2.2. Получение плёнок из паровой фазы.

Осаждение пленки за счет химической реакции, происходящей в газовой фазе в приповерхностной области известно как осаждение из паровой фазы или пароосаждения. Обычно приемная поверхность является более нагретым телом, чем окружающая среда. Это обеспечивает протекание гетерогенных реакций на поверхности подложки. В газовой фазе могут протекать и гомогенные реакции. Химическое осаждение из паровой фазы проводится на подложке, помещенной в среду одного или нескольких газообразных соединений, которые содержат компоненты осаждаемого материала. В результате химической реакции на подложке на ней образуется твердый конденсат желаемого состава. Активирование химической реакции может осуществляться различными способами:

• нагрев,

• высокочастотная обработка,

• световое или рентгеновское облучение,

• электрическая дуга,

• электронная бомбардировка,

• каталитическое действие поверхности подложки.

Для предотвращения порошкообразного осадка, который может появиться, если реакция происходит в газовой фазе (гомогенная реакция), нужно подобрать такие условия осаждения, чтобы реакция протекала на поверхности подложки или вблизи нее (гетерогенная реакция).

Химическое осаждение из газовой фазы имеет много общего с процессами физического осаждения, протекающими на стадии конденсации вещества при физическом испарении.

Наиболее четкое различие между процессами физического и химического осаждения может быть осуществлено за счет описания химической реакции, происходящее непосредственно по границе твердое тело - газовая среда. И исключается основное условие физического осаждения, согласно которому длина свободного пробега должна быть больше размера технологической камеры.

Недостатки:

1. Термодинамические и химические реакции, протекающие при осаждении из паровой фазы, обладают рядом непредсказуемых особенностей – сложность контроля.

2. Подложки должны быть нагреты на значительно большую температуру. Чем при физическом формировании пленок.

3. Газы, используемые для формирования и их продукты распада, часто обладают высокой токсичностью, взрывоопасностью, вызывают коррозию материала камеры.

4. Трудно получить или хранить химически активные исходные материалы.

5. Т.к. газы вызывают коррозию, то подложка также как и элементы камеры подвергается агрессивному воздействию и оно оказывает влияние на материалы, из которых сделаны подводящие и в результате воздействия паров на эти элементы может возникнуть непредсказуемая химическая реакция, которая внесет примеси в структуру растущей пленки.

6. Если в процессе формирования нужны высокие температуры для нагрева подложки, то это может привести к неравномерности распределения покрытия и возникновению промежуточного слоя. Помимо этого вносится ограничение на материал подложки.

7. Трудно контролировать однородность осаждаемого слоя.

8. Побочные продукты реакции осаждения на внутрикамерную арматуру и затрудняют ее функциональные действия.

Достоинства:

1. Не требуется дорогостоящее высоковакуумное оборудование.

2. Высокая скорость формирования пленки.

3. Для осаждения тугоплавких материалов не обязательно создавать высокие температуры.

4. Сравнительно легко получаются пленки из химических соединений и достаточно просто управлять их стехиометрией (химической структурой).

5. Можно наносить покрытия на детали сложной формы (шар-цилиндр, линза Френеля и др.)

Для химического осаждения из газовой фазы реально использовать любую химическую реакцию с участием одного или нескольких газов реагентов. Необходимо только, чтобы эта реакция вела к образованию твердого продукта. Почти все химические реакции, используемые для формирования пленок, могут быть таким образом разделены:

1. Реакция разложения.

2. Реакция восстановления (Н₂ или Ме)

3. Реакция полимеризации

4. Транспортная

1, 2, 3 – обладают общей особенностью: твердая фаза появляется в результате воздействия газов независимо от способа из введения в реакционный объем.

4 – характеризуется тем, что, по крайней мере, часть активной газовой смеси создается непосредственно в системе осаждения.

Т ермином транспортная реакция называется перенос к подложке твердого материала, находящегося в самой системе. Это происходит вследствие химического воздействия на материал источника активным газом. В результате возникает летучее соединение. При подходе к подложке оно разлагается и образуется твердый осадок исходного материала, находящегося вблизи поверхности подложки к газообразному соединению, содержащему вещество покрытия. Требуется подвести большое количество тепла для разложения этого твердого тела на газ и на новое твердое тело

2.2.1Термическое разложение (пиролиз)

При термическом разложении различают две стадии протекания реакции: высокотемпературную, когда температура подложки более 600С и низкотемпературную, когда температура подложки от комнатной до 600С.

При высокотемпературных реакциях разлагается металл и иодиниды, а при низких карбомилы металлов и гидриды металлов, большинство металлоорганических соединений боргидириды металлов и некоторые нестабильные галогениды металлов и карболгалогениды.

При разложении при малых давлениях (не вакуум) и высокой концентрации продуктов, нужно значительно нагревать подложки. Это способствует еще получению более совершенной структуры пленки, улучшению состава и адгезии. Несмотря на то, что метод разложения достаточно простой, требует только одного химически активного газа – могут возникнуть трудности, обусловленные тем. что многие соединения образуют несколько нелетучих компонентов, что приводит к неоднородности состава пленки.

Реакцию восстановления можно рассматривать как частный случай реакции разложения. Особенностью является наличие второго активного тела.