Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0064

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0064
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Название доклада
Разработка кластерной технологии планаризации поверхности диэлектрических материалов (сапфир, кварцевое стекло) для создания нового поколения приборов и устройств для различных отраслей промышленности
Докладчик
Каргин Николай Иванович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Проект направлен на решение следующей задачи: развитие отечественной технологии кластерных ионных и атомных пучков для производства наноэлектронных приборов и устройств. Целью проекта является разработка лабораторной технологии планаризации поверхности материалов, применяемых в оптоэлектронике (кварцевое стекло, сапфир), до уровня шероховатости поверхности кварцевого стекла после обработки – не более 0,3 нм (до обработки более 1,2 нм) и сапфира – не более 0,2 нм (до обработки более 1,5 нм) методами ионно-кластерных пучковых технологий для разработки нового поколения приборов и устройств в различных отраслях промышленности.
Актуальность и новизна исследования
Новизна проекта заключается в разработке и практическом использовании передовых, не применяемых ранее технологий планаризации поверхностей твердых тел пучками кластерных ионов. Разрабатываемая технология обеспечит планаризацию до атомного уровня шероховатости поверхности сверхтвердых материалов (алмаза, сапфира, корунда и т.п.), недостижимую известными технологиями.
Описание исследования

Планаризация (уменьшение шероховатости) поверхности твердых тел является важным элементом производства приборов и устройств для различных областей применения, в каждой из которых есть специфические требования к степени планаризации поверхности изделий или их составных частей. Часть из этих применений требует степени планаризации поверхности до наноуровня. К таким применениям относятся микро- и наноэлектронные, оптоэлектронные и оптические приборы, при производстве которых степень планаризации поверхности является критическим фактором в улучшении их эксплуатационных параметров. Среди существующих сегодня технологий планаризации (механическая, химическая, плазменная и т.п. полировки) наиболее эффективной является технология химико-механической полировки (Chemical Mechanical Polishing) - СМР планаризация, позволяющая получать пластины кремния со средней шероховатостью до 10 нм, что вполне удовлетворяет современную микроэлектронную промышленность, но что уже недостаточно для перехода к производству следующих поколений больших интегральных схем с технологическими нормами менее 32 нм. Кроме того недостатками метода химико-механического полирования являются остаточный рельеф около 1 нм и создаваемый дефектный приповерхностный слой. К тому же для осуществления «мокрого» процесса необходимо нарушать вакуумные условия при производстве полупроводников. Использование пучков ускоренных кластерных ионов в качестве дополнения или замещения технологии химико-механической планаризации позволит устранить указанные недостатки. Более того, кластерные ионы имели бы преимущество при обработке сверхтвердых покрытий (например, CVD-алмаз), поскольку в отличие от механической обработки, распылительные свойства не зависят от механических параметров мишени. Планаризация поверхности атомного уровня открывает широкие перспективы создания микроэлектронных и наноэлектронных приборов  нового поколения не только по эксплуатационным параметрам самих приборов, но и по резкому увеличению выхода годных приборов в процессе их производства.

Кластер – это совокупность атомарных или молекулярных частиц, от нескольких единиц до нескольких десятков тысяч. В случае газовых кластеров (ArN, (N2)N, (CO2)N и т.д.) частицы удерживаться вместе Ван-дер-Ваальсовскими силами, энергия которых составляет порядка 10 мэВ. Эта величина гораздо меньше энергии связи атомов в кристаллах, что во многом определяет механизмы процессов при столкновении кластерного иона с поверхностью. Понятно, что взаимодействие ионизированного кластера с твердым телом коренным образом отличается от взаимодействия атомного иона при тех же условиях. Прежде всего, при ударе кластера о поверхность одновременно взаимодействует большое количество атомов. Это делает неприменимой теорию парных столкновений Зигмунда, описывающую взаимодействие в случае атомарного иона. На каждый из атомов ускоренного кластера приходится небольшая доля всей его энергии. Однако поскольку кластер, в отличие от мономера, не проникает вглубь кристалла, вся эта энергия выделяется локально в небольшом приповерхностном слое.

 

 

 

Результаты исследования

В ходе реализации проекта получены следующие основные результаты: 

- разработан комплекс алгоритмов и программ для численного моделирования процесса формирования кластерных пучков, состоящий из двух модулей: модуля для математическое моделирование неравновесного кластерообразования при течении газа через сопло и модуля подробного моделирования течения газа в системе камера высокого давления, сопло, струя в вакуумной камере и скиммер в осесимметричной постановке;

- проведен расчет характеристик газов, адиабатически расширяемых в вакуум через сверхзвуковое сопло, необходимых для зарождения в них кластеров;

- проведен расчет распределения кластеров по размеру, определение взаимосвязи функции распределения кластеров по размеру с условиями расширения газа, формой, размерами сопла, давлением и температурой;

- проведены предварительные экспериментальные работы по планаризации поверхности материалов, применяемых в оптоэлектронике, на действующем макете ускорителя ионных кластеров для определения параметров разрабатываемых узлов: держателя сопла с системой подачи газов в вакуумную камеру, скиммера и ионизатора нейтрального кластерного пучка;

- разработано техническое задание на проектирование узлов лабораторного стенда для получения планаризованных материалов: держателя сопла с системой подачи газов в вакуумную камеру, скиммера и ионизатора нейтрального кластерного пучка;

- разработана эскизная конструкторская документация на лабораторный стенд для получения планаризованных материалов, включая вакуумную и газовую части ускорителя газовых кластерных ионов;

- изготовлен лабораторный стенд для получения планаризованных материалов, включая держатель сопла с системой подачи газов в вакуумную камеру под давлением, скиммер, ионизатор нейтрального кластерного пучка термоэмиссионного типа;

- изготовлены тестовые образцы для экспериментальной отработки лабораторной методики изучения состава и топографии поверхности сапфира и кварцевого стекла после процесса планаризации в количестве 10 шт;

 - разработана лабораторная методика изучения состава и топографии поверхности сапфира и кварцевого стекла после процесса планаризации методами АСМ и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;

- разработана лабораторная методика выполнения операций изготовления экспериментальных образцов планаризованных материалов – сапфира и кварцевого стекла - (площадью не менее 100 мм2) для оптики и оптоэлектроники с помощью ускоренных пучков газовых кластерных ионов;

- проведен расчёт и оптимизация ионной оптики ускорителя ионов кластерного пучка;

- проведен запуск и экспериментальная оптимизация режимов работы лабораторного стенда для получения планаризованных материалов;

- проведены исследовательские испытания лабораторного стенда для получения планаризованных материалов;

- разработана методика подавления зарядки поверхности диэлектрика в процессе облучения пучком кластерных ионов;

- выполнена оценка соответствия параметров лабораторного стенда для получения планаризованных материалов требованиям технического задания.

- получены экспериментальные образцы планаризованных материалов;

- разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов планаризованных материалов;

- проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов планаризованных материалов.

 

 

Практическая значимость исследования
Разрабатываемая технология планаризации поверхности материалов найдет свое применение в следующих областях: - оптоэлектроника для процесса планаризации как подложек оптоэлектроных приборов, так и поверхности слоев, наносимых по планарной технологии для получения высокоэффективных оптоэлектронных приборов нового поколения и повышения выхода годных приборов; - оптика для сверхтонкой полировки линз; - микроэлектроника для планаризации поверхности как полупроводниковых пластин, так и подложек литографических масок для бездефектной литографии сверхвысокого разрешения; - радиолокация для сверхтонкой полировки зеркал для повышения разрешающей способности радиолокационных устройств; - лазерная техника для сверхтонкой полировки поверхности кристаллов и увеличению излучающей мощности лазера и фокусировки его луча.
Потребителями ожидаемых результатов, в первую очередь, будут предприятия оптоэлектронной промышленности, а также корпорации и холдинги в областях электроники, лазерной и радиолокационной техники, точной механики, медицинской промышленности, разрабатывающие и выпускающие продукцию, содержащую элементы, требующие сверхгладких поверхностей для достижения высоких эксплуатационных параметров.
Разработка критических для развития микро- и нано-электроники технологий будет способствовать эффективному решению задачи импортозамещения элементной базы микроэлектроники. Реализация данного проекта создаст условия для инновационного рывка, как в области электроники, так и других отраслях промышленности. Таким образом, проект безусловно внесет весомый вклад в развитие критических технологий и приоритетных направлений модернизации и технологического развития экономики России.
Постер

Poster_0064.ppt