Современная электроника №5/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2020 до 1 мм с шагом 100 мкм, они были выстроены друг за другом в ряды по всей площади подложки. Затем на под- ложках с прошитыми лазером сквозны- ми отверстиями методом CVD выра- щивался слой поликристаллического алмаза в плазмохимическом реакторе на основе СВЧ-разряда. Сначала проводилось выращивание алмазных плёнок на поверхности шли- фованных подложек из нитрида алю- миния с прошитыми рядами отверстий диаметром от 100 мкм до 1 мм с шагом 100 мкм, затем на основании этих экс- периментов определялись размеры отверстий, заращиваемых алмазом, после чего изготавливались подложки со сквозными отверстиями выбранно- го размера (см. рис. 2в). Структура шлифованных подложек с прошитыми рядами отверстий выбран- ного на основании предварительных экспериментов диаметра 0,3 мм пред- ставляет собой зернистую структуру со средним размером зерна около 200 нм. Рельеф ростовой поверхности и каче- ство подготовки поверхности алюмо- нитридной керамической подложки оказывают значительное влияние на структуру синтезируемого алмазного слоя. Поэтому перед проведением синтеза подложки проходили очистку в ацетоне и изопропиловом спирте. Осаждение алмазной плёнки прово- дилось методом плазменно-стимулиро- ванного осаждения из газовой фазы (PECVD) в микроволновом плазмен- ном реакторе пониженного давления без автономного подогрева подлож- ки, при генерации плазмы микровол- новым излучением частотой 2,45 ГГц и мощностью до 5 кВт. Основным плаз- мообразующим газом служил водород, поступающий из электрохимического водородного генератора «Спектр-60» с объёмной скоростью 500 мл/мин. В качестве источника углерода исполь- зовался пентан. По причине большого различия поверхностных энергий алмаза и нитрида алюминия плотность цен- тров зародышеобразования алмаза мала, поэтому для роста сплошной плёнки использовали принудитель- ную нуклеацию. Наилучшие резуль- таты были достигнуты для нуклеа- ционных смесей на основе водного раствора сахарозы и детонационных наноалмазов УДА-Ф9 (средний размер конгломератов около 20 нм), наноси- мых методом высушивания мениска. Эксперименты проводились при дав- лении в камере 120 мбар. Мощность СВЧ-генератора – 2000 Вт. Концен- трация углеводорода и время синте- за варьировались. После проведения синтеза образцы были характеризова- ны методами оптической микроско- пии и спектроскопии комбинацион- ного рассеяния света. По оптическим микрофотографи- ям (см. рис. 3) видно, что образцы после проведения синтеза приобре- ли более тёмный окрас. Образцы № 1, № 2 и № 3 были получены на шлифо- ванных подложках из нитрида алю- миния (см. рис. 2а). Алмазная плён- ка на образце № 1 была получена при проведении синтеза в течение 4,5 ч и подаче источника углерода (пентан) с объёмной скоростью 10 мл/мин. При взвешивании образцов до и после синтеза было установлено, что толщина алмазной плёнки состави- ла 50 мкм (скорость роста 11 мкм/ч). Структура поверхности состоит из мелких кристаллитов и наноалмаз- ной фазы, что подтверждается опти- ческими микрофотографиями и КРС спектра. Спектроскопия комбинаци- онного рассеяния света демонстриру- ет характерный для алмазной фазы отклик на 1330 см –1 . На рисунке 3 показан спектр по Раману алмазно- го покрытия, в котором пик, прису- щий алмазу, может быть также опоз- нан при волновом числе 1330 см –1 . Никакого пика другого углеродно- го материала, например графита, не обнаружено. С целью повышения качества алмаз- ной плёнки (уменьшения наноалмаз- ной фазы и увеличения доли алмаз- ных кристаллитов) была снижена скорость роста плёнки за счёт умень- шения потока пентана до 5 мл/ч. Также было сокращено время синтеза до 3 ч. В результате толщина алмазной плёнки образца № 2 составляет око- ло 27 мкм (средняя скорость роста 9 мкм/ч). Данный образец демонстри- рует лучшую адгезию алмазной плён- ки (по сравнению с образцом № 1) к поверхности подложки из нитрида алюминия. Структура схожа с образ- цом № 1, что, скорее всего, связано с пониженной концентрацией источни- ка углерода во время синтеза. Рис. 3. Поверхности алмазных плёнок на подложках из AlN и соответствующие им спектры комбинационного рассеяния света для образцов № 1 (а); № 2 (б); № 3 (в) а 1330 1330 1330 Интенсивность Интенсивность Интенсивность 1100 1100 1 мкм 1 мкм 1 мкм 1100 1200 1200 1200 1300 1300 1300 ω , см –1 ω , см –1 ω , см –1 1400 1400 1400 1500 1500 1500 б в