способ получения тонких металлических пленок на подложке

Формула изобретения

Способ получения тонких металлических пленок на подложке, включающий нанесение на основу слоя водорастворимого вещества, затем тонкой металлической пленки с последующим ее отделением от основы путем полного или частичного растворения слоя водорастворимого вещества, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого вещества используют ПАВ, полное или частичное растворение слоя водорастворимого вещества осуществляют полным или частичным погружением основы в воду, а получение тонких металлических пленок осуществляют путем погружения подложки в воду с последующим ее извлечением с металлической пленкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения тонких металлических пленок (например, алюминия, серебра, золота и др.) толщиной от 30 нм до десятков мкм на твердотельных подложках и может быть использовано, например, в электронной промышленности при производстве полупроводниковых приборов, в материаловедении и кристаллофизике при проведении исследований структуры тонких пленок.

Известен способ изготовления тонких металлических пленок (Патент на изобретение РФ 2276697, МПК С23С 14/22, С23С 14/16), заключающийся в нанесении слоя благородного металла на пластины монокристаллического кремния приборного качества с последующим получением пленки путем ее отделения от подложки. Перед нанесением пленки осуществляют окисление монокристаллического кремния. Пленку наносят методом физического или химического осаждения. Отделение пленки от подложки осуществляют путем полного или частичного растворения подложки во флотационном для данного типа пленки растворе. В частных случаях выполнения изобретения процесс полного или частичного растворения подложки осуществляют при повышенных температурах или с использованием вибрации, или других способов перемешивания раствора. Процесс отделения пленки проводят с использованием катализаторов. После растворения подложки всплывшую металлическую пленку оставляют на поверхности флотационного раствора или помещают в другую жидкость до окончательного выравнивания металлической пленки силами поверхностного натяжения.

Однако данный способ характеризуется тем, что травление монокристаллического кремния предполагает использование специальных растворителей, состав которых включает сильные кислоты, что значительно усложняет условия производства тонких металлических пленок. Кроме того, данный способ является экологически небезопасным.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления тонкой металлической пленки (патент на изобретение РФ № 2034667, МПК В05D 1/38), в соответствии с которым пленку, нанесенную путем напыления на очищенную подложку, отделяют от подложки путем растворения последней. Для чего предварительно перед напылением на подложку наносят водорастворимую полимерную пленку, которую после образования металлической пленки растворяют в воде, а остатки водорастворимой пленки удаляют термообработкой.

Однако данная технология предусматривает использование в качестве промежуточного слоя полимерного материала, который не имеет кристаллической структуры, что не гарантирует бездефектность напыляемого слоя. Кроме того, растворение в воде полимерной пленки происходит не полностью, в связи с этим способ предусматривает дополнительную технологическую операцию, связанную с удалением данной пленки методом термообработки.

Задачей изобретения является повышение качества поверхности получаемых металлических пленок за счет получения на основе слоя водорастворимого вещества, характеризующегося бездефектной поверхностью при упрощении способа.

Поставленная задача решается тем, в способе получения тонких металлических пленок на подложке, включающем нанесение на основу слоя водорастворимого вещества, затем тонкой металлической пленки с последующим ее отделением от основы путем полного или частичного растворения слоя водорастворимого вещества, согласно предлагаемому решению в качестве водорастворимого вещества используют ПАВ, полное или частичное растворение слоя водорастворимого вещества осуществляют полным или частичным погружением основы в воду, а получение тонких металлических пленок осуществляют путем погружения подложки в воду с последующим ее извлечением с металлической пленкой.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена технологическая схема последовательного переноса тонкой металлической пленки с основы на воду и с воды на подложку, на фиг.2 - схема, идентичная, представленной на фиг.1, где в качестве подложки используются сеточки электронного микроскопа, на фиг.3 показана картина дифракции электронов, получаемая при исследовании полученных образцов тонких металлических пленок на подложке, на фиг.4, 5 представлен исследуемый образец, фотоизображение и схематическое изображение соответственно, описанный в примере 2.

Технология получения тонких металлических пленок, в отличие от способа по патенту № 2276697, не требует применения специальных растворов, т.к. в качестве растворителя выступает вода, не требует последующей термической обработки. В отличие от технологии по патенту № 2034667, применение в качестве растворимого слоя, наносимого на основу, в качестве которой может быть использована технологическая подложка, - слоя поверхностно-активного вещества (ПАВ), обладающего собственной кристаллической структурой (особенно это типично для материалов, относящихся к лиотропным жидким кристаллам), позволяет получать поверхности с меньшим числом дефектов со сглаженным микрорельефом. Кроме того, ПАВ характеризуется хорошей растворимостью в воде, что значительно упрощает технологию получения металлических пленок.

Технический результат заключается в получении гладкой поверхности металлической пленки, в упрощении процедуры отделения тонких металлических пленок от основы с последующим ее переносом на подложку, за счет выбора в качестве материала водорастворимого слоя - вещества из класса поверхностно-активных веществ. В качестве растворителя может быть использована дистиллированная или деионизованная вода.

Способ заключается в следующем.

