Гибридное физико-химическое осаждение из паровой фазы (HPCVD) - это метод осаждения тонких пленок , который сочетает в себе физическое осаждение из паровой фазы (PVD) с химическим осаждением из паровой фазы (CVD).
В случае роста тонкой пленки диборида магния (MgB 2 ) в процессе HPCVD в качестве газа- предшественника бора используется диборан (B 2 H 6 ) , но в отличие от обычного CVD, в котором используются только газовые источники, нагретые гранулы магния (чистота 99,95%) ) используются в качестве источника магния в процессе осаждения. Поскольку процесс включает химическое разложение газа-прекурсора и физическое испарение объема металла, он получил название гибридного физико-химического осаждения из паровой фазы.
Конфигурация системы [ править ]
Система HPCVD обычно состоит из камеры реактора с водяным охлаждением, системы впуска и расхода газа, системы поддержания давления, системы контроля температуры и системы выпуска и очистки газа.
Основное отличие HPCVD от других систем CVD заключается в блоке нагрева. В случае HPCVD и подложка, и твердый металлический источник нагреваются нагревательным модулем. Обычная система HPCVD обычно имеет только один нагреватель. Подложка и твердый металлический источник находятся на одном токоприемнике и одновременно нагреваются индуктивно или резистивно . Выше определенной температуры объемный источник металла плавится и создает высокое давление пара.в непосредственной близости от подложки. Затем газ-прекурсор вводится в камеру и разлагается вокруг подложки при высокой температуре. Атомы из разложившегося газа-прекурсора реагируют с парами металла, образуя тонкие пленки на подложке. Осаждение заканчивается, когда газ-прекурсор выключается. Основным недостатком установки с одним нагревателем является температура источника металла, а температура подложки не может контролироваться независимо. При изменении температуры подложки изменяется и давление паров металла , ограничивая диапазоны параметров роста. В схеме HPCVD с двумя нагревателями источник металла и подложка нагреваются двумя отдельными нагревателями. Таким образом, это может обеспечить более гибкий контроль параметров роста.
Тонкие пленки диборида магния от HPCVD [ править ]
HPCVD является наиболее эффективным методом нанесения тонких пленок диборида магния (MgB 2 ). Другие технологии осаждения MgB 2 имеют либо пониженную температуру сверхпроводящего перехода и плохую кристалличность , либо требуют отжига ex situ в парах Mg. Поверхность этих пленок MgB 2 шероховатая и нестехиометрическая . Вместо этого система HPCVD может выращивать высококачественные пленки чистого MgB 2 in situ с гладкими поверхностями, которые необходимы для создания воспроизводимых однородных джозефсоновских переходов , основного элемента сверхпроводящих цепей.
Принцип [ править ]
Согласно теоретической фазовой диаграмме системы Mg-B, высокое давление паров Mg требуется для термодинамической фазовой стабильности MgB 2 при повышенной температуре. MgB 2 представляет собой линейное соединение, и до тех пор, пока соотношение Mg / B выше стехиометрического 1: 2, любой дополнительный Mg при повышенной температуре будет находиться в газовой фазе и удаляться. Кроме того, как только образуется MgB 2 , он должен преодолеть значительный кинетический барьер для термического разложения. Таким образом, не нужно слишком беспокоиться о поддержании высокого давления паров Mg во время стадии охлаждения при осаждении пленки MgB 2 .
Чистые фильмы [ править ]
В процессе выращивания тонких пленок диборида магния с помощью HPCVD газ-носитель представляет собой очищенный водород H 2 под давлением около 100 Торр . Эта среда H 2 предотвращает окисление во время осаждения. Кусочки чистого магния помещают рядом с подложкой наверху токоприемника . Когда токоприемник нагревается примерно до 650 ° C, кусочки чистого Mg также нагреваются, что создает высокое давление паров Mg вблизи подложки. Диборан (B 2 H 6 ) используется в качестве источника бора . MgB 2пленки начинают расти, когда газообразный прекурсор бора B 2 H 6 вводится в камеру реактора. Скорость роста пленки MgB 2 контролируется расходом смеси B 2 H 6 / H 2 . Рост пленки прекращается при отключении газа-прекурсора бора.
Пленки, легированные углеродом [ править ]
Чтобы улучшить характеристики сверхпроводящих тонких пленок диборида магния в магнитном поле, желательно добавлять примеси в пленки. Методика HPCVD также является эффективным способом , чтобы расти углерода , легированных ионами или углерод- легированных MGB 2 тонких пленок. Пленки из легированного углеродом MgB 2 могут быть выращены таким же образом, как и описанный выше процесс осаждения пленок из чистого MgB 2, за исключением добавления в газ-носитель металлоорганического предшественника магния, бис (метилциклопентадиенил) магниевого предшественника. Легированные углеродом тонкие пленки MgB 2 методом HPCVD демонстрируют чрезвычайно высокое верхнее критическое поле ( H c2). H c2 более 60 Тл при низких температурах наблюдается, когда магнитное поле параллельно плоскости ab .
См. Также [ править ]
- Химическое осаждение из паровой фазы
- Физическое осаждение из паровой фазы
Ссылки [ править ]
- Цзэн, Сянхуи; Погребняков Алексей В .; Котчаров, Армен; Джонс, Джеймс Э .; Xi, XX; Lysczek, Eric M .; Redwing, Joan M .; Сюй, Шэнъён; Ли, Ци; Леттьери, Джеймс; Schlom, Darrell G .; Тиан, Вэй; Пан, Сяоцин; Лю, Цзы-Куи (2002). «In situ эпитаксиальные тонкие пленки MgB 2 для сверхпроводящей электроники». Материалы природы . Springer Nature. 1 (1): 35–38. arXiv : cond-mat / 0203563 . DOI : 10.1038 / nmat703 . ISSN 1476-1122 . PMID 12618845 .
- Xi, XX; Погребняков А.В.; Сюй, SY; Chen, K .; Cui, Y .; Maertz, EC; Чжуан, CG; Ли, Ци; Ламборн, Д.Р .; Redwing, JM; Лю, З.К .; Soukiassian, A .; Schlom, DG; Weng, XJ; Дики, ЕС; Chen, YB; Tian, W .; Пан, XQ; Cybart, SA; Дайнс, RC (2007). «Тонкие пленки MgB 2 методом гибридного физико-химического осаждения из газовой фазы». Physica C: сверхпроводимость . Elsevier BV. 456 (1–2): 22–37. DOI : 10.1016 / j.physc.2007.01.029 . ISSN 0921-4534 .
