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La vía libre de estrés de las películas metálicas sin estrés allana el camino para la próxima generación de circuitos.

(Arriba a la izquierda) Ilustración del proceso HiPIMS (Arriba a la derecha) Distribución de energía de los iones de tungsteno que llegan al sustrato a lo largo del tiempo. En tiempos breves, está presente una gran proporción de iones de alta energía. (Abajo) Películas de tungsteno sin estrés generadas mediante la técnica de polarización de pulso selectiva. (a) Imagen de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de la vista en planta de la película; (b) una imagen de mayor resolución; (c) Reconstrucción de la región seleccionada en (b) basada en transformadas de Fourier inversas, con dos regiones ampliadas. Crédito: Universidad Metropolitana de Tokio

Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han utilizado la dispersión de magnetrones pulsados ​​de alta energía (HiPIMS) para crear películas delgadas de tungsteno con niveles de tensión de película sin precedentes. Al optimizar la sincronización del pulso de polarización del sustrato con precisión de microsegundos, las impurezas y los defectos se minimizaron para formar películas cristalinas con presiones tan bajas como 0.03 GPa, similares a las logradas mediante el recocido. Su trabajo promete caminos efectivos para crear películas metálicas para la industria electrónica.


La electrónica moderna se basa en una nanodeposición compleja de películas delgadas de metal en las superficies. Es más fácil decirlo que hacerlo; A menos que se haga correctamente, las tensiones de la película que surgen de la estructura interna microscópica de la película pueden provocar deformaciones y flexiones con el tiempo. La eliminación de estas tensiones generalmente requiere calentamiento o recocido. Desafortunadamente, muchos de los mejores metales para el trabajo, por ejemplo, el tungsteno, tienen puntos de fusión altos, lo que significa que la película debe calentarse a más de 1000 ° C. Esta energía no solo es de uso intensivo, sino que también es muy limitante. Sustancia se puede utilizar material. Ha comenzado la carrera para hacer películas a partir de metales de alto punto de fusión sin estas presiones en primer lugar.

Un equipo dirigido por el profesor asociado Tetsuhid Shimizu de la Universidad Metropolitana de Tokio está trabajando utilizando una técnica conocida como dispersión de magnetrón pulsado de alta energía (HiPIMS), una técnica de pulverización. La aplicación de pulverización incluye un تطبيق Alto voltaje A través de un objetivo metálico y un sustrato para formar un plasma cargado. átomos de gas Que bombardea el objetivo de metal y forma una carga. metal vapor; estas iones de metal Vuelan hacia el sustrato donde forman una película. En el caso de HiPIMS, el voltaje pulsa en ráfagas cortas y fuertes. Después de cada pulso, se sabe que existe cierta separación entre la llegada de iones de metal y gas al sustrato; El pulso de polarización del sustrato sincrónico puede ayudar a acelerar selectivamente los iones metálicos, lo que da como resultado películas más densas. Sin embargo, a pesar de muchos esfuerzos, persistió el problema del estrés residual.

La vía libre de estrés de las películas metálicas sin estrés allana el camino para la próxima generación de circuitos.

Mediciones de tensión de película y propiedades de red de películas creadas sin polarización (flotante), con polarización continua de 50 V, con polarizaciones de sustrato pulsado síncrono (50 V, 100 V, 200 V) utilizando argón como gas de pulverización y con sustrato pulsado síncrono de 50 V sesgo utilizando Krypton como gas de aspersión. FWHM (ancho completo a la mitad del máximo) es una medida de qué tan bien están dispuestos los átomos en las membranas (cuanto más bajo es el FWHM, más dispuestos); El parámetro de celosía es el tamaño de las celdas repetidas de la película de cristal, con un límite establecido por el cristal virtual “completamente relajado” o sin restricciones. Crédito: Universidad Metropolitana de Tokio

Ahora, usando gas argón Con el objetivo de tungsteno, el equipo observó cómo iones de diferentes energías alcanzaron el sustrato a lo largo del tiempo con un detalle sin precedentes. En lugar de utilizar un pulso polarizado simultáneamente con un pulso HiPIMS, utilizaron su conocimiento del tiempo de llegada de diferentes iones e introdujeron un pequeño retraso, 60 microsegundos, para seleccionar con precisión la llegada de iones metálicos de alta energía. Descubrieron que esto reduce la cantidad de gas que termina en la película y entrega de manera eficiente altos niveles de energía cinética. El resultado fue una capa de cristales densa con granos grandes y baja presión de película. Al hacer que el sesgo sea más fuerte, las películas se están volviendo cada vez más libres de estrés. La conducción de energía eficiente de la película significa que lograron, de hecho, un efecto similar al recocido al depositar la película. Al intercambiar aún más argón por criptón, el equipo logró películas con presiones tan bajas como 0.03 GPa, que es comparable a lo que se puede hacer usando el pos recocido.

La vía libre de estrés de las películas metálicas sin estrés allana el camino para la próxima generación de circuitos.

(a) – (d) Muestre secciones transversales de películas hechas con diferentes gases volátiles y voltajes de polarización de pulsos, representados usando microscopía electrónica. Observe cómo las columnas (o “granos”) se vuelven más gruesas que (a) – (c); Las columnas de grosor similar se muestran en (d). Crédito: Universidad Metropolitana de Tokio

manera efectiva de Estrés-Libre Películas Tendrá un gran impacto en los procesos metalúrgicos y la fabricación de la próxima generación de circuitos. La tecnología se puede aplicar a otros metales y promete ganancias significativas para Industria electrónica.


Los electrones de plasma se pueden utilizar para producir películas metálicas.


más información:
Tetsuhide Shimizu et al, Crecimiento a baja temperatura de películas α-W monofásicas sin estrés utilizando HiPIMS con polarización de sustrato pulsada simultánea, Revista de física aplicada (2021). DOI: 10.1063 / 5.0042608

Presentado por la Universidad Metropolitana de Tokio

La frase: La vía libre de estrés de las películas metálicas sin estrés allana el camino para los circuitos de próxima generación (2021, 5 de julio). Recuperado el 5 de julio de 2021 de https://phys.org/news/2021-07-stress-free -path-metallic- paves-next-gen.html

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