RU2711072C1 - Method of electrochemical deposition of silicon-carbon films on dielectric substrates - Google Patents
Method of electrochemical deposition of silicon-carbon films on dielectric substrates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711072C1 RU2711072C1 RU2019112554A RU2019112554A RU2711072C1 RU 2711072 C1 RU2711072 C1 RU 2711072C1 RU 2019112554 A RU2019112554 A RU 2019112554A RU 2019112554 A RU2019112554 A RU 2019112554A RU 2711072 C1 RU2711072 C1 RU 2711072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- carbon
- films
- dielectric
- carbon films
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
- C25D7/12—Semiconductors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области технологий получения кремний - углеродных пленок, с помощью гальванических процессов, на диэлектрических материалах. Может быть использовано для производства устройств газовой сенсорики, автоэмиссионных электродов и электродов суперконденсаторов.The present invention relates to the field of technologies for producing silicon - carbon films, using galvanic processes, on dielectric materials. It can be used for the production of gas sensor devices, field emission electrodes and supercapacitor electrodes.
Пленочные кремний - углеродные структуры, содержащие фазы карбида, различные фазы углерода, являются весьма перспективными для применения их в самых различных микроэлектронных устройствах, что обуславливает высокую актуальность работ направленных на разработку способов получения кремний-углеродных пленок на различных материалах.Silicon film - carbon structures containing carbide phases, various carbon phases, are very promising for their use in a wide variety of microelectronic devices, which makes the work aimed at developing methods for producing silicon-carbon films on various materials highly relevant.
В настоящее время разработано множество способов получения кремний - углеродных пленок (пленок карбида кремния, SiC) на диэлектрической подложке. Известен способ получения кремний-углеродных пленок на диэлектрической подложке (кварц, сапфир), (патент РФ №2199608, опубл. 05.03.2001 г.). Данный способ заключается в осаждении углеродсодержащего покрытия из газовой фазы, в результате разложения газовой смеси на нагретую поверхность подложки. Температура подложек в процессе осаждения находится в диапазоне 900-1350°С. В состав газовой смеси, которая подается в реактор, входит тетрахлорид углерода (ССЦ), метилтрихлорсилан (МТХС) и водород (Н2). CCU и МТХС подвергают тонкой очистке с помощью ректификации с отбором средней фракции, водород очищают сорбционным методом и на палладиевом фильтре. Покрытия получают последовательным чередованием процессов осаждения слоев пироуглерода и карбида кремния, первым слоем на подложку осаждают пироуглерод, суммарное количество чередующихся слоев составляет не менее 3. В качестве подложки используются как диэлектрические материалы: кварц, сапфир, так и проводящие: графит, тугоплавкие металлы.Currently, many methods have been developed for producing silicon - carbon films (films of silicon carbide, SiC) on a dielectric substrate. A known method of producing silicon-carbon films on a dielectric substrate (quartz, sapphire), (RF patent No. 2199608, publ. 05.03.2001). This method consists in the deposition of a carbon-containing coating from the gas phase, as a result of decomposition of the gas mixture on the heated surface of the substrate. The temperature of the substrates during the deposition process is in the range of 900-1350 ° C. The composition of the gas mixture, which is fed into the reactor, includes carbon tetrachloride (CCC), methyltrichlorosilane (MTXC) and hydrogen (H 2 ). CCU and MTXC are subjected to fine purification by distillation with selection of the middle fraction, hydrogen is purified by sorption method and on a palladium filter. Coatings are obtained by sequentially alternating the processes of deposition of layers of pyrocarbon and silicon carbide, pyrocarbon is deposited on the substrate as the first layer, the total number of alternating layers is at least 3. Both dielectric materials: quartz, sapphire, and conductive ones: graphite and refractory metals are used as the substrate.
Признаки аналога, общие с заявляемым способом, следующие: использование кремний и углеродсодержащих прекурсоров, осаждение кремний и углеродсодержащей пленки на диэлектрические подложки.Signs of an analogue that are common with the claimed method are as follows: the use of silicon and carbon-containing precursors, deposition of silicon and carbon-containing film on dielectric substrates.
