PVD_method
.pdfТеоретические аспекты физического осаждения из газовой фазы
Под физическимосаждениемиз газовой фазы (PVD – PhysicalVapor Deposition) материала понимаетсяпроцесс конденсацииэтого материалав виде атомовили молекулиз газовой фазы с образованиемтонкой пленки на поверхности подложки,причем химический составгазовой фазы и осаждаемойпленки совпадает. Физическоеосаждениеиз газовой фазы может осуществлятьсяследующимиметодами:
1.Термо-вакуумным,при которомматериалтермическииспаряетсяв виде атомов или молекулв условиях высокого вакуумаи затем конденсируетсяна подложке, причем испарениеможет производитьсярезистивным,индукционным,электронно-лучевыми лазернымнагревом;
2.Ионногораспыления, при котором материалвыбиваетсяиз мишенив виде атомовили молекулза счет кинетическойэнергии бомбардирующихмишеньионов и затем конденсируетсяна подложке, причем могут быть использованыкак ионы газоразряднойплазмы, так и ионные пучки, генерируемые в автономныхисточниках.
Метод ионного распыленияпо сравнениюс термо-вакуумнымобладаетследующими преимуществами:
-низкие температурыпроведенияпроцессовосаждения;
-сохранение стехиометриисложных соединенийи сплавов;
-простота автоматизациии интеграции с процессомионнойочистки поверхности подложки;
-длительныйресурс мишеней;
-лучшаяадгезия пленок;
-упрощениеи удешевлениесистем обеспечениявысокой однородностипленок по толщине на подложкахбольшогодиаметра,и в случаереализацииего в магнетронных распылительныхсистемах(МРС) не уступаеттермо-вакуумномупо скорости осаждения.
dNи |
|
|
pнас и |
|
, |
атом |
Vи m |
dNи |
m |
|
pнас и |
|
pнас и |
m |
; |
|
|
|
|
|
dt A |
|
|
|
2 kTи |
||||||
dt A |
|
|
|
м2с |
2 mkT |
||||||||||
2 mkT |
|||||||||||||||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
D000 – Резистивный нагрев. Проволочный испаритель (для смачиваемых материалов); D001 – Резистивный нагрев. Ленточный испаритель (для несмачиваемых материалов), D002 – Резистивный нагрев. Сублимационный испаритель: 1 – фланец, 2 – токоввод, 3 – сублимируемый материал.
D003 – Резистивный нагрев.
Тигельный испаритель.
V |
583, 10 3 |
p |
|
M |
, |
кг |
|
нас T |
м2с |
||||||
и |
|
|
|
||||
|
|
|
|
и |
|
|
|
Смачивающая способность жидкости на границе раздела трех фаз: жидкой, твердой и газообразной, определяется величиной краевого угла Θ. Величина краевого угла зависит от природы соприкасающихся сред и не зависит от формы поверхности и силы тяжести. В том случае, если краевой угол Θ 90о, жидкость считаетсянесмачивающей, если Θ90о жидкость считаетсясмачивающей.
Поверхность
жидкости
Стенка
|
|
|
|
|
Поведение |
|
|
Жидкость |
|||
|
|
|
|
смачивающей (а) и |
|
|
|
|
|
|
несмачивающей (б) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
жидкости у стенки |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
б) |
|
|
|
|
|
|
|
D010 – Высокочастотный нагрев. Тигельный испаритель.
D011 – Высокочастотный нагрев. Тигельный испаритель со стартовым элементом
Испарение сплавов (закон Рауля): |
pнас,Араст. |
|
|
xА |
|
|
pнас,А |
xА |
(100 xА ) |
MА |
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
MБ |
D020 – Электронный нагрев. Тигельный испаритель.
D021 – Электронный нагрев. Проволочный испаритель.
D022 – Электронный нагрев. Штабиковый испаритель.
D030 – Электронно-лучевой нагрев.
Испаритель с пушкой Пирса. D031 – Электронно-лучевой нагрев.
Испаритель с аксиальной пушкой.
T r,t |
E0 |
|
r2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|||
exp |
|
|
||
|
c 4 T t 2 |
|
4 T t |
|
T(r) r02 Pe
2r T
T 3 E0Ie
2 qe T R
D032 – Электронно-лучевой нагрев.
Многотиглевый испаритель.
D040 – Лазерный нагрев.
Испаритель с твердотельным или газовым лазером.
dNи |
|
|
pнас и |
|
dt A |
|
|
|
|
2 mkT |
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
и |
|
атом , м2с
D050 – Молекулярно-лучевое испарение.
Эффузионный испаритель (Ячейка Кнудсена): 1 – тигель, 2 – нагреватель, 3 – испаряемый материал, 4 – тепловые экраны, 5 – термопара.
D050 – Молекулярно-лучевое испарение.
Капиллярный испаритель: поток испаряемого материала, 2 – исходный материал, 3 – лодочка испарителя, 4 – крышка лодочки, 5 – капиллярная структура, 6 – токоввод.
Схема молекулярно-лучевой эпитаксии кремния, легированного сурьмой
Tп
р = 10-6 – 10-8 Па λ = 5.10-3/р = 5.104 м
Ea = kTи Tп=673 – 1073 К
Тнагрева
Подложкаиз Si или сапфираAl2O3 (КНС)
или SiO2, Si3N4 (КНИ)
Ячейка Кнудсена
Si Sb