Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Тупик Виктор Анатольевич
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СИНТЕЗА И ОБРАБОТКИ
НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЕНОК
Специальность: 05.16.09 - Материаловедение (химическая технология)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Санкт-Петербург - 2011
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)"
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Орданьян Сергей Семенович
доктор технических наук, профессор
Пугачев Сергей Иванович
доктор технических наук
Гордеев Серей Константинович
Ведущая организация: ФГУП ЦНИИ конструкционных
материалов "Прометей"
(г. Санкт-Петербург)
Защита диссертации состоится "____" _______ 2011 года в ____ час. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.230.07 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)": 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического института (технический университет), Московский пр., 26.
Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, СПбГТИ(ТУ), Учёный совет. Факс: +7 (812) 712 99 37, тел. (812) 4949325
e-mail: dissovet@technolog.edu.ru
Автореферат разослан 2011 года.
Ученый секретарь диссертационного совета
д.т.н., профессор И.Б. Пантелеев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Работа посвящена разработке методов синтеза тонких структурированных наноразмерных пленок; установлению связей между структурой пленки, технологией ее получения и свойствами; исследованию этих свойств и их эволюции под воздействием эксплуатационных факторов; разработке групповых (параллельных) и последовательных прецизионных методов формирования заданного топологического рисунка в тонких пленках на основе резистных (масочных) и безрезистных литографических технологий.
Актуальность исследования. Развитие нанотехнологии и ее ориентация на практические задачи требует решения такой проблемы, как получение больших массивов упорядоченных структур в объеме и на подложке, имеющих наноразмерные структурированные компоненты хотя бы по одному измерению. Особенно это важно для создания средств, инструментов для различных отраслей приборостроения и машиностроения, предназначенных для взаимодействия, исследования и формирования объектов микро- и нанотехники, в которых требуется создание на поверхности образцов прецизионного рисунка (методы литографии), без чего невозможно дальнейшее развитие технологии интегральных схем, создание различных микро- и нанодатчиков и сенсоров, каталитических устройств, защитных покрытий, где размер минимальной области функциональных устройств по технологической норме 0,1 мкм и менее становится промышленной нормой и требует изготовления для технологических процессов оснастки (шаблоны, маски, элементы дифракционной оптики для рентгенолитографии и другие), создания металлических пленочных контактов в этих устройствах с заданной топологией в нанометровом диапазоне. Необходима разработка технологических методов формирования заданной топологии пленочных элементов, когда синтезируемая двумерная структура формируется на всей подложке или значительной ее части без потери разрешающей способности, повышая производительность технологических процессов по сравнению с базовыми.
Соизмеримость масштабов наночастиц с характерным размерным диапазоном того или иного физического явления вызывает различные размерные эффекты, а увеличенная поверхностная энергия приводит к особому состоянию материалов, находящихся в ультрадисперсном состоянии. Отдельным классом наноматериалов являются материалы с наноструктурированными поверхностями. Проведение синтеза наночастиц в неравновесных условиях стимулирует процессы самоорганизации, приводящие к появлению высокоорганизованных структур и новых свойств наноструктурированных материалов. Методы ионно-плазменной технологии, в силу высокой энергетики процесса, позволяют производить синтез пленок в условиях, инициирующих процессы самоорганизации при синтезе пленок.
Наноразмерные материалы с фрактальной структурой и уникальными свойствами, обусловленными их структурными, топологическими и морфологическими особенностями, позволяют реализовать новейшие технические и инженерные разработки, выходящие за пределы традиционных возможностей и технологий. Применение фрактального подхода в разработке различных радиолокационных и антенных устройств, компьютерных сетей и дискретных элементов уже получило промышленное внедрение
Данная работа выполнялась в соответствии с ФЦНТП Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники приоритетного направления Индустрия наносистем и материалов перечня критических технологий РФ. Направление исследований лежит в рамках президентской инициативы Стратегия развития наноиндустрии, Концепции развития в РФ работ в области нанотехнологий на период до 2010 г., Перечню приоритетных направлений развития науки, технологии и техники РФ (утвержден Президентом РФ 21 мая 2006 г.), Постановлению Правительства Российской Федерации № 498 от 2 августа 2007 об утверждении ФЦП Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 - 2010 гг.
Целью работы является разработка методов синтеза наноразмерных пленок, обладающих собственной фрактальной структурой; исследование связей между их структурой, строением, технологией получения и свойствами с помощью современных аналитических методов; моделирование процессов зарождения и роста фрактальных пленок; разработка и исследование методов последующей обработки тонких пленок с целью формирования их структуры с помощью прецизионной резистной и безрезистной литографии с перспективой на переход к нанолитографии.
Цель работы определяет задачи, которые необходимо решить в процессе диссертационного исследования:
1. Разработать методы синтеза наноразмерных пленок, имеющих собственную фрактальную структуру, в условиях, обеспечивающих процессы зарождения и роста пленок на основе принципов самоорганизации.
2. Разработать модельные представления о формировании фрактальных кластеров в процессе синтеза и роста фрактальных наноразмерных пленок.
3. На основе экспериментальных исследований выбрать оптимальные режимы синтеза фрактальных наноразмерных пленок, изучить зависимость их свойств от условий получения.
4. Исследовать возможность формирования заданной структуры резистивных масочных материалов на поверхности металлических пленок под воздействием вторичной ионно-электронной эмиссии на основе тлеющего разряда для практического применения проекционной электронной литографии.
5. Исследовать возможность формирования заданной структуры органических и кремний-органических резистивных масочных материалов на поверхности металлических пленок при рентгеновском экспонировании и определить оптимальные значения длин волн экспонирующего излучения с точки зрения разрешающей способности рентгеновской литографии.
6. Разработать метод безмасочного травления металлических пленок на основе лазерного и лазерно-стимулированного химического травления для формирования рисунка на внутренней поверхности стеклянной криволинейной подложки.
Объекты исследования.
Объектами исследования являются металлические пленки с фрактальной структурой, полученные под воздействием интерференционных полей методами ионного магнетронного распыления; физические процессы, происходящие в объеме газоразрядного столба при нанесении пленок и в процессах вторичной ионно-электронной эмиссии; прозрачные для лазерного излучения полые цилиндрические образцы с нанесенными на внутреннюю поверхность тонкими пленками; органические и кремний-органические композиции, используемые в качестве резистов для прецизионной литографии. Для моделирования процессов зарождения и роста фрактальных наноразмерных пленок использовался метод ограниченной диффузией агрегации (ОДА).
Область исследования: теоретические и экспериментальные исследования фундаментальных связей состава и строения материалов на уровнях оптической, электронной и атомно-силовой микроскопии и разработка физико-механических процессов формирования структуры материала под воздействием слабых электромагнитных полей, включая влияние режимов технологических воздействий на структуру материала.
Научная новизна. Впервые применены представления о воздействии слабых электромагнитных полей на синтез материалов с фрактальной структурой. Синтезированные методом ионного магнетронного распыления (ИМР) под воздействием сложных криволинейных дифракционных решеток (КДР) тонкие наноразмерные пленки меди и титана имеют фрактальную структуру вследствие того, что процесс их синтеза происходит в открытой системе, когда образование и последующий рост зародышей происходят в иных условиях, чем при классической теории конденсации. Реализация неравновесных условий (в отличие от классических, определенных нами как равновесные) на границе раздела "подложка - наносимый материал" в условиях воздействия интерференционных полей (ИП), генерируемых в области газового разряда с помощью КДР не имеет аналогов в мировой практике.
Тонкие наноразмерные металлические пленки, имеющие фрактальную структуру, обладают физическими свойствами (взаимодействие с электромагнитным излучением, температурная зависимость электросопротивления пленок), отличными от свойств аналогичных обычных наноразмерных пленок из тех же материалов и коррелируют со свойствами КДР, применяемых для синтеза таких пленок.
