Современная электроника №1/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2020 поверхности стакана (см. рис. 6). Про- питку (силицирование) проводили при +1500...1600°C и остаточном давлении в вакуумной камере 10 –3 ...10 –1 Па в тече- ние 15 мин с последующим охлажде- нием печи до комнатной температуры. График пропитки УНТ представлен на рисунке 7. Особенностью пропитки является быстрый нагрев образцов с УНТ от начальной температуры +20 ° С до +1550 ° С в течение 45 мин. со скоро- стью 33 градуса/минуту для того, что- бы не произошло полного растворения УНТ в жидком кремнии. В ходе пропитки протекала реак- ция силицирования, в результате чего поверхность вертикально ориентиро- ванных УНТ насыщалась кремнием с формированием кремнийсодержащей фазы – SiC, количественное соотноше- ние которой к кремнию определялось продолжительностью термической обработки. В результате взаимодей- ствия жидкого кремния с углеродомУНТ на их поверхностях образовывался кар- бид кремния, при этом на пробельных местах оставался кремний. Наибольшей адгезией обладал слой с пропитанными кремниемУНТ, синтез которых осущест- влялся на шлифованных подложках из нитрида алюминия, и в качестве прекур- сора использовался 10%-й растворфер- роцена в толуоле. После силицирования пропитанная кремнием поверхность диска из нитри- да алюминия шлифовалась и полирова- лась до уровня шероховатости 0,02 мкм, очищалась от загрязнений в перекис- но-аммиачном растворе, и на эту под- готовленнуюповерхность напылялись на установке магнетронного напыле- ния «Оратория-5» последовательно адгезионный подслой хрома толщи- ной 0,3...0,5 мкм и слой меди толщиной 7–8 мкм, которые покрывались гальва- ническим золотом толщиной 1–3 мкм. Затем на участки с УНТ, пропитанными кремнием, монтировались кристаллы мощных транзисторов методом пай- ки припоем из сплава золото-кремний при температуре +500°C, после чего кон- тактные площадки кристаллов соединя- лись алюминиевой проволокой с тонко- плёночными пассивными элементами гибридной интегральной схемы. Р ЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА Согласно разработанной технологии изготовления ГИС участки вертикально ориентированных УНТ подвергаются химическому модифицированиюпутем их обработки расплавленным кремнием Si при температуре выше +1500°C, после чего поверхности силицированных углеродных нанотрубок покрывают- ся карбидом кремния (SiC). После про- питки УНТ кремнием были изготовлены аншлифы для проведения исследований полученной микроструктуры в попереч- ном сечении (см. рис. 8). Как видно на микрофотографии, массив УНТ (сред- ний слой чёрного цвета) расположен между пластиной из нитрида алюминия (верхний слой) и пластиной кремния (нижний светлый слой). В микрострук- туре массива УНТ (см. рис. 9), пропитан- ного кремнием, на границе с нитридом алюминия наблюдаются отдельные белые вкрапления кремния и много- численные микропоры, расположенные между нанотрубками. Микроструктура массива УНТ на границе с пластиной кремния более плотная за счёт крем- ния, заполнившего микропоры карка- са массива УНТ. Строение и расположе- ние нанотрубок на рисунке 10 то же, что и на рисунке 9, но участки между серо- ватыми нанотрубками, покрытыми кар- бидом кремния, заполнены кремнием, имеющим более светлую окраску. При более сильном увеличении микрострук- туры пропитанных УНТ серые участки карбида кремния на нананотрубках и светлые участки кремния становятся хорошо различимы, что позволяет на основании исследований приведенной микроструктуры сделать вывод о пол- ном проникновении кремния в массив УНТ, качественном сцеплении кремния с УНТ за счёт образования на поверхно- сти УНТ карбида кремния. Проведение силицирования при +1500...+1600°C позволяет вскрыть большую часть закрытых пор в масси- ве УНТ и сформировать на их стенках слой SiC при минимальном заполне- нии объема пор свободным кремнием, который удерживается в мелких порах только в силу капиллярного эффекта, Рис. 4. Установка Camco для пропитки УНТ кремнием Рис. 7. График пропитки УНТ кремнием Рис. 8. Микрофотография массива УНТ (средний слой чёрного цвета), выращенных на пластине из нитрида алюминия (верхний слой), после пропитки кремнием (нижний слой) Рис. 5. Тигель без крышки для проведения пропитки УНТ кремнием, установленный в керамической огнеупорной лодочке Рис. 6. Вакуумная камера установки Camco с установленным диском из нитрида алюминия с УНТ и пластинами кремния перед пропиткой