Об этом сообщает «Politexpert» со ссылкой на SciTechDaily
Учёные из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий разработали уникальную методику нанесения пьезоэлектрических тонких плёнок, способную изменить подход к производству микросхем и других электронных компонентов. Благодаря точному управлению плазмой и ускорением ионов, новый процесс позволяет создавать высококачественные покрытия даже на изолирующих подложках, что ранее считалось невозможным при использовании известных технологий.
Технология, получившая название SFP-HiPIMS (Synchronized Floating Potential High Power Impulse Magnetron Sputtering), уже показала свою эффективность в экспериментах. Разработка отличается низкими температурами осаждения, что даёт возможность её применения в чувствительных производственных цепочках, где перегрев недопустим. Методика уже запатентована и опубликована в журнале Nature Communications.
Сложности традиционного осаждения и прорыв HiPIMS
Тонкие пьезоэлектрические плёнки, применяемые в фильтрах, сенсорах и миниатюрных актуаторах, требуют высокой точности структуры. Наиболее эффективным способом их получения считается метод магнетронного распыления, при котором материал с мишени переносится на подложку с помощью ионной бомбардировки. Однако при высокоэнергетической подаче часто возникает загрязнение плёнки ионами аргона, что недопустимо для компонентов, работающих при высоких напряжениях.
Исследователи из Empa решили адаптировать технологию HiPIMS, где мишень обрабатывается короткими импульсами с высокой мощностью. Такая импульсная подача позволяет контролировать распределение ионов и повышать плотность плёнки. Однако при этом требовалось решить ключевую проблему — избежать попадания нежелательных ионов аргона в состав покрытия, что ранее сдерживало использование метода в тонкоплёночной пьезоэлектронике.
Инновационный подход к синхронизации ионного потока
Ключевое решение заключалось в точном управлении моментом подачи напряжения на подложку. Учёные выявили, что ионы аргона достигают поверхности быстрее, чем целевые ионы материала. Подав напряжение с небольшим временным сдвигом, можно обеспечить ускорение только нужных частиц, оставляя аргон без энергии для внедрения в плёнку. Это позволяет избежать загрязнений, значительно повышая чистоту осаждённых структур.
Такая временная синхронизация требует высокой точности, однако даёт устойчивые результаты. Метод позволил достичь качества, не уступающего традиционным подходам, но при этом работать при гораздо более низких температурах, что критично для использования на чувствительных подложках.
Электроны под контролем: как новый метод меняет производство микросхем
Следующая задача заключалась в применении методики на изоляционных подложках, где невозможно напрямую подать напряжение. Команда учёных нашла способ использовать электронный поток, образующийся во время каждого импульса магнетрона. Эти электроны, ударяя о поверхность подложки, временно заряжают её, создавая условия для ускорения нужных ионов.
Благодаря правильно подобранным интервалам между импульсами, удаётся синхронизировать электронный заряд с прибытием нужных частиц, не позволяя аргоновым ионам внедряться в структуру. Такой подход позволил впервые добиться качества покрытия, аналогичного проводящим подложкам, что открывает путь к созданию новых поколений микросхем, квантовых устройств и фотонных компонентов без температурных ограничений и дефектов структуры.
Перспективы внедрения технологии в отрасль
Успешная демонстрация метода SFP-HiPIMS подтвердила его применимость для широкого спектра электронных и оптоэлектронных компонентов. Возможность работы при низких температурах делает его подходящим для современных техпроцессов, особенно в полупроводниковой промышленности, где чувствительность материалов к нагреву часто ограничивает выбор технологий.
Исследовательская группа уже планирует расширение применения метода в области ферроэлектрических плёнок, а также ведёт совместные проекты с международными лабораториями. Оптимизация процесса с помощью машинного обучения и ускоренных экспериментов может в будущем сделать технологию одним из стандартов в производстве чипов, квантовых устройств и датчиков нового поколения.
Напомним, ранее мы писали о том, что автоматизация юридических документов угрожает правовой ответственности.