 35, № 6, с. 820-828

157. А7. Комлев А.Е. Диагностика плазмы при распылении танталовой мишени / Ю.И. Пастушенко, А.Е. Комлев, В.И. Шаповалов // Известия Государственного электротехнического университета. 2010, Вып.7. - С. 14-21

158. А8. Комлев А.Е. Исследование состава плазмы методом оптической эмиссионной спектроскопии при распылении танталовой мишени./ Комлев А.Е., Пастушенко Ю.И., Шаповалов В.И. // Вакуумная техника и технология. 2010. - Т. 20, № 2. - С. 121-127.1. Патенты

159. А9. Способ изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза. Патент на изобретение № 2146112 Российская Федерация, МПК 7А61В17/56. / Ласка В.Л., Быстров Ю.А., Комлев и др./: опубл. 20.10.1997.

160. А10. Устройство для изготовления имплантата с электретными свойствами для остеосинтеза. Патент на изобретение №2082437 Российская Федерация МПК 6A61L27/00. / Ласка В.Л., Хомутов В.П., Комлев А.Е. и др./ опубл 27.06.1997

161. All. Стоматологический имплантат. Патент на полезную модель. №48475 Российская Федерация. МПК А61С8/00. / Быстров Ю.А., Бычков А.И., Комлев А.Е. и др/.: опубл. 27.10.2005.

162. AI2. Аппликатор для заживления ран. Патент на полезную модель №78075 Российская Федерация. МПК A61L15/00 /Быстров Ю.А., Комлев А.Е., Василевич C.B. и др./: опубл. 20.11.2008.1. Статьи из других журналов

163. AI4. Комлев А.Е. Ионно-плазменная технология создания развитого микрорельефа на поверхности стоматологического имплантата / Алешин H.A., Быстров Ю.А., Комлев А.Е. и др. / Современные наукоемкие технологии, № 11 2005 г. -С.20

164. Статьи в материалах конференций

165. Al8. Комлев А.Е. Методика формирования электретных свойств покрытий из окиси тантала на фиксаторах для остеосинтеза / И.М. Соколова, B.J1. Ласка, А.Е. Комлев // Тезисы докладов НПК «Внутренний остеосинтез». СПб. - 1995. - С. 7779.