8.7. Монооксид кремнияSiO
Это наиболее часто используемый в пленочных конденсаторах диэлектрик. В качестве материала обкладок конденсатора или соединительных электродов применяются медь и алюминий.
Слой Al для нижней обкладки толщиной от 0,5 до 1 мкм наносится на подложку обычными методами термовакуумного испарения. Далее монооксид кремния испаряется в вакуумной камере, откачанной до давления 5·10-8 Па и ниже. Скорость напыления поддерживается в диапазоне 0,007-0,009 мкм/с при температуре подложки ~300°С, толщина пленки контролируется во время осаждения с помощью фотометрических методов.
После нанесения моноокиси кремния напыляется верхняя обкладка из алюминия толщиной ~1 мкм. Для создания рисунка используется металлическая маска или фотолитография.
Конденсаторы на основе SiO имеют температурный коэффициент емкости около 10-4 С-1 в диапазоне температур от –60 до +150 °С, при этом тангенс угла потерь почти не чувствителен к температуре в этом диапазоне.
8.8. Пятиокись тантала Та2о5
Пятиокись тантала Та2О5 широко применяется в качестве диэлектрика в конденсаторе и определяет его высокую электрическую прочность и стабильность.
Такие пленки создаются либо катодным распылением, либо осаждением тантала электронно-лучевым испарением с последующим его окислением на подложке. Оба метода при правильной очистке и подогреве подложек позволяют получать однородные пленки высокой частоты. На рис.8.6 приведена схема метода.
Для того чтобы снизить поверхностное сопротивление нижнего электрода и тем самым уменьшить потери, на подложку перед осаждением танталовой пленки наносят слой Al. Тантал, осажденный поверх алюминия до толщины примерно 0,3 мкм, имеет хорошую адгезию к подложке, тогда как более толстые пленки могут отслаиваться во время анодирования. Заданный рисунок нижней обкладки получается с помощью фотолитографии. Травление Та ведется смесью, состоящей из одной части плавиковой и семи частей азотной кислот. Для маскирования применяют обычный фоторезист (типа ФП-330).
Толщина верхней обкладки составляет ~0,5-0,6 мкм. Для её изготовления используют сплавы на основе золота, алюминия и меди, поскольку адгезия пленок этих сплавов к пленкам Та2О5 достаточно велика – усилие отрыва составляет ~(11–12,8)·106 Па. При использовании алюминиевых обкладок нужно иметь в виду, что Al быстро диффундирует в Та2О5 при нагреве.
Основной недостаток таких конденсаторов – неудовлетворительные характеристики при частотах выше 10 кГц, что объясняется резким увеличением tgδ вследствие высокого удельного сопротивления танталовых пленок. Поэтому для улучшения частотных характеристик таких конденсаторов
Рис. 8.7. Технологическая схема метода изготовления
танталового конденсатора
необходимо наносить слой алюминия под нижним электродом, а верхний электрод делать из металла с меньшим удельным сопротивлением.
8.9. Оксид алюминия Al2o3 и диоксид кремнияSiО2
Эти материалы обладают рядом достоинств для применения в пленочных конденсаторах: малая концентрация пор; значения ε, Епр, и tgδ хороши для получения достаточной удельной емкости; возможность получения тонких слоев этих материалов методами электронно-лучевого испарения, реактивного и ионно-плазменного распыления и т.д.
В технологии получения пленочных конденсаторов особенно важно, что для Al2O3 и SiО2 может применяться метод пиролиза элементоорганических соединений. Данный метод дает наиболее качественные пленки практически по всем параметрам, однако требует сравнительно высоких температур (~500-800°С). Обычно исходными соединениями для метода элементоорганического пиролиза служат соединения типа Si(C2H2O)4 и Al(C2H2O)3, которые согласно реакциям:
,
(8.1)
(8.2)
разлагаются при 500°C, тем самым осаждая пленки интересующих нас оксидов на подложку. Побочные продукты реакции уносятся газовыми потоками.
Иногда применяют не механические смеси Al2O3 и SiО2, а химические соединения – алюмосиликаты. Самые высокостабильные пленки получаются для алюмосиликатов состава (40% Al2O3 + 60% SiО2).