1.Модель процесса нагрева мишени.

Будем считать, что в стационарном (установившемся) режиме нагрева вся мощность, выделяемая в зоне действия электронного луча, расходуется на нагрев мишени. Тогда P=Q, гдеQ– мощность тепловых потерь в мишени. Она является суммой двух составляющих (см. рис. 5): радиальных потерь () и вертикальных потерь (). То есть.

Рис.5. Модель нагрева мишени электронным лучом.

В твердом теле, находящемся в вакууме, теплопередача в направлении xосуществляется только за счет теплопроводности в соответствии с уравнением Био-Фурье

где - мощность тепловых потерь, Вт;- коэффициент теплопроводности материала мишени,;F– площадь теплообмена;- градиент температур в направленииx. Знак (-) в (4) отражает противоположные направления теплового потока и градиента температуры.

Для в зоне действия луча справедливо решение уравнения (5) как для плоской стенки с площадью теплообмена, равной площади сечения электронного лучаF=и с толщиной, равной толщине мишениh. После разделения переменных и интегрирования (5) в пределах, указанных на рис. 6a, будем иметь

где - температура поверхности мишени в зоне действия луча;- температура дна мишени. Так как практически всегда мишень помещается в водоохлаждаемом держателе, то температуруможно считать равной температуре охлаждающей воды.

Учитывая, что и – ()=после подстановки этих значений в (6) получим

Для радиальных потерь перепад температур по глубине мишени сильно различается. На поверхности мишени (h=0) он максимален, а с обратной стороны – равен нулю. Для упрощения расчетов можно принять допущение, что по всей толщине мишени имеет место средний перепад температур. В этом случае для радиальных потерь можно считать, что площадь теплообменаF=, а уравнение (5) примет вид

где - площадь поверхности цилиндра в центре мишени. Разделив переменные и проинтегрировав (8) в пределах, указанных на рис. 6б, получим

где - радиус мишени. Учитывая, чтои средний перепад температур в мишени равенуравнение (9) можно переписать в виде

Из уравнений (7) и (10) следует, что суммарные тепловые потери

или

Из (11) следует, что выражение имеет размерность длины. Его можно интерпретировать как эффективное расстояние, на которое распространяется тепло в мишени. В таблице 1 приведены теплофизические свойства металлов, наиболее часто используемых для получения покрытий. В таблице 1 приведены теплофизические свойства некоторых металлов, необходимые для расчета нагрева мишени.

Таблица 1. Теплофизические свойства некоторых металлов.

Металл
Аl	0	2680	0,249	209	313
	100	2740	0,254	213	306
	300	2810	0,265	225	302
	500	2840	0,277	235	296
W	0	19400	0,037	163	226
	200	19600	0,037	141	190
	400	19800	0,038	128	168
	600	20000	0,039	114	146
Au	0	19300	0,036	313	447
	500	19450	0,037	313	432
Ni	0	8100	0,118	61,6	64
	400	8300	0,142	48,8	41,5
	800	7900	0,145	58	50,6
Cu	0	890	0,108	393	405
	400	9000	0,113	365	360
	1000	9150	0,120	320	292
Mo	0	10250	0,07	141	197
	400	10650	0,073	129	165
	1000	10750	0,078	104	125
Pt	0	21600	0,036	70	89
	400	22250	0,038	77,5	91,3
	1000	22800	0,04	89,5	97,3

Лабораторное задание.

1. Ознакомиться с устройством, принципами работы вакуум-термического оборудования и методикой напыления пленочных покрытий.

2.Ознакомиться с устройством, принципом работы и сравнительными характеристиками электронно-лучевых испарителей. Освоить способы управления режимами работы испарителя.

3. Освоить методику расчета скорости и равномерности осаждения слоев.

4. Освоить методику расчета электронно-лучевого нагрева мишени.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.Ознакомиться с теоретическими сведениями об оценке скорости и равномерности осаждения покрытий в вакууме.

2. Ознакомиться с конструкцией, принципами и особенностями работы, достоинствами и недостатками различных типов электронно-лучевых испарителей.

3. Выполнить расчет электронно-лучевого нагрева рабочей зоны мишени.

Требования к отчету.

Отчет должен содержать:

1. Краткий конспект материала, изложенного в теоретическом введении описания лабораторной работы.

2. Схему, иллюстрирующую принцип работы кольцевого и ленточного электронно-лучевых испарителей.

3. Результаты выполнения заданий, выданных преподавателем.

Контрольные вопросы.

1. Схема блока осаждения установки для нанесения пленок в вакууме; названия и назначение основных элементов.

2. Основные этапы и параметры процессов нанесения пленок в вакууме.

3. Последовательность проведения процесса нанесения пленок в вакууме.

4. Параметры, от которых зависят скорость и равномерность напыления пленки; назначение планетарных систем подложкодержателей.

5. Общие принципы работы, преимущества и недостатки электронно-лучевых испарительных систем. Основные модификации электронно-лучевых испарительных систем; принципы их работы.

6. Испаритель с кольцевым катодом. Принцип работы, особенности, достоинства и недостатки.

7. Испаритель с ленточным катодом. Принцип работы, особенности, достоинства и недостатки.

8. Сравнительные характеристики электронно-лучевых испарителей. Управление режимом работы электронно-лучевого испарителя. Основные параметры; практические приемы.

9. Методика расчета нагрева мишени электронным лучем.

Рекомендуемая литература.

1. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. М.,"Мир",1985,с.96-103,123-127,

2. 3и С. Технология СБИС, т.2,М.,"Мир",1986,с.71-76.

3. Под ред. Масленникова П.Н. Оборудование полупроводникового

производства. М., "Радио и связь",1981,с.83-88.

.

18