Введение в электронные технологии, страница 5

Скорость осаждения пленки и, зависит от скорости испарения, плоц~ади испарителя о„, расстояния г между нспарителсм н подложкой и углов испарения д и конденсации 0: 2. Ознакомиться с физическими основами процесса нанесения тонких пленок методом термовакуумного напыления, 3.

Ознакомиться с принципом работы интерференционного микроскопа МИИ-4 (см. рис. 3). 4. Получить у преподавателя задание и таблицу с физическими параметрами испаряемых материалов. 5. Установить в рабочую камеру установки (см. рис. 1) испари- тели, испаряемые материалы и предварительно очищенные под- ложки с закрепленными на них масками. б. Произвести осаждение пленки, замерить время осаждения, 7. Разгерметизировать камеру и вынуть образцы. 8. На основании выражений (1) и (2) провести расчет толщины осажденной пленки.

9. Измерить толщину пленки с помощью микроскопа МИИ-4, сравнить расчетную и измеренную толщины пленок. 10. Подготовить отчет (см. приложение 3). Контрольные вопросы 1. В чем заключается сущность метода термовакуумного испарения? 2. Перечислите этапы нанесения пленки на поверхность термовакуумным методом. 3. Каким образом обеспечивается беспрепятственное попадание потока испаряемого вещества на подложку? 4. От чего зависит скорость осаждения пленки? 5.

В чем заключается принцип действия интерференционного микроскопа? Работа № 4. Изучение процесса нанесении тонких пленок ме~одом химического осаждения из газовой фазы Основные теоретические сведения Метод химического осаждения тонких пленок осуществляется при напуске в рабочую камеру (реактор) смеси газов, содержащей компоненты получаемой пленки. Существуют методы непосредственно химического осаждения атомов н молекул из газовой фазы (СУ)3-методы от СЬепвса) Уароцг 13ероз)боп), газофазная эпитаксия, термическое окисление, методы плазмохимического осаждения. Химическое осаждение пленки из газовой фазы подразумевает собой процесс, при котором химическая реакция„происходящая в газовой фазе над поверхностью подложки, вызывает рост пленки на этой поверхности (рис.

7). 26 11111 тп пр„, Сспс с пленок можно разбить на четы- ее о ре этапа. ое Этап 1. Подача исходных реа- (В гентов в зону осаждения к подложкам. Этап 2. Взаимодействие исходных реагентов и образова- ~ Смесь газов ние промежуточных продуктов. В ряде случаев полные молеку- Ряс. 7. Напссспас пленок Сс0-истовом лы рабочего газа (или смеси рабочих газов) являются химически пассивными и не могут участвовать в процессе роста пленки. Поэтому рабочий газ активируют. Для активации обычно используют методы температурного или плазменного стимулирования взаимодействия реагентов. Промежуточные продукты взаимодействия переносятся к поверхности подложек.

Этап 3. Образование зародышей. На этом этапе происходит процесс адсорбции, Активные радикалы легко диффундируют на поверхности подложки и образуют химические связи, осуществляя, таким образом, первую стадию образования пленочного слоя, Газообразные продукты реакции десорбируют с поверхности и эвакуируются из зоны осаждения.

Этап 4. Рост пленки. С течением реакции количество зародышей растет, между ними образуются соединяющиеся мостики, зародыши сливаются в крупные островки. После этого наступает стадия слияния островков с образованием единой сетки. Сетка переходит в сплошную пленку, которая начинает расти в толщину. Морфология получаемой пленки очень сильно зависит от состава рабочего газа и температуры проведения процесса. Ключевым моментом, определяющим однородность осаждения слоев нз газовой фазы, является соотношение скоростей роста пленки на подложке и массопереноса реагентов к подложке.

Если скорость роста превышает скорость массопереноса или соизмерима с ней, процесс протекает в диффузионной области, и осаждаемые слои имеют большую неоднородность по толщине. Если же скорость роста слоя намного меньше скорости массопереноса, то процесс идет в кинетической области, т. е.

рост слоев лимитируется скоростью химической реакции, а не массопереносом, и достигается высокая однородность осаждения слоев. СЧО-осаждение предночтнтельнее проводить при пониженном давлении. В этом случае, во-первых, концентрация активных компонентов по поверхности подложки остается постоянной, вовторых, возрастает скорость диффузии, и процесс переходит в кинетическую область.

Скорость осаждения пленки рассчитывается из выражения (3) Контрольные вопросы 1. В чем заключается сущность метода химического осаждения нз газовой фазы? 2. Перечислите этапы нанесения пленки СЧ13-методом, 3. От чего зависит скорость осаждения пленки? 4. Чем определяются свойства осажденной СЧ)3-методом пленки? 5.

Каким образом можно сформировать нужную конфигурацию тонкопленочных элементов? где н, '" — максимальная скорость осаждения пленки, мкм/с; ҄— температура подложки, К; и — количество осаждающихся из газовой смеси компонентов„р; — парциальное давление осаждающихся из газовой смеси компонентов, Па; р; — плотность осаждающнхся из газовой смеси компонентов, кг/м; М; — молекулярная масса 3, осаждающихся из газовой смеси компонентов, кг/кмоль. При СЧО-осаждении слоев обычно контролируют следующие параметры процесса; температуру осаждения, общее (рабочее) давление в реакторе, газовые потоки или парциальные давления реагентов, общий газовый поток. Порядок выполнении робогпы 1.

