Разработка методики обеспечения высокой адгезионной способности тонких металлических плёнок в микро- и наноэлектронике

1. Образец презентации к защите проекта 2

2. Разработка методики обеспечения высокой адгезионной способности тонких металлических плёнок в микро- и наноэлектронике

Чупракова Наталья
ученица 11 класса ГБОУ РМЭ
«Многопрофильный лицей-интернат»,
п. Руэм
Научные руководители:
учитель физики Токарева Н.С., ГБОУ РМЭ «МЛИ», п. Руэм,
к.т.н., доцент Филимонов В.Е., ФГБОУ ВПО «ПГТУ»

3. Актуальность, объект и предмет исследования:

Актуальность: для того чтобы покрытие обладало хорошей
адгезионной способностью необходимо использовать многослойные
тонкоплёночные структуры и нужно разработать методику
нанесения этих структур, позволяющую обеспечить высокую
адгезионную способность как слоёв между собой, так и
совокупности слоёв с подложкой
Объект: адгезионная способность тонких металлических плёнок
Предмет: обеспечение высокой адгезионной способности тонких
металлических плёнок

4. Цель работы и задачи:

Цель: разработать методику обеспечения высокой адгезионной
способности тонких металлических плёнок в многослойной
тонкоплёночной структуре микро- и наноэлектроники;
Задачи:
1. выявить влияние нагрева металлических тонкоплёночных структур
на адгезионную способность тонких металлических плёнок;
2. разработать методику обеспечения высокой адгезионной
способности тонких металлических плёнок в многослойной
тонкоплёночной структуре микро- и наноэлектроники.

5. Результаты социологического опроса в ГБОУ РМЭ «Многопрофильный лицей-интернат», п. Руэм

Знаете ли вы что
та к о е а д г е з и я ?
Знаю
не знаю
догадываюсь
14%
19%
67%
По результатам социологического
опроса большинство школьников не
знают что такое адгезия и адгезионная
способность, что дополнительно
актуализирует проведение
исследований в данной области для
расширения кругозора школьников

6. Понятие адгезионной способности плёнок

Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание) в физике — сцепление
поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия
обусловлена межмолекулярным взаимодействием.
тонкоплёночный слой 1
тонкоплёночный слой 2
тонкоплёночный слой 3
тонкоплёночный слой 4
тонкоплёночный слой 5
подложка
тонкоплёночный слой 6
тонкоплёночный слой 7
тонкоплёночный слой 8

7. Теории адгезии

Адгезия представляет собой сложное явление, и с этим связано существование
множества теорий, трактующих явление адгезии с различных позиций. В настоящее
время известны следующие теории адгезии:
Адсорбционная теория. Согласно этой теории адгезия осуществляется в результате
адсорбции адгезива на порах и трещинах поверхности подложки.
Механическая теория. Теория рассматривает адгезию как результат проявления сил
межмолекулярного взаимодействия между контактирующими молекулами адгезива и
подложки.
Электрическая теория. Основное положение этой теории заключается в том, что
система адгезив - подложка отождествляется с конденсатором, а двойной
электрический слой, возникающий при контакте двух разнородных поверхностей, - с
прослойкой конденсатора.
Электронная теория.. Согласно этой теории, адгезия рассматривается как результат
молекулярного взаимодействия поверхностей, различных по своей природе.
Диффузионная теория. Адгезия, согласно данной теории, сводится к взаимной или
односторонней диффузии молекул адгезива и подложки.
Химическая теория. Сторонники этой теории считают, что во многих случаях адгезия
может быть объяснена не физическим, а химическим взаимодействием.

8. Оборудование для эксперимента

нагрева
HP 30D-Set
нагрева
держатель
Датчик
температурного
нагрева
штатив
Лабораторная плитка с
управляемым нагревом HP 30D-Set
Технические характеристики:
Размер нагревательной платформы, мм: 260 260;
Температура нагрева, С: + 380;
Точность установки, С: 0,5;
Нагревательная
плитка
Точность поддержания, С: 0,3;
Градиент температуры на поверхности: 3% от уст. температуры;
Материал платформы: алюминий с керамическим покрытием.

9. Оборудование для эксперимента

Датчик силы
Dual-Range Force Sensor (DFS-BTA)
Технические характеристики:
Диапазоны измерений, ± 10 Н; ± 50 Н;
Погрешность измерения, диапазон 1:
0,01 Н;
Погрешность измерения, диапазон 2:
0,05 Н.
DFS-BTA
Цифровая лаборатория «АРХИМЕД»
Адаптер Go!Link

10. Зависимость сцепления тонкой плёнки меди (Cu) с подложкой из ситалла от температуры их нагрева

9
8
F/S, Н/мм 2
7
6
5
4
3
2
1
0
25
50
75
T, C
C
100

11.

Зависимость сцепления тонкой плёнки олова (Sn) с
подложкой из стекла от температуры их нагрева
8
7
F/S, Н/мм 2
6
5
4
3
2
1
0
25
50
75
T, CC
100

12. Исследование структуры тонких плёнок меди (Cu) и хрома (Cr)

Структура тонкой плёнки меди (Cu):
сглаженные края кластеров говорят о том,
что рост осуществляется по капиллярной
модели роста – путём поглощения одних
кластеров другими
Структура тонкой плёнки хрома (Cr):
наличие
острых
краёв
кластеров
свидетельствует, что рост осуществляется по
атомарной модели роста – путём точечного
образования и роста отдельных кластеров

13. Метод магнетронного распыления – перспективный метод получения слоистых структур

подложка
стенки камеры
максимальная зона эрозии
мишень
магнитная система
водяное охлаждение

14. Предлагаемая методика обеспечения высокой адгезии

Связанное управление током магнетронов от
I(Cr)=max и I(Cu)=0 до I(Cr)=0 и I(Cu)=max
магнетрон с мишенью
из меди (Cu)
магнетрон с мишенью
из хрома (Cr)
подложка
ось вращения
подложки
вакуумная
камера
Методика обеспечения высокой
адгезии основана на связанном
управлении токами магнетронов с
мишенями из адгезионного
(например, Cr) и проводящего
(например, Cu) материалов и
регулировании с помощью этого
толщины и градиента переходных
слоёв, что позволяет плавно
менять коэффициент термического
расширения переходных слоёв

15. Выводы

1. С увеличением нагревания металлических тонкоплёночных
проводящих структур Sn/ситалл и Cu/стекло адгезионная способность
тонких металлических плёнок резко падает, в некоторых случаях, с
незначительным последующим увеличением, что можно объяснить
большим различием коэффициентов термического расширения плёнки
и подложки и градиентом термического нагрева.
2. Исследования структур адгезионных плёнок Cr/ситалл и Ti/ситалл
показали, что эти плёнки обладают мощной адгезией к подложкам. Их
так и не удалось оторвать от подложки даже при нагревании (ломалась
подложка, а плёнка не отрывалась).
3. Предложена новая методика обеспечения высокой адгезионной
способности тонких проводящих металлических плёнок, основанная на
регулировании величины и градиента переходных адгезионных слоёв
в технологическом процессе получения многослойной тонкоплёночной
структуры микро- и наноэлектроники с использованием метода
магнетронного распыления. Оформляется заявка на получение патента
РФ.

16. Практическая значимость работы

Результаты исследований могут быть применены в
электронной промышленности, машиностроении и
везде, где используются многослойные тонкоплёночные
структуры.