Тонкопленочные сверхпроводниковые структуры из титана для сверхчувствительных криогенных болометров терагерцового диапазона частот
Диссертация
В настоящее время активно развивается технология изготовления чувствительных приемников для данного диапазона частот, в частности сверхпроводниковых болометров — устройств, у которых чувствительным элементом является поглотитель, нагревающийся под действием падающего излучения, и которые работают при температурах, близких к критической температуре применяемого сверхпроводника. Для изготовления… Читать ещё >
Содержание
- В. 1. Актуальность темы
- В.2. Цель и задачи исследования
- В.З. Научная новизна работы
- В.4. Практическая ценность работы
- В.5. Личный вклад диссертанта в данную работу
- В.6. Положения, выносимые на защиту
- В.7. Апробация работы
- В. 8. Публикации
- В.9. Объем и структура диссертации
- ГЛАВА 1. СВЕРХЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ БОЛОМЕТРЫ- 12 СЕНСОРЫ НА КРАЮ СВЕРХПРОВОДНИКОВОГО ПЕРЕХОДА
- 1. 1. Что такое СКП-болометры
- 1. 2. Области применения
- 1. 3. Понно-плазменное осаждение тонких пленок
- 1. 4. Постановка задачи данной диссертационной работы
- ГЛАВА 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКО- 29 ПЛЕНОЧНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР ИЗ ТИТАНА ДЛЯ СКП-БОЛОМЕТРОВ
- 2. 1. Оборудование для изготовления структур и методы контроля 29 характеристик
- 2. 2. Получение и диагностика тонких пленок из титана
- 2. 2. 1. Исследование морфологии титановых пленок в РЭМ
- 2. 2. 2. Зависимость от условий осаждения
- 2. 3. Формирование тонкопленочных титановых структур 64 методами электронной литографии и их исследование
- 2. 3. 1. Взрывная литография
- 2. 3. 2. Ионное травление через резисты
- 2. 3. 3. Ионное травление через титановую маску
- 2. 3. 4. Жидкостное травление
- 2. 4. Использование полиэфирсульфона в качестве негативного 94 резиста для электронной литографии
- 2. 4. 1. Свойства полиэфирсульфона
- 2. 4. 2. Методика изготовления резиста
- 2. 4. 3. Исследование процесса электронной литографии с 97 использованием PES
- 2. 4. 4. Взрывная литография с маской из PES
- 2. 4. 5. Жидкостное травление пленок титана через маску из PES
- 2. 4. 6. Ионное травление пленок титана через маску PES
- 2. 4. 7. Исследование характеристик образцов изготовленных с 106 использованием полиэфирсульфона
Список литературы
- Sizov, F. THz radiation sensors. // Opto-Electronics Review, Volume 18, Issue 1,2010, pp. 10−36
- F. Sizov, Photoelectronics for Vision Systems in Invisible Spectral Ranges, //Akademperiodika, Kiev, 2008. (in Russian).
- Выставкин A.H., Коваленко А. Г., Кон И. А. К оценке чувствительности болометров, работающих на краю сверхпроводникового перехода // Радиотехника и электроника. 2007. — т. 52, № 4 — С. 224−228.
- Андреев А.Ф. Теплопроводность промежуточного состояния сверхпроводников, //ЖЭТФ, 1964, т. 46, вып. 5, сс. 1823−1828.
- A. Semenov, G.N. Gol’tsman, and R. Sobolewski. Hot-electron effect in semiconductors and its applications for radiation sensors. //LLE Review 87, 134— 143 (2001).
- Kenyon, M., Day, P. K., Bradford, С. M., Bock, J. J. & Leduc, H. G. Progress on background-limited membrane-isolated TES bolometers for far-IR/submillimeter spectroscopy. //Proc. SPIE 6275, 627 508 (2006).
- James Clerk Maxwell Telescope: http://www.roe.ac.uk/ukatc/proiects/scubatwo/
- D. Olaya, J. Wei, S. Pereverzev, B.S. Karasik, J.H. Kawamura, W.R. McGrath, A.V. Sergeev, and M.E. Gershenson, An ultrasensitive hot-electron bolometer for low-background SMM applications. // Proc. SPIE 6275, 627 506 (2006).
- А.А. Кузьмин Технология изготовления сверхпроводниковых болометров терагерцового диапазона частот // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Москва, 2011.
