Охлаждение фп

Для большинства ФП охлаждение увеличивает их чувствительность.

В современных ФП ИК-излучения используют следующие охлаждающие устройства:

- криостаты

- термоэлектрические охладители (ТЭО)

- холодильники, использующие эффект Джоуля – Томпсона

- холодильники с переносом хладоагента

1. криостаты или сосуды Дьюара. ФП приклеиваются к доннику (внутри колбы) сосуда Дьюара. Откачивается воздух из межстеночного промежутка и заливается жидкий N₂, H₂, He или помещается твердый. СО₂. Недостаток – обязательное вертикальное положение и периодический режим работы.

2. ТЭО (до 170 К) – малые габариты. Используется эффект Пельтье . Охладитель состоит из 2-х полупроводниковых элементов с «n» и «р» - проводимостями (Bi₂Te₃). На спае 1 будет недостаток зарядов и снижение температуры. Максимальный перепад . Для увеличения холодопроизводительности отдельные термоэлементы соединяют в термобатареи (каскады) от 2 до 7.

3. Холодильники Джоуля-Томпсона. Используют при температурах вблизи жидкого азота (77 К). Эффект заключается в охлаждении газа при его расширении в вакууме.

, где - коэффициент Джоуля-Томпсона.

Конструкция может быть «труба в трубе». Во внутренней трубе имеются отверстия диаметром 25-70 мкм через которые дросселируется газ, сжижается и выводится по межтрубному пространству наружу. Приемник приклеивается к колбе Дьюара.

4. Холодильники с переносом хладоагента. Используют жидкие газы N₂, H₂, He, которые помещают в дьюар. Дьюар имеет специальное устройство подогрева и систему клапанов, с помощью которых на ФП поступают испарившиеся газы.

Методы осаждения пленок фоточувствительных материалов

Все используемые в промышленности методы осаждения пленок являются разновидностями 4-х основных:

1. физическое осаждение из паровой фазы

2. химическое осаждение из паровой фазы

3. химическое осаждение из растворов

4. электрохимическое осаждение

Есть и другие, имеющие значительно меньшее значение.

Физическое осаждение из паровой фазы

Вакуумное испарение. Согласно кинетической теории Лангмюра-Дэшмана скорость свободного испарения атомов с чистой поверхности в вакууме

определяется уравнением: [ат/см²]

,

где - равновесное давление пара, Па

М – мольная масса

Скорость конденсации пара зависит от взаимного расположения испарителя и подложки, её температуры, состояния поверхности. Давление в системе должно быть меньше 10^-3 Па (10^-4 Па). S, Se, Te, Bi, Sb, P, As – испаряются в форме многоатомных кластеров, другие в атомарной форме.

Сложные соединения могут диссоциировать и их компоненты осаждаются при различных температурах, изменяя состав соединения. Не диссоциируют MgF₂, B₂O₃, SiO, GeO, SnO. Этим методом получают PbS, PbSe, PbTe.

Эффективность конденсации повышается при повышении реакционной способности частиц пара.

Эпитаксиальное осаждение. В силу особенностей процесса (сильно пересыщенное состояние паров или жидких реакционных смесей) получаемые пленки являются термодинамически неравновесными образованиями и имеют, как правило, мелкозернистую структуру. При оптимизации процесса толщина слоя может увеличиться до 1 мкм. Различают:

- эпитаксиальное осаждение методом горячей стенки

- молекулярно-лучевую эпитаксию

- графоэпитаксию

1. Эпитаксиальное осаждение методом горячей стенки.Пары от кольцевых испарителей переносятся в объем, ограниченный нагретой цилиндрической оболочкой с температурой больше температуры подложки. Это их гомогенизирует и позволяет повысить качество пленок при конденсации. Используют для соединений A^IIB^VI и A^IVB^VI.

2. Молекулярно-лучевая эпитаксия. На монокристаллическую подложку конденсируются направленные пучки атомов или молекул. Направленный пучок возникает при прохождении паров через узкое отверстие (диаметром ~30 - 400 мкм) в сверхвысоковакуумной системе. Пары получают с помощью точечного испарителя, где они находятся под высоким давлением. Это низкоскоростной и дорогой по используемому оборудованию метод. Однако за счёт постоянного контроля структуры, состава пленок при ее росте (есть масс-спектрометр) – метод отличается высокой управляемостью Скорость нанесения не более 0,1 нм с^-1. Используется для формирования многослойных структур (сверхрешетки, гетероструктуры), пленок с объемным рельефом.

Используют для соединений A^IIIB^V, AlGaAs, GaSbAs, InGaAs, GaInAsP.

3. Графоэпитаксия применяется для осаждения на аморфные подложки (SiO₂), на которые предварительно наносятся штрихи через 3-4 мкм, зарождение и рост зерен пленки происходит вдоль штрихов.

Ионное распыление. Суть в использовании химически инертных газов, которые бомбардируя мишень (катод) выбивают частицы вещества (атомы, ионы, молекулы и даже блоки частиц) осаждаясь на подложке. Ионы составляют меньше 1%. Скорость осаждения ~ 10 нм/с.

Метод дает очень прочные пленки многокомпонентных соединений.

Различают:

- распыление в тлеющем разряде

- магнетронное ионное распыление

- высокочастотное ионное распыление

- ионно-лучевое распыление

- ионное осаждение

- реактивное ионное распыление

1. Связан с созданием тлеющего разряда при остаточном давлении рабочего газа (Ar) р ~ 1 Па, = 1-3 кV. Расстояние между катодом и анодом около 5 см. Пленки захватывают рабочий газ.

2. Магнитное поле приложено перпендикулярно электрическому, что препятствует выходу электронов из катода, увеличивает ионизацию газа и препятствует бомбардировке ионами анода. Мощность, подводимая к катоду, используется на 60%. Скорость осаждения до 40-50 нм/с. Используется для нанесения SnO₂, (SnO₂+In₂O₃), CdS, Cu₂S.

3. Газ ионизируют внешним электромагнитным полем (р~0,1 Па). Используют при применении в качестве катода – диэлектрических материалов (положительный заряд на поверхности нейтрализуется) f = 13 МГц. Незаменим для нанесения полупроводниковых и диэлектрических пленок.

4. Ионы создаются в камере с тлеющим разрядом и через отверстия истекают во вторую камеру, р=10^-2-10^-3 Па. Ионы можно ускорять при прохождении их через отверстие диаметром до 25 см. Используют как для ионного травления, так и для нанесения проводящих и непроводящих пленок (SnO₂+In₂O).

5. Метод совмещает термическое испарение вещества и осаждение его на подложку с одновременной бомбардировкой подложки положительными ионами (Ar⁺). Это уплотняет пленки, улучшает их адгезию. Недостаток – захват рабочего газа.

6. Благодаря высокой химической активности ионов и возбужденных атомов получают пленки карбидов, нитридов, оксидов, гидридов, сульфидов, фосфатов и т.д. В плазму тлеющего разряда вводят реакционноспособный газ (галогеноуглероды и др.). Используют для получения МДП и ПДП структур, просветляющих покрытий.