На основе метода ионно-электронной эмиссии разработан метод переноса изображения с катода-маски на подложку по всей ее площади одновременно и может использоваться в групповых методах нанолитографии при условии обеспечения вторичной ионно-электронной эмиссии с нанокластеров и наночастиц.
На основе исследования процессов полимеризации и деструкции органических и кремний-органических композиций под действием рентгеновского излучения, предложены оптимальные режимы формирования масочных покрытий для целей создания заданной топологии пленочных покрытий с высокой степенью разрешения на основе групповых методов обработки для рентгеновской литографии.
Разработана математическая модель нагрева подложки при испарении металлической пленки лазерным излучением, на основе модели предложены оптимальные технологические параметры для лазерной безрезистной литографии, позволяющей вести микрообработку с тыльной стороны прозрачного для лазерного излучения образца, в том числе имеющего цилиндрическую форму. Предложены методы лазерно-стимулированного химического травления металлических пленок.
Научная новизна полученных результатов подтверждается публикацией полученных результатов в рецензируемых и реферируемых научных и научно-технических журналах России, в том числе журналах РАН и обсуждением полученных результатов на Российских и Международных конференциях, участием в программах РАН и Минобрнауки.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Интерференционные поля криволинейных дифракционных решеток сложной формы оказывают структурирующее воздействие на процессы синтеза наноразмерных пленок при ионном магнетронном и термическом вакуумном напылении, инициируя процессы самоорганизации в напыляемых структурах и стимулируя образование упорядоченных фрактальных структур.
2. Наноразмерные пленки с фрактальной структурой, полученные под воздействием интерференционных полей обладают нехарактерными оптическими, электрофизическими и механическими особенностями, определяемыми их структурой и коррелирующими со свойствами криволинейных дифракционных решеток, используемых для получения наноразмерных фрактальных пленок.
3. Метод вторичной ионно-электронной эмиссии позволяет осуществлять в условиях высоковольтного тлеющего разряда перенос рисунка с катода маски на подложку в процессах групповой прецизионной литографии.
4. Оптимальные длины волн рентгеновского излучения, перспективные в процессах рентгеновской литографии при использовании синхротронного излучения, лежат в диапазоне 0,8 - 1,4 нм.
5. Технологические режимы обработки тонких пленок, нанесенных на внутреннюю поверхность прозрачных для лазерного излучения изделий, позволяют проводить безрезистную лазерную литографию этих пленок со стороны подложки изделия любого размера. Оптимальные условия обработки достигаются при токе накачки 33-36 А, плотности мощности излучения более 2,9106 Вт/см2 и частоте импульсов менее 8 кГц.
Практическая значимость работы.
1. Тонкие наноразмерные металлические пленки, имеющие фрактальную структуру, обладают физическими свойствами (взаимодействие с электромагнитным излучением, температурная зависимость электросопротивления пленок), отличными от свойств аналогичных обычных наноразмерных пленок из тех же материалов и коррелируют со свойствами КДР, применяемых для синтеза таких пленок. Технология синтеза наноразмерных пленок, имеющих фрактальную структуру, переданная в ЗАО НПК Аверс, использовалась для создания термозащитных покрытий поверхностей, работающих при высокой температуре, а также для получения отражающих покрытий на архитектурном стекле, преобразующих электромагнитное излучение в рассеянный сигнал интерференционного поля.
2. Тонкие наноразмерные металлические пленки, имеющие фрактальную структуру, обладают температурной зависимостью электросопротивления, отличной от свойств аналогичных обычных наноразмерных пленок из тех же материалов и позволяют изготавливать на их основе высокотемпературные термодатчики.
3. Макет устройства вторичной ионно-эмиссионной литографии и предложенные режимы изменения структуры материала резистивно-масочного покрытия при электронном экспонировании, позволяют реализовать новый тип установок групповой прецизионной литографии для формирования заданной топологии тонкопленочных элементов с высокой производительностью.
4. На основе исследования процессов полимеризации и деструкции органических и кремний-органических композиций под действием рентгеновского излучения, получены контрастно-чувствительные характеристики резистивных материалов и предложены оптимальные режимы проведения рентгеновской литографии с точки зрения повышения производительности и улучшения пределов разрешения процесса.
5. На основе математической модели нагрева подложки при испарении металлической пленки лазерным излучением предложены оптимальные технологические параметры для лазерной безрезистной литографии, позволяющей вести микрообработку с тыльной стороны прозрачного для лазерного излучения образца, в том числе имеющего цилиндрическую форму. Предложены методы лазерно-стимулированного химического травления металлических пленок. Технология передана в холдингову компанию Ленинец, где она использована для производства узлов электростатического отклонения электронного луча на цилиндрических подложках (дефлектронов), что позволило сократить технологический цикл изготовления дефлектронов, с 8 часов до 1 часа (на одно изделие), повысить процент выхода годных приборов с 25% до 50% по сравнению с фотолитографической технологией, а также позволило использовать полученные дефлектроны при повышенных напряженностях электрического поля.
ичный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Автором диссертации сформулированы концепции научных направлений исследований, проведена систематизация имеющихся данных, выявлены общие закономерности и выбраны объекты исследований. Представленные в диссертации экспериментальные результаты и расчеты, выводы и обобщения соискателем получены лично. Экспериментальные исследования с применением растровой электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии выполнялись на базе СПбГТИ (ТУ), ФТИ им. А.Ф. Иоффе, ИК РАН при непосредственном участии автора.
Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались на 42 региональных, Российских и международных конференциях и семинарах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 научных работ, в том числе 1 монография, 22 статьи, 42 тезиса докладов на Российских и Международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 323 наименования. Основная часть работы изложена на 329 страницах машинописного текста. Работа содержит 19 таблиц и 155 рисунков.
Методологической и теоретической основой являлись работы в области нанотехнологии академиков Кузнецова Н.Т., Третьякова Ю.Д., Новоторцева В.М.; основоположников фрактальной геометрии и фрактальной физики Мандельброта Б., Шредера М., Кузяева И.Р., Ивановой В.С., Встовского Г.В., Золотухина И.В.; основателя синергетической школы нобелевского лауреата И.Р. Пригожина; основателя современной школы компьютерной оптики В.А. Сойфера по разработке и использованию дифракционных оптических элементов сложной формы. В качестве методов экспериментальных исследований структуры и морфологии пленок использовались высокоразрешающая оптическая микроскопия, растровая электронная микроскопия и просвечивающая электронная микроскопия, атомно-силовая и туннельно-зондовая микроскопия; рентгенофазовый анализ, электрофизические свойства исследовались зондовыми методами; оптические свойства - методами спектрофотометрии.
Основное содержание диссертации
Во введении кратко обоснована актуальность диссертации, представлены цель и задачи исследований, указана новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации диссертационного материала и о степени личного участия автора в работе. Описана структура диссертации и ее содержание.
Первая глава. Процессы синтеза и роста наноразмерных пленок с фрактальной структурой
Рассмотрены условия, необходимые для синтеза пленочных фрактальных структур. Приводятся данные по синтезу фрактальных пленок за счет градиента температуры или особенностей поверхности подложки. Рассмотрены способы формирования неравновесного состояния на поверхности подложки при синтезе тонких пленок на основе взаимодействии излучения с веществом.
В работе предлагается использовать интерференционные поля, создаваемые широкополосными дифракционными решетками для создания условий формирования фрактальной структуры синтезируемой пленки. Приводятся полученные автором результаты по моделированию процесса зарождения и роста пленок на подложке на основе модели ограниченной диффузией агрегации (ОДА), в качестве центра зарождения фрактального кластера берется нерегулярность на поверхности подложки, связанная с характером распределения напряженности электрического поля. Это связано с образованием локальных пространственных зарядов в соответствии с моделью пространственного заряда и диффузионным переносом поступающих в процессе напыления атомов, позволяющим в рамках модели диффузионной агрегации получать различные конфигурации фрактальной структуры.