Однако для реализации способа требуется проводить технически сложную очистку компонентов газовой смеси и обеспечивать очень высокие значения для температур нагрева подложек (900-1350°С), что влечет за собой необходимость использования температуростойких подложек, оснастки и реактора, в котором происходит осаждение данных покрытий.However, to implement the method, it is necessary to carry out technically difficult cleaning of the components of the gas mixture and to provide very high values for the heating temperatures of the substrates (900-1350 ° C), which entails the need to use heat-resistant substrates, equipment and a reactor in which these coatings are deposited.
В аналоге используется термин «покрытие». В заявляемом предлагаемом изобретении он заменен на термин «пленка».In the analogue, the term "coating" is used. In the claimed proposed invention, it is replaced by the term "film".
Известен способ получения кремний - углеродных пленок на кварцевой подложке (патент РФ №2558812, опубл. 17.04.2014 г.). Данный способ заключается в осаждении покрытия карбида кремния на кварцевую подложку, в результате разложения метана на нагретой до 950-1250°С поверхности подложки. Процесс осаждения происходит в реакторе, установленном в печь. Реактор предварительно продувают инертным газом, затем, при достижении заданной температуры подложки, подают в реактор метан, который вступает в химическую реакцию с поверхностью кварцевой подложки, в результате чего образуются карбид кремния и пары воды.A known method of producing silicon - carbon films on a quartz substrate (RF patent No. 2558812, publ. 04/17/2014). This method consists in the deposition of a coating of silicon carbide on a quartz substrate, as a result of decomposition of methane on the surface of the substrate heated to 950-1250 ° C. The deposition process takes place in a reactor installed in the furnace. The reactor is preliminarily flushed with an inert gas, then, when the specified substrate temperature is reached, methane is introduced into the reactor, which reacts chemically with the surface of the quartz substrate, resulting in the formation of silicon carbide and water vapor.
Существенный признак, общий с заявленным способом, следующий: технологически упрощенное осаждение покрытия из карбида кремния на кварцевую подложку, с использованием углеродсодержащего прекурсора.An essential feature common with the claimed method is as follows: technologically simplified deposition of a silicon carbide coating on a quartz substrate using a carbon-containing precursor.
Недостатком способа является необходимость нагрева кварцевой подложки до температуры 950-1250°С.The disadvantage of this method is the need to heat the quartz substrate to a temperature of 950-1250 ° C.
В аналоге используется термин «покрытие из карбида кремния». В заявляемом предлагаемом изобретении он заменен на термин «кремний-углеродная пленка».In the analogue, the term "silicon carbide coating" is used. In the claimed proposed invention, it is replaced by the term "silicon-carbon film".
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ электрохимического осаждения кремний - углеродных пленок на электропроводящие материалы (патент РФ №2676549, опубл. 09.01.2019 г.). В данном способе кремний - углеродную пленку получают методом электрохимического осаждения из прекурсора, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте, на электропроводящую подложку, расположенную на катоде, на который относительно анода подают напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см2, при этом расстояние между катодом и анодом устанавливают до 1 см. В структуре получаемой кремний - углеродной пленки наблюдают наличие связи Si-С (фаза карбида кремния).Closest to the proposed invention is a method of electrochemical deposition of silicon - carbon films on electrically conductive materials (RF patent No. 2676549, publ. 09.01.2019). In this method, a silicon-carbon film is produced by electrochemical deposition from a precursor consisting of hexamethyldisilazane in methyl or ethyl alcohol onto an electrically conductive substrate located on the cathode, to which a voltage of up to 600 V with a current density of up to 70 mA / cm 2 is applied to the anode, the distance between the cathode and anode is set to 1 cm. In the structure of the obtained silicon-carbon film, the presence of a Si-C bond (phase of silicon carbide) is observed.
