Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

4. Напыление диэлектрической прослойки из SiO2

Напыление диэлектрической прослойки из SiO₂ проводилось путем распыления кварцевой мишени размером 10 70 270 мм источником ионно-лучевого распыления.

Для нейтрализации положительного потенциала, возникающего на диэлектрической поверхности, использовался компенсатор. Для увеличения удельного электрического сопротивления диэлектрической прослойки, уменьшения внутренних напряжений в слое, в процессе напыления в вакуумную камеру дополнительно подавался кислород при давлении 1 10^-4 Торр. При давлении аргона 8.5 10^-4 Торр, напряжении на аноде 3.4 кВ, токе плазмы 120 мА скорость роста пленки на вращающейся подложке составляла ~0.1 мкм/час.

1.5. Напыление многослойной структуры

Напыление многослойной композиции из аморфного ферромагнитного сплава Fe-Co-B + SiO₂ с диэлектрической прослойкой из SiO₂ осуществлялось в течение нескольких суток, необходимых для получения соответствующего числа слоев. Перед напылением, в вакуумной камере размещались необходимые распыляемые мишени и 4 подложки из стекла. (На 2 оставшихся свободными местах подложкодержателя располагались экраны, предназначенные для очистки мишеней перед их напылением на подложки) . После проверки электрической схемы всех источников распыления, осуществлялась откачка воздуха из вакуумной камеры в течение двух часов до давления ~ 1 10^-5 Торр. Процесс напыления на вращающиеся подложки начинался после очистки поверхностей распыляемых мишеней на защитные экраны и ионной очистки поверхности подложек.

После очистки подложки источником ионного травления осуществлялось напыление аморфного ферромагнитного слоя сплава Fe-Co-B + SiO в течение 1 часа (при толщине слоя ~ 0.2 мкм) или 3 часов (при толщине слоя ~ 0.6 мкм) на вращающиеся подложки. После напыления ферромагнитного слоя включали источник питания ионно-лучевого распыления диэлектрической прослойки и в течение ~ 1 мин осуществляли одновременное распыление ферромагнетика и двуокиси кремния, после чего выключали источник питания ионов распыления ферромагнетика, продолжая распылять один SiO₂. Напыление диэлектрической прослойки длилось в течение 30 минут. Переход от напыления диэлектрика к ферромагнетику также осуществлялся плавно, что обеспечивало уменьшение внутренних напряжений в переходном зазоре между слоями.

По окончании рабочего дня вакуумная система выключалась без открытия вакуумной камеры, а на следующий день напыление продолжалось после создания соответствующего разряжения и ионной очистки поверхности подложки в течение 15 минут. Чистку вакуумной камеры и источников распыления осуществляли после напыления каждых 3 слоев многослойной композиции.

Таким образом, метод ионно-лучевого распыления представляет перспективный способ получения аморфных ферромагнетиков, а разработанная напылительная установка позволяет создавать разнообразные композиционные материалы многослойных пленок с новым набором физических свойств.

Литература

1. Mitsuyama H., Eguchi H., Karamon H. The high-resistive soft magnetic amorphous films consisting of cobalt, iron, boron, silicon, and oxygen, utilized for video head devices // J. Appl. Phys., 1990. V.67. N 9. P. 5123-5125.

2. Добровицкий В.В. Гигантское магнетосопротивление, спин-переориентационные переходы и макроскопические квантовые явления в магнитных наноструктурах. / В.В. Добровицкий, А.К. Звездин, А.Ф. Попков // УФН, 1996, № 4, т. 166. С. 439-447.

3. Котов Е.П. Носители магнитной записи: Справочник. / Е.П. Котов, М.И. Руденко. М.: Радио и связь, 1990. 384 с.

Получено 22.10.2001 Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.317.681.3

А.Н. Калюжный, И.А. Мирошник

,

где: R_F и R_D - коэффициенты распыления Fe-Co-B и SiO₂ соответственно;

S_F и S_D - площадь распыляемой мишени, занимаемая Fe-Co-B и SiO соответственно;

S - площадь всей мишени (270 70 мм²);

n - число кварцевых пластинок составной мишени;

S - площадь одной кварцевой пластины (9 70 мм²);

L - длина составной мишени (270 мм);

b - ширина кварцевой пластины.

Учитывая, что скорость распыления ферромагнитного сплава примерно в 1.5 раза выше скорости распыления двуокиси кремния, получим что соотношение объёмных долей ферромагнетика и диэлектрика v_F /v_D в напыляемых слоях составляли 3.5; 2 и 1 при числе кварцевых пластин 9, 13 и 18 соответственно.

С учетом вышесказанного, объемная доля ферромагнетика Fe-Co-B при распылении составной мишени Fe-Co-B + SiO₂ составляла:

• 100 % - в случае отсутствия кварцевых пластин;

• ~ 78 % - при 9 кварцевых пластинах;

• ~ 67 % - при 13 кварцевых пластинах;

• ~ 60 % - при 15 кварцевых пластинах;

• ~ 50 % - при 18 кварцевых пластинах на составной мишени.

