Программа

краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников высшей школы

по направлению

«Планарные материалы (пленки и покрытия, интерфейсы, молекулярные

слои, гетероструктуры) и технологии их получения»

на базе учебного курса

«Атомно-слоевое осаждение тонких пленок»

Цель: изучение физических принципов технологии атомно-слоевого осаждения тонких плнок Категория слушателей: преподаватели и научные работники высшей школы Срок обучения: _24 часа_ Форма обучения: _с частичным отрывом от работы Режим занятий: _8 часов в день_ Целью данного курса является ознакомление с физическими основами технологии атомно-слоевого осаждения (АСО) тонких плнок. На примере роста пленок диоксида титана демонстрируются возможности метода АСО для прецизионного управления толщиной, химического состава и структурой получаемых пленок. На примере осаждения оксида алюминия из триметилалюминия (ТМА) и воды проводится лабораторный практикум по развитию практических навыков по работе с современным технологическим оборудованием АСО тонких пленок и покрытий.

Требования к уровню освоения учебного курса Преподаватели должны:

Знать:

o область применения технологии атомно-слоевого осаждения (АСО);

o физико-химические основы метода АСО;

o устройство установки АСО тонких плнок.

Иметь навыки:

o сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области технологий АСО тонких плнок;

o включать приобретенные знания о технологии АСО тонких плнок в уже имеющуюся систему знаний и применять эти знания в самостоятельных методических разработках;

o переносить полученных знания о технологии АСО тонких плнок на смежные предметные области и к использованию этих знаний для построения междисциплинарных методических разработок.

Иметь представление:

o о теоретических моделях АСО;

o о принципе самоконтролируемости процесса АСО;

o о возможных механизмах хемосорбционных поверхностных реакций: обмене лигандами, диссоциации, ассоциации;

o об уравнении баланса на основе закона сохранения массы для процесса АСО;

o о методах анализа результатов АСО тонких плнок.

Научные работники должны:

1.Знать:

o область применения технологии АСО;

o физико-химические основы метода атомно-слоевого осаждения;

o устройство установки АСО тонких плнок;

o теоретические модели АСО и область их применимости;

o уравнение баланса на основе закона сохранения массы для процесса АСО.

2.Иметь навыки:

o сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области технологий АСО тонких плнок;

o планирования и проведения исследований и экспериментов с использованием технологии АСО тонких плнок;

o генерировать новые плодотворные научно-технические и инновационные идеи с использованием технологии АСО;

o переносить полученных знания о технологии АСО тонких плнок на смежные предметные области и к использованию этих знаний для создания новых объектов техники и технологии и для инновационной деятельности;

3.Иметь представление:

o о принципе самоконтролируемости процесса АСО;

o о возможных механизмах хемосорбционных поверхностных реакций: обмене лигандами, диссоциации, ассоциации;

o о методах анализа результатов АСО тонких плнок.

Учебный курс «Атомно-слоевое осаждение тонких пленок» состоит из дистанционной и очной частей.

Дистанционная часть учебного образовательного курса обеспечивает слушателя необходимым объмом знаний по выбранной тематике, включая подготовку слушателя к проведению лабораторного практикума. Задача дистанционной составляющей учебного курса – подготовить слушателя к очному посещению лаборатории в Московском физикотехническом институте.

В дистанционной (теоретической) части учебного курса изложены физические основы метода атомно-слоевого осаждения (АСО), получившего в последнее время широкое распространение как новый технологический метод, обеспечивающий рост тонких пленок высокого качества на больших площадях подложек. Теоретическая часть учебного курса состоит из четырех лекций:

Лекция 1: Основные закономерности процесса атомно слоевого осаждения Атомно-слоевое осаждение - новая технология получения тонких пленок высокого качества. Основные понятия. Реакционный цикл. Принцип самоконтролируемости процесса атомно-слоевого осаждения. Физико-химические основы метода атомнослоевого осаждения. Возможные механизмы хемосорбционных поверхностных реакций:

обмен лигандами, диссоциация, ассоциация. Причины возникновения насыщения.

