МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА

Кафедра фізичної і біомедичної електроніки

Допустити до захисту:

Зав. кафедри

________ проф. Стасюк З.В.

Призначити рецензентом

_________доц. Ненчука Т.М.

Декан факультету

_______ проф. Половинко І.І.

_____ ____________ 2009р.

МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕМІСІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПЛІВОК

МІДІ НАНОМЕТРОВОЇ ТОВЩИНИ

Студента групи ФеМм-51

__________Гуменюка М.Б.

Науковий керівник

__________доц. Пенюх Б.Р.

Львів – 2009

АНОТАЦІЯ

За допомогою методу мікро зважування та динамічного конденсатора вивчено вплив температури на процеси окислення мідних плівок товщиною від 20 до 100 нм. Результати пояснено на основі відомих теорій та моделей.

RESUME

The influence of temperature on the processes of oxidization of Cu films in the thickness range 20 to 100 nm is studied by the dynamic condenser and mikro weighing method. Results are explained on the basis of the known theories and models.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 1

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 1

ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА 1

Кафедра фізичної і біомедичної електроніки 1

МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА 1

Студента групи ФеМм-51 1

__________Гуменюка М.Б. 1

Науковий керівник 1

__________доц. Пенюх Б.Р. 1

Вступ. 5

Оглядова частина. 8

1. Емісійні властивості поверхні. 8

1.1 Робота виходу. 8

1.2 Контактна різниця потенціалів. 16

1.3 Методи вимірювання роботи виходу. 17

1.3.1 Вимірювання роботи виходу, базовані на визначенні крп. 18

1.3.2 Інші методи вимірювання роботи виходу. 21

2. Адсорбція. 26

2.1 Адсорбція. Види адсорбції. 26

2.2 Порівняння фізичної адсорбції і хемосорбції. 27

2.3 Активована адсорбція. 29

2.4 Взаємодія між частинками, адсорбованими на поверхні металлу. 30

2.5 Хімічна адсорбція як хімічний зв’язок. 30

2.6 Хімічна адсорбція як двохелектронний зв’язок. 33

34

2.7 Адсорбційні центри. 35

2.8 Властивості адсорбційних центрів. 36

Уявлення про центри адсорбції, як про вільні електрони кристала, змушує приписати цим центрам ряд специфічних властивостей. Перелічимо деякі із цих властивостей: 36

1 Вільні адсорбційні центри не локалізовані на поверхні кристала, а мігрують по поверхні. 36

2.9 Характеристики адсорбції. 38

2.9.1 Час адсорбції. 38

2.9.2 Кінетика адсорбції. 39

3. Огляд експериментальних робіт. 42

3.1 Фізичні властивості тонких мідних плівок. 42

3.2 Взаємодія поверхонь інших металів з киснем. 54

Експериментальна частина. 59

4.Основні завдання. 59

4.1 Препарування зразків. Вакуумні умови. 59

4.2. Визначення товщини плівок та маси осадженого кисню. 61

4.6.Зміна маси міді за рахунок зростання окисного шару. 71

Висновки. 73

Список використаних джерел 74

1. Вступ 76

1.2 Аналіз стану виробничих умов. 76

1.3 Організаційно - технічні заходи 77

Додаток 1.Безпека життєдіяльності та охорона праці 74

Вступ.

Успіхи сучасної мікро- і наноелектроніки, а також функціональної електроніки базуються на фундаментальних дослідженнях фізики поверхні твердого тіла. Різноманітні електронні, атомні і молекулярні процеси, що відбуваються на поверхні твердих тіл, надзвичайно цікавлять спеціалістів в області конструкційних матеріалів, технологів, оптиків, магнітологів, радіофізиків, що мають справу з плівками і шаровими структурами, що мають розвинуті межі поділу фаз.

Вивчення електроннї структури плоскої поверхні і поверхні малих частинок є невід’ємною складовою у підготовці спеціалістів електронної техніки.