Существенные признаки, общие с заявляемым способом, следующие: электрохимическое осаждение кремний - углеродных пленок из прекурсора, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте, на электропроводящую подложку, расположенную на катоде, на который относительно анода подают напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см2, устанавливаемое расстояние между катодом и анодом до 1 см, наличие связи Si-С (фаза карбида кремния) в получаемых кремний-углеродных пленках.The essential features common with the claimed method are as follows: electrochemical deposition of silicon - carbon films from a precursor consisting of hexamethyldisilazane in methyl or ethyl alcohol onto an electrically conductive substrate located on the cathode, to which an voltage of up to 600 V with a current density of up to 70 is applied to the anode mA / cm 2 , the distance between the cathode and anode is set to 1 cm, the presence of Si-C bonds (phase of silicon carbide) in the resulting silicon-carbon films.
В прототипе используется термин «прекурсор». В заявляемом предлагаемом изобретении он заменен на термин «электролит».The prototype uses the term precursor. In the claimed proposed invention, it is replaced by the term "electrolyte".
Недостатком прототипа является невозможность осаждения кремний - углеродных пленок на диэлектрические подложки, что ограничивает их применение для различных микроэлектронных устройств.The disadvantage of the prototype is the impossibility of deposition of silicon - carbon films on dielectric substrates, which limits their use for various microelectronic devices.
Предлагаемый способ направлен на усовершенствование прототипа путем создания на поверхности диэлектрической подложки слоя электропроводящего материала специальной топологии с определенными зазорами, которая обеспечит возможность осаждения кремний - углеродных пленок непосредственно на поверхность диэлектрической подложки.The proposed method is aimed at improving the prototype by creating on the surface of the dielectric substrate a layer of electrically conductive material of a special topology with certain gaps, which will allow the deposition of silicon - carbon films directly on the surface of the dielectric substrate.
Техническим результатом, на достижение которого направлен предлагаемый способ, является технологически простое получение на диэлектрических подложках тонких кремний - углеродных пленок, имеющих фазу карбида кремния SiC.The technical result, which the proposed method aims to achieve, is a technologically simple preparation of thin silicon — carbon films having a silicon carbide SiC phase on dielectric substrates.
Технический результат достигается с помощью того, что на диэлектрической подложке из слоя электропроводящего материала формируют специальную топологию, представляющую собой набор электропроводящих площадок различной геометрической формы с зазором между ними до 200 мкм, в котором происходит осаждение кремний - углеродных пленок и их непосредственный контакт с поверхностью диэлектрической подложки.The technical result is achieved by the fact that a special topology is formed on a dielectric substrate from a layer of electrically conductive material, which is a set of electrically conductive pads of various geometric shapes with a gap between them of up to 200 μm, in which silicon-carbon films are deposited and their direct contact with the surface of the dielectric the substrate.
Для достижения технического результата в способе электрохимического осаждения кремний - углеродных пленок на диэлектрические подложки, заключающегося в электрохимическом осаждении кремний - углеродных пленок из органического кремний- и углеродсодержащего электролита, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте, на подложку, расположенную на катоде, на который относительно анода подается напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см2, в установлении расстояния между катодом и анодом до 1 см, в наличии связи Si-С (фаза карбида кремния) в получаемых кремний-углеродных пленках, на диэлектрической подложке из слоя электропроводящего материала формируют специальную топологию, представляющую собой набор электропроводящих площадок различной геометрической формы с зазором между ними до 200 мкм, в котором происходит осаждение кремний - углеродных пленок и их непосредственный контакт с поверхностью диэлектрической подложки, в результате чего формируют структуры типа «кремний - углеродная пленка - диэлектрик».To achieve a technical result in the method of electrochemical deposition of silicon - carbon films on dielectric substrates, consisting in the electrochemical deposition of silicon - carbon films from an organic silicon and carbon-containing electrolyte consisting of hexamethyldisilazane in methyl or ethyl alcohol, on a substrate located on the cathode onto which the anode voltage is applied up to 600 V with a current density of 70 mA / cm 2, to establish the distance between the cathode and the anode 1 cm in the presence of Si-C linkages ( aza silicon carbide) in the resulting silicon-carbon films, a special topology is formed on a dielectric substrate from a layer of electrically conductive material, which is a set of electrically conductive pads of various geometric shapes with a gap between them of up to 200 μm, in which silicon-carbon films are deposited and their direct contact with the surface of the dielectric substrate, resulting in the formation of structures of the type "silicon - carbon film - dielectric".
Работа заявленного способа заключается в следующем: используется электрохимическая ячейка с двумя электродами (катод и анод), в качестве анода применяется углеродная пластина, а в качестве катода - диэлектрическая подложка, имеющая специальную топологию из слоя электропроводящего материала с зазорами до 200 мкм, в которых происходит осаждение кремний - углеродных пленок. Расстояние между катодом и анодом не должно превышать величину в 1 см. Затем катод и анод погружают в органический кремний - и углеродсодержащий электролит (гексаметилдисилазан в метиловом или этиловом спирте в соотношении 1:9). После этого на катод и анод подают высокое напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см2, в результате чего на поверхности катода в процессе реакции восстановления происходит осаждение кремний - углеродной пленки, имеющей фазу карбида кремния SiC. Толщина получаемых пленок зависит от длительности процесса осаждения.The operation of the claimed method consists in the following: an electrochemical cell with two electrodes (cathode and anode) is used, a carbon plate is used as an anode, and a dielectric substrate having a special topology from a layer of electrically conductive material with gaps of up to 200 μm, in which occurs deposition of silicon - carbon films. The distance between the cathode and anode should not exceed 1 cm. Then the cathode and anode are immersed in organic silicon and a carbon-containing electrolyte (hexamethyldisilazane in methyl or ethyl alcohol in a ratio of 1: 9). After that, a high voltage of up to 600 V with a current density of up to 70 mA / cm 2 is applied to the cathode and the anode, as a result of which a silicon-carbon film having a silicon carbide phase SiC is deposited on the surface of the cathode during the reduction reaction. The thickness of the resulting films depends on the duration of the deposition process.
В состав одного из вариантов устройства, на котором возможно реализовать предлагаемый способ, входят: электрохимическая ячейка, состоящая из химически стойкой емкости и диэлектрической крышки с электродами и термопарой, цифровой амперметр с информационным выходом на персональный компьютер, цифровой вольтметр с информационным выходом на персональный компьютер, высоковольтный источник постоянного тока.One of the device options on which it is possible to implement the proposed method includes: an electrochemical cell, consisting of a chemically resistant capacitance and a dielectric cap with electrodes and a thermocouple, a digital ammeter with information output to a personal computer, a digital voltmeter with information output to a personal computer, high voltage direct current source.
Таким образом, предложенный способ позволяет осаждать кремний -углеродные пленки на диэлектрические подложки. Полученные пленки обладают химической, механической и температурной стойкостью, толщина данных пленок зависит от времени осаждения и объема электролита. Данный метод технически прост, для его реализации не требуется сложное технологическое оборудование и высококвалифицированный персонал. Предлагаемый метод позволяет сократить время на процессы изготовления устройств, в основе которых лежат кремний - углеродные пленки на диэлектрической подложке, а также дает возможность более широкому применению кремний - углеродных пленок в микроэлектронике и других областях техники.Thus, the proposed method allows to deposit silicon-carbon films on dielectric substrates. The resulting films have chemical, mechanical, and temperature resistance; the thickness of these films depends on the deposition time and electrolyte volume. This method is technically simple, its implementation does not require sophisticated technological equipment and highly qualified personnel. The proposed method allows to reduce the time for the manufacturing processes of devices based on silicon - carbon films on a dielectric substrate, and also allows the wider use of silicon - carbon films in microelectronics and other technical fields.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019112554A RU2711072C1 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Method of electrochemical deposition of silicon-carbon films on dielectric substrates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019112554A RU2711072C1 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Method of electrochemical deposition of silicon-carbon films on dielectric substrates |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2711072C1 true RU2711072C1 (en) | 2020-01-15 |