Электронографические исследования напыленных композиций показали, что все полученные пленки имеют аморфную структуру. На рис. 4 представлена электронограмма одного из составов сплава Fe-Co-B + SiO₂ с объемной долей двуокиси кремния 40 %, которая свидетельствует об отсутствии дальнего порядка в напыленной композиции.

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ АЛГОРИТМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Рассматриваются устройства для измерения - параметров транзисторов различных структур в диапазоне частот до сотен МГц. Устройства ориентированы на работу в автоматизированных информационно-измерительных системах

В качестве базового для первого из рассматриваемых устройств выбрано устройство по А.с. 1084709 СССР, МКИ G 01 R 31/26 [1]. Развитие устройства произведено с учётом способа измерения по А.с. 1317370 СССР, МКИ G 01 R 27/32 [2]. Структурная схема первого устройства приведена на рис.1.

Устройство содержит: генератор синусоидального напряжения (ГСН), выход которого соединён с опорным выходом векторного вольтметра (ВВ) и первыми выходами и , вторые выходы которых соединены с общей шиной; программатор (П), выводы которого соединены с управляющими входами переключателей , и ; входы переключателя соединены с базовым и коллекторным контактами держателя транзистора (ДТ), а его выход - с измерительным входом ВВ.

Выход переключателя через цепочку , соединен с базовым входом ДТ, а выход переключателя через цепочку , соединён с коллекторным входом ДТ. Выход усилителя (У) через резистор соединён с базовым входом ДТ для электропитания базы транзистора по постоянному току, а выход источника тока (ИТ) через резистор соединён с коллекторным входом по постоянному току. Делитель на резисторах , предназначен для деления напряжения . Его выход соединён с входом У. Источник опорного напряжения (ИН) через резистор соединён с входом У. Конденсаторы и служат для разделения цепей постоянного и переменного тока, а конденсаторы , , и для развязки указанных цепей. Блок питания (БП) предназначен для электропитания по постоянному току блоков П и У.

Применение устройства (рис.1) позволяет стабилизировать рабочую точку (РТ) со стороны коллектора независимо от типа или структуры транзистора. Рассмотрим процесс стабилизации РТ на примере биполярного транзистора структуры.

Согласно данным работы [1] ток устанавливает источник ИТ, а напряжение рассчитывают по формуле

, (1)

где - напряжение на выходе источника ИН;

- коэффициент деления цепочки , .

На практике коэффициент выбирают в интервале 0,1-0,5. Таким образом, РТ транзистора определяют ток на выходе ИТ и напряжение на выходе ИН. При использовании программируемых ИТ и ИН процесс установления РТ можно автоматизировать управляя источниками от ПК.

Для измерения - параметров устройство (рис.1) в отличие от устройства [1] было приспособлено для измерения в режиме определённым способом [2]. Для этого предварительно измерительную схему калибруют в режиме холостого хода с помощью образцовых мер и и измеряют матрицу полюсных напряжений холостого хода, а в рабочем (при подключенном транзисторе) режиме измеряют матрицу , элементами которой служат полюсные напряжения при прямом и обратном включении транзистора.

Рис.1. Структурная схема первого измерительного устройства

Управление режимом измерения производится программатором П с помощью ключей - . Соответствующие напряжения регистрируют с помощью ВВ, подключённого к выходу ключа .

Для калибровки устройства в режиме холостого хода первую образцовую меру подключают между 1 и 3 контактами ДТ и при нормальном положении - измеряют напряжение на базовом контакте ДТ. Далее переключатели - приводят в рабочее состояние. Вторую образцовую меру подключают к контактам 2 и 3 ДТ и измеряют напряжение на коллекторном контакте ДТ. Напряжения и составляют вектор калибровочных напряжений .

Для определения матрицы сначала рассчитывают матрицы передачи - холостого хода и нагруженного режима по формулам

, (2)

, (3)

где =1,2; =1,2;

- входное сопротивление ВВ;

- коэффициент, определяемый по формуле

. (4)

Матрицу рассчитывают по матричной формуле [2]

. (5)

Рис.2. Структурная схема второго измерительного устройства

При определении - матрицы транзистора по формулам (2)–(3) принципиально исключаются систематические погрешности, вносимые паразитными индуктивностями и ёмкостями измерительных цепей, а также входной цепи ВВ. Также исключаются мультипликативные погрешности, возникающие при измерении модулей комплексных напряжений и аддитивные при измерении разностей их фаз, так как в расчётных формулах используются отношения этих напряжений. Однако возникают определённые сложности при аттестации сопротивления , что вызывает дополнительные погрешности. Эти погрешности можно исключить при применении второго измерительного устройства, структурная схема которого показана на рис.2.

Устройство, показанное на рис. 2, получаем из устройства (рис.1) путём исключения переключателя и введения второго ВВ. В этом случае первый ВВ1 и второй ВВ2 векторные вольтметры постоянно подключены к базовой и коллекторной цепям. Поэтому сопротивление каждого из них постоянно входит в состав измерительных цепей и в его аттестации нет необходимости.

Режимы работы первого и второго устройств по постоянному и переменному току полностью идентичны, но во втором устройстве отсутствуют коммутации ВВ. Расчёт - матрицы транзистора производят по формулам, полученным из формул (2) – (5) при .

Тогда коэффициенты матриц и производят по формулам

, (6)

, (7)