Особливо цікавою є проблема взаємодії газів із поверхнею металів. Вище отримано відомості про досить складні хімічні перетворення (дисоціація адсорбованих молекул, утворення різних хімічних сполук і т.д.), що відбуваються на поверхні твердого тіла при адсорбції кисню. Цього вдалося досягнути завдяки успіхам в області техніки надвисокого вакууму, радіоелектроніки, мас-спектроскопії, вакуумної металургії, застосування методик адсорбційних процесів (дифракції повільних і швидких електронів, оже-спектроскопії та інших).

Останнім часом велика увага приділяється вивченню фізичних властивостей систем на основі міді та її оксидів. З одного боку це пов’язано з тим, що купрати є компонентами високотемпературних надпровідників, а з іншого боку – мідь є модельним матеріалом при описанні механізму та кінетики оксидування металів, інтерес якого обумовлений широким використанням оксидів у різних галузях сучасних напрямів електроніки. Оксиди міді існують в двох стабільних формах – Cu₂O (кубічна сингонія) та CuO (кубічна та моноклінна сингонії). Поряд із вказаними оксидами на межі поділу CuO-Cu₂O може існувати і метастабільний оксид Cu₃O₂ , а на межі поділу Cu-CuO – метастабільні оксиди Cu₄O₃ і Cu₈O^{. Оксид Cu}₄^O₃^, та поліморфна модифікація монооксиду CuO зі структурою типу NaCl можуть обумовлювати реалізацію високотемпературної надпровідності в купратних надпровідниках.

Ще одною причиною для детальнішого вивчення міді є і той факт, що з розвитком напівпровідникової технології й зменшенням розмірів елементів все більша увага доводиться приділяти проблемі затримки сигналу в сполучних лініях. Питомий опір і паразитна ємність проміжних з’днань починають відігравати важливу роль при визначенні щільності впакування елементів схеми, її надійності й виробничих витрат. У порівнянні з алюмінієм питомий опір міді нижчий, а це призводить до збільшення швидкодії, що дуже важливо для сучасних інтегральних схем з елементами субмікронних розмірів. Оскільки при тій же величині опору, що в алюмінієвої металізації, ширина й товщина мідних ліній може бути меншою, зменшується й паразитна ємність бічних стінок.

Друга перевага міді — висока стійкість до електроміграції, однієї із самих серйозних проблем алюмінієвої металізації. Як показали випробування фірми IBM, стійкість мідних з’єднань до електроміграції й міграції носіїв під впливом механічних напруг на два порядки вище, ніж алюмінієвих. По-третє, застосування міді дозволить повністю або частково відмовитися від багатьох операцій, що викликають зниження виходу придатних виробів, зокрема від хіміко-механічного полірування (ХМП) вольфраму. Зменшення довжини струмопровідних доріжок забезпечує збільшення щільності пакування ІС і, отже, зменшення числа рівнів металізації (у деяких випадках у два рази в порівнянні зі схемами з алюмінієвою або вольфрамовою металізацією).

Дуже важливим є вивчення тонких плівок, товщини яких звичайно мають нанометрові розміри, тому що вони можуть істотно відрізнятися властивостями від масивних зразків. Це відкриває широкі можливості для створення на поверхні виробів покриттів (плівок), що є принципово новими як за структурою, так і за фізичними властивостями матеріалами. Дослідження у цьому напрямку, що відносяться до області "інженерії поверхні", інтенсивно розвиваються. На базі використання плівок виникли такі напрямки техніки як тонкоплівкова електроніка, спеціальні розділи оптики. В принципі, через тонкі плівки можлива практична реалізація нанокристалічного стану матеріалів з метою досягнення механічної стійкості, корозійної стійкості й інших якостей. Роботи з одержання й вивчення плівок, в тому числі і мідних, проводяться протягом багатьох років. Однак, емісійні властивості поверхні міді, особливо дуже тонких її шарів, залишаються слабко вивченими. Тому вивчення природи і закономірностей процесів, що протікають при взаємодії кисню із поверхнею мідної плівки є актуальною проблемою.