МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ФЭТ

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «ТМиЭЭТ»

Тема: ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ВАКУУМНОГО ИСПАРЕНИЯ

Студенты гр.
Преподаватель		Мишнев М.А.

Санкт-Петербург

202X

Цели работы

1. Изучение процесса получения пленки.

2. Изучение влияния технологических параметров на скорость роста пленки.

Основные расчетные соотношения

Метод изготовления тонкой пленки основан на испарении рабочего вещества в высоком вакууме за счет нагрева и конденсации паров на подложке.

При изучении метода следует выделить три взаимосвязанных процесса:

– формирование потока рабочего вещества;

– перенос частиц рабочего вещества от источника к подложке;

– формирование пленки на подложке.

Выражение для распределения толщины пленки L(y) вдоль плоской подложки вдоль координаты y:

В центре подложки при y = 0 толщина пленки максимальна:

Рассеяние потока вещества на расстоянии x от источника:

где – средняя длина свободного пробега частиц в вакууме при заданных значениях температуры T и давления p.

При T = 298 К значение можно оценить по формуле:

Обработка результатов эксперимента

1. Эксперимент проводился по исходным данным (табл. 1) и плану (табл. 2).

Таблица 1. Исходные данные для проведения процесса

Состав материала пленки	Fe
Мин. ток испарителя	Imin, А	25
Мин. ток испарителя	Imax, А	45
Толщина пленки	d = L(0), мкм	1
Масса испаряемого материала	m, г	2,23
Размеры подложки	a × b	5 × 5 см
Неравномерность пленки по толщине	K, %	10
Температура подложки	Tп, К	400
Мин. расстояние «испаритель–подложка»	hmin, м	0,2
Макс. расстояние «испаритель–подложка»	hmax, м	0,3
Мин. остаточное давление	pост min, Торр	10-5
Макс. остаточное давление	pост max, Торр	10-3

Таблица 2. План эксперимента

№ опыта	I, A	pост, Торр	h, м	vпл, мкм/с
1	Imin = 25	pост min = 10-5	hmin = 0,2	v1
2	Imin = 25	pост min = 10-5	hmax = 0,3	v2
3	Imin = 25	pост max = 10-3	hmin = 0,2	v3
4	Imin = 25	pост max = 10-3	hmax = 0,3	v4
5	Imax = 45	pост min = 10-5	hmin = 0,2	v5
6	Imax = 45	pост min = 10-5	hmax = 0,3	v6
7	Imax = 45	pост max = 10-3	hmin = 0,2	v7
8	Imax = 45	pост max = 10-3	hmax = 0,3	v8

При рассеянием частиц на молекулах остаточных газов следует пренебречь, т. е. можно считать, что (h) ≈ .

Запишем результаты опытов в табл. 3.

Таблица 3. Результаты опытов

№ опыта	pнас, Торр	, г/(см2∙с)	, г/(см2∙с)	vпл, мкм/с	t, с	A, см2	mисп, г	pнас, Торр
1	0,0817	5,81 ∙ 10-7	8,67 ∙ 10-4	7,39 ∙ 10-4	1354	0,843	0,99	0,0817
2	0,0817	2,56 ∙ 10-7	8,67 ∙ 10-4	3,26 ∙ 10-4	3067	0,837	2,23	0,0817
3	0,0817	3,92 ∙ 10-7	8,67 ∙ 10-4	4,99 ∙ 10-4	2006	0,569	0,99	0,0817
4	0,0817	1,54 ∙ 10-7	8,67 ∙ 10-4	1,96 ∙ 10-4	5115	0,502	2,23	0,0817
5	1,02	66,7 ∙ 10-7	1,02∙ 10-2	37,7 ∙ 10-4	118	0,822	0,99	1,02
6	1,02	26,9 ∙ 10-7	1,02∙ 10-2	34,3 ∙ 10-4	292	0,748	2,23	1,02
7	1,02	45,0 ∙ 10-7	1,02∙ 10-2	57,3 ∙ 10-4	175	0,554	0,99	1,02
8	1,02	16,8 ∙ 10-7	1,02∙ 10-2	21,4 ∙ 10-4	468	0,466	2,23	1,02

Рассчитаем для каждого эксперимента площадь поверхностного источника A. Пример расчета для первого эксперимента:

Здесь = d = 1 мкм. J_m0, t, h – параметры из эксперимента.

Далее найдем массу через произведение найденной площади A, J_m0 и t.

Пример для 2-го опыта ( ):

Полученная масса в каждом эксперименте с совпадает с массой, которую посчитали перед экспериментом:

Результаты расчета A и m добавили в табл. 3.

2. Запишем для каждого опыта зависимость толщины пленки от координаты. 1-й опыт:

Построим графики от 0 до l (рис. 1), где l – край квадратной подложки со сторонами a = b = 5 см (l = 7,07 см).

Рис. 1. Зависимость толщины пленки от центра к краю подложки

3. Найдем длины свободного пробега по формуле:

Для определения плотности потока на границе раздела «вакуум-подложка» в следует подставить х = h в каждом эксперименте.

Сравним длины с рассчитанными по формуле:

Результаты расчетов – в табл. 4.

Таблица 4. Расчет длин свободного пробега двумя способами

№ опыта	, см (1)	, см (2)	C, К
1	2,74	473,68	113,98
2	3,69	473,68	113,98
3	2,60	4,74	113,98
4	3,47	4,74	113,98
5	2,73	473,68	113,98
6	3,64	473,68	113,98
7	2,59	4,74	113,98
8	3,44	4,74	113,98

Исходя из полученного значения длины свободного пробега попытаемся определить род газа в камере. Для этого рассчитаем постоянную Сазерленда через формулу длины свободного пробега:

Поскольку мы не знаем газ и хотим его найти по константе Сазерленда, возьмем усредненное значение d₀ для воздуха:

Сравним полученное значение сравниваем с табличными [1], найдем наиболее подходящее и сделаем предположение, какой это газ. Ближайшим по таблице является атмосферный воздух с С = 113 К.