Техническая керамика для микроэлектроники

Ученые из Саратовского государственного технического университета имени Ю.А. Гагарина (СГТУ) разработали новый метод нанесения сверхпрочных металлических покрытий на техническую керамику. Суть подхода в том, что исходные металлы — ниобий и молибден — разогревают до 2300 °C, пропуская через них ток высокой частоты. При этом атомы металла испаряются и оседают на ненагретой керамике, из-за чего на ее поверхности формируется покрытие толщиной от единиц до двух десятков микрометров.

Керамические материалы, например, оксид алюминия, широко используются в микроэлектронике, авиакосмической отрасли и энергетике благодаря своей устойчивости к высоким температурам и химическим веществам. Например, нанесение термобарьерных покрытий — многослойных термостойких керамических материалов — на детали авиа- и ракетных двигателей снижает их вес, поскольку такие покрытия имеют плотность в несколько раз меньше, чем у металлов. Подложки для микросхем на основе технической керамики отводят тепло, тем самым обеспечивая регуляцию температуры. Однако хрупкость керамики и слабое сцепление с металлами ограничивают их использование в качестве конструкционных материалов.

Чтобы устранить эти недостатки, на поверхность керамики наносят защитные металлические покрытия — например, из тугоплавких металлов ниобия, молибдена или чередующихся слоев из этих металлов, которые способны выдерживать не только высокие температуры, но и радиационное и механическое воздействие.

Традиционно металлы наносят на поверхность керамики, осаждая их из газовой фазы при относительно невысоких температурах. Однако такой подход требует создания высокого вакуума — давления в сотни миллионов или даже миллиард раз ниже атмосферного. Для этого нужно дорогостоящее оборудование и долгие часы откачки воздуха из области напыления. Кроме того, само осаждение занимает длительное время, а после напыления часто приходится дополнительно нагревать готовые изделия для лучшего сцепления между металлизацией и керамикой.

Новый метод осаждения можно осуществить в условиях невысокого вакуума — при давлении в 250–750 раз ниже атмосферного. При этом подход обеспечивает быстрое напыление покрытия — процесс занимает всего несколько минут. Эксперименты показали, что сцепление между металлом и керамикой оказывается в три-восемь раз выше, чем у покрытий, полученных классическими методами, даже без последующей высокотемпературной обработки.

— Наш подход имеет преимущества перед традиционными физическими и химическим методами: он не требует высокого вакуума и длительной дополнительной постобработки. При этом он позволяет контролировать толщину слоя металлизации молибдена с точностью до 0,3 микрометра, — рассказал «Известиям» руководитель проекта, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Материаловедение и биомедицинская инженерия» СГТУ Александр Фомин.

Это делает технологию перспективной для промышленного внедрения. В дальнейшем ученые планируют получать металлизацию из тугоплавких металлов (ниобия, молибдена и ряда других металлов) как на вакуумплотной керамике оксида бериллия и нитрида алюминия, так и на титановых и прочих металлоизделиях.

Источник: Известия