Средства достижения и поддержания высокого вакуума.

Способы получения атомарно чистой поверхности.

1. Скол в вакууме. Производится скол, и убираются те слои, в которых большое количество загрязнений. Метод применим для хрупких материалов, например, оксидов: ZnO, TiO₂, SuO₂ золоидов: NaCl, KCl полупроводников: Si, Ge, GaAs, IuF, GaP.

Достоинство метода – получается чистая поверхность. Недостатки: Ограниченность по материалам. В результате скола появляются множественные и невоспроизводимые неровности поверхности. Скол возможен не по всем кристаллографическим направлениям. Поверхность скола может быть не равновесной.

2. Отжиг, или прогрев в вакууме. В результате нагревания в вакууме происходит десорбция (разрыв связей, обеспечивающих адсорбцию), и поверхностные загрязнения покидают поверхность. Отжиг может осуществляться различными способами, например: пропусканием тока через образец, электронной бомбардировкой, лазером. Область применения – достаточно тугоплавкие материалы: Температура, при которой испаряются загрязнения, должна быть ниже Температуры плавления образца. Применимо для W, Mo…, Si. Недостатки: в результате действия высокой температуры происходит диффузия, и главным отрицательным эффектом является то, что разные составляющие объекта диффундируют с разной скоростью; это приводит к сегрегации (уходит из объема кристалла и собираются около поверхности) и нарушение стехиометрии самого образца (разные составляющие диффундируют с разной скоростью). Метод неэффективен при прочном скреплении материалов образца. Пример: атомы углерода на разных веществах.

3. Химическая обработка. Может быть осуществлена двумя способами: 1) Нанесение легко испаряемого в вакууме защитного покрытия. 2) Отжиг в газе-реагенте при высокой температуре и низком давлении. Температура – 1000-2000 градусов, давление ~ 10^-4 Па.

4. Ионное распыление. В вакуумной камере устанавливается ионная пушка, работа которой основана на ионизации газа потоком электронов. Используется в качестве газа чаще всего аргон, и для небольшой глубины проникновения используются небольшие энергии в пределах 0,5…5 кэВ. Пушка состоит из ионизатора и фокусирующей системы. Идея в том, что происходит термоэлектронная эмиссия. Термоэлектроны пролетают как можно большее расстояние, и ионизует сетку. Загрязнения распыляются вместе с верхними слоями атомов одного образца: Достоинства: Наибольшая эффективность из всех методов. Недостатки: Аморфизация поверхности. Имплантация атомов газа. Для компенсации недостатков используют отжиг. На практике используют по нескольку циклов ионной бомбардировки и отжига.

Вакуумная техника. Материалы и элементы вакуумной техники.

Типовые элементы вакуумной исследовательской техники:

• Конструкционные элементы – корпуса, колпаки, и т.п.

• Уплотнительные и крепежные элементы.

• Средства откачки.

• Держатели образцов и подложек.

• Молекуляторы.

• Вводы вращения.

• Окна.

• Нагреватели.

• Электроды различных форм и размеров.

Требования к материалам вакуумной техники:

• Низкая газопроницаемость.

• Низкое газовыделение.

• Устойчивость при температурах отжига.

• Высокая устойчивость к коррозии.

• Механическая прочность.

• Возможность тонкой механической обработки.

Специфические требования к материалам для отдельных элементов:

• Для подложек и испарителей – высокая температура плавления.

• Для электродов – устойчивость к коррозии под воздействием сильных электрических полей и разрядов.

• Высокая/низкая магнитная проницаемость – подавление/использование магнитных полей.

Типовые применяемые материалы:

• Сталь марки 12Х18Н10Т – основной материал для конструкционных элементов.

• Материалы с хорошей электропроводностью: Cu, Al (ограничение по t).

• Тугоплавкие металлы для испарителей: W, Mo, Ta.

• Пермаллой (??) ферромагнетики

• Стекло для окон

• Керамическая изоляция из специальной керамики (Al₂O₃), выдерживает температуры до 1500-2000 градусов.

• При нагреве до 200…250 градусов, могут быть использованы некоторые полимеры: тефлон, силикон, т.д.

Проблемные материалы:

• Большинство пластиков.

• Большинство резин.

• Металлы: цинк, кадмий, сплавы с их участием (латунь), покрытия из них.