Выпускная квалификационная работа бакалавра Получение и изучение свойств электромагнитных устройств на основе металлических тонкопленочных систем (стр. 7 )

Рисунок 13 – Сравнительная характеристика деградации удельной проводимости тонких пленок и сравнение с удельной проводимостью массивных материалов.

При исследовании изменения удельного сопротивления со временем без влияния изменения толщины оксидной пленки. В течение 90 минут не было выявлено каких-либо значимых изменений сопротивления пленки, что наглядно демонстрирует график на рисунке 14.

Рисунок 14 – График зависимости удельного сопротивления без влияния изменения толщины оксидной пленки.

Аномально низкая проводимость меди обусловлена ее высокой реакционной способностью. При элементном анализе тонкой пленки меди оказалось, что весовое содержание кислорода в образце оказалось 2,08%, что соответствует содержанию оксида меди (II) 10%. При удельной проводимости тонких пленок меди от 3 до 4 МСм/м было бы нецелесообразным изготавливать из них электромагнитные катушки по причине их малой добротности.

Зависимость удельной проводимости тонких пленок от толщины практически линейная для всех образцов в исследуемом диапазоне толщин покрытий, что показано на рисунке 15. Кроме того, с ростом толщины прирост проводимости не является значительным по причине того, что островковая структура переходит в состояние сплошной пленки при толщинах, меньших нижнего порога исследуемого диапазона толщин.

Рисунок 15 – Зависимость удельной проводимости от толщины тонких пленок различных металлов.

При исследовании полученных электромагнитных устройств были выявлены приемлемые параметры для использования подобных устройств в электротехнических приборах и устройствах. Максимальная индуктивность, которую удалось добиться, составляет 20,791 нГн, добротность – 1,065. Обычная тонкопленочная катушка с подобными параметрами имела бы размеры в плоскости мм, что в 13 раз больше минимальной площади, занимаемой катушкой на гибкой полимерной подложке (мм).

Зависимость параметров катушек от используемого для них материала приведена на рисунке 16.

Рисунок 16 – Зависимость основных параметров катушек индуктивности от материала проводника.

В соответствии с рисунком 16 можно судить о том, что катушка на основе тонкой пленки алюминия имеет наибольшую межвитковую емкость по сравнению с остальными, а так же наибольшую резонансную частоту. Видно, что наилучшими параметрами обладает пленка с проводником из серебра. Однако, для различных применений можно варьировать параметры создаваемых устройств, и добиваться тех или иных показателей.

Зависимости основных параметров от ширины проводника катушки представлены на рисунке 17.

Рисунок 17 – Зависимость основных параметров катушки от ширины проводника.

В соответствии с рисунком 17 можно пронаблюдать, что основные параметры катушки имеют достаточно гладкую квадратичную, либо экспоненциальную зависимость. При увеличении ширины проводника возрастает его добротность, однако индуктивность падает, и растет межвитковая емкость. Причем, за счет тонкопленочной конструкции, индуктивность достаточно сильно зависит от площади используемого проводника. Добротность катушки при увеличении ширины проводника возрастает в основном из-за уменьшения потерь на сопротивление.

При изготовлении электромагнитных катушек были выявлены достаточно высокие адгезионные и прочностные свойства тонких пленок, что способствовало упрощению и ускорению процесса изготовления катушек.

Так же была разработана альтернативная методика изготовления контактов к тонкопленочным проводящим системам, что в будущем может поспособствовать развитию тонкопленочной электроники.

Большая межвитковая емкость, называемая так же паразитной емкостью, может быть полезной в случае использования данной катушки индуктивности в качестве высокочастотного резонатора, особенно при сопоставимой размерности индуктивности катушки.

Достаточно большим минусом является малая добротность полученных устройств. Однако, при дальнейшей их минимизации, (возможно самоскручивания полимерных подложек) этот параметр будет расти, при сохранении толщины напыляемого проводящего слоя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения дипломной работы были получены следующие результаты:

Был проведен обзор научной литературы, в результате которого было получено представление о последних научных достижениях в области создания электромагнитных устройств на основе тонкопленочных металлических систем, а так же о способах их создания и исследования свойств.

Был детально изучен четырехзондовый метод измерения удельного сопротивления, и на основе этой информации был разработан и изготовлен прибор для измерения удельного сопротивления тонких пленок металлов, получаемых методом магнетронного напыления, а так же для других проводящих материалов, исследуемые параметры которых лежат в пределах измерений данного прибора.

