Лабораторная работа №3.

1. На первом этапе происходит столкновение атомов из газовой фазы с поверхностью подложки, после чего атомы могут адсорбироваться на подложке, через некоторое время десорбироваться, либо упруго отразиться от поверхности.

Адсорбированные атомы могут двигаться по поверхности (поверхностная миграция) и при столкновении образовывать более устойчивые образования, - начальные зародыши. Диффузия зародышей по поверхности, как правило, на много порядков меньше диффузии отдельных атомов и уменьшается по мере роста размеров зародыша. Поэтому считается, что зародыши на поверхности неподвижны. При достижении зародышами определенного размера, соответствующего максимуму свободной энергии образования зародыша, он уже не распадается на отельные атомы, а растет, образуя устойчивый конденсат.

2. Сущность термического нанесения заключается в том, что исходный материал (из которого требуется сформировать пленку) нагревают в высоком вакууме до температуры, близкой, но ниже температуры кипения, при которой достигается интенсивное испарение материала. Образованный паровой поток конденсируется на поверхности подложки. Нагрев исходного материала обычно проводят в тиглях (лодочках или испарителях), сделанных из тугоплавких металлов или их соединений. В зависимости от того, каким способом осуществляется нагрев, термическое нанесение делят на резистивное, индукционное, электронно-лучевое и лазерное. При резистивном нанесении используется джоулев нагрев путем пропускания тока через тигель, при индукционном – путем помещения тигля в ВЧ индуктор, при электронно-лучевом и лазерном – путем нагрева поверхности исходного материала сфокусированным электронным и лазерным лучом соответственно.

Испаренные атомы, прежде чем достигнуть подложки пролетают пространство, заполненное остаточным газом вакуумной камеры. Если число столкновений молекул остаточного газа между собой меньше числа их столкновений со стенками вакуумной камеры (длина свободного пробега больше размера камеры), то атомы испаренного вещества летят по прямолинейным троекториям независимо друг от друга без взаимных столкновений и столкновений с молекулами остаточного газа. Такие условия реализуются при давлениях остаточного газа меньше 10^-3 Па и характерных размерах источник испарения – подложка порядка 10 – 20 см.

Плотность атомного пучка, испускаемого точечным источником (размер источника намного меньше расстояния источник – подложка) под углом φ относительно нормали к поверхности испарения, пропорциональна cos φ. Плотность атомного потока, испускаемого точечным испарителем, обратно пропорциональна квадрату расстояния от испарителя.

Термическое нанесение используется для формирования пленок Al и его сплавов, оксида Al, а также поликремния, благородных и некоторых тугоплавких металлов. Низкая энергия конденсируемых частиц (кинетическая энергия не превышает 0,05– 0,2 эВ) и отсутствие активации процесса роста пленки не позволяют обеспечить требуемый состав, свойства и структуру покрытия при приемлемых температурах подложки. Однако несомненным преимуществом термического нанесения является стерильность процесса, позволяющая при наличии высокого (а при необходимости сверхвысокого) вакуума получать пленки, практически свободные от загрязнений.

3. . При резистивном нанесении используется джоулев нагрев путем пропускания тока через тигель, при индукционном – путем помещения тигля в ВЧ индуктор, при электронно-лучевом и лазерном – путем нагрева поверхности исходного материала сфокусированным электронным и лазерным лучом соответственно.

4. Давление остаточного газа меньше 10^-3 Па. Обычно используемое давлениие10⁻⁴ Па

5. Адгезия покрытий – это физическая величина, показывающая величину сцепления покрытия с подложкой. Адгезия определяется как сила, необходимая для отрыва единицы площади покрытия и измеряется в Па. Причина низкой адгезии покрытий к ряду металлов (свинец, алюминий, цинк) кроется в слабой когезионной прочности оксидов этих металлов, которые всегда содержатся на их поверхности.