Лекция 2: Теоретические модели атомно-слоевого осаждения Модель плотной упаковки исходных молекул. Модель с учетом длин и углов связей молекул реагентов. Модель по числу и размерам лигандов (модель плотной упаковки лигандов). Уравнение баланса на основе закона сохранения массы для процесса атомнослоевого осаждения. Расчет максимально возможной плотной упаковки лигандов на поверхности подложки. Прирост слоя за один реакционный цикл.

Лекция 3: Атомно-слоевое осаждение тонких пленок диоксида титана Реагенты для атомно-слоевого осаждения диоксида титана. Параметры процесса.

Определение прироста толщины пленки за реакционный цикл. Элементный и химический состав формируемых пленок. Фурье- ИК спектроскопический и рентгено- дифракционный анализ структуры диоксида титана, формируемого методом атомно-слоевого осаждения.

Расчет прироста толщины диоксида титана за один экспериментальный цикл.

Лекция 4: Атомно-слоевое осаждение тонких пленок оксида алюминия Установка атомно-слоевого осаждения тонких пленок: основные узлы и принцип работы.

Применение модели плотной упаковки лигандов для расчета прироста толщины оксида алюминия за один экспериментальный цикл.

Очная (экспериментальная) часть учебного курса заключается в изучении принципов функционирования установки атомно-слоевого осаждения АСО SUNALE TM R-150 (Финляндия). Основные задания на лабораторный практикум:

- Разработать и заполнить в управляющем компьютере установки атомно-слоевого осаждения (АСО) Sunale R-150 технологический маршрут осаждения оксида алюминия;

- Провести эксперимент по АСО оксида алюминия (Al2O3) из триметилалюминия (ТМА, Al(CH3)3) и воды при температуре подложки 300 0С, количество циклов-500;

- по результатам определения толщины сформированной пленки оксида алюминия определить прирост толщины слоя за цикл.

Методические рекомендации по реализации учебной программы На дистанционную и очную части учебного курса отводится по 12 часов соответственно. Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса находится на сайте www.nanoobr.ru. Для контроля степени освоения теоретической части учебного курса (лекций) используются тестовые вопросы для самопроверки и контрольные вопросы.

Лекция 1: Основные закономерности процесса атомно-слоевого осаждения 1. Отличительной чертой АСО является?

В) Импульсная попеременная подача Г) Получение большого числа материалов 2. В результате какого механизма образуются летучие продукты?

3. Возникновение насыщения зависит?

В) От размеров и от количества лигандов Г) не зависит от размеров и количества 4. От чего зависит преобладание того или иного механизма?

А) От концентрации ОН- групп Б) От размеров лигандов В) От количества подаваемого реагента Г) От всего вышеперечисленного Лекция 2: Теоретические модели атомно-слоевого осаждения 1. Какая из моделей учитывает размеры исходных молекул?

А) Модель 1 (Морозов и Ритала) Б) Модель 2 (Юлиламми) В) Модель 3 (Сиимон, Аарик и Пуурумен) Г) Все вышеперечисленные 2. Какое значение принимает на практике?

3. Чему равно количество освобожденных лигандов в молекуле MLn в случае, если реакция идет по механизму диссоциации?

4. Какая величина связывает между собой количество ОН - групп перед началом реакции и количество ОН- групп поверхности, реагирующих с MLn - реагентом?

5. Каким законом описывается хемосорбция?

А) Законом сохранения импульса Б) Законом сохранения энергии В) Законом сохранения масс Г) Законом сохранения заряда Лекция 3: Атомно-слоевое осаждение тонких пленок диоксида титана 1. Каким методом исследовали показатель преломления полученных пленок?

2. Какова степень окисления титана в диоксиде титана?

3. Возможно ли получение аморфного диоксида титана методом АСО?

А) Нет, TiO2 всегда кристаллический Б) Да, если количество циклов В) Да, если количество циклов 400 Г) Всегда 4. Какая кристаллическая модификация наблюдаются при осаждении диоксида титана методом АСО в указанных условиях процесса?

5. С ростом толщины пленки размеры кристаллитов?

В) Остаются неизменными Г) В зависимости от температуры 6.Какую модель мы использовали для расчета h?