Основным объектом исследования являлись электромагнитные устройства на основе тонкопленочных металлических систем. На практике были разработаны и изготовлены катушки индуктивности на основе тонкопленочных металлических систем на гибкой полимерной подложке. Так же были исследованы основные параметры полученных устройств. В результате были найдены зависимости основных параметров полученных устройств от материала, из которого они изготавливались, а так же от ширины тонкопленочных проводников, из которых наматывались катушки. Наилучшим проводником для изготовления тонкопленочных катушек, как и предполагалось, оказался наиболее электропроводящий используемый материал, серебро. А увеличение ширины проводящего слоя вызывает увеличение межвитковой емкости и добротности, и уменьшение индуктивности и собственной частоты резонанса. Так же были выявлены преимущества полученных объемных катушек индуктивности над планарными, и предложено продолжение исследования, заключающееся в минимизации тонкопленочных катушек индуктивности на гибкой полимерной подложке.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Игнатов . Состояние и перспективы развития / . – М.: ФЛИНТА, 2012. – 360 с. Никитин магнитосопротивление / // Соросовский обозревательный журнал. – 2004. – Т. 8. – № 2. – С. 92–98. Демин магнитосопротивление при комнатных температурах в эпитаксиальных тонких пленках Lax-1AgyMnO3 / , // Физика твердого тела. – 2005. – Т. 47. – №. 12. – С. 192–198 Prinz V. Ya. Self-formed InGaAs/GaAs Nanotubes: Concept, Fabrication, Properties / V. A. Seleznev, A. K. Gutakovsky // The Physics of Semiconductors. – 2000. – Vol. 5. – № 4. – P. 163–168. Prinz V. Ya. Free-standing and overgrown InGaAs/GaAs nanotubes, nanohelices and their arrays / V. Ya. Prinz, V. A. Seleznev, A. K. Gutakovsky // Physica E. – 2000. – Vol. 6. – № 1. – P. 829–831. Нанотехнологии и наноматериалы / , , и др – М.: ХПИ, 2009. – 69с. Анискин исследование микротечений жидкости и газа: дис... докт. физ-мат наук: 01.02.05 / ; Институт теор. и прикл. мех. им. . – Новосибирск, 2013. – 200с. Yue C. P. Planar spiral inductors / C. P. Yue, S. S Wong // IEEE Trans. Electron Devices. – 2000. – № 8. – P. 560−568. Tang C. C. Stacked planar spiral inductors / C. C. Tang, C. H. Wu, S. I. Liu // IEEE J. Solid-State Circuits. – 2002. – № 10. – P. 471−480. Huang W. On-Chip Inductors with Self-Rolled-Up SiNx Nanomembrane Tubes: A Novel Design Platform for Extreme Miniaturization / W. Huang, X. Yu// Nano Letters. – 2012. – № 12. – P. 6283−6288. Рогачев пленок / , . – М.: ГГУ им. Ф. Скорины, 2008. – 43с. Антонец наноструктуры и удельной проводимости тонких пленок различных металлов / , , // Журнал технической физики. – 2004. – Т. 74. –№ 3. – С. 236–241. Антонец и отражающие свойства тонких металлических пленок / , , // Журнал технической физики. – 2004. – Т.74. – №. 11. – С. 468–474. Макарчук тонких пленок / , – М.: МИФИ, 2003. – 358 с. Казаков магнитные плёнки / // Физика магнитных материалов. – 2001. – Т. 55, – № 6. – С. 701–706. Боровик по магнетизму / , , . – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 512с. Пчеляков -лучевая эпитаксия: оборудование, приборы, технологии / // Успехи физических наук. – 2000. – Т. 170. – № 9. С. 993–995. Антоненко тонких пленок / . – М.: МИФИ, 2008. – 104 с. Дубасов взаимодействие частиц с подложкой при нанесении покрытий напылением / , , М. X. Шоршоров // Физика и химия обработки материалов. – 1971. – №. 6. – С. 29–34. Андриевский : концепция и современные проблемы / // Российский химический журнал. – 2002. – Т. 46. – № 5. – С. 50–56. Моргулис распыление / . // Успехи физических наук. – 1946, – Т. 28. – № 2. – С. 280–285. Швец / , . – М.: НГУ, 2012. – 87с. налитическая просвечивающая электронная микроскопия / Д. Синдо, Т. Оикава. – М.: Техносфера, 2006. – 224 с. астровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. Т. 1 / Г. Дж, Д. Ньюбери / – М.: Мир, 1984. – 254 с. Оджаев методы исследования конденсированных материалов / .–М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.– 168с. Седлецкий метод автоматической компенсации омической составляющей потенциала при съемке поляризационных кривых / , . – М.:Электрохимия. – 1972. – Т. 8. – 120 с. Дьяконов измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике / , . – М.: ДМК Пресс, 2011. – 688с. есконтактный метод измерения сопротивления / Р. Ринкунас, С. Кускявичюс // Журнал технической физики. – 2009. – Т.79. –№ 1. – С. 458–464. Барышников интерферометр для контроля профилей оптических поверхностей нанометрового уровня / . – М.: Наука, 2004. – 24с. Агарев метод измерения удельного сопротивления полупроводников: [Лабораторный практикум] / , . – Новосибирск, 2007. – 125с. правочник по физике / Х. Кулинг. – М.: Мир, 1982 – 475 с. Киров магнитной индукции: [Лабораторный практикум] / , . – Москва, 2010. – 152 с.