Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок, страница 15

В связи с этим тонкопленочные элементы нашли широкое применение для измерителей мошностн в диапазоне СВЧ, для чего чаше всего используются тонкопленочные болометры [Л. 3,4). Принцип действия болометра основан па изменении сопротивления проводника прп его нагреве. Поскольку величина изменения сопротивления не зависит от способа нагрева, а является однозначной функцией температуры проводника, то это дает возможность измерять с помощью боломстра мощность в диапазоне СВЧ. Энергия СВЧ, поглощаясь в болометре, преобразуется в тепловую энергию, вызывая повышение его тсмпературы и увеличение омического сопротивления, по которому можно судить о поглощенной мощности Устройство металлопленочного болометра показано на рис.

1-21. В качестве термочувствнтельного слоя используется пленка палладия 1 толщиной в несколько сотен ангстрем, нанесенная методом термического испарения в вакууме на стеклянную или слюдяную пластину 4. 'г!а термочувствительпый слой и токопроводы 2 методом термического испарения в вакууме нанесены контактные перекрывающие полоски 8. Эти полоски 73 играют важную роль в обеспечении стабильности и повышении надежности болометра. Они нанесены из палладия и изготовлены таким образом, чтобы расстояние между кромками этих полосок было равно высоте стенки соответствующего волновода, а на токоподводах остались бы залуженные участки 5, 2 Чувствительность мегаллопленочного болометра может быть повышена за счет применения полупроводниковой пленки.

В этом случае тонкая стеклянная или сл<одяная пластинка с одной стороны покрывается металлической 5 пленкой, а с противоположной стороны— полупроводниковой пленкой. Болометр работает следующим образом. Металлирис ! з! <<<е «<еская пленка, сопротивление которои таллоплеиьч- согласовано с волновым сопротивленнимй ч<«л<«метр. ем, поглощает энергию СВЧ и нагре- вается. Нагрев металлической пленки вызывает нагрев подложки п слоя полупроводника. Поскольку подложка имеет очень малую толщину, температура полупроводникового слоя с ббльшсй точностью соответствует тех<псратуре металлического слоя. Поглощающая пленка обычно изготавливается из ш<хрома или констаитана, и ее сопротивление изменяется очень незначительно во всем диапазоне измеряемых мощностей.

В то же время сопротивление полупроводниковой пленки, изготовленной из германия, сильно зависит от температуры. Металлическая и полупроводниковая пленка имеют отдельные выводы, что позволяет либо отделить цепь индикации от цепи прогрева и замещения, либо объединить их, соединив последовательно металлическую пленку, сопротивление которой обычно составляет несколько сотен, с полупроводниковой пленкой, сопротивление котороп до<тягает нескольких тысяч ом. Различные типы болометров при всех своих достоинствах имеют один общий существенный недостаток; при измерснии мощности приходится применять сложные мостовые схемы. В том случае, когда это нежелательно, примени<«эт прямопоказыва<ощис измерители мощности в виде комбинированных пленочных термопар, При изготовлении комбинированной термопары на подложку из слюды или стекла наносят пленки из полупроводнн- 74 ков пли сплавов, образующие расположенный в середине термопары рабочий термоспай и находящиеся на ее концах охлаэкдаемые термоспаи.

Эти спаи с одной стороны образованы полупроводниковыми пленками, а с другой — металлическими контактными полосками. На обратную сторону полоски наносят металлическую пленку с!«01!Тактиымн полосками. Мощность СВЧ поглощается металлической пленкой, которая при этом нагревается. Благодаря хорошему тепловому контакту выделяемое в пленке тепло передается термоспаю. В результате нагрева термоспая возникает тсрмоэлсктродвижущая сила, по величине которой судят о поглощенной мощности. Тонкие пленки металлов п диэлектриков находят самое широкое применение в оптическом производстве. Однослойные и многослойные покрытия из различных диэлектриков с высокими и низкими значениями коэффициента преломления применяются для увеличения или уменьшения отражательной способности металличсл<их и стеклянных поверхностей.

Для однослойных просветля<ощих покрытий используются пленки крполита (КазЛ!Р) Ь)аР МдРм а также АР и СаР,, которые умепьша<от коэффициент отражения на двух повсрхиостях стекла до 0,4 — !%. Мпогослойныс просвстляющие покрытия с использова<и<ем рвал<в«<ых комбпиаш<п таких диэлектриков, как Т)Ох, 5!О., Са5)Ом ТЬОь А!,О, п др., умсньшают коэффициент отражения почти до пуля и одновременно обеспечивают эффективное пропускапнс света в различном и достаточно широком диапазоне длин волн, Нанесение на поверхность стекла однослойных и многослойных пленок с высокими коэффициентами преломления позволяет получить отражатели с пренсбре.