А) Учитывающую размеры исходных Б) Учитывающую размеры и геометрию В) Учитывающую размеры и число Г) Никакую лигандов 7. Число лигандов в Ti(OC2H5)4 равно?

Контрольные вопросы для проверки материала в количестве 18 вопросов Расскажите об особенностях АСО.

Что является причиной высокой однородности и конформности пленок, получаемых методом АСО?

Каковы основные механизмы хемосорбции ?

Что может являться причинами насыщения в хемосорбционных процессах?

Каковы преимущества метода АСО в сравнении с другими методами осаждения?

Назовите основные этапы реакционного цикла АСО?

Перечислите основные теоретические модели АСО?

Каков основной недостаток модели, описывающей процесс АСО на основе плотной упаковки исходных молекул реагентов?

Напишите на основе закона сохранения массы уравнение баланса для процесса АСО?

Как рассчитывается максимально возможная концентрация хемисорбированных лигандов?

10) Какими методами может быть исследована кристаллическая структура тонких пленок?

11) Какими методами может быть исследован химический состав тонких пленок?

12) Какая теоретическая модель процесса АСО была использована для расчета прироста за цикл в данной 13) Каковы основные узлы установки АСО тонких пленок?

14) Напишите реакцию образования Al2O3 из ТМА и воды?

15) Если процесс определяется самонасыщением, то какова будет зависимость h от длительности 16) импульса подачи реагента ?

Как влияет температура подложки на процесс АСО из ТМА и воды?

17) Какими по-вашему свойствами должны обладать исходные реагенты для других процессов АСО?

18) В конце очной части учебного курса слушатели готовят отчеты по темам контрольных рефератов, которые используются для контроля степени усвоения всего учебного курса на базе экспериментальных результатов и их обработки с применением знаний из дистанционной части курса.

Применение атомно-слоевого осаждения в технологии современной микроэлектроники Сравнение метода атомно-слоевого осаждения с другими методами получения тонких пленок.

Реализация реакций в хемисорбированных слоях – основа высокого качества тонких пленок, формируемых методом атомно-слоевого осаждения.

Основные хемосорбционные процессы, протекающие при атомно-слоевом осаждении тонких пленок.

Теоретические модели процесса атомно-слоевого осаждения тонких пленок.

Структура и свойства тонких пленок диоксида титана, формируемого атомно-слоевым осаждением Атомно-слоевое осаждение тонких пленок оксида алюминия.

Атомно-слоевое осаждение тонких пленок диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью.

Оборудование для атомно-слоевого осаждения тонких пленок.

Обзор наиболее применяемых исходных реагентов в процессах атомно-слоевого осаждение.

10.

Основные требования к исходным реагентам.

«Атомно-слоевое осаждение тонких Лекция 1: Основные закономерности процесса атомно-слоевого осаждения Лекция 2: Теоретические модели атомно-слоевого осаждения Лекция 3: Атомнослоевого осаждение тонких пленок диоксида Лекция 4: Атомнослоевого осаждение тонких пленок оксида алюминия Список литературы (основной и дополнительной), а также других видов учебно-методологических материалов и пособий, необходимых для изучения (конспектов лекций, видеолекций, лазерных дисков и др.).

и др. дополнительных источников информации в кол-ве – 8.

1 А.П Алехин, Физико-химические основы субмикронной технологии: Учебное пособие. -М.:

МФТИ,2007, с.45.

2 R.L.Puurunen, J.Appl.Phys, 2005,97,p. 121301.

3 F.A. Cotton, G.Wilkinson, Basic Inorganic Chemistry, John Wiley&Sons,New York 1976,p.88.

4 H. Knzinger, P.Ratnasamy,Catal.Rev.-Sci.Eng.1978,17,31.

5. Ritala M., Leskela M., Rauhala E.// Chem. Mater. 1994. V.6. P.556.

6. Puurunen R.L.// Chem. Vap. Deposition. 2003. V.9. №5. P.249.

7. Puurunen R.L.// Chem. Vap. Deposition. 2003. V.9. №6. P.327.

8. Lusvardi V.S., Barteau M.A., Dolinger W.R., Farneth W.E.// J. Phys. Chem. 1996. V.100. P. Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса на Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)»