Виртуальная подложка для оксидных пленок на кремнии

Виртуальная подложка для оксидных пленок на кремнии

Выпуск 13(6687) от 04 июля 2019 г.
РУБРИКА: ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Новый подход к выращиванию тонких пленок сложных оксидов, предложенный Университетом штата Пенсильвания (США), позволит обеспечить экономическую целесообразность их коммерческого производства.

Сложные оксиды – ​это кристаллы на основе кислорода в сочетании с двумя и более химическими элементами. Свойства сложных оксидов определяются их составом и кристаллической формой и варьируются в широком диапазоне. В фокусе исследований Университета штата Пенсильвания оказалась особая группа сложных оксидов – ​перовскитные, включающие два положительно заряженных иона. В зависимости от состава перовскитные оксиды могут обладать магнетизмом, сегнето-, пиро- и пьезоэлектрическими свойствами, сверхпроводимостью.

Основные проблемы при выращивании тонких пленок перовскитных оксидов для применения в электронных устройствах и датчиках – ​очень низкая скорость процесса, невозможность поддерживать стехиометрический состав с необходимым количеством ионов, отсутствие экономически целесообразной и масштабируемой технологии интеграции оксидов и полупроводников.

Сотрудники Университета штата Пенсильвания выращивают на кремниевой пластине толстый слой сложных оксидов – ​так называемую виртуальную подложку, структурно и химически совместимую с целевым тонкопленочным слоем сложного оксида. С помощью точного контроля условий роста создается идеальная структура виртуальной подложки, способной послужить платформой для интеграции функциональных оксидных пленок непосредственно на кремний. Эти хорошо известные в полупроводниковой науке методы были впервые применены для выращивания сложных оксидов.

Основным препятствием для развития метода была скорость роста тонких пленок сложных оксидов – ​около 0,4 нм/мин. В таких условиях для выращивания сложного оксидного слоя необходимой толщины требуется 5–6 часов. В ходе экспериментов Университета штата Пенсильвания была продемонстрирована скорость около 0,2 нм/с, благодаря чему создание виртуальной подложки занимает всего несколько минут, и исследователи отмечают, что в дальнейшем этот показатель может быть улучшен.

Для выращивания виртуальной подложки была использована кремниевая пластина диаметром 76,2 мм. Выбранный размер обусловлен особенностями лабораторного оборудования Университета штата Пенсильвания. В перспективе процесс планируется реализовать на наиболее распространенных на современных производственных мощностях кремниевых пластинах диаметром 300 мм.

Преимущества предложенного подхода – ​не только в достижении более высокой скорости выращивания пленок, но и в значительном снижении стоимости производства оксидных подложек. Широкий диапазон свойств функциональных сложных оксидов позволит применять масштабируемые виртуальные подложки для развития технологий квантовых вычислений на основе сверхпроводящих кубитов, датчиков, актюаторов, MEMS, а также устройств с быстрой перестройкой частоты, которые будут востребованы в связи с внедрением новых стандартов, предъявляемым к частотам радиовещания в сетях 5G.

Исследование Университета штата Пенсильвания было профинансировано Национальным научным фондом и Министерством энергетики США.

 

A Virtual Substrate Opens Path to Oxide Films on Silicon for Application in 5G, MEMS, Sensors and Quantum Computation. ECN, June 5, 2019: https://www.ecnmag.com/news/2019/06/virtual-substrate-opens-path-oxide-films-silicon-application‑5g-mems-sensors-and-quantum-computation


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