В результате моделирования сделан вывод, что фрактальная пленочная структура будет квазитрехмерной, имеющей своеобразную куполообразную структуру. Фрактальная размерность такой квазитрехмерной структуры будет составлять 2,3, а фрактальная размерность периметра кластера - 1,8.
Глава вторая. Получение и исследование наноразмерных пленок металлов с фрактальной структурой
Глава посвящена экспериментальным исследованиям процесса синтеза фрактальных пленок различных металлов на полупроводниковых (Si) и диэлектрических (фотошаблонное стекло К-8) подложках. В качестве методической основы приводятся результаты работ школы В.А. Сойфера в области компьютерной оптики по созданию дифракционных оптических элементов для преобразования электромагнитного поля в определенную конфигурацию максимумов и минимумов и свойствам таких устройств и работы П.В. Короленко по исследованию слабых электромагнитных интерференционных полей от дифракционных решеток, выполненных по алгоритмам "золотого сечения" и рядов Фибоначчи. Пленки напылялись методом ИМР в сочетании с использованием криволинейных дифракционных решеток (КДР), представляющих собой комбинацию окружностей различного диаметра. Топография КДР представляет собой щелевую структуру, выполненную в подложке методом реактивного ионно-плазменного травления с шириной штриха L от 10 до 1 мкм на глубину 3-8 мкм (рис.1). КДР размещается под поверхностью подложки. В ходе исследований синтеза пленок меди и титана методом ионного магнетронного распыления было обнаружено влияние слабых электромагнитных полей на формирование фрактальной структуры тонких наноразмерных пленок.
Для синтеза пленок использовался вакуумный пост ВУП-5М, оснащенный изготовленным магнетронным узлом, позволяющим использовать его для напыления пленок из металлов и композитов. Потенциал образца в пределах от Ц300 В до + 300 В, напряжение на катоде порядка 900-1200 В, ток разряда до 3,0 А, время напыления от 10 с до 60 с, в качестве рабочего газа использовался аргон.
Структура тонких пленок меди, полученных на кремниевых пластинах без воздействия КДР, соответствует традиционным представлениям и представляет собой равномерный слой нанесенного металла без каких-либо неоднородностей. При применении КДР (ширина линии 3-5 мкм) пленка приобретает фрактальную структуру, как это показано на рис.2. Куполообразные и кольцевые образования, наблюдающиеся на пленке, соответствуют результатам моделирования роста фрактальных пленочных структур, представленным в главе 1. В работе приведены данные по рентгенодифракционному анализу полученных пленочных структур меди на кремниевых подложках на аппаратах ДРОН-2.0 (Со Kα-излучение) и "Geigerflex"-D/max - RC ("Rigaku") (CuKα). Элементный состав определялся с помощью электронно-зондового микроанализа на рентгеновском микроанализаторе Link 860.
Анализ фрактальных структур в микро- и наномасштабе проводился методами атомно-силовой микроскопии (атомно-силовые микроскопы Solver P47 и Solver P47H) и растровой электронной микроскопии (сканирующие электронные микроскопы Hitachi S-3500N, JSM-35 и ComScan 4).
На всех РЭМ-микрофотографиях пленки (рис. 3) наблюдаются куполообразные структуры различного иерархического уровня. Наблюдается самоподобие структуры, что подтверждает вывод о ее фрактальном характере.
Вскрытие целостных куполов, произведенное после окончания процесса нанесения пленки, показало, что подложка под поверхностью большого купола также "засеяна" мелкими куполами. Микрофотографии вскрытых куполообразных структур (рис. 4) при различном увеличении показали, что под куполом растет мелкая куполообразная структура второго уровня. На рис. 5 представлено РЭМ изображение куполообразных структур на сколе кремниевой подложки.
Возможно также образование переходного слоя у поверхности подложки, состоящего из взвеси частиц осаждаемого материала, которая потом кристаллизуется в многоуровневую систему. Это может объясняться наличием у границы раздела подложка-вакуум заряда, переданного от структуры КДР к поверхности подложки по дальнодействующему механизму, возникновение которого возможно в процессе ионного магнетронного распыления.
В процессе проведенных исследований был обнаружен эффект репликации по-
Рис.4. Вскрытая куполообразная структура.
Рис.5. Профиль скола вскрытого купола.
ученных пленок: структура синтезированных фрактальных пленок частично сохраняет информацию о структуре КДР, применение фрактальных пленок вместо КДР также позволяет получать фрактальные пленки. Следствием этого эффекта является лэффект памяти, связанный с тем, что на стенках вакуумной камеры и конструкционных элементах также остаются следы фрактальных пленок, и это приводит к возникновению фрактальной структуры напыляемых пленок при отсутствии КДР. Особенностью эффекта памяти является весьма высокая стойкость к воздействию различных факторов, что представляет достаточно сложную проблему с точки зрения нейтрализации обнаруженного эффекта. Эффект памяти свидетельствует о доминирующем воздействии на процессы синтеза ИП, создаваемых КДР. Влияние КДР на параметры плазмы в камере зафиксировано путем сравнения распределения спектральной плотности мощности плазмы при наличии и отсутствии в камере КДР: изменяется амплитуда пиков и их частотное распределение.
Рис.6 Изображение пленки в
отраженных электронах
Рис.7. Компьютерная обработка
послойной информации.
Рис.8. АСМ изображение фрактальной пленки.
Для более углубленных исследований тонкой структуры, топологии и морфологии получаемых пленок и степени их фрактальности использовались методы растровой электронной и атомно-силовой микроскопии высокого разрешения. Поток обратно-отраженных электронов, несущих значительную скрытую информацию об исследуемом веществе, обрабатывался с помощью специальных компьютерных программ. На рис.6 представлена исходная микрофотография участка фрактальной пленки в отраженных электронах. В результате компьютерной обработки послойной информации, полученной с образа, выявлена скрытая ранее упорядоченная структура из наноразмерных кластеров (рис.7).
На рис.8 представлены результаты исследования аналогичных фрактальных медных пленок с помощью АСМ SOLVER P47. Отчетливо видна фрактальная структура первого уровня (большие купола), второго уровня (купола среднего размера) и третьего уровня - россыпь мелких куполообразных структур. Таким образом, исследованные фрактальные наноразмерные пленки меди, полученные под воздействием КДР, на уровне АС микроскопии представляют собой в пределах одного скана строго упорядоченные структуры, состоящие из наноразмерных кластеров размером порядка 50 - 70 нм.
Рис.9. Диаграммы направленности от контрольного образца и фрактальной пленки (сплошная - контрольный образец, пунктирная - фрактальная пленка)
Особый интерес представляют процессы взаимодействия устройств типа КДР и пленок, полученных под их воздействием с электромагнитным излучением миллиметрового диапазона. Это может представлять интерес с точки зрения биологии и медицины. Измерялись диаграммы направленности на отражение от КДР, полученных под их воздействием фрактальных пленок и контрольных образцов. Отражающие свойства исследовались на частоте 100 ГГц. На рис.9 приведены измеренные диаграммы направленности, нормированные к максимуму, для контрольного образца и фрактальной пленки. Аналогичные результаты получены и для облучаемых КДР и гладкой подложки, что представляет значительный интерес, т.к. размеры отдельных фрактальных образований на пленках измеряются в единицах микрон, а длина радиоволны лежит в миллиметровом диапазоне.
Результаты не зависят от материала подложки. Поскольку ширина линии более чем на 3 порядка отличается от длины волны, следует признать, что топология КДР и латентная структура фрактальной пленки активно взаимодействует с падающим излучением не отдельными штрихами или кластерами, а совместно, кооперативно всей структурой.
Исследования электрофизических свойств (проводимости) полученных фрактальных пленок для сверхтонких пленок (0,08 мкм) в широком диапазоне температур (77-300) К показали, что чем сложнее фрактальная структура поверхности плен ки, тем сильнее отклоняется ход температурной зависимости относительного удельного сопротивления пленки от характерного для большинства металлов, описываемого формулой Грюнайзена (рис.10). В тонких пленках меди с фрактальной структурой наблюдается дополнительное сопротивление, обусловленное проявлением размерных эффектов в условиях, когда длина свободного пробега электронов сопоставима с характерными размерами структуры, т.е. с размерами типичного кластера.