- Засов А.В., Постное К. А. Общая астрофизика. 2-е изд. испр. и дополн. // Фрязино: Век 2. 2011.12. http://www.teraeye.com/doc/tera.pdf.
- Технология тонких пленок, Справочник, под. ред. JI. Майссела и Р. Глэнга, Москва, «Советское радио», 1977, 392 с.
- В. Г. Казаков Тонкие магнитные пленки // Соросовский. Образовательный журнал, ФИЗИКА, 1997. С. 107
- М.М.Никитин Магнетронное распыление: эволюция схем напыления и ионизация потоков, взаимодействующих с подложкой //Физика и химия обработки материалов 2011, № 2, с.27−36
- Д.Локтев, Е. Яматкин Методы и оборудование для нанесения износостойких покрытий // НАНОИНДУСТРИЯ 4/2007. С. 18
- К. W. Westerberg Т. С. Merier М. A. McClelland D. G. Braun L. V. Berzins Analysis of the e-beam evaporation of titanium and Ti-6A1−4V // Electron Beam Melting and Refining State of the Art 1997 Conference Reno, Nevada. 1997
- R.J. Singh, J. Narayan Pulsed-laser evaporation technique for deposition of thin films: Physics and theoretical model // Physical Review B. V.41. № 13. 1990
- HA. Macleod Ion And Photon-Beam Assisted Deposition Of Thin Films // SPIE Vol. 632. Thin Film Technologies II. 1986. P.222.
- Thin films: Ionized physical vapor deposition / Ed. J.A. Hopwood. — San Diego, USA: Academic Press, 2000.
- Helmersson U., Lattemann M., Bohlmark J. et al. Ionized physical vapor deposition (IPVD): A review of technology and applications // Thin Solid Films. 2006. Vol.513. P. l-24.
- Mattox D.M. Ion plating. In Handbook of deposition technologies for films and coatings / Ed. R.F. Bunshan. 2nd ed. — USA: Noyes Publications. 1992. P.320−373.
- Белевский В.П., Кузъмичев А. И. Методы термоионного осаждения для нанесения металлических покрытий //Киев: Об-во «Знание» Украины, 1991.
- Данилин Б.С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы // М.: Радио и связь. 1982.
- Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок // М.: Энергоатомиздат, 1989.
- Минайчее В.А., Одинокое В. В., Тюфаева Т. Н. Магнетронные распылительные системы (Магратроны) // М.: ЦНИИ «Электроника». Обзоры по электронной технике. Сер.7. 1979. Вып.8(659).
- Лабунов В.А., Данилович Н. И., Уксусов А. С., Минайчев В. Е. Современные магнетронные распылительные устройства // Зарубежная электронная техника. 1982. Вып. 10(256). С.3−62.
- Корчагин Б.В., Орлов В. И. Нанесение металлов и их соединений методами магнетронного и диодного распыления // М.: ЦНИИ «Электроника». Обзоры по электронной технике. Сер.7. 1986. Вып.15(1222).
- Thornton J.A., Greene J.E. Sputter deposition processes // In Handbook of deposition technologies for films and coatings / Ed. R.F. Bunshan. 2nd ed. USA: Noyes Publications. 1992. P.249−319.
- Was a K., Hayakawa S. Handbook of sputter deposition technology // USA: Noyes Publications. 1992.
- Schiller S., Heisig U., Goedicke K. On the use of ring gap discharges for highrate vacuum coating // J. Vac. Sci. Technol. 1977. Vol.14. № 3. P.815−818.
- Waits R.K. Planar magnetron sputtering // J. Vac. Sci. Technol. 1978. Vol.15. № 2. P.179−187.
- Кузьмичёв А.И. Магнетронные распылительные системы. Книга 1: Введение в физику и технику магнетронного распыления // Киев: Аверс, 2008.
- Hill R.J., Nadel S.J. Coated glass. Applications and markets // Fairfield. CA. USA: BOC Coating technology. 1999.
- Марахтанов M.K. Магнетронные системы ионного распыления // М: Изд-во МГТУ. 1990.
- Барченко В.Т., Быстрое Ю. А., Колгин Е. А. Ионно-плазменные технологии в электронном производстве // СПб.: Энергоатомиздат. С.Петербург. отд-ние. 2001.
