7. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. краткие сведение о физических основах получения и контроля сверхвысокого вакуума;

2. блок-схему механической системы МЛЭ «Ангара»;

3. экспериментальные данные при получении сверхвысокого вакуума;

4. анализ полученных результатов и выводы по работе.

8. Контрольные вопросы

1. Перечислите типы вакуумных насосов, применяемых для получения низкого, среднего, высокого и сверхвысокого вакуума.

2. В чем заключается принцип работы форвакуумного, магниторазрядного, турбомолекулярного насоса ?

3. В чем заключается принцип работы термопарного, ионизационного, электроразрядного вакуумметров? Каков диапазон измерений?

4. В чем заключается принцип работы сорбционного насоса, криопанели?

5. Объясните блок-схему, назначение отдельных элементов технической системы МЛЭ «Ангара», порядок откачки технологических модулей, перечислить этапы получения сверхвысокого вакуума.

6. Объясните процессы абсорбции, десорбции, адсорбции, хемосорбции, сублимации, диффузии в откачном оборудовании сверхвысокого вакуума.

Литература

1. Лубенец В. Д. Вакуумные системы. М.: Машиностроение, 1968.

2. Пауэр Б. Д. Высоковакуумные откачные устройства. М.: Энергия, 1969.

3. Техническое описание механической системы «Ангара». Новосибирск, 1986.

4. Вакуумная технология: Лабораторный практикум по курсу «Технология электронного машиностроения» / Сост. Е. П. Васильева, В. П. Кононов, В.Б. Очирова и др. Красноярск: САА, 1994. 85 с.

Лабораторная работа № 2

Наблюдение остаточной атмосферы в установке млэ масс-спектрометром мх-7304

Цель работы: в условиях сверхвысокого вакуума ознакомиться с методами контроля технологического процесса.

1. Общие сведения

К технологии МЛЭ предъявляются достаточно жесткие требования, так как установки МЛЭ являются конструктивной основой эпитаксиальных структур и при этом оказывают существенное влияние на параметры осаждаемых слоев и надежность всей системы в целом. Масс-спектрометрический метод позволяет оценить остаточную атмосферу перед эпитаксией, степень загрязненности камер МЛЭ. Присутствие определенного количества О₂ указывает на наличие течи в системе, а масс-спектрометр позволяет с помощью гелия обнаружить предполагаемую течь. Присутствие в спектре Н₂О указывает на необходимость отжига всей системы. В процессе эпитаксии масс-спектрометрический контроль позволяет видеть газовыделение тиглей, испаряемых материалов на всей стадии технологического процесса. При получении некоторых структур используется напуск различных газов непосредственно в зону подложек. Масс-спектрометр позволяет качественно оценить наличие напускаемого газа, являясь, таким образом, важнейшим звеном контроля за технологическим процессом.

2. Физические основы процесса

В масс-спектрометрах молекулы газа или атомы при низком давлении ионизируются потоком электронов, а магнитное поле, не влияющее на нейтральные или неионизированные частицы газа, искривляет траекторию движения ионов. Радиус кривизны R траектории является функцией массы иона и напряженности магнитного поля и для данного простого заряженного иона (например, гелия) определяется соотношением

, (1)

где R выражается в сантиметрах, V  в вольтах, H  в эрстедах; М  молярная масса иона в граммах [1].

Ионы с большими массами имеют большие радиусы кривизны траектории.

В постоянном магнитном поле на радиус траектории иона также может влиять (см. формулу (1)) изменение величины ускоряющего напряжения между двумя электродами (рис. 1), через которое должны пройти ионы прежде, чем попасть в магнитное поле.

Рис. 1. Принцип действия масс-спектрометра:

1 – более легкие ионы; 2 – более тяжелые ионы

Если узкая щель S расположена таким образом, что ионы определенной массы проходят сквозь нее, а позади щели расположена отрицательно заряженная коллекторная пластина С, то возникает ток, который можно обнаружить и усилить во внешней электрической цепи. Величина этого тока определяется количеством присутствующих ионов данной массы.

Как и в оптической спектроскопии, разрешающая способность масс-спектрометра зависит от ширины щели и качества фокусировки. При постоянном или ступенчатом изменении величины V или напряженности магнитного поля через щель проходит спектр ионов различных газов, присутствующих в камере. После соответствующего усиления этот спектр можно зафиксировать.

На рис.1 приведена упрощенная схема масс-спектрометра. Ионы возникают в точке E при столкновениях молекул газа с электронами, источником которых обычно является вольфрамовый катод. Ионы выходят из щелей по прямым линиям и проходят через экран В. После прохождения промежутка между магнитными полюсными наконечниками М траектория движения ионов искривляется. Некоторые ионы проходят через второй экран В, попадая в щель коллектора S и затем на коллектор ионов С. Более тяжелые ионы, траектория которых искажается меньше, не достигают экрана и вследствие этого попадают на стенки камеры. Воздействие магнитного поля на более легкие ионы приводит к тем же самым результатам вследствие чрезмерного искривления траектории. Снаружи коллектор ионов присоединяют к усилителю и соответствующему прибору для воспроизводства сигнала.

При использовании масс-спектрометра в вакуумном течеискании все условия поддерживаются постоянными с соответствующей настройкой, делающей прибор чувствительным только для одного элемента, в качестве которого обычно используется гелий. Применяется он по следующим причинам:

 содержание гелия в атмосфере очень мало (1 часть на 200 000 частей воздуха), поэтому его фоновый шум пренебрежимо мал или вообще отсутствует [2];

 атом гелия достаточно мал, чтобы проникнуть в очень маленькие течи;

 гелий инертен, не воспламеняем и нетоксичен.