Исследования температурной зависимости проводимости более толстых пленок (0,1-0,25 мкм) в диапазоне 300-400 К показывает наличие в пленке при повышенных температурах эволюционных процессов, приводящих к необратимым изменениям структуры. Это явление может быть использовано при создании одноразовых высокотемпературных датчиков. Знание сопротивления при комнатной температуре, эволюционный закон изменения проводимости и значение сопротивления при определяемой температуре позволяет рассчитать пиковую температуру.
Расчеты показывают, что фрактальная размерность полученных пленок составляет 2,3 для квазитрехмерного изображения и 1,8 для периметра кластера, что совпадает с данными моделирования, представленными в главе 1.
Третья глава. Анализ возможностей процесса ионно-электронной эмиссии в микро- и нано-литографии
Для создания конкретных изделий (микросхем, датчиков, сенсоров, каталитических устройств, защитных покрытий) необходимо придавать полученным пленкам соответствующую конфигурацию. Во введении к главе проведен анализ современного состояния в области групповых литографических методов и предлагается использовать для прецизионной литографии явление высоковольтного газового разряда и сопутствующую ему ионно-электронную эмиссию, для чего необходимо оценить их применимость для электронолитографии с точки зрения производительности процесса экспонирования резиста и степени достигаемого разрешения.
В работе предложено использовать для целей проекционной электронолитографии ионно-электронную эмиссию под воздействием плазмы высоковольтного тлеющего разряда с применением контрастного катода-маски, изготовленного из материалов с различным коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии (КВИЭЭ)
Рис. 11. Зависимость КВИЭЭ γ от энергии ионов водорода. Кривая 1 - Мо, 2 - чистый KBr, 3 - керамика. [214]
В результате различия КВИЭЭ для участков поверхности катода-маски, изготовленных из разных материалов, электронный поток модулируется по плотности, распределение плотности тока вторичных электронов в сечениях, параллельных поверхности катода, будет соответствовать топологии маски. Чем больше различие в КВИЭЭ используемых материалов, тем выше будет контраст в засветке различных участков подложки. Как видно из рис. 11, эмиссия электронов с поверхности диэлектрика KBr на порядок выше эмиссии с поверхности молибдена, что обеспечивает достаточную разницу в плотности электронного потока для достижения требуемого контраста в электронной литографии.
Электроны бомбардируют обрабатываемую подложку, формируя в электроночувствительном резисте скрытое изображение. Магнитное поле может использоваться для поворота, масштабирования и совмещения изображения. Задача модуляции электронного потока по плотности тока осложняется тем, что КВИЭЭ зависит от различных факторов: энергии, массы и заряда падающих ионов.
Проведенные расчеты по определению коэффициента ионно-электронной эмиссии с учетом роли атомов отдачи и оценка влияния остаточных газов на эффективность эмиссии от поверхностей, покрытых адсорбированными слоями остаточных газов, при достаточно высоких энергиях бомбардирующих ионов, показали реальную возможность осуществления метода ионно-электронной литографии (ИЭЛ). Весьма эффективными эмиттерами вторичных электронов являются щелочно-галоидные соединения, у которых коэффициент ИЭЭ на порядок превышает значения, характерные для металлических мишеней. Это позволяет подобрать контрастную пару материалов подложка-рисунок. Примерами таких пар могут служить Al и стекло №46, Al и монокристаллы NaCl и др.
Для экспериментальной проверки этих предположений был разработан и изготовлен экспериментальный лабораторный макет. При плотностях тока высоковольтного тлеющего разряда (ВТР) порядка 10-2 - 10-3 А/см2 в системе ИЭЛ для экспонирования резиста типа ПММА потребовалось время порядка 10-3 - 10-4 сек, что на несколько порядков меньше, чем реальное время экспозиции в системе проекционной электронолитографии. Это приводит к необходимости уменьшать рабочие токи и увеличивать время экспонирования.
Рис.12. ВАХ тлеющего разряда при d = 6,8 мм и различных давлениях рабочего газа
Оценки полученных экспериментальных данных показывают, что заметное распыление катода (на глубину порядка 50 нм) и искажение рисунка в системе ИЭЛ начинают проявляться не ранее, чем через 105 экспозиций, что на 2-3 порядка превышает число допустимых экспозиций в системе проекционной электронолитографии. Производительность и экономичность системы ИЭЛ по сравнению с существующими групповыми методами генерации рисунка повышается также за счет использования относительно высокого давления рабочего газа (13,3-1,33 Па) и сокращением времени цикла откачки.
На разработанном макете исследовались вольт-амперные характеристики (ВАХ) тлеющего разряда при различных давлениях и расстоянии катод - вспомогательный анод (d). Полученные вольт-амперные характеристики представлены на рис.12. Эксперименты по переносу изображения никелевой сетки на подложку, покрытую резистом, показали осуществимость процесса ИЭЭ для целей электронной литографии. В качестве негативного резиста использовался сополимер глицидилметакрилата с этилакрилатом, толщина резистной пленки 0,2 мкм, никелевая сетка располагалась на катоде из стекла 49. С точки зрения повышения разрешающей способности метода ИЭЭ был проведен анализ влияния пространственного распределения электронов, покидающих катод, энергетического распределения электронов, вышедших из катода и процессов, происходящие в пролетном пространстве и влияющих на распределение тока электронного пучка по его сечению. Полученные данные подтвердили возможность осуществления переноса рисунка в процессах электронной литографии с помощью ионно-электронной эмиссии.
Четвертая глава. Анализ процесса взаимодействия рентгеновского излучения с системой резист-подложка
Единственным применяемым в настоящее время методом создания наноразмерных рисунков в пленочных элементах является рентгеновская литография. Предполагаемое широкое применение для этой технологии синхротронного излучения должно опираться на исследования процесса взаимодействия рентгеновского излучения с системой резист-подложка и подбор оптимальных параметров этого процесса как по разрешающей способности, так и по производительности. Экспонирование резиста рассматривается как сложный двухстадийный процесс, на первом этапе которого рентгеновское излучение вызывает генерацию фото- и Оже-электронов, которые и осуществляют процесс полимеризации или деструкции резиста. Другой подход рассматривает рентгеновский квант как некую частицу, подобно электрону, которая и осуществляет процессы полимеризации и деструкции резиста.
В первой части главы проведен анализ влияния фото- и Оже-электронов на разрешающую способность в рентгенолитографии в предположении, что она определяется длиной пробега фото- и Оже-электронов, возникающих при поглощении рентгеновского излучения в резисте и играющих основную роль в изменении физико-химических свойств и структуры резистной пленки. Получено выражение для расчета полной энергии, рассеиваемой по глубине резиста при условии, что из слоя на границе подложка-резист вылетело определенное количество фото- и Оже-электронов. Подстановка в это выражение конкретных параметров резиста и подложки позволяет оценить то влияние, которое оказывает подложка на процесс экспонирования, как для негативных, так и для позитивных резистов для каждого реального случая.
На основе полученных выражений проведены расчеты для двух длин волн с использованием кремниевой и золотой подложек и рентгенорезиста на основе негативного электронорезиста типа ЭЛН-200: для AlKα излучения значительное влияние на процесс экспонирования резиста оказывает только золотая подложка, влияние кремниевой подложки значительно меньше - она генерирует только фото-электроны. При использовании AgL излучения влияние золотой подложки велико, но также возрастает и влияние кремниевой (увеличивается вклад Оже-электронов).
Результаты теоретических выкладок хорошо подтверждаются проведенным экспериментом при исследовании влияния материала подложки на процесс экспонирования негативного рентгенорезиста. Резист заносился на кремниевую подложку с напыленными подслоями золота толщиной 1 мкм.
Использовались пленки резиста толщиной от 0,1 до 0,6 мкм. Влияние фото- и Оже-электронов определяется из характеристических кривых, выражающих зависимость толщины заполимеризованной части плёнки негативного резиста от дозы облучения. Зависимость толщины проэкспонированной части пленки негативного резиста как функция дозы облучения (контрастно-чувствительная характеристика - КЧХ) в зависимости от материала подложки ( = 0,83 нм) представлена на рис.13.
Были разработаны методики определения коэффициентов поглощения полимерных пленок на основе рентгеновского спектрометра-монохроматора РСМ-500. Рис.14 иллюстрируют использованную методику определения коэффициентов поглощения резистов в области мягкого рентгеновского излучения. Приведены усредненные автоматические записи двух отличных по контрастности рентгеновских линий CuLaα (1,33 нм) и CaLα (3,63 нм), без поглотителя (а) и с поглотителем - тонкой пленкой полимерного рентгеновского резиста (б). Величина фона под максимумом линии определялась посредством линейной интерполяции спектрального хода фона между точками спектра, достаточно удаленными от максимума линии. По результатам измерений на основании выражения для закона ослабления интенсивности, определялась величина μХ (μ- линейный коэффициент поглощения, X - толщина поглотителя). Далее определялся линейный коэффициент поглощения, и измерялась толщина поглотителя. Одним из основных критериев при оценке оптимальных условий экспонирования резиста является время экспонирования, зависящее от длины волны излучения.
Рис.14. Методика получения коэффициента поглощения
В следованиях использовался диапазон длин волн 0,1-5,0 нм, полагая его наиболее перспективным. В качестве рентгеновского резиста использовался ПММА, как наиболее отработанный и распространённый. Наименьшая толщина пленки резиста определяется условием достаточного поглощения экспонирующего излучения, наибольшая - требованием сохранения идентичности параметров изображения, которое может искажаться вследствие расходимости рентгеновского излучения, поэтому исследовали пленки толщиной 0,5 и 1,0 мкм.
инейные коэффициенты поглощения μ материалов подложки, Au поглотителя и ПММА были рассчитаны по массовым коэффициентам поглощения из таблиц Хенке, используя свойство аддитивности поглощения рентгеновского излучения. Графики спектральной зависимости времени экспонирования, для различных комбинаций резиста и подложек маски представлены на рис.15 - для систем с 2 и 5 мкм Si подложками и 0,5 мкм слоем ПММА. Кривая 1 - без Au; 2 - Au - 0,5 мкм; 3 - Au -1 ,0 мкм; 4 - Au - 2 мкм. Тонкие маскирующие покрытия толщиной примерно 0,2 - 0,5 мкм обеспечивают вполне приемлемый контраст маски порядка нескольких единиц и выше во всем рассматриваемом спектральном интервале. Полученные спектральные зависимости времени экспонирования для систем с различными подложками и масками показывают, что минимумы всех кривых находятся приблизительно в одной области 0,5 - 1,0 нм. Значительные минимальные времена экспонирования получаются для систем с подложками из Be и Al2O3. Тонкие пленки Si3N4 позволяют получить приемлемое с технологической точки зрения время экспонирования в довольно широком спектральном интервале.
Рис.15. Спектральные зависимости времени экспонирования
Это важно, т.к. выбор оптимальной длины волны излучения определяется не только требованием минимума времени экспонирования. На выбор рабочего спектрального интервала оказывают влияние также требования к контрастности получаемых изображений маски и разрешению, сдвигая этот интервал в пределах допустимого времени экспонирования в сторону больших длин волн. Поэтому перспективными являются длины волн 0,834 и 1,33 нм.
Пятая глава. Разработка методов лазерной литографии на криволинейных поверхностях
Для получения рисунка в пленке, нанесенной на криволинейную подложку, методы масочных технологий малоэффективны. Примером может служить технология получения рисунка металлических пленочных электродов на внутренней поверхности стеклянного цилиндра для электростатических узлов управления электронным лучом. Выход годных при фотолитографических технологиях, применяемых для производства таких узлов, составляет около 10% и связана с большим числом технологических проблем. В данной главе предложена технология лазерной литографии получения рисунка, основанной на фотохимическом и тепловом действии лазерного излучения на пленку.
Метод локального лазерного испарения позволяет получить требуемый рисунок за одну технологическую операцию, но требует создания в зоне обработки сравнительно высокой плотности светового потока, величина которого в зависимости от длительности светового импульса τ, толщины, оптических и теплофизических свойств пленки и подложки составляет Вт/см. Стадия передачи энергии протекает по-разному в материалах различных классов, но тепловой источник, действующий в металле, повторяет временную структуру импульса излучения. При испарении пленки с поверхности подложки лазерными импульсами с длительностью порядка 1 мс, в подложке образуется прогретый слой глубиной порядка нескольких десятков микрометров. Это позволило сделать следующее допущение: подложку цилиндрической формы толщиной в несколько сотен микрометров рассматривать в тепловой модели как полуограниченное тело при условии, что диаметр пятна лазерного зонда на поверхности испаряемой пленки (порядка 100 мкм) будет много меньше диаметра цилиндра (15 мм при толщине стекла порядка 1мм). Сфокусированный лазерный луч имеет пятно круглой формы, поэтому можно рассматривать осесимметричную задачу нагрева, полагая, что в тонкой металлической пленке действует тепловой источник, повторяющий по времени источник излучения.
В результате теоретического решения задачи было получено общее решение неоднородного дифференциального уравнения в частных производных, описывающее температуру в любой точке полуограниченного тела, нагреваемого поверхностным и внутренним источником тепла с произвольным осесимметричным распределением мощности по радиусу f(r) и произвольным распределением по времени q(t). Это позволяет рассчитывать температуру в любой точке подложки и получить точное описание температурного поля в подложке при воздействии на поглощающую пленку последовательности лазерных импульсов, имеющих прямоугольную форму с длительностью t0 и периодом следования T0 и гауссовым распределением плотности мощности по радиусу:
Эксперименты показали, что существует некоторая оптимальная скорость перемещения образца, при которой качество рисунка резко возрастало (в частности, уменьшается неровность края и сохраняется прозрачность подложки). При скоростях меньше оптимальной происходит разрушение материала подложки, диффузия и вплавление хрома в стекло, в результате чего подложка теряет прозрачность. Были экспериментально определены пороги разрушения некоторых материалов тонких пленок и были сформулированы требования к лазеру, размеру лазерного зонда, энергетическим и кинематическим характеристикам, что позволило экспериментально определить оптимальные технологические режимы.
Для отработки технологии были разработаны экспериментальные макеты на базе УФ лазера типа ЛГИ-21 и на базе ИК-лазера типа ЛТИ-501.
С помощью разработанных экспериментальных полупромышленных макетов были получены опытные мелкосерийные партии дефлектронов (рис. 16). На внутреннюю поверхность трубки длиной 85 мм, диаметром 18 мм из полированного электровакуумного стекла марки С-52-2 наносили слой металлизации хрома толщиной 0,1-0,2 мкм. Затем с внешней стороны облучали лазерным излучением с длиной волны 1,06 мкм и плотностью мощности 10Вт/см, длительностью импульса 2 мкс, частотой следования импульсов 5 кГц и скоростью перемещения луча 4 мм/с. Диаметр пятна на поверхности слоя металлизации составил 60 мкм. Качество получаемой топологии было исследовано с помощью оптической микроскопии.
По результатам экспериментов установлено, что наилучшее качество реза при отсутствии трещин в пленке и неровностях менее 3 мкм получаются при токе накачки 33-36 А, плотности мощности излучения более 2,9106 Вт/см2 и частоте импульсов менее 8 кГц.
Кроме подложек с гладкой поверхностью стекла в работе исследовались технологические режимы лазерной обработки пленок хрома, напыленных на внутреннюю матированную поверхность стеклянных цилиндрических подложек. Установлено, что при получении рисунка в пленке хрома на матированной поверхности стекла средний размер неровностей края реза составляет 6-9 мкм для плотности мощности излучения более 1,2⋅106 Вт/см2, плотность трещин в пленке по краю реза сохраняется на уровне фоновой для излучения с плотностью мощности выше 1,2⋅106 Вт/см2 и частотой импульсов 4,5 кГц. При увеличении частоты импульсов до 7 кГц плотность трещин не возрастает, если плотность мощности излучения выше 3,0⋅106 Вт/см2.
На основе лазерного испарения пленки металла и безмасочного химического травления был исследован способ получения рисунка на пленках хрома, при которой пленка хрома испаряется лазерным лучом по замкнутым контурам элементов рисунка, а внутренние участки элементов рисунка удаляются химическим травлением, причем реакция травления инициируется внешним воздействием только внутри этих участков. Для повышения производительности процесса изготовления узла лазерным испарением пленка удалялась по контуру контактных площадок, затем в растворе соляной кислоты к удаляемым участкам пленки хрома прикасались стержнем из алюминия, при этом наилучшие результаты дает концентрация кислоты 12-18 %. Дальнейшее снижение концентрации кислоты приводит к значительному увеличению времени травления и образованию областей недотрава пленки.
Значительно более широкие возможности предоставляет технология безрезистного селективного травления материалов, в которой лазерное излучение непосредственно активирует реакцию травления. Особенности и достоинства методов лазерной стимуляции химического травления (ЛСХТ) включают снижение температуры в зоне облучения и повышение чистоты обработки за счет отсутствия разбрызгивания жидкой фазы по сравнению с лазерным испарением, значительное сокращение количества операций при ЛСХТ за счет отсутствия защитного резистного слоя по сравнению с фотолитографией. Возможность безрезистного травления определяется благодаря локальности лазерного воздействия и, следовательно, локальности: возбуждения реакций.
Для исследования ЛСХТ металлических пленок в атмосфере была изготовлена реакционная камера из нержавеющей стали цилиндрической формы, внешний диаметр 200 мм, высота 60 мм, внутренний объем 1200 см3. Внутрь камеры помещалась фторопластовая вставка, съемная верхняя крышка камеры имела кварцевое окно диаметром 100 мм. Камера имела необходимые технологические впуски для ввода газа и откачки. Для возбуждения травления использовался твердотельный импульсный лазер ЛТИ-501. С помощью диафрагмы диаметром 500 мкм, выполненной из медной пластины толщиной 1 мм, уменьшалась интенсивность излучения, подаваемого в реакционную камеру. Пятно излучения необходимого диаметра формировалось с помощью оптической системы. Интенсивность нагрева образцов изменялась с помощью регулировки плотности мощности излучения путем изменения тока лампы накачки лазера.
Стимулированному травлению подвергались пленки хрома толщиной 0,1 мкм, пленки алюминия толщиной 0,2 мкм, напыленные термовакуумным способом на стеклянные подложки. Травление проводилось при различных значениях плотности мощности излучения и различных давлениях травящего газа, при этом контролировалось образование линии травления в пленке и экспериментально подбиралась наибольшая скорость перемещения подложки, при которой образовывалась непрерывная линия травления с колебаниями ширины не более 50 % и при которой на характере неровностей края линии травления не сказывалась степень перекрытия пятен импульсного излучения.
Согласно полученных данных обработка пленки с удовлетворительной скоростью образования линии травления наблюдается при росте давления травящего газа выше 10 Торр и плотности мощности излучения в пятне выше 0,6⋅105 Вт/см2. При плотности мощности излучения порядка 0,4⋅105 Вт/см2 отчетливо наблюдается эффект увеличения разрешающей способности ЛСХТ, когда ширина линии травления становится значительно меньше ширины оптического следа излучения. Таким образом, при обеспечении высокой стабильности излучения и подборе технологических режимов обработки ЛСХТ позволяет получить линии травления тоньше оптического следа излучения, что приводит к повышению разрешающей способности.
Повышение степени нагрева пленки хрома до 500-600 С, что соответствует плотности мощности излучения 0,6⋅105 Вт/см2 приводит к образованию непрерывной линии травления для давления брома выше 10 Торр. Ширина полученной линии травления составляет 35-45 мкм при ширине оптического следа 50 мкм. Дальнейшее повышение плотности мощности излучения приводит к увеличению скорости обработки пленки и повышению равномерности ширины линии травления.
Таким образом, травление пленок металла на стеклянных подложках в газовой атмосфере под действием лазерного излучения позволяет при подборе технологических режимов вести обработку пленок с высокой скоростью, при этом полностью исключается повреждение поверхностных слоев подложки. Показано теоретически и подтверждено экспериментально увеличение разрешающей способности ЛСХТ, когда линия травления по ширине в несколько раз меньше оптического следа излучения.
Метод лазерной литографии является методом индивидуальной обработки, для повышения производительности процесса обработки пленок на цилиндрических подложках в работе предложена технология на основе рентгенолитографии: жесткое рентгеновское излучение, проходя через маску, взаимодействует с металлическим слоем на внутренней поверхности изделия, образуя фотоэлектроны, которые ускоряются за счет потенциала введенного внутрь цилиндра электрода и обеспечивают экспонирование резиста. Этот процесс мы назвали твердотельной литографией, т.к. генерация экспонирующих частиц происходит на одной границе раздела резист- подложка, а заканчивается на другой и весь процесс идет внутри твердого тела. Полученные модели и результаты могут быть использованы при проектировании технологических процессов лазерной обработки и производстве пленочных узлов с высокой производительностью изготовления дефлектронов, позволяют сократить технологический цикл, повысить производительность труда, в 12 раз сократить сроки разработки и изготовления модификаций дефлектронов, в 2 раза повысить процент выхода годных приборов с дефлектронными узлами, снизить себестоимость узлов, т.е. в целом удается повысить эффективность производства пленочных узлов.
Выводы
Исследование комплекса вопросов, связанных с разработкой эффективных технологий синтеза тонких наноразмерных пленок с фрактальной структурой, переноса изображения с помощью метода ионно-электронной эмиссии, условий формирования изображений при рентгеновском облучении и лазерной безрезистной обработки, в том числе и пленочных узлов на цилиндрических подложках, позволило получить ряд теоретических и прикладных результатов.
1. Проведен анализ существующих моделей, использование которых ведет к формированию фрактальных структур дробной размерности. Проведено моделирование процесса зарождения и роста наноразмерной пленки. Показано, что фрактальный слой фрактальной наноразмерной пленки формируется как фрактальный объект по механизму, включающему в себя стохастический процесс диффузии частиц по поверхности подложки в условиях меняющейся конфигурации рельефа интерференционного поля системы стоячих электромагнитных волн на границе раздела подложка - плазма газового разряда, что не исключает возможность образования системы локальных пространственных зарядов в соответствии с моделью пространственного заряда и диффузионный перенос поступающих в процессе напыления атомов.
2. Проведен теоретический расчет диффузии частиц на фрактальную границу кластера. Разработана модель, позволяющая формировать равновесные фрактальные структуры, растущие в процессе поверхностной самодиффузии. Показано, что фрактальный кластер в идеальном случае будет представлять собой куполообразную или кольцеобразную структуру, а в реальном случае в той или иной степени будет деформирован в зависимости от условий его зарождения и роста.
3. Фрактальные наноразмерные пленки обладают электрофизическими и механическими свойствами, определяемыми их структурой. В тонких пленках меди с фрактальной структурой наблюдается дополнительное сопротивление, обусловленное проявлением размерных эффектов в условиях, когда длина свободного пробега электронов сопоставима с характерными размерами структуры, т.е. с размерами типичного кластера. Латентная структура пленок сохраняет и демонстрирует свойства КДР, имеющих строго упорядоченную геометрическую форму, во взаимодействии с электромагнитным излучением.
4. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность переноса электронного изображения в плазме высоковольтного тлеющего разряда, который обеспечивает высокую производительность. Преимущества этого метода по сравнению с существующими литографическими системами состоят в следующем: катод-маска обладает большим сроком службы, превышающим 105 экспозиций, а время экспозиции может достигать 10-3 - 10-4 с при одновременном облучении всей площади анода-подложки. Установлено, что производительность проекционной электронолитографии при применении метода ионно-электронной эмиссии повышается на три порядка, а число допустимых экспозиций на два - три порядка по сравнению с традиционными методами, что является предпосылкой к промышленному применению.
5. Разрешающая способность процессов рентгенолучевого экспонирования, определяемая относительно вклада фото- и Оже-электронов, лежит в области 50 - 60 нм для более длинных волн (порядка 0,8 нм) и в области 100 нм для более коротких волн (порядка 0,4 нм). При рентгеновском экспонировании, использующем сравнительно более длинноволновое излучение, влияние подложки на разрешающую способность невелико для материалов с малым атомным номером, однако это влияние возрастает по мере роста атомного номера вещества подложки. При использовании более коротковолнового излучения возрастает влияние подложки, особенно с ростом атомного номера вещества подложки, что объясняется более интенсивным процессом генерации фото- и Оже-электронов.
6. На основе решения краевой задачи теплопроводности получено описание температурного поля полуограниченного тела при нагреве поверхностным источником тепла с произвольным временным и произвольным осесимметричным распределением мощности, получено описание температурного поля полуограниченного тела при нагреве внутренним источником тепла, имеющим распределение Бугера-Ламберта по глубине, произвольное осесимметричное по радиусу и произвольное по времени распределения мощности. Разработанные математические модели могут использоваться при исследовании нагрева достаточно широкого класса объектов, при определении теплофизических характеристик различных материалов.
7. На основе полученных моделей тепловых полей разработана математическая модель нагрева подложки при испарении поглощающей пленки последовательностью импульсов ОКГ с гауссовым распределением плотности мощности по радиусу пучка, что позволяет оценить степень термического воздействия на подложку при обработке пленки импульсами: ОКГ с высокой частотой следования.
8. Исследованы экспериментальные режимы испарения пленки хрома на подложках электровакуумного стекла импульсами ОКГ типа ЛТИ-501. Определены технологические режимы, обеспечивающие минимальный размер неровностей края пленки и отсутствие трещин в пленке и подложке для образцов с гладкой поверхностью стекла. Для образцов с матированной поверхностью стекла определены технологические режимы, не приводящие к увеличению плотности микротрещин пленки и подложки выше уровня, соответствующего плотности микротрещин исходной матированной поверхности. Исследовано влияние дефектов стекла на процесс обратного испарения пленки, определены требования к качеству подложек для лазерной технологии получения пленочных отклоняющих узлов радиоэлектронной аппаратуры. Использование разработанных оптимальных технологических режимов позволяет с высокими качеством и производительностью обрабатывать пленочные узлы.
9. Разработан технологический модуль лазерной размерной обработки пленочных узлов на цилиндрических подложках. Практическая эксплуатация технологического модуля показала высокие технико-экономические показатели, выражающиеся в сокращении числа технологических операций, повышении производительности труда, повышении процента выхода годных, т.е. в целом повышена эффективность производства пленочных отклоняющих узлов. Полученные результаты могут быть использованы для производства пленочных узлов радиоэлектронной аппаратуры на цилиндрических подложках при производстве других пленочных структур.
Публикации автора по теме диссертации
1. Марголин В.И., Рыбалко В.В., Тупик В.А. Применение РЭМ для контроля внутренней поверхности металлизированных криволинейных образцов // Тезисы докладов ХI Российского симпозиума РЭМ"99, Черноголовка, 1999, С 112.
2. Марголин В.И., Тупик В.А. Исследование ионной и плазменной стойкости резистов для микролитографии // Известия ВУЗов России. Сер. Радиоэлектроника. 2000. № 1, С. 61-64.
3. Марголин В.И., Тупик В.А. Процессы прецизионной литогpафии в электронике.- С. Петербург. гос. электротехн. ун-т "ЛЭТИ". СПб, 2001, 211 с., ил. Библ 203. Рус. Деп. в ВИНИТИ 12.07.2001, № 1640 - В 2001.
4. Марголин В.И., Поликарпов Н.С., Тупик В.А. Исследование особенностей процесса низковольтной электронной литографии // Тезисы докладов ХII Российского симпозиума РЭМ - 2001, Черноголовка, 2001, С. 104.
6. Серов И.Н., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Потсар Н.А., Солтовская И.А., Тупик В.А., Фантиков В.С.Получение и исследование наноразмерных пленок меди с фрактальной структурой // Микросистемная техника, 2004, № 1, С. 31-37.
7. Серов И.Н., Марголин В.И., Жабрев В.А., Потсар Н.А., Солтовская И.А., Тупик В.А., Фантиков В.С. Резонансные явления в наноразмерных структурах // Инженерная физика. - 2004. - № 1, С. 18-32.
8. Серов И.Н., Марголин В.И., Потсар Н.А., Солтовская И.А., Тупик В.А., Фантиков В.С. Исследование наноразмерных пленок с фрактальной топологией // Микроэлектроника. - 2004. - Т. 33, № 5, С. 263-271.
9. Serov I.N. Study of characteristic of the nano-dimensional fraktal films / I.N. Serov, V.I. Margolin, I.A. Soltovskaya, V.A. Tupik, V.S. Fantikov // Book of Abstracts of Topical meeting of the European Ceramic Society Nanoparticles, Nanostructures & Nanocomposites. - 5 - 7 July 2004. - Saint - Petersburg, C. 170Ц171.
10. Серов И.Н., Марголин В.И., Потсар Н.А., Солтовская И.А., Тупик В.А., Фантиков В.С. Исследование наноструктурированных пленок меди методами растровой и атомно-силовой микроскопии // Поверхность. - 2004. - № 7, С. 31-35.
11. Серов И.Н., Марголин В.И., Жабрев В.А., Солтовская И.А., Тупик В.А., Фантиков В.С. Исследование воздействия фрактальных топологий на некоторые процессы нанотехнологии // Сборник научных трудов и инженерных разработок 5-й Российской выставки "Изделия и технологии двойного назначения. Конверсия ОПК" под ред. академика РАН Фролова К.В. М.:- Т. II. 2004, С. 348-363.
12. Серов И.Н., Марголин В.И., Жабрев В.А., Солтовская И.А., Тупик В.А., Фантиков В.С. Получение и исследование наноразмерных фрактальных пленок // Материалы научно-практической конф. материаловедческих обществ России "Создание материалов с заданными свойствами: методология и моделирование. М.: МИФИ. - 2004, С. 41-42.
13. Серов И.Н., Марголин В.И., Жабрев В.А., Тупик В.А., Фантиков В.С. Эффекты дальнодействия в микро- и наноразмерных структурах // Инженерная физика. - 2005. - № 1, С. 51Ц67.
14. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Потехин М.С., Тупик В.А., Серов И.Н., Солтовская И.А. Исследование фрактальных структур Cu, полученных методом ионного магнетронного распыления // Конструкции из композиционных материалов.- 2005, Вып. 4, С. 53Ц62.
15. Барченко В.Т., Потехин М.С., Солтовская И.А., Тупик В.А. Применение ионного магнетронного распыления для получения фрактальных наноразмерных пленок // Вакуумная техника и технология. - 2005.- Том 15 №2, С. 205-208.
16. Потехин М.С., Солтовская И.А., Тупик В.А., Фантиков В.С. Исследование фрактальных свойств тонких наноразмерных пленок // Вакуумная техника и технология. - 2005.- Том 15 №2, С. 209-214.
17. V.A. Zhabrev, G.N. Lukyanov, V.I. Margolin, M.S. Potekhin, I.N. Serov, I.A. Soltovscaya, V.A.Tupik Research on mechanism of DOE influence on fractal nano-dimensional films production // Proc. of SPIE, 2005 - vol.6251, C. 338Ц346.
18. Серов И.Н., Марголин В.И., Солтовская И.А., Лукьянов Г.Н., Потсар Н.А., Фантиков В.С., Тупик В.А. Получение и исследование наноразмерных пленок меди с фрактальной структурой // Монография. Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам. Сборник статей под ред. д.т.н., проф. П.П. Мальцева. М.: Техносфера, 2005, С. 230-241.
19. Серов И.Н., Марголин В.И., Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Солтовская И.А., Тупик В.А., Потехин М.С. Исследование воздействия фрактальных структур на процессы образования наноразмерных пленок // Тяжелое машиностроение. - 2005, № 11, С. 19-21.
20. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Серов И.Н., Тупик В.А. Экспериментальное исследование фрактальных структур Cu и Ti, полученных методом магнетронного ионного распыления // Нанотехника. - 2005. - № 3, С. 60Ц77.
21. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Потехин М.С., Серов И.Н., Солтовская И.А., Тупик В.А. Получение и исследование фрактальных наноразмерных пленок // Тезисы докладов Международной конференции "Современное материаловедение: достижение и проблемы" MMS-2005, 26-30 сентября 2005, Киев, С. 658Ц659.
23. Тупик В.А., Марголин В.И. Разработка методов создания малогабаритных антенных устройств на основе фрактальных структур // Белая книга. Исследования в области наночастиц, наноструктур и нанокомпозитов в Российской Федерации. Под ред. Шевченко В.Я. М.: Издательство ЛКИ. 2006, С. 227.
24. Анисимов А.В., Барченко В.Т., Марголин В.И., Мирошниченко С.К., Потехин М.С., Сошников И.П., Тупик В.А., Фантиков В.С. Отражательные свойства наноразмерных фрактальных пленок // Харьковская нанотехнологическая ассамблея. Том 2. Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике. Сборник докладов 18-го Международного симпозиума "Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике".- Харьков: НН - "ХФТИ", ИПП "Контраст".- 2006, С. 240-243.
25. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., Немов С.А., Серов И.Н., Сошников И.П., Тупик В.А., Фантиков В.С. Структурные особенности и свойства фрактальных наноразмерных пленок // Сборник научных трудов 4-й Международной специализированной выставки "Лаборатория Экспо 06".- М.: Эксподизайн, 2006, С. 37-41.
26. Анисимов А.В., Барченко В.Т., Мирошниченко С.К., Потехин М.С., Сошников И.П., Тупик В.А., Фантиков В.С. Наноструктурные наноразмерные покрытия и перспективы их применения // Харьковская нанотехнологическая ассамблея. Том 2. Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике. Сборник докладов 18-го Международного симпозиума "Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике".- Харьков: НН - "ХФТИ", ИПП "Контраст". 2006, С. 244-247.
28. Жабрев В.А., Марголин В.И., Лукьянов Г.Н., Тупик В.А. Эффекты дальнодействия и резонансные явления в наноразмерных структурах // Харьковская нанотехнологическая Ассамблея-2007, 23-27 апреля 2007, Харьков.- Сборник докладов 19-го Международного симпозиума "Тонкие пленки в оптике, нанофотонике и наноэлектронике" и 2-го Международного научно-технического семинара "Вакуумно-дуговой разряд с холодным катодом: физика, технология и устройства".- Харьков: НН - "ХФТИ", ИПП "Контраст", Т.2 Тонкие пленки. 2007, С. 48Ц61.
29. Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И., Потехин М.С., Тупик В.А. Исследование процессов образования фрактальных наноразмерных пленок методами РЭМ и СТМ // Тез. докл. XV Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. 4 июня - 7 июня 2007.- Черноголовка, Изд-во ИПТМ РАН, 2007, С. 87-88.
30. Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И., Потехин М.С., Тупик В.А., Аммон Л.Ю. Моделирование процессов роста фрактальных наноразмерных пленок // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование, Т. 9.- Сборник трудов третьей международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности", 14-17.03.2007, СПб.: Издательство Политехнического университета, С. 145-146.
31. Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И., Потехин М.С., Тупик В.А. Исследование процессов ионно-электронной эмиссии для целей микро- и нанотехнологии // Сборник трудов 5-ой Международной специализированной выставки "Лаборатория Экспо"07, 2-5 окт. 2007. ВВ - - ВДНХ, Изд-во "Эксподизайн", 2007, С. 112-116.
32. Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И., Потехин М.С., Тупик В.А. Возможность применения процессов ионно-электронной эмиссии в микро- и нанолитографии // Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные фундаментальные исследования - федеральные целевые программы, наукоемкое производство / под ред. академика РАН К.В. Фролова.- М.: "Эксподизайн", 2007, С. 156Ц159.
33. Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И., Потехин М.С., Тупик В.А. Исследование процессов в газоразрядном промежутке установки ионно-электронной эмиссии для микро- и нанолитографии // Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные фундаментальные исследования - федеральные целевые программы, наукоемкое производство / под ред. академика РАН К.В. Фролова.- М.: "Эксподизайн", 2007, С. 160Ц161.
34. Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И., Потехин М.С., Тупик В.А. Исследование характеристик рентгеновских резистов // "Нанотехнология - производству - 2007".- Тез. докл. конференции, 28 - 30 ноября 2007.- Фрязино.- М.: "Янус-К", 2007, С. 100-101.
35. Мамыкин А.И., Потехин М.С., Тупик В.А. Применение рентгеновского излучения для исследования свойств рентгенорезистов // Тез. докл. Второго Всероссийского совещания ученых, инженеров и производителей в области нанотехнологий, М., 15 мая 2008, С. 53.
36. Жабрев В.А., Марголин В.И., Мамыкин А.И., Тупик В.А. Фронтальные аспекты наномира // Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные фундаментальные исследования - новые модели сотрудничества в инновационных процессах.- М.: "Эксподизайн-Холдинг", 2008.- С. 117-121.
37. Жабрев В.А., Марголин В.И., Тупик В.А. Проблемы синтеза наноразмерных пленок с фрактальной структурой // Сб. тез. докл. научно-технических секций I-го Международного форума по нанотехнологиям Роснанофорум, 3-5 дек. 2008.- М.: Роснанотех.- секция 4.5 Химия и химическая технология наноматериалов, С. 141.
38. Малышев В.Н., Мамыкин А.И., Марголин В.И., Тупик В.А. Исследование поверхностных аквакомплексов в пористых кристаллах методом ядерного магнитного резонанса // Нанотехника.- 2009.- № 1(17), С. 99-103.
39. Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И., Потехин М.С., Тупик В.А. Разработка технологии производства элементов нанорадиоэлектроники на основе тлеющего разряда // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ".- 2009.- № 5, С. 3-8.
40. Бабичев Д.А., Тупик В.А. Моделирование формы фрактальной антенны на основе электромагнитного расчета характеристик микрополосковой прямоугольной антенны // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ".- 2009.- № 10, С. 3-7.
41. Аммон Л.Ю., Жабрев В.А., Марголин В.И., Тупик В.А. Компьютерное моделирование процессов синтеза пленочных наноструктур // Физико-математическое моделирование систем: материалы VI Междунар. семинара. Воронеж: ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет", 2009. Ч. 1, С. 188-192.
42. Тупик В.А., Фантиков В.А. Моделирование процессов эволюции в высокотемпературных покрытиях с фрактальной структурой // Сб. тез. докладов XXI Всероссийского совещания по температуроустойчивым функциональным покрытиям, 26-28 апреля 2010г., Санкт-Петербург, С. 66-67.
43. Бабичев Д.А., Тупик В.А. Влияние протяженности границы излучения фрактальной микрополосковой антенны на ее характеристики. Часть 1. // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ".- 2010.- № 8, С. 7-11.
44. Бабичев Д.А., Тупик В.А. Влияние протяженности границы излучения фрактальной микрополосковой антенны на ее характеристики. Часть 2. // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ".- 2010.- № 9, С. 18-21.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям