Пленки с очень малыми размерами зерен

Конденсация паров Си, Al, Ti, Pb, Sn, In и Hg при темпера­турах жидкого гелия иди жидкого водорода впервые исследо­валась Буккелем и Хилшем, Буккелем и Рюлом. Аллюминий и медь - металлы с высокой электропроводностью. Но тонкие пленки, изготовленные из этих веществ, неидеальны для применения в конструировании микросхем. В этом случае используют многослойную тонкоплёночную композицию.

Кристаллические решетки низкотемпературных пленок в результате исследований оказались такими же, как при комнатных температурах. Един­ственное различие заключалось в том, что ни электронограммах таких низкотемпературных пленок наблюдалось уширение линий, свидетельствующее о малых размерах зерна. 

Размер зерна до отжига, как правило, меньше 100 А и различен для разных металлов. Для медной пленки, конденсированной при 20° К, размер зерна составлял 30 А. В результате измерения энергии разупорядочения было полу­чено, что уменьшению электросопротивления в диапазоне от 20 до 60° К на 1 мком-см соответствует величина 1,9 кал/г. Экс­траполяция к комнатной температуре показывает, что энергия пленки, конденсированной при 20° К, по сравнению с пленкой, подвергнутой отжигу при комнатной температуре, больше на 31 кал/г.Процессы, происходящие в таких пленках при отжиге, луч­ше всего иллюстрируются необратимыми изменениями электро­сопротивления пленки, которыми сопровождается повышение температуры. При увеличении температуры приблизительно до 150° К сопротивление пленки необратимо уменьшается по мере отжига дефектов. При низких температурах могут исчезать лишь те дефекты, для отжига которых тре­буются очень малые энергии. 

Механизм отжига в этом случае напоминает процессы, про­исходящие в образце из массивного материала, облученном при 4,2° К тяжелыми частицами, а затем нагретом от 4,2 до 78° К. Эти процессы также сопровождаются уменьшением сопротивления, а механизм отжига состоит в перестройке микрокристаллов, попавших в область пиков смещений и, возможно, в анниги­ляции дефектов Френкеля. Однако обычная деформация и холодная обработка массивных образцов при 4,2° К не приводят к возникновению дефектов, которые отжигались бы при повыше­нии температуры от 4,2 до 78° К. Это свидетельствует о более широком энергетическом спектре дефектов структуры в конден­сированной пленке, чем в материале, подвергнутом сильному на­клепу.

При температурах выше примерно 100° К отжига начинается с миграции комплексов вакансий; дальнейшее повышение темпе­ратуры приводит к миграции межузельных атомов, и, наконец, при достаточно больших температурах происходит также мигра­ция одиночных вакансий. Кроме того, здесь может наблюдаться рост зерен. Возможно, что именно значительное уменьшение площади границ зерен является основной причиной снижения сопротивления.