4.18 Сурет. Кремний қышқылы негізіндегі пленкалы конденсатордың диэлектр өткізгіштігінің тәуелділігі:
а – әртүрлі жиіліктегі температурадан; б – тұндыру жылдамдығынан (1, 2, 3 – жылулық өңдеуге дейін; 4, 5 – 30 мин бойы 400°С-та өңдеуден кейін)
Бұл мәліметтер конденсаторлардың тұрақтылығын және термоөңдеу жұмысшы температураларды 160-170°С-қа дейін көтеретінін көрсетеді.
Зерттеулер көрсеткендей, пленкалы конденсаторлардың қоршауының материалы үшін алюминий жақсы. Бұл металл басқалармен салыстырғанда (мысалы, алтынмен, хроммен, никельмен салыстырғанда) аз қысқа тұйықталулар санын береді. Бұл алюминийдің булануының төмен температурасымен және оның атомдарының қышқылдану үрдісіне байланысты подложканың бетіне қарай аз жылжитындығымен түсіндіріледі.
Жиі қолданылатын диэлектриктері бар пленкалы конденсаторлардың материалдарының сипаттамасы 4.3-кестеде көрсетілген.
Диэлектрлі пленкаларды вакуумда термиялық булану, катодты тозаңдану, подложкаға тұндырылған металды пленкаларды анодтау, химиялық тұндыру – газдық фазадағы реакциямен және подложкадағы адсорбированный мономерлердің полимеризациясы арқылы алуға болады. Вакуумдағы термиялық булану – пленкалы конденсаторларды, резистивті және коммутационды элементтерді дайындаудың ең қарапайым және өндірістік әдісі. Бқл әдістің негізгі артықшылығы – әртүрлі элементтерді алудың технологиялық операцияларының бірегейлендірілуі, микросхемаларды бірдей технологиялық циклде құру мүмкіндігі.
Әзірге кремний моноқышқылы пленкалы конденсаторлар үшін жақсы диэлектрик болып тұр. Дегенмен, бұл материал да тұндыру кезінде эффектитвті қатал бақылауды қажет етеді. Пленкалардың бірдей сипаттамасын жүргізу тозаңдануға арналған бастапқы материалдың фазалық құрамына және тозаңдану кезінде технологиялық факторлардың өзгеруіне тәуелді (4.19 сур.). Кремний моноқышқылын тұндыру кезінде бақылаудың эффективті әдістерін қолдана отырып, SiO2 негізіндегі меншікті сыйымдылығы 10000 пФ/см2 және жақсы электро-физикалық қасиеттері бар конденсаторларды алуға болады.
4.19 Сурет. Қалдық газдардың әртүрлі қысымымен тозаңданған кремний моноқышқылы негізіндегі конденсаторлардың вас-ы:
1 – 1×10-4 Па; 2 - 1×10-5 Па; 3 - 1×10-4 Па; 4 - 1×10-7 Па.
Металл пленкаларды, шалаөткізгіштерді және олардың композицияларын тұндыру арқылы катодты тозаңдану кең қолданыс тапқан. Дегенмен, диэлектрлі материалдарды бұндай жолмен тозаңдандыру тәжірибе жүзінде мүмкін емес, себебі, катодтың бетінде бейтараптана алмайтын оң зарядтар құрылады. Қышқылды диэлектрикті пленкаларды алу үшін металдардың тозаңдануы оттегі атмосферасында жүреді, металдың молекулалары булану кезінде оттегі атомдарымен химиялық әсерлесіп қышқылдарды түзеді. Бұл кезде қышқылдың композициясы мен құрамы катодтың қоспасымен бірігеді. Осындай жолмен диэлектрик ретінде қолдануға болатын Ta2O5, Nb2O5, TiO2, SiO2 қышқылдарын алуға болады. Катодты тозаңданудың негізгі кемшілігі – тұндырудың төмен жылдамдығы (4нм/мин) – жоғары жиілікті тозаңдануды қолданғанда жойылады. Бұл жағдайда катод есебінде диэлектрикті материалды қолдануға болады. Кернеудің теріс периоды кезінде катодтың бетінде пайда болатын оң заряд оң период кезінде электрондармен жойылады. Бұл әдіспен шынының кейбір типтерінен диэлектрикті пленкаларды алуға болады. Осындай пленкалары бар конденсаторлар жақсы сипаттамаға ие.
Анодтау әдісі арқылы кейбір металдардың (тантал, титан, ниобий, цирконий, алюминий т.б.)қышқылды пленкаларын алады. Тәжірибеде танталдың пленкаларын анодтау арқылы алған пленкалы конденсаторлар қолданылады. Оларды катодты тозаңдану немесе электронды сәуле көмегімен тұндырады. Микросхеманың суретін алу үшін фотолитография әдісін қолданады.
Анодталған тантал негізіндегі конденсатордың меншікті сыйымдылығы
С0 = 0.1÷0.2 мкФ/см2, tg δ = 0.01 (1кГц), Enp = (1÷1.5)×106 В/см,
TKC = (2÷3)×10-4 1/°C. Дегенмен, бұл элементтердің жиілікті шегі танталды пленкалардың үлкен меншікті беттік кедергісінің салдарынан 0,1 – 1,0 МГц диапазонда шектеледі. Танталды конденсаторлар жоғары ылғалдылықтар жағдайына төзе алмайтындықтан шектеулі қолданылады. Анодталған титан негізіндегі конденсаторлар диэлектрикті өтімділіктің және меншікті сыйымдылықтың үлкен мәніне ие.
Соңғы уақытта анодталған алюминий негізіндегі конденсаторларды қолданады. Аз ғана диэлектрикті өтімділігіне қарамастан (8-9), жоғары жүруді және бастапқы металды пленкаларды алу қарапайым және қышқылды Al2O3 пленканың тұрақтылығына ие. Алюминийді өідеу (травление) қиындық туғызбайды; платадағы суретті қарапайым масочный әдіспен алуға болады. Жоғары электрөткізгіштік қоршау жоғары жиілікті элементтерді жасауға мүмкіндік береді.
Диэлектрикті пленкаларды химиялық жолмен алу әзірге кең қолданыс таппады, бұл саладағы зерттеулер әлі жалғасуда. Әзірге ең жақсы әдіс диэлектрикті пленкаларды газдық фазадағы реакциямен тұндыру әдісі болып табылады. Мысалы, тетраэтоксиланның және этилсиликаттың 600°С-тан жоғары температурада ыдырауымен кремнийдің екі қышқылды пленкасын алуға болады. Газдық фазадағы тұндырудың кемшілігі пленканың қоспамен біріккен параметрлерінің аз болуы.
Диэлектрикті пленкалы конденсаторлар ретінде полимерлі пленкаларды (мысалы, полистирол, полипараксилен, фоторопласт-4 пленкасы) қолдануға болады. Полимерлі пленкалардың диэлектрикті өткізгіштігі үлкен болмаса да (2-4), олар иілгіш және жоғары жиіліктерге дейін жетеді. Микросхеманың берілген суретін алудың қиындығы конденсаторларда полимерлі пленкаларды пайдаланудың кемшілігі болып табылады.