Family
ID=69171572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019112554A RU2711072C1 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Method of electrochemical deposition of silicon-carbon films on dielectric substrates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2711072C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102002747A (en) * | 2009-09-01 | 2011-04-06 | 宝山钢铁股份有限公司 | Method for preparing metal surface fullerene film by electrophoresis |
| RU2558812C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-08-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of obtaining silicon carbide coating on quartz product |
| RU2588036C2 (en) * | 2012-09-28 | 2016-06-27 | Интел Корпорейшн | Structures made using nanotechnology for porous electrochemical capacitors |
| RU2676549C1 (en) * | 2018-07-25 | 2019-01-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Method of conducting material electrochemical deposition of silicon-carbon films |
-
2019
- 2019-04-24 RU RU2019112554A patent/RU2711072C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102002747A (en) * | 2009-09-01 | 2011-04-06 | 宝山钢铁股份有限公司 | Method for preparing metal surface fullerene film by electrophoresis |
| RU2588036C2 (en) * | 2012-09-28 | 2016-06-27 | Интел Корпорейшн | Structures made using nanotechnology for porous electrochemical capacitors |
| RU2558812C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-08-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of obtaining silicon carbide coating on quartz product |
| RU2676549C1 (en) * | 2018-07-25 | 2019-01-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Method of conducting material electrochemical deposition of silicon-carbon films |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4704453B2 (en) | Diamond-like carbon manufacturing apparatus, manufacturing method, and industrial product | |
| KR20020046214A (en) | Electrostatic chuck and method of manufacturing the same | |
| JP6562331B2 (en) | Nitrogen-doped graphene film and manufacturing method thereof | |
| TW200844252A (en) | Method for the deposition of a ruthenium containing film | |
| CN86101886A (en) | On non-conductor, make metal structure | |
| JP2009091234A (en) | Conductive diamond film-formed substrate, and method for production of the substrate | |
| TWI814072B (en) | Electrostatic chuck with embossments that comprise diamond-like carbon and deposited silicon-based material and method of making such | |
| WO2018117557A1 (en) | Part for manufacturing semiconductor, part for manufacturing semiconductor containing composite coating layer, and method for manufacturing same | |
| JP4166346B2 (en) | Corrosion-resistant member, method for producing corrosion-resistant member, and heating device for corrosive substance | |
| RU2676549C1 (en) | Method of conducting material electrochemical deposition of silicon-carbon films | |
| JP4150789B2 (en) | Amorphous carbon nitride film and manufacturing method thereof | |
| Ahmed et al. | Low-macroscopic field emission from silicon-incorporated diamond-like carbon film synthesized by dc PECVD | |
| RU2711072C1 (en) | Method of electrochemical deposition of silicon-carbon films on dielectric substrates | |
| TWI460295B (en) | Conductive and protective film and method for producing the same | |
| JP2012089460A (en) | Separator for fuel cell and plasma processing apparatus therefor | |
| CN114447354B (en) | Diamond-like carbon composite coating for metal polar plate and preparation method thereof | |
| CN108486546B (en) | BDD membrane electrode material and preparation method thereof | |
| JP6815016B2 (en) | Manufacturing method of amorphous carbon nanoparticles and amorphous carbon nanoparticles | |
| TW200936815A (en) | Diamond electrode, treatment device, and method for producing diamond electrode | |
| Mane et al. | Nanostructured composite thin films with tailored resistivity by atomic layer deposition | |
| JP3623938B2 (en) | Manufacturing method of electrostatic chuck | |
| JP2002141292A (en) | Method of manufacturing silicon thin film | |
| CN103556197B (en) | The method of monoatomic layer thicknesses of metal film prepared by flexible curling conductive substrates | |
| RU2711066C1 (en) | Method of electrochemical deposition of silicon-carbon films alloyed with atoms of transition metals on electroconductive materials | |
| JPH01104761A (en) | Manufacture of patterned diamond-like carbon film |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201210 Effective date: 20201210 |