Современная электроника №1/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 35 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2020 Гибридную интегральную схему на основе керамики из нитрида алюми- ния с вертикально ориентированны- ми углеродными нанотрубками, про- питанными кремнием, изготавливали следующим образом. Пластину в виде диска из нитрида алюминия (AlN) диаметром 17,7 мм и толщиной 2,0 мм перед нанесением углеродных нанотрубок (УНТ) шлифо- вали до обеспечения шероховатости поверхности с размером микронеров- ностей 0,63 мкм, после чего производи- лась очистка от загрязнений, которая проводилась в три цикла в деионизи- рованной воде в УЗ-ванне при темпера- туре +50°С. Затем изготавливался струк- турированный массив вертикально ориентированных УНТ методом CVD- синтеза при термическом разложении углеводородов. Синтез УНТ осущест- влялся на шлифованных подложках из нитрида алюминия (AlN) и прохо- дил при атмосферном давлении, тем- пературе +800 ° С и скорости потока газа носителя 600 мл/мин. В качестве пре- курсора использовался 2, 5 и 10%-й рас- твор ферроцена в толуоле. Теплопроводные характеристики слоя из вертикально ориентированных нанотрубок обеспечивались структурой массивов УНТ. Так как длина нанотруб- ки влияет на тепловое сопротивление, то высота массива УНТ является важ- ным параметром. Поэтому необходи- мо было точно контролировать основ- ные параметры синтеза, влияющие на высоту массива (температуру синтеза, скорость подачи газа носителя и вре- мя синтеза), а так же осуществлять визу- альный контроль процесса роста УНТ. При выращивании нанотрубок в толуол добавлялиферроцен, который являлся прекурсором катализатора роста слоя из вертикально ориентированных УНТ. При изготовлении массива УНТ исполь- зовался CVD-реактор, для которого были определены условия синтеза массивов УНТ на алюмонитридных подложках из паров 2, 5 и 10 мас.%-го раствора фер- роцена в толуоле. Скорость подачи прекурсора в реак- тор составляла 0,1 мл/мин. В ходе работы были уточнены следующие параметры: температура синтеза – +800°С; скорость потока газа носите- ля – 200 мл/мин, время синтеза – 1 ч. После проведения часового CVD- синтеза высота массива УНТ составля- ла порядка 500 мкм. УНТ в полученном массиве равномерно распределены по поверхности алюмонитридной пласти- ны, что подтверждает одинаковую ско- рость роста УНТ на всей её поверхно- сти. Полученный массив УНТ (см. рис. 2) состоял из многослойных УНТ (плот- ность трубок в массиве со средним диаметром 30–60 нм, выборка и под- счёт диаметра проводятся более чем по 10 микрофотографиям, включаю- щим более 100 нанотрубок) и расстоя- ний между ними в виде образовавших- ся пор размером 3–5 нм. В связи с тем, что УНТ являются проводниками, для обеспечения электрической изоляции элементов друг от друга при формиро- вании топологического рисунка прово- дилась обработка поверхности массива УНТ с помощью излучения ИК-лазера. Обработка образцов массивов на алю- монитридных пластинах с вертикаль- но ориентированными УНТ осуществля- лась лазерным излучением на установке лазерного профилирования. Основыва- ясь на измеренном спектре поглощения массива УНТ, была выбрана длина вол- ны лазера ~ 10 мкм. При проходе лазе- ра мощностьюнесколько десятков ватт по поверхности массива луч выжигал часть углеродного материала. Скорость прохождения луча составляла 17 мм/с. В результате массив УНТ приобретал чётко структурированный узор в виде участков топологического рисунка, на которые в дальнейшем после пропитки кремнием будут установлены кристаллы мощных транзисторов. Затем на обра- зец методом напыления наносили мно- гослойнуюметаллизацию и формиро- вали методомфотолитографии рисунок в соответствии с принципиальной элек- трической схемой, а также схемой мон- тажа и присоединения выводов тонко- плёночных элементов ГИС к выводам на кристаллах транзисторов. После лазерной обработки для про- питки жидким кремнием (силицирова- ния) участков из вертикально ориен- тированных УНТ сверху и снизу диска из алюмонитридной керамики уста- навливали пластины из монокристал- лического кремния марки КЭФ, а всю эту сборку помещали на шайбу из гек- сагонального нитрида бора (см. рис. 3), которую прижимали грузом из такой же шайбы. Силицирование вертикально ориен- тированных УНТ проводили в вакуум- ной печи Сamco (см. рис. 4) с исполь- зованием монокристаллического крем- ния марки КЭФ в качестве реакцион- ного источника. Пластину из нитри- да алюминия с участками УНТ с раз- мещёнными на них сверху образца- ми монокристаллического кремния устанавливали в специальный тигель (см. рис. 5) и помещали в реактор, рас- положенный в рабочей зоне вакуумной печи и представляющий собой мно- гослойный стакан из листов молиб- дена и с молибденовыми нагревателя- ми, смонтированными на внутренней Рис. 2. Микрофотографии дисков из нитрида алюминия с осаждёнными УНТ с использованием прекурсора в виде раствора ферроцена в толуоле: вид слоя прекурсора со сформировавшимися каталическими центрами УНТ (а) и вид в поперечном сечении массива из вертикально ориентированных УНТ (б) Рис. 3. Пластина из нитрида алюминия с выращенными УНТ, размещённая между 2-х пластин кремния, установленных на цилиндре из гексагонального нитрида бора (а) и на плите из огнеупора (б) а б а б