2.3. Применение процессов взаимодействия нч с поверхностью

2.3.1. Технологии нанесения пленочных покрытий.

Физическая модель образования пленок:

• адсорбированные частицы мигрируют по поверхности, сталкиваясь между собой, десорбируют или диффундируют.

• мигрирующие частицы можно рассматривать как двухмерный газ или жидкость в зависимости от температуры и давления.

• образование пленки – это возникновение и объединение на поверхности «критических» зародышей в результате фазовых превращений газ-жидкость или жидкость-твердое тело. «Критический» зародыш – это зародыш, для которого скорость роста больше скорости распада. Каналы роста – адсорбция и присоединение мигрирующих частиц. Каналы распада – десорбция и диффузия.

В зависимости от используемых источников НЧ методы нанесения пленок делятся на: химическое осаждение из газовой фазы с температурной стимуляцией, термические, ионно-лучевые, ионно-плазменные, плазмохимические (или химическое осаждение из газовой фазы с плазменной стимуляцией).

2.3.2. Эпитаксиальное наращивание.

Это процесс нанесения (выращивания) монокристаллической пленки на монокристаллической подложке. Материал подложки играет роль затравочного кристалла. Для того, чтобы мигрирующие атомы встраивались в узлы решетки необходимо:

• увеличить скорость миграции путем повышения температуры подложки;

• снизить поток частиц на поверхность и тем самым исключить «замуровывание» частиц вне узлов решетки.

Например, эпитаксиальное выращивание Si проводится химическим осаждением из газовой фазы при Т = 1000 – 1400С, скоростях роста пленки от 1 до 10 мкм/мин и давлении 1атм и ниже.

2.3.3. Окисление, азотирование и карбидизация поверхности.

Процессы основаны на химической адсорбции кислорода, паров воды, азота и углеродсодержащих газов (СnHm). В данных технологиях используются в основном плазменные или термические источники НЧ. Перемещение границы раздела между материалом поверхности и окислом (карбидом, нитридом) этого материала происходит за счет диффузии физически адсорбированных частиц потока НЧ.

2.3.4. Радикальное травление (РТ) поверхностных слоев.

РТ основано на процессе химического распыления (травления) поверхности при образовании летучих соединений. Основные характеристики такого процесса:

• скорость v (толщина, удаляемая в единицу времени); селективности локального травления S (отношение скорости травления поверхности к скорости травления маски); анизотропия А (отношение скоростей травления материала поверхности по нормали и касательной).

2.3.5. Получение вакуума (вакуумные насосы).

Испарительные и магниторазрядные вакуумные насосы работают на принципе хемосорбции НЧ воздуха нагретыми поверхностями Ti, Zr, Ta, Mo, W, Hf, Er, которые имеют относительно малую величину энергии активации химической адсорбции. Получаемое давление остаточного воздуха в вакуумных камерах от 10^-2 до 10^-8 Па. Криогенные насосы используют явление физической адсорбции с переходом адсорбированного слоя в жидкое или твердое состояние. Для увеличения скорости откачки и количества адсорбированного газа используют развитые поверхности (активированный уголь, цеолиты, силикагель, алюмосиликаты) и низкие температуры поверхностей (ниже температуры кипения НЧ воздуха при атмосферном давлении. Минимальное давление остаточного воздуха таких насосов 10^-11 Па.

ЛЕКЦИЯ 7. РАЗДЕЛ 3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА