Гоу впо «саратовский государственный университет имени н. Г. Чернышевского» утверждаю зав кафедрой физики твердого тела

Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО» УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой физики твердого тела доктор, профессор Усанов Д.А. ___________________________ подпись, дата Отчёт о производственно-технологической практике Студента 3 курса, 342 группы кафедры физики твердого тела факультета нано- и биомедицинских технологий ______________Шатунова Дениса Алексеевича____________ Ф.И.О. студента Сроки и продолжительность практики: _______________________________ Руководитель практики: профессор, д. т. н.____________________ Яфаров Р. К. подпись, дата Саратов, 2011 Содержание Введение 1 Изготовление наноалмазографитового материала методом разложения паров этанола в СВЧ плазме с ЭЦР 1.1 Плазма электрон-циклотронного резонанса 1.2 Описание установки СВЧ вакуумно-плазменной обработки 1.3 Измерение автоэмиссионных параметров углеродсодержащих покрытий. Порог начала эмиссии, ВАХ в координатах Фаулера-Нордгейма, расчет работы выхода и коэффициентов усиления. 1.4 Измерение толщины пленок с помощью интерференционного микроскопа МИИ-4 1.5 Определение фазового состава углеродных пленок методами ближнеполевой СВЧ микроскопии и катодолюминесценции 2. Структурирование субмонослойных углеродных покрытий, осажденных в СВЧ плазме низкого давления на монокристаллическом кремнии ориентации (111) (100). 2.1 СВЧ плазмохимическое травление 2.2 Основные принципы атомно-силовой микроскопии 2.3 Получение и исследование образцов 3. Получение, исследование и расчет диэлектрических параметров пленок SiO, синтезированных в СВЧ плазе газового разряда 3.1 Осаждение из парогазовой фазы пленки кремния 3.2 Получение пленки SiO2 3.3 Напыление контактов 3.4 Измерение и расчёт диэлектрических параметров (С, ε, tgδ) плёнок, определяемых из сдвига фаз в емкостной цепи. 3.5. Измерение спектральной зависимости фототока 3.6. Исследование поперечного транспорта в системах МДМ Заключение Список использованных источников 3 4 4 7 9 15 16 22 22 35 36 40 40 42 42 48 51 53 58 59 Введение Производственная практика является неотъемлемой частью учебного процесса. В ходе ее прохождения студент получает углубление и закрепление знаний и профессиональных навыков, полученных в процессе обучения. Целью данной практики является не только изучение технологий, методов и способов получения и исследований алмазографитовых структур, углеродсодержащих покрытий, диэлектрических пленок оксида кремния, но и анализ полученных результатов. Производственная практика проходила в Саратовском отделении Института радиотехники и электроники РАН. Задачами прозводственной практики является: ознакомление с технологиями, методами и способами получения и исследования; непосредственное участие в деятельности лабораторий; сбор и анализ полученных результатов. В ходе прохождения практики были собраны следующие материалы: теоретические сведения о технологиях получения алмазографитовых структур (СВЧ, нанесение, травление, исследование ВАХ, проводимости и другие); экспериментальные данные по проделанным лабораторным работам; В ходе подготовки данной работы изучены теоретические и практические сведения по получению и исследованию указанных образцов. 1 Изготовление наноалмазографитового материала методом разложения паров этанола в СВЧ плазме с ЭЦР Цель работы: получение образцов с помощью осаждения углерода на стеклянную подложку. Все этапы проводятся на установке вакуумно-плазменной обработки (ВПО) с возбуждением СВЧ разряда в кварцевом реакторе, помещенном в круглый волновод. 1.1 Плазма электрон-циклотронного резонанса (ЭЦР – плазма). При уменьшении давления плазмообразующего газа эффективность отбора энергии от поля начинает падать, так как уменьшается частота столкновений электронов с «тяжелыми» частицами. Поэтому для поддержания плазмы в области низких давлений необходимо увеличивать амплитуду напряженности электрического поля, что создает дополнительные сложности. В то же время в технологии плазмохимического травления в микроэлектронике использование низких давлений является предпочтительным для увеличения чистоты процесса и достижения ряда технологических показателей (селективность, анизотропия, равномерность травления), способствующих повышению плотности упаковки элементов.  Рис. 1.1 Схема возбуждения ЭЦР разряда. При движении электрона в переменном поле в условиях νm<<ω (т. е. при отсутствии столкновений) электрон не отбирает энергию от поля.  Работа, совершаемая полем в положительный полупериод, в точности равна работе в отрицательный полупериод, при этом максимальное смещение (путь) электрона в первый полупериод равно смещению во втором, но в обратном направлении. Если же создать условия, когда в один из полупериодов электрон будет проходить путь больший, чем в другой,  то от периода к периоду энергия электрона будет возрастать. Один из вариантов – это наложить магнитное поле перпендикулярно электрическому. Тогда на электрон будет действовать сила Лоренца , направление которой перпендикулярно вектору скорости электрона  и индукции магнитного поля . Электрон начнет двигаться не При движении электрона в переменном поле в условиях νm<<ω (т. е. при отсутствии столкновений) электрон не отбирает энергию от поля.  Работа, совершаемая полем в положительный полупериод, в точности равна работе в отрицательный полупериод, при этом максимальное смещение (путь) электрона в первый полупериод равно смещению во втором, но в обратном направлении. Если же создать условия, когда в один из полупериодов электрон будет проходить путь больший, чем в другой,  то от периода к периоду энергия электрона будет возрастать. Один из вариантов – это наложить магнитное поле перпендикулярно электрическому. Тогда на электрон будет действовать сила Лоренца , направление которой перпендикулярно вектору скорости электрона  и индукции магнитного поля . Электрон начнет двигаться не только в направлении, задаваемом электрическим полем , но  и в перпендикулярном ему. Траектория движения электрона в таких условиях зависит от соотношения между частотой электрического поля ω и циклотронной (ларморовской) частотой, которая определяется как ωс = еВ/mе. По мере приближения частоты поля к циклотронной частоте (к так называемому циклотронному резонансу) путь, проходимый электроном в электрическом поле (вдоль оси Х), все более возрастает, радиус его траектории увеличивается во времени, и в среднем от периода к периоду увеличивается энергия электрона. Для магнитного поля 875 Гаусс величина ωс = 2.45 ГГц, при этом если для возбуждения плазмы используется электрическое поле аналогичной частоты, то есть  ω = ωс = 2.45 ГГц, имеет место явление циклотронного резонанса. Соответственно, плазма, возбуждаемая в системе скрещенного магнитного и переменного электрического полей при  ω = ωс  называется ЭЦР плазмой (рис. 1.1). Все перечисленные выше свойства ЭЦР плазмы позволяют использовать ее в диапазоне давлений 10-3 – 10-5 тор (~0.1 – 0.01 Па), достигая при этом высоких степеней ионизации (до 10%) и диссоциации (до 100%) плазмообразующего газа. Высокая эффективность поглощения энергии электронами от электрического поля приводит к тому, что типичные значения электронной температуры в ЭЦР плазме (~ 5 эВ) выше по сравнению с обычным ВЧ разрядом. В то же время энергия ионов, бомбардирующих обрабатываемый материал, при безэлектродном способе возбуждения разряда составляет порядка 10 – 30 эВ и может регулироваться относительно независимо при подаче отрицательного смещения на подложкодержатель. Это делает ЭЦР плазму привлекательным инструментом для наноразмерного анизотропного травления материалов в технологии микроэлектроники. Существует несколько разновидностей систем возбуждения ЭЦР плазмы, которые нашли отражение в конструктивных особенностях современных плазмохимических реакторов. Наиболее распространенные из этих систем представлены на рис. 1.2. Вариант а) представляет собой реактор с удаленной зоной резонанса, которая находится вне рабочей камеры реактора, где располагается обрабатываемый материал. Расстояние от зоны резонанса до подложкодержателя может достигать 50 см. По направлению от зоны резонанса к подложкодержателю происходит снижение потока ионов и увеличение энергии ионов, бомбардирующих поверхность. В тех случаях, когда такое изменение параметров плазмы является нежелательным, используются реакторы системы б), в которых зона резонанса находится в пределах рабочей камеры, на расстоянии порядка 10-20 см от поверхности обрабатываемого материала. Эти конструкции ЭЦР реакторов являются базовыми, а варианты в) – г) представляют их модификации с целью оптимизации результата обработки. Так, например, при обработке материалов большой площади (например, кремниевых пластин Æ 300 мм и более) встает проблема равномерности процесса по площади. Одним из путей решения проблемы является создание условий, при которых радиальные (в плоскости, параллельной обрабатываемому материалу) распределения  заряженных частиц являются как можно более плоскими, что обеспечивает равные потоки частиц на поверхность у центра и у края обрабатываемого материала. В варианте в) это достигается применением системы из 6 – 12 линейных постоянных магнитов, которые располагаются вокруг рабочей камеры реактора с чередованием полярности. В реакторе г) зона резонанса максимально приближена к подложкодержателю (close-coupled system), поэтому равномерность обработки определяется радиальной однородностью самой зоны резонанса. Последнее достигается определенным конфигурированием основной системы магнитов, которые используются для создания условий ЭЦР. И, наконец, варианты д) и е) представляют реакторы с поперечным вводом микроволновой энергии, где создается несколько зон резонанса, которые располагаются вокруг обрабатываемого материала. Такие системы получили название распределенных ЭЦР систем (distributed ECR - DECR). В заключение отметим, что все рассмотренные типы ЭЦР реакторов сохраняют преимущества безэлектродных ВЧ реакторов, то есть допускают возможность относительно независимой регулировки плотности потока и энергии ионов, бомбардирующих обрабатываемую поверхность. Рис. 1.2. Некоторые варианты систем возбуждения ЭЦР – плазмы. 1.2 Описание установки СВЧ вакуумно-плазменной обработки Установка состоит из следующих основных узлов и блоков (рис. 1.3.): источник СВЧ энергии, плазмотрон, электромагнит с блоком питания, вакуумный агрегат, вакуумная камера с подложкодержателем, система напуска и поддержания заданного расхода газов. Рис. 1.3. Схема установки СВЧ ВПО Источник СВЧ энергии по волноводу подает в разрядное пространство плазмотрона электромагнитную волну частотой 2450 МГц. Волноводная система формирует в плазмотроне поляризованные по кругу волны с правосторонним вращением вектора электрического поля для обеспечения условий резонансного поглощения СВЧ мощности в продольно намагниченной плазме. Электромагнит, состоящий из четырех секций, создает вдоль оси плазмотрона магнитное поле, величину индукции и конфигурацию которого можно регулировать, изменяя величины токов в секциях электромагнита. Разрядное пространство заключено в кварцевый реактор диаметром 100 мм и длиной 400 мм. Рабочий газ вводится в разрядное пространство плазмотрона после его предварительной откачки до давления порядка 0,001 Па. Измерение и поддержание заданного расхода рабочего газа осуществляется с помощью электронных регуляторов расхода газа РРГ-1 с пределами регулирования 0,2-10 л/час. Вакуумная камера с подложкодержателем предназначена для загрузки обрабатываемых подложек. Предусмотрена система измерения, нагрева и поддержания заданной температуры подложек. Вакуумная система установки сконструирована на базе турбомолекулярного насоса ТМН-1500. Регулирование скорости откачки осуществляется путем изменения сечения трубопровода высоковакуумным затвором. Поддержание заданного давления и контроль работы системы возможен в ручном и автоматическом режиме. Давление измерялось с помощью цифрового вакуумметра ВМЦБ-12 с погрешностью не более 10%. Контроль падающей и отраженной СВЧ мощности производится ваттметрами типа М3-54. Конструкция блока питания генератора СВЧ позволяет осуществлять плавную регулировку СВЧ мощности и обеспечить высокую стабильность выходной мощности в пределах 3-4% при отклонениях напряжения питающей сети на 10% от номинального значения. 1.3. Измерение автоэмиссионных параметров углеродсодержащих покрытий. Порог начала эмиссии, ВАХ в координатах Фаулера-Нордгейма, расчет работы выхода и коэффициентов усиления. Цель работы: получить вольтамперную характеристику (ВАХ) образцов углерода на стекле и углерода на кремнии в координатах Фаулера-Нордгейма, построить графики, рассчитать работу выхода и коэффициент усиления для каждого образца. Установка для исследования автоэмиссии. Экспериментальные исследования образцов углерода на стекле и углерода на кремнии, производятся на высоковакуумной установке с непрерывной системой откачки, включающей в себя вакуумную камеру и электрическую схему испытаний (рис. 1.4). Образец монтируется внутри устройства, позволяющего производить внутривакуумные перемещения электродов и фиксировать взаимное расположение катода и анода с точностью до 1 мкм. Безмасляная система откачки обеспечивает внутри установки вакуум до 5×10-5 Па. Между катодом (3) и анодом (4), расположенными в вакуумной камере (2), задается постоянное напряжение с помощью источника питания (5). Величина автоэмиссионного тока измеряется как включенным в схему микроамперметром. Рис. 1.4. Электрическая схема испытаний: 1 – катодно-подогревательный узел; 2 - вакуумная камера; 3 - катод; 4 - анод; 5 – источник питания; 6 - балластное сопротивление; 7 – измерительное сопротивление. Катодом является исследуемый образец. Диаметр рабочей поверхности анода, изготовленного из углеродного материала, составляет 3 мм.

Похожие:

	Трансформация современного отечественного образования в контексте диалога культур россии и США Дм 212. 242. 12 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора культурологии при гоу впо «Саратовский государственный...		Мук «Культурный центр имени П. А. Столыпина» Саратовский государственный... ...
	Фгбоу впо «Марийский государственный университет» Факультет культуры и искусств Утверждаю Решение кафедры (№ протокола, дата заседания кафедры, фио, подпись зав кафедрой)		Программа (задача, мероприятие): Федеральная целевая программа развития... Ректор фгбоу впо “Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского”
	Методические указания Абакан 2011 удк 371. 388(69) о-64 Рецензент... О. Н. Хегай, канд техн наук, декан инженерно-технического факультета, зав кафедрой городского строительства и хозяйства гобу впо...		Положение о промежуточной аттестации студентов п 03. 10 2011 Российской Федерации об образовании, Уставом и локальными нормативными актами федерального государственного бюджетного образовательного...
	Саратовская областная организация профессионального союза работников народного Первичной профсоюзной организации работников гоу впо саратовский государственный университет		Положение об организации учебного процесса по заочной форме обучения... Министерства образования и науки Российской Федерации, Уставом, локальными нормативными актами федерального государственного бюджетного...
	Положение об организации учебного процесса по заочной форме обучения... Министерства образования и науки Российской Федерации, Уставом, локальными нормативными актами федерального государственного бюджетного...		Гоу впо «Санкт-Петербургский государственный университет сервиса... О подготовке научно-педагогических и научных кадров в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования...