Многофункциональный автоматизированный магнетронный комплекс ВАТТ АМК-МИ

Установка состоит из двух вакуумных камер: малой и большой. Малая камера предназначена  для решения исследовательских задач по отработке воспроизводимой технологии осаждения тонких пленок с заданными свойствами. Большая  камера предназначена для осаждения покрытий на подложки больших размеров (до формата А4),  по технологии отработанной в малой  камере.  Такая конструктивная особенность установки позволит провести промежуточное масштабирование технологии в лабораторных условиях, с целью его дальнейшего масштабирования до промышленного уровня.

В установке использованы современные безмаслянные средства откачки (сухой спиральный форвакуумный насос японского производства -  Anest Iwata ISP-500 С., криогенный высоковакуумный насос  - Cryogenics CryoTorr 8) и измерения вакуума.  В установке также  предусмотрена возможность подключения малогабаритных исследовательских вакуумных камер.

В большой камере расположены 3 линейных магнетрона и один линейный  источник ионов, а в малой камере - 4 круглых магнетрона и ионный источник. Источник ионов необходим для финишной очистки подложки перед нанесением слоя  и ионно-ассистированного осаждения слоев. Трехканальная система напуска рабочих газов в вакуумную камеру позволяет  получать покрытия практически из любых металлов, сплавов, диэлектриков и полупроводниковых материалов.  Указанные особенности дают возможность синтезировать многослойные гетероструктуры в едином технологическом цикле. 

Горячее магнетронное распыление керамических мишеней широкозонных (ZnO, GaN, SiC)  и сверширокозонных (Ga2O3, AlN, алмаз) полупроводников

Впервые (в мире) предложена и разрабатывается технология горячего магнетронного распыления керамических мишеней широкозонных (ZnO, GaN, SiC) и сверширокозонных полупроводников (Ga₂O₃, AlN, алмаз). На примере оксида цинка показано, что данная технология позволяет получать как наноструктуры (нановискеры, наночастицы),  так и пластины (подложки) высокого качества, отделенные от базовой подложки (сапфировой или другой). Показано, что нановискеры ZnO можно получать не только на подложке, но и на поверхности самой распыляемой горячей мишени.

Важным преимуществом разрабатываемого метода является возможность получения наноструктур в форме так называемых квантовых ям, создаваемых чередующимися слоями широкозонного и сверширокозонного полупроводника в едином технологическом цикле.   

Перечень прогнозируемых различных приборных применений наноструктур и пластин (подложек) широкозонных и сверхширокозонных полупроводниковых материалов:

1. Сцинтилляторы;
2. Лазеры и светоизлучающие диоды видимого и УФ-диапазона;
3. Высокочастотные полевые транзисторы;
4. Фотодетекторы и фотоэлементы;
5. Приборные структуры экстремальный электроники (высокие температуры, высокая радиация,  большие токи,) с улучшенными характеристиками.
6. Приборные структуры как на основе одиночных наноструктур, так и на основе их массива.

Технология синтеза вискеров теллура

Разработана технология синтеза полых и сплошных вискеров теллура в нанометровом и микрометровом диапазоне.  Ключевая особенность технологии – использование водорода в качестве среды для проведения процесса осаждения теллура из газовой фазы. Характерные размеры вискеров Те: диаметр – 50 нм–100 мкм, длина – до 1.5 см, скорость роста – 200 мкм/мин  (1 см/ч).

Одиночные вискеры теллура или их массив могут быть использованы для создания прототипов приборов в области микро-, опто-, акустоэлектроники с улучшенными характеристиками, а также в постановке экспериментов для определения (уточнения) фундаментальных свойств кристаллического теллура.

С точки зрения практического применения особые надежды возлагают на газовые сенсоры, изготовленные на основе вискеров теллура, поскольку теллур как активный материал эффективно реагирует на газы NO₂, СO₂, NH₃, H₂S. Исследования показали, что по ключевым параметрам (чувствительность, селективность, быстродействие, время восстановления) газовые сенсоры  на основе нановискеров превосходят аналоги сенсоров на основе тонких пленок теллура. В настоящее время во всем мире идет интенсивный поиск технологии создания чувствительного элемента сенсора подходящего размера, морфологии и с более чувствительной наноструктурой. Например, нахождение способа увеличения удельной поверхности элемента сенсора, имело бы решающее значение в создании высокочувствительных газовых сенсоров. Поэтому, получаемые по нашей технологии полые вискеры теллура позволят адсорбировать молекулы газа как внутри, так и снаружи поверхности, значительно увеличивая полезную площадь поверхности активного элемента сенсора.

Нами изготовлен лабораторный образец газового сенсора на основе одиночного вискера теллура, изучены его основные сенсорные характеристики. Идет работа по разработке газового сенсора с использованием полого вискера теллура. Здесь главная задача – разработка технологии  нанесение контактов к нанотрубке теллура не повредив ее.

 Схема разрабатываемого образца газового сенсора  на основе полого вискера Те

Преимущества сенсора на основе полых вискеров (нанотрубки) теллура:

1. Увеличение ключевых характеристик сенсора (быстродействие, чувствительность,  время восстановления, порог срабатывания) из-за большей  удельной поверхности  нанотрубки теллура.
2. Малое энергопотребление (менее 1 мВт) за счет использования прямого нагрева нанотрубки. Пленочные аналоги потребляют около 200 мВт.
3. Повышенная химическая стойкость вискеров  теллура по отношению к детектируемым газам из-за ее  бездефектной кристаллической структуры.  Время непрерывной работы пленочных аналогов сенсора  около 1 года.
4. Малые габариты чипа  –  0.3х0.3 мм²   (сенсоры можно будет встроить в мобильный телефон).

Техника ультразвуковой микросварки для нанесения контактов к вискерам теллура 

Обычно в микросварке используется алюминиевая или золотая проволока, а ответная площадка должна быть из золота, алюминия или серебра. Например, на боковую поверхность нитевидного кристалла теллура предварительно должны быть нанесены (напылены) площадки микронных размеров из этих материалов, что является довольно сложной технологической задачей. Однако, теллур с золотом образует неограниченный сплав. Поэтому, минуя довольно технологически сложную процедуру нанесения площадки на поверхность микрокристалла теллура, мы имеем возможность прямого нанесения проволочного микроконтакта из золота с хорошими прочностными свойствами используя базовый технологический метод микроэлектроники – ультразвуковую микросварку. 

Пленки состава YBCO/SiO2/Si –  пленки 3-го поколения ВТСП

Показана  принципиальная  возможность  получения  сверхпроводящих  пленок YBCO/SiO2/Si на диэлектрических подложках без нанесения дополнительных согласующих  слоев.  Пленка изготавливалась в  течение 60 мин в среде Ar + O₂ при температуре подложки ~ 700 ºС.

Характер проводимости пленки металлический, значение ρ_{300 К} составляет ~ 2,6·10^–4 Ом·см, а переход в сверхпроводящее состояние начинается при ~ 78 К.