Моделирование химического состава азот-аргон-алюминиевой плазмы

обзор по нитриду алюминия.
Составление балансных уравнений химической кинетики.
Расчет химического состава на основе модели процессов, протекающих в плазме смеси аргон (Ar), азот (N), алюминий (Al)

на поверхностно-акустических волнах (ПАВ);
микро- и нано-электромеханические системы (MEMS, NEMS);
объемные акустические волны (ОАВ) для резонаторов и фильтров c высокочастотными элементами связи.

алюминий (Al) в плазме газового разряда взяты следующие частицы N, N+, N2, N2*, N2+, Ar*, Ar+, Ar, e- и Al+.

(1) плотности частиц усреднены по объему.
(2) для упрощения рассматривается одно эквивалентное возбужденное состояние N2 в плазме. Генерация N2* определяется из общего сечения электронного возбуждения для N2.
(3) из-за низкой вероятности реакции при интересующих давлениях столкновения трех тел не включены в модель (10–40 мТорр).
(4) предполагается, что нейтральная и ионная температуры равны температуре газа N2.
(5) электронная диссоциация иона азота N2+ не учтена, поскольку молекулярная плотность ионов относительно мала по сравнению с плотностью N2.
(6) распыленные атомы Al полностью термализуются при столкновении с газовой смесью Ar/N2.
(7) из-за отсутствия данных о сечении ионизации возбужденного состояния Al (Al* + e- → Al+ + 2e-) предполагается, что Al+ генерируется только одноступенчатым энергетическим процессом электронного удара Al+e- → Al++ 2e- и пеннинговской ионизацией Al+Ar* → Al++Ar+e-.
(8) нитрид алюминия образуется на подложке.
Поэтому реакциями Algas+Ngas →AlNgas в газовой фазе можно пренебречь [22].

Основные положения модели:

[N2]/[Ar]=1/10. 1- 1500Вт, 2-1250Вт, 3-1000Вт, 4-750Вт.

мощности разряда 1 кВт.

J. Pulskamp, M. Dubey, S. Hullavarad, R. D. Vispute. Pulsed Laser Deposition of Thin Films: Applications-Led growth of functional materials. //Integrated Ferroelectrics (2003), p 54, p 565.
[2] W. J. Liu, S. J. Wu, C. M. Chen, Y. C. Lai, C. H. Chuang, J. Cryst. Control of in-plane and out-of-plane texture in shear mode piezoelectric ZnO films by ion-beam irradiation. // Growth, p 276, p 525, (2005).
[3] R. C. Turner, P. A. Fuierer, R. E. Newnham, T. R. Shrout, T. R. Appl. Ceramic Materials and Multilayer Electronic Devices. //Acoust. 41299 (1994).
[4] M. Akiyama, T. Kamohara, K. Nishikubo, N. Ueno, H. Nagai, T. Okutani. AlN texturing and piezoelectricity on flexible substrates for sensor applications. //Appl. Phys. Lett. (2005), p 86, p 022, p 106.
[5] D. Yin, Y. Li, Y. Shao, X. Zhao, S. Yang, L. Fan, J. Fluorine Chem. Advanced Polyimide Materials: Synthesis, Characterization, and Applications. (2005), p 126, p 819.
[6] M. Akiyama, C. N. Xu, K. Nonaka, K. Shobu, T. Watanabe. Characteristics of AIN thin films deposited by electron cyclotron resonance dual-ion-beam sputtering and their application to GHz-band surface acoustic wave devices. //Thin Solid Films (1998), p 315, p 62.
[7] Сартаков А. В., Худайбергенов Г. Ж. Моделирование кинетики электронного газа азот – алюминиевой плазмы тлеющего разряда. //Вестник ОмГУ №4,Т.54, 2009, с.80-81.
[8] Белянин А. Ф., Выращивание плазменными методами пленок алмаза и родственных материалов (алмазоподобных, нитрида алюминия, оксида цинка) и применение многослойных структур на основе этих пленок в микро- и акустоэлектронике.) //Диссертация (2002).
[9] M. Morita, S. Isogai, N. Shimizu, K. Tsubochi, and N. Mikoshiba, Considerations in Further Development of Aluminum Nitride as a Material for Device Applications. //Jpn. App. Phys. 20, (1981), p 173.
[10] S. Mirsch and H. Reimer, Impact of the silicon substrate resistivity and growth condition on the deep levels in Ni-Au/AlN/Si MIS Capacitors. //Phys. Status Solidi 11, (1972), p 631.

Solid Films (1981), p 75, p 167.
[12] T. Shiosaki, T. Yamamoto, T. Oda, and A. Kawabata, Composite substrate material for surface acoustic-wave oscillator //App. Phys. Lett. (1980), p 36, p 643.
[13] E. V. Gerova, N. A. Inanov, and K. I. Kirov K. J. Deposition of AIN thin films by magnetron reactive sputtering. //Thin Solid Films p 81, p 201 (1981).
[14] Пащенко П. В., Магнетронные методы выращивания пленок AIN для устройств электронной техники. Диссертация 1998г.
[15] Лесунова, Р.П. О влиянии кислорода и влаги на электрохимические свойства нитрида алюминия / Р.П. Лесунова, С.Ф. Пальгуев, Е.И. Бурмаки // Неорганические материалы. – 1998. – Т. 1, № 34. – С. 47–51.
[16] Самсонов, Г.В. Технология получения нитрида алюминия и возможности его промышленного использования / Г.В. Самсонов, Т.В. Дубовик // Цветные металлы. – 1962. – № 3. – С. 56–61.
[17] Самсонов, Г.В. Получение и методы анализа нитридов / Г.В. Самсонов, О.П. Кулик, В.С. Полищук. – К.: Наукова думка, 1978г. с 132.
[18] Самсонов, Г.В. Азотирование порошка алюминия под давлением / Г.В. Самсонов, Ю.Д. Репкин Ю.Д. // Порошковая металлургия. – 1965. – № 2. – С. 1–3.
[19] Lan Y.C. et al. Low-temperature synthesis and photoluminescence of AlN // Journal of Crystal Growth. (1999). № 207. С. 247–250.
[20] Самсонов, Г.В. Получение и методы анализа нитридов / Г.В. Самсонов, О.П. Кулик, В.С. Полищук. – К.: Наукова думка, 1978г. с 132.