жимо малым поглощением света. С этой целью для получения однослойных пленок использу<отся Т!Оь Ре,Ом 5Ь5, и другие материалы. Еше большее значение коэффициента отражения (до 085) получается при использовании различных комбинаций таких материалов, как Хп5, Т!Оь крполит и др. Для изготовления интерференционных фильтров, пропускающих свет в узком участке спектра, применяются диэлектрические пленки, заключенные между двумя сслективно отража<ощими полупрозрачными металлическими пленками. Для изготовления сложных интерференцнонных покрытий различных типов к свойствам пленок предъявляют ряд специфических требований.

Прежде всего пленки должны иметь одинаковую толщину по всей рабочей поверхности, обладать высокой чистотой и однородностью. В противном случае вследствие поглощения и рассеивания света внутри пленок их оптическая эффективность падает. Структура пленок ие должна претерпевать существенных изменений во времени. Пленки должны быть устойчивы против воздействия влажной атмосферы, а также механических повреждений (царапины и истирание). Для получения оптических пленок обычно используются вакуумные напылительные установки колпакового типа с применением оптических методов контроля толщины напыляемгях пленок.

С помощью вакуумного напыления получают также тонкие магнитные пленки. Благодаря простому способу изготовления, болыиим скоростям переключения, большой плотности записи, а также высоким механическим свойствам и устойчивости к воздействию климатических факторов магнитные пленки являются весьма перспективными для применения в запоминающих устройствах цифровых вычислительных машин. Для устройств памяти может использоваться двух- пленочный запоминающий элемент Этот элемент состоит из пленки с высокой коэрцитивной силой (на освове Ге — Со-сплава) и пленки с малой коэрцитивной силой (на основе Ге †-сплава), Первая пленка является запоминающей, вторая — счигывающей.

Принцип работы двухпленочиого элемента основан иа создании сильного внешнего поля запоминающей пленкой, которая управляет состоянием считывающеи пленки. Двухплсночный элемент обычно имеет квадратную форму и занимает площадь в несколько квадратных миллиметров. На стеклянную подложку одновременно наносится боль. шое количество элеменгов памяти. Запоминающие устройства на основе тонких магнитных пленок потребляют очень малую могцпость для записи и считывания информации и позволяют коммутировать управляющие токи маломощными полупроводниковыми приборамн. Для изготовления тонких магнитных пленок применяется как вакуумное осаждение в магнитном поле, так 7Б и катодное распыление.

Первый способ обладает тем недостатком, что на магнитные свойства пленок оказывает влияние эффект наклонного падения осаждаемых частиц; метод катодного распыления свободен от этого недостатка, Кроме того, магнитные пленки, полученные методом катодного распыления, имеют значительно лучшую адгезию к стеклу и обладают более плотной структурой.

Глава вторая ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ВАКУУМА 2-1, ТРЕБОВАНИЯ К ВАКУУМУ И СОСТАВУ ОСТАТОЧНОЙ СРЕДЫ ПРИ НАПЫЛЕНИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК При вакуумном напылении тонких пленок происходит испарение различных материалов с последующим осаждением (конденсацией) их паров на подложку. Процесс образования пленки складывается из процессов в объеме и поверхностных процессов В связи с этим физическим критерием, определяющим степень вакуума, является соотношение ~~ я о~в гДе )Уа — число взаимоДействий (соУДаРений) атомов и молекул в объеме вакуумной камеры в единицу времени; Ю„ — число взаимодействий (соударений) атомов н молекул с поверхностью вакуумной камеры в единицу времени, Когда число взаимодействий атомов и молекул газа в объеме значительно превышает число их взаимодей- ствий со стенками, т.

е. когда Уа)У„>)1, имеет место низкий вакуум, В этом случае атомы испаряемого ве- щества на своем пути к подложке многократно сталки- ваются с молекулами и атомами остаточных газов, вследствие чего траектории движения испаряемых ато- мов имеют вид ломаных линий. В результате многочи- сленных столкновений полностью нарушается первона- чальная ориентировка движения испаряемых атомов, вследствие чего после их конденсации на стенках сосуда 77 7С зл 7вз Ьгз зев Ша Л.иРЗИ Езл Рис. 2-1.

Зависимость длины свободиого пробега а, количества молекул в единице объема йз, количества соударсипй молекул об едипппу плоЬцадп йзн И СОударЕНпй МОЛЕКУЛ в объеме йга от давлении воздуха Р при комнаткой теввпсратурс. получается довольно равномерное покрытие, иа которое почти никакого влияние не оказывает наличие и расположение мас«и. Среин!ий вакуум определяется условием, когда число взвив!оде!1ствнй атомов и молекул газа в объеме и чнсло взаимодействий с поверхностью .одного порядка, Ов и— т е 1'47 71"47 =1 24 дМлэзздо ! 7701'и' во У В этом случае ос- 70 в ~ ~ ~ НОВНаЯ МаССа атОМОВ 1 ' иснаряе мого вещества те в 77„1см ;'е.н у достигает стенок сосу- .,7~-,„-77 да без столкновения с — — молекулами остаточнма ных газов и лишь незначительная их часть те! в результате столкновбо Лксму ! вений отклоняется от д первоначальяого пути.