Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ТЕХНОЛОГИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК -1.doc
Скачиваний:
15
Добавлен:
16.11.2018
Размер:
4.56 Mб
Скачать

2.2.5.Пути создания парогазовой смеси и дозированного введения пара в камеру.

Пути определяются тем, в каком рабочем состоянии находится рабочий:

  1. Газообразное – наиболее простой путь, если его хранение возможно в виде баллонного продукта, тогда только сложности – ввести в камеру без потерь и в нужном количестве.

  2. Вещество в жидком или твердом состоянии, то для переноса нужно нагреть любым методом это вещество до состояния испарения. Регулируется дозировкой количества, добавляемого в испаритель материала за счет введения в него продуктов, участвующих в реакции. Наиболее удобным является процесс, когда испаряемое вещество переносится потоком газа.

Газ – носитель можно насыщать парами жидкого или твердого источника несколькими способами. В испарителе 1-го типа пузырьки газа-носителя, проходя сквозь жидкий источник, насыщаются его парами, а при подходе к подложке происходит конденсация твердого тела из этого пара.

Большой интерес представляет создание парогазовой смеси строго контролируемого состава для осаждения соединения, сплавов и легированных материалов.

Такие смеси достаточно приготовить путем одновременного испарения компонентов из нескольких независимых источников, но в этом случае достаточно сложно контролировать соотношение компонентов в самой пленке.

Метод капли постоянного размера. В этом случае постоянство состава контролируется благодаря тому, что небольшая капля, состоящая из соединений или смеси, нагревается до температуры испарения и подпитывается этим соединением, так чтобы ее размер был постоянен.

Еще один метод адгезии смеси из жидких растворов 2-х соединений предполагает использование 2-х последовательно расположенных испарителей. 1-й из испарителей содержит смесь этих соединений, 2-1 более летучую компоненту.

Во многих случаях удобен метод химического транспорта, когда с газом носителем или без него пропускают над нагретыми металлами или соединением металлов. При использовании химического транспорта температура, скорость потока площадь поверхности не являются критичными к составу материала.

2.3. Вакуумные методы формирования покрытий

2.3.1 Термическое испарение.

2.3.1.1.Скорость испарения

Как металлы, так и термостойкие сплавы быстро испаряются в вакууме при достижении ими температуры, соответствующей давлению паров свыше 10 Па. Некоторые вещества, например Mg,Cd,Zn и ZnS, испаряются из твердого состояния, но в большинстве случаев нанесению испарением предшествует плавление материала.

В условиях вакуума и при давлениях паров наносимого вещества менее ≈ 100Па испаряющиеся молекулы не встречают препятствий при удалении с поверхности, так что количество вещества, испаряемого с единицы поверхности в единицу времени при данной температуре оказывается равным испаряющемуся в условиях равновесия с насыщенным паром. Для существования равновесного состояния необходимо, чтобы скорость испарения вещества равнялась скорости его поступления на поверхность источника паров. Число молекул, поступающих на единицу площади в единицу времени, равно где n — число молекул в единице объема и ν— средняя скорость молекул.

Если при этом только доля а молекул, поступающих на поверхность, конденсируется на ней, то равновесное состояние соответствует испусканию с единицы площади в единицу времени 0.25 an ν — молекул. Исходя из этого, Лэнгмюр вывел следующее соотношение для скорости испарения в вакууме:

5.85·10-5 г см-2 сек -1 2.1

где P—давление паров, мм.рт.ст., при данной температуре, в градусах по шкале Кельвина (° К), а М— количество молей вещества, подлежащего испарению.

Металлы в парообразном состоянии являются одно атомными, за исключением сурьмы, которая в основном испаряется в виде молекул (Sb2,); для большинства металлов коэффициент конденсации а равен единице. Таблицы давлений паров для металлов были составлены Келли. Температуры плавления и температуры, соответствующие давлению паров 10-2 мм рт. ст., для ряда металлов приведены в [ccылка] .

Приведенное выше выражение для скорости испарения имеет лишь качественное значение применительно к типичным условиям испарения в вакууме, так как рабочая площадь поверхности и его температура редко сохраняются постоянными в процессе испарения, особенно при испарении с накаленной нити. Кроме того, поверхность испарителя может быть покрыта непроницаемой оксидной или нитридной пленкой (например, в случае — бериллия), снижающей скорость испарения. Испарение расплавленных диэлектриков может затрудняться различными загрязнениями, которые способны образовать неиспаряемый поверхностный слой (например, фтористый магний).

Многие из основных металлов испаряются быстрее в жидком состоянии при движении по испарителю, так как, кроме других факторов, способствующих испарению (например, увеличение площади), происходит постоянное растрескивание окисной пленки вследствие течения металла.

Наличие окисной пленки может препятствовать свободному испарению металла, который по свойственному ему давлению паров мог бы испаряться при температурах ниже точки плавления. Так, например, давление паров хрома в точке его плавления равно 60 мм рт. ст. (1 900° С), что соответствует скорости испарения 0,62 г/см сек, при которой только для подведения скрытой теплоты парообразования требуется расход мощности 3,6 квт/см2. Из этого, как будто, следует, что расплавить хром в вакууме невозможно и что он будет возгоняться. На самом же деле плавление хрома иногда наблюдается при испарении с вольфрамовой проволоки.

Поскольку плавление происходит в точках соприкосновения навески хрома и вольфрамовой нити, небольшое количество хрома течет по поверхности нагревателя, температура которого в местах испарения хрома быстро уменьшается. Охлаждение прекращает на некоторое время дальнёйшее плавление, так что процесс испарения идет с переменной скоростью при непрерывном повышении и понижении температуры испарителя.

Поверхностная окисная пленка не может препятствовать испарению, если:

1) летучесть окисла выше, чем металла (например, Gе0 и Si0 более летучи, чем сами Gе и Si), однако в этом случае покрытие будет загрязнено окислом соответственно скорости его образования на испаряемом материале, которая в свою очередь зависит от давления газа;

2) окисел разлагается при высоких температурах; пленка, например, окиси хрома восстанавливается при высоких температурах при наличии углерода в металле; поэтому добавление углерода в некоторые металлы может способствовать повышению чистоты покрытия;

3) металл способен диффундировать сквозь пленку окисла.

Mg, Ca, Ba, Sr, Ва, и Li образуют пористые окисные слои, причем скорость образования окисла изменяется весьма постоянно во времени. Чтобы предотвратить чрезмерное загрязнение покрытия окислом, эти металлы необходимо испарять быстро.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.