2 Конструкції термовипарників та їх застосування
2.1 Загальна інформація
Для проведення процесу випаровування металу у вакуумі необхідно мати випарник, який містить кусочок металу і підтримує необхідну температуру для досягнення швидкості конденсації від 0,1 до 103 Å/c. Для більшості металів температура випаровування має величину 1000-2000 К (для тугоплавких металів - від 2000 до 5500 К) при тиску металевої пари р ~ 1 Па. Для запобігання забрудненню плівок речовина випарника повинна мати незначну пружність пари і тиск дисоціації. Матеріалами, які відповідають цим вимогам, є тугоплавкі метали (W, Mo, Ta, Re та ін.), сплави на їх основі (Ta-Re) та їх окисли (Ta2O5 , ZrO2 ). Крім того, важливо, щоб між атомами не відбувалася хімічна взаємодія, оскільки це призводить до швидкого руйнування випарника. У таблиці 1.1 наведені основні параметри випаровування легкоплавких металів.
Для одержання плівок тугоплавких металів необхідно використовувати електронно-променеві гармати та плазмові пристрої.
2.2 Випаровування із дротів та металевої фольги
Найбільш прості випарники з дротів та металевої фольги з резистивним нагріванням показані на рисунку 1.4. Матеріалом для них є метали з високою температурою плавлення (TS ) та низьким тиском насиченої пари.
Найбільш широко застосовуються W, Mo, Ta (товщина фольги або дроту 0,1-0,4 та 0,5-1,5 мм відповідно). При використанні перших двох випарників (рис.1.4 а та б) необхідно, щоб матеріал плівки змочував дріт й утримувався на ньому за рахунок поверхневих сил. Випарник у вигляді кошика (рис. 1.4 в) використовується для випаровування кусочків металів та діелектриків, які можуть сублімувати. Різновидом випарника з непрямим нагріванням для туго-плавких металів є система двох дротів, які мають точковий контакт (рис. 1.5). Цей метод успішно застосував один із авторів даного посібника для одержання досить-таки чистих плівок Mo, W, Ta.
Рисунок 1.4 - Випарники з дротів та металевої фольги з непрямим нагріванням: а- у вигляді петлі; б- зі спіралі; в-кошик; г- човник із фольги з заглибленням; д- із фольги, покритої Al2O3; е- типу "каное"
Для утворення рідкої перемички через контакт необхідно пропускати струм від 50 до 100 А при діаметрі дроту від 0,5 до 1,0 мм. Для зменшення теплопідводу в місцях контакту можна зробити тоненькі перешийки поблизу кінців металевих дротів.
Рисунок 1.5 - Схема випаровування тугоплавких металів за методикою Ніколсона
Випарники з фольги у вигляді човників (рис. 1.4 г-е) розраховані на більшу масу (декілька грамів) наважки матеріалу плівки. У центральній частині ширина фольги зменшується для підвищення температури в місці випаровування. Їх, як і попередній тип випарників, можна виготовляти в лабораторних умовах із фольги Mo, W, Ta. Однак слід пам'ятати, що W дуже крихкий і легко ламається, а також те, що всі три метали стають крихкими після нагрівання у вакуумі.
Інколи плівки тугоплавких металів одержують за допомогою електричної дуги між дротами, як прийнято одержувати плівки вуглецю. Можна також використовувати випарники типу а, б (рис. 1.4) за безпосереднього нагрівання дроту із матеріалу плівки.