- Антоненко C.B. Технология тонких пленок // -М.: МИФИ. 2008.
- Handbook of thin-film deposition processes and techniques / Ed. K. Seshan 2nd ed. // USA: Noyes Publications. 2002.
- Mattox D.M. Handbook of physical vapor deposition (PVD) processing // -USA: Noyes Publications. 1998.
- Берлин E.B., Сейдман JI.A. Ионно-плазменные процессы в тонкопленочной технологии //-М.: Техносфера. 2010.
- MusilJ. Nanostructured hard coatings // -N.Y.: Klumer Academic, 2005.
- Андриевский P.A., Рагуля A.B. Наноструктурные материалы // -M.: Изд. Центр «Академия», 2005.
- Наноматериалы. Коллективные монографии // -М.: Изд-во ОАО ЦНИТИ «Техномаш», 2006, 2007.
- Волъпян О.Д., Кузьмичев А. И. Основные тенденции развития ионно-плазменных технологий нанесения оптических покрытий // В мат. XIV научн.-техн. конф. «Вакуумная наука и техника». Сочи. 2007. С.186−190.
- Волъпян О.Д., Мешков Б. Б., Яковлев 77.77. Получение пленок для оптических применений методом реактивного магнетронного распыления // В сб. докл. научн.-практ. симп. «Функциональные покрытия на стеклах». Харьков. 2003. С. 125−130.
- Petrov I., Barna P.B., Hultman L. and Greene J.E. Microstructural evolution during film growth // J.Vac.Sci.Technol. A, 21(5). 2003. S117-S128.
- Mahieu S., Ghekiere P., Depla D., De Gryse R. Biaxial alignment in sputter deposited thin films // Thin Solid Films, 515. 2006. P. 1229−1249.
- Ghekiere P. and all Structure evolution of the biaxial alignment in sputter-deposited MgO and Cr // Thin Solid Films, 515. 2006. P.485−488.
- Ghekiere P., Mahieu S., De Winter G., De Gryse R., Depla D. Scanning electron microscopy study of the growth mechanism of biaxially aligned magnesium oxide layers grown by unbalanced magnetron sputtering // Thin Solid Films, 493. 2005. P. 129−134.
- Mahieu S. and all. Biaxially aligned titanium nitride thin films deposited by reactive unbalanced magnetron sputtering // Surface & Coatings Technology, 200. 2006. P.2764−2768.
- Deniz D. and all. Tilted fiber texture in aluminum nitride thin films // J.Vac.Sci.Technol.A, 25(4), 2007. P.1214−1218.
- Mahieu S., Ghekiere P., Depla D., De Gryse R, Lebedev O., Van Tendeloo G. Mechanism of in-plane alignment in magnetron sputtered biaxially aligned yttria stabilized zirconia // J. Crystal Growth, 290. 2006. P.272−279.
- Mahieu S., De Winter G., Depla D., De Gryse R., Denul J. A model for the development of biaxial alignment in yttria stabilized zirconia layers, deposited by unbalanced magnetron sputtering // Surface & Coatings Technology, 187. 2004. P.122−130.
- Chering J.S. and Chang D.S. Effects of outgassing on the reactive sputtering of piezoelectric A1N thin films // Thin Solid Films, 516. 2008. P.5292−5295.
- Mahieu S. and all. Mechanism of biaxial alignment in thin films, deposited by magnetron sputtering // Thin Solid Films, 515. 2006. P.416−420.
- Drusedau T.P. and all. Energy transfer into the growing film during sputter deposition: An investigation by calorimetric measurements and Monte Carlo simulations//J.Vac.Sci.Technol.A, 17(5). 1999. P.2896−2905.
- EJcpe S.D. and Dewa S.K. Investigation of thermal flux to the substrate during sputter deposition of aluminum // J.Vac.Sci.Technol.A, 20(6). 2002. P. 1877−1885.
- Ekpe S.D. and Dewa S.K. Measurement of energy flux at the substrate in a magnetron sputter system using an integrated sensor // J.Vac.Sci.Technol.A, 22(4). 2004. P. 1420−1424.
- LS 730S Von Ardenne Anlagen Technik: http://www.vaat.biz/content/eng/508.htm
- Apiezon H: http://www.apiezon.com/document-librarv.htm64. JEOL JSM-6460:http://www.jeol.com/PRODUCTS/ElectronOptics/ScanningElectronMicroscopesS EM/HighVacuumLowVaccum/JSM6610/tabid/523/Default.aspx
- NanoMaker: http://nanomaker.com/
- Joe Nabity, Lesely Anglin Compbell, Mo Zhu, and Weilie Zhou E-beam Nanolithography Integrated with Scanning Electron Microscope // Scanning Microscopy for Nanotechnology. Techniques and Applications Springer Science+Business Media, LLC. 2006. P. 126.
- V. V. Aristov, A.A. Svintsov and S.I. Zaitsev Guaranteed accuracy of the method of 'simple' compensation in electron lithography. // Microelectronic Engineering 11 (1990) 641−644.
- V. V. Aristov, B. N. Gaifullin, A. A. Svintsov, S. I. Zaitsev, R. R. Jede and H.F. Raith. Accuracy of proximity correction in electron lithography after development. // Journal of Vacuum Science & Technology B, vol. 10 № 6, p. 2459−2467 (1992).
- Friebertshauser P. E. and McCamont J. W., Electrical properties of Titanium, Zirconium, and Hafnium films from 300 K to 1.3 K, // J. Vac. Sci. and Techn. 6 (1968) pp. 184−187.
- William W. Y. Lee and Daniel Oblas Argon entrapment in metal films by dc triode sputtering//J. Appl. Phys. 46. 1975. P.1728−1732.
- Vipin Chawla, R. Jayaganthan, A.K. Chawla, Ramesh Chandra Morphological study of magnetron sputtered Ti thin films on silicon substrate // Materials Chemistry and Physics, 111. 2008. P.414−418
- SPIE Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication Volume 1: Microlithography.
- S. Zaitsev, M. Knyazev, S. Dubonos, A. Bazhenov. Fabrication of 3D photonic structure. // Microelectronic Engineering Vol. 73−74, p. 383−387 (2004).
- S.V.Dubonos, M.A.Knyazev, A.A.Svintsov, S.I.Zaitsev. Current density and exposure sequence effect in electron lithography. //Proc. SPIE Vol. 6260, p. 9−17 (2006).
- Рид С., Электронно-зондовый микроанализ, пер. с англ., // М., 1979.
- Черепин В. Т., Васильев М. А. Методы и приборы для анализа поверхности материалов. // К., 1982.
- Гимелъфарб Ф.А. Рентгеноспектральный микроанализ слоистых материалов. // М., 1986.
- Миронов B.JI. Основы сканирующей зондовой микроскопии. // М., Издательство «Техносфера», 2004.
- Kirt R. Williams, Kishan Gupta, Matthew Wasilik. Etch Rates for Micromachining Processing—Part II. // J. of microelectromechanical systems, vol. 12, no. 6, 2003.
- Bryce R. M., Freeman M. R., Aktary M. Poly (ether sulfone) as a negative resist for electron beam lithography. I I Appl. Phys. Lett., 2007, Vol 90.
- T.Hoss, C. Strunk, C. Schonenberger Nonorganic evaporation mask for superconducting nanodevices // Microelectronic Engineering. May, 1999. V. 46, Iss. 1−4, P. 149−152
- Dubos P., Charlat P., Crozes Th., Paniez P. and Pannetier B. A thermostable trilayer resist for niobium lift-off. // J. Vac. Sci. Technol., 2000, В 18, 122.
- Gokan H., Esho S., Ohnishi Y. Dry Etch Resistance of Organic Materials // J. Electrochem. Soc., Solid-State Sci. Technology, 1983. V. 130. P. 143.
- Lee J.-H., Ahn K.-D., Cho I. Novel multi-alicyclic polymers for enhancing plasma etch resistance in 193 nm lithography // Polymer. 2001. V. 42. № 4. P. 1757.
- K.A. Большаков Химия и технология редких и рассеянных элементов, часть II // Высшая школа. -М.: 1976. — С.217.
- James W. Conway E-beam Lithography Resist Processing // http://snf.stanford.edu/Process/Lithography/ebeamres.htmI
- Выставкин A.H., Шуваев Д. В., Кузьмин Л. С. и др. // ЖЭТФ. 1999. Т. 88. № 3. С. 598.