В отдельной посуде предварительно готовят водный раствор ПАВ, представляющий собой, например, смесь солей жирных и сульфокислот, хорошо растворимых в воде при комнатной температуре. Массовое соотношение ПАВ и дистиллированной или деионизованной воды может быть выбрано из условия получения однородной гелеобразной массы. В качестве ПАВ может быть использовано, например, мыло, соответствующее ГОСТу 30266-95. Мыло и вода могут использоваться в соотношении 1:1.

Готовый раствор кисточкой наносят на основу, в качестве которой может выступать как стеклянная пластина, так и любые твердотельные подложки: кремниевые, металлические, керамические, полимерные и пр. После высыхания водного раствора ПАВ на поверхности стекла образуется покрытие толщиной порядка десятка микрометров.

На основе с водорастворимым слоем ПАВ формируют слой тонкой металлической пленки любым из известных методов, исключающих контакт с водой. В частности, может быть использован метод термического испарения в вакууме, с помощью которого наносят слой металла, например, алюминия толщиной 30÷40 нм. В таком виде полученные на основе металлические пленки способны храниться достаточно долго без каких-либо изменений и готовы к использованию в любой момент. Далее полученные пленки скрайбируют монтажной иглой на отдельные элементы с необходимыми размерами в зависимости от последующего применения, например, квадраты 3×3 мм для использования в электронной микроскопии.

Перенос полученных тонких пленок с основы на поверхность воды осуществляют путем погружения в емкость с водой части или всей основы. При этом погружение основы в воду осуществляют под углом к поверхности воды до 10 градусов. Это позволяет контролировать процесс отделения пленки от основы при погружении последней. Процесс переноса наглядно представлен на фиг.1. При погружении основы в воду в результате растворения ПАВ и флотации отделенные скрайбированием металлические элементы переносятся на поверхность воды. Затем основу извлекают из воды, при этом основа в процессе реализации способа может использоваться многократно.

Перенос пленок с поверхности воды на поверхность подложки (исследуемого образца) аналогичен процессу нанесения мономолекулярных слоев по методу Ленгмюра-Блоджетт или Ленгмюра-Шеффера [Блинов Л.М. // УФН. 1988. Т.155. Вып.3. С.443-480; Львов Ю.М., Фейгин Л.А. // Кристаллография. 1987. Т.32, № 3. С.800-815, А.Адамсон. Физическая химия поверхностей. // Пер. с англ. под ред. З.М.Зорина и В.М.Муллера. М: Мир. 1979. 568 с.]. Подложку, на которую производят осаждение тонкой пленки, погружают в воду, подводят под находящийся на поверхности воды металлическую пленку и медленно извлекают из воды (фиг.1). Перенос пленки можно осуществлять не только на верхнюю поверхность подложки, но и на нижнюю, для чего подложку необходимо наложить на плавающую на поверхности воды металлическую пленку движением сверху вниз и затем извлечь подложку вместе с пленкой.

Перед переносом алюминиевых пленок с поверхности воды на исследуемые образцы рекомендуется несколько раз сменить в емкости воду, поочередно добавляя и отбирая некоторое ее количество.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Использование заявляемого способа для подготовки образцов с пленками Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) к исследованиям их методом дифракции электронов.

На стекло в качестве основы с нанесенным слоем мыла напылялся слой алюминия толщиной 30-40 нм. Полученный образец скрайбировался монтажной иглой на квадраты 3×3 мм. Алюминиевые квадраты переносились на поверхность воды описанным выше способом, откуда затем переносились на сеточки электронного микроскопа (фиг.2). На них, в свою очередь, наносилась пленка ЛБ. Тонкая металлическая пленка использовалась в качестве несущего слоя для пленки ЛБ, и способствовала стеканию заряда и отводу тепла от исследуемой пленки ЛБ.

Пленки ЛБ создавались переносом монослоя стеарата бария на ориентированные горизонтально сеточки электронного микроскопа с тонкими металлическими пленками, предварительно нанесенными описанным способом.

Структура полученных образцов исследовались методом дифракции электронов на микроскопе ЭМ-14 при ускоряющем напряжении 60 кВ. Картины дифракции электронов на тонких алюминиевых пленках и пленках ЛБ стеарата бария показаны на фиг.3.

На электронограммах хорошо различимы кольца, характерные для поликристаллического алюминия и точечные рефлексы от пленок ЛБ.

Пример 2. Использование тонких металлических пленок, полученных заявляемым способом, для исследования электрофизических свойств пленок ЛБ.

В данном примере в качестве подложки, на которую осуществлялся перенос тонкой металлической пленки с поверхности воды, была использована стеклянная пластина с нанесенными электродами ITO (indium tin oxide) в виде полос, с нанесенными на них пленкой ЛБ. Размер стеклянной пластины составил (25÷30)×(10÷15)×1,5 мм³. Толщина ITO полос - 15 мкм. Размер электрода - (25÷30)×0,9 мм². Расстояние между электродами - 0,1 мм. Общий вид образцов представлен на фиг.4. Прохождение тока в этих структурах схематично показано на фиг.5 стрелками. В данной конфигурации прохождение тока обеспечивается наложенной сверху металлической пленкой, полученной описанным способом.