Изучить правила техники безопасности (приложение 6) н расписаться в лабораторном журнале. 2. Ознакомиться с физическими основами процесса нанесения тонких пленок методом химического осаждения нз газовой фазы. 3. Ознакомиться с принципом работы интерференционного микроскопа МИИ-4 (см. рис. 2). 4, Получить у преподавателя задание и таблицу с физическими параметрами компонентов газовой смеси. 5. Установить в рабочую камеру установки (см.

рис. 1) предварительно очищенные подложки с закрепленными на них масками. б. Произвести осаждение пленки, замерить время осаждения, 7. Разгерметнзировать камеру н вынуть образцы. 8. На основании выражения (3) провести расчет толщины осажденной пленки. 9. Измерить толщину пленки с помощью микроскопа МИИ-4, сравнить расчетную н измеренную толщины пленок. 10.

Подготовить отчет (см. приложение 4). АКТИВИРОВАНИЕГАЗОПОГЛОТИТЕЛЕИ Материалы, применяемые в вакуумной технике, обладают различными сорбционными свойствами. Существуют материалы с повышенной способностью поглощать газы — еорбентьь К ним относятся пористые вещества: актнвированный уголь, силикагель, алюмогель, цеолиты, а также металлы: титан, цирконий н другие, имеющие площадь поверхности 410'м'/кг. В электровакуумных приборах для поглощения газов и паров, оставшихся после откачки или выделяющихся прн работе прибора, а также для очистки наполняющего газа от посторонних примесей используются геперы (газопоглотителн)— устройства либо вещества, поглощающие газы в вакууме.

В последнее время большое распространение получили нераспыляемые газопоглотители, изготовляемые из порошка титана. Онн применяются в ответственных электровакуумных приборах (рис. 1) или в качестве насосов в небольших по объему вакуумных камерах. Рис. 1. Специальная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) н ее нераепыляеиый татопоглотитель Качество газопоглотителя оценивается тремя факторами: скоростью поглощения, прочностью связи н сорбцнонной емкостью. Актнвированный пористый титан энергично взаимодействует с активными газами остаточной среды. Титан хорошо сорбнрует водород уже при комнатной температуре, а с гювышеннем температуры скорость поглощения увеличивается.

При б73...773 К скорости выделения и поглощения Нз становятся близки, а выше 773 К преобладает выделение Нз из тела газопоглотителя за счет уменьшения растворимости и резкого уменьшения коэффициента прилипания. Титан энергично связывает кислородсодержащие газы при температуре выше 573 К, причем с ростом температуры скорость взаимодействия увеличивается. Поглощение оксида углерода СО подчиняется параболическому закону при температурах ниже 873 К. Несмотря на то, что коэффициент диффузии углерода в титане в сто раз выше, чем кислорода, общая скорость реакции лимитируется диффузией углерода. Это объясняется тем, что предельная растворимость оксида углерода в титане на два порядка меньше, чем в углероде. Скорость взаимодействия титана с углекислым газом СОз в диапазоне температур 523...1073 К лимитируется диффузней молекул через плотную оксидную пленку на поверхности титана.

Вследствие этого кинетика поглощения углекислого газа также отвечает параболическому закону. Пары воды поглощаются титаном со скоростью, близкой к скорости сорбции оксида углерода. При нагревании газопоглотителя интенсивность взаимодействия возрастает. Сорбция воды происходит с диссоциацией молекул, причем кислород расходуется на образование оксидной пленки на гюверхности титана, водород частично растворяется в объеме металла, а оставшаяся часть десорбируется. Плотность оксидной пленки зависит не только от сорбции кислорода, но и от количества поглощенного водорода. Если оно велико, то вследствие разницы объемов гидридиых фаз и титана происходит разрыхление оксидиого слоя.

Характер процесса поглощения азота при высоких температурах (873...1073 К) зависит от давления газа над титаном. При низких давлениях скорость поглощения азота подчиняется линейному закону, что отвечает поверхностному взаимодействию. В этом случае скорость поглощения не меняется с температурой, но зависит от давления. С повышением давления линейный закон генерирования сменяется параболическим, типичным для диффузионных процессов. Инертные газы не взаимодействуют с пористым титаном. В целом активность взаимодействия кислородсодержащих газов с Т1 растет в ряду СО-СОз-Оъ занимая промежуточное место между Нз и )бз, Повышение температуры титановых газопоглотителей приводит к росту их сорбцнонной активности по всем газам.

Смысл процесса активирования заключается в удалении оксидной пленки с пористой поверхности газопоглотителя с тем, чтобы подготовить его к работе, т. е. открьпь гюры, тем самым увеличив 30 площадь сорбирующей поверхности. Активирование газопоглотителей является заключительной стадией подготовки газопоглотителя к работе, во многом определяющей его сорбционные свойства. Анализ Оже-спектрометров поверхности спеченного титанового газопоглотителя показывает, что основными примесными элементами на поверхности титана являются азот, углерод, кислород. Присутствует также сера, хлор, фосфор и кальций, но их концентрация наблюдается на уровне фона.

Прн активировании газопоглотителя происходят следующие процессы: сначала резко увеличивается концентрация газов на поверхности (т. е. диффузия газов иа поверхность из приповерхностного слоя и через поры), затем следует этап десорбции, в результате чего наблюдается соответствующее снижение концентрации (рис. 2). Если насыщенный газами газопоглотнтель активировать при определенной температуре, то повторная термообработка не приведет к существенному очищению поверхности.

Рис. 2. Процессы, протекающие нв поверхности при ее вктивироввнии: а — исходное состояние гвзопоглогизеля; б — удаление оксиднои пленки; в — рабочее состояние гвзопоглотителя 31 Работа № 5. Изучение процесса актнвирования газоноглотителеи ИК-нагревом Основные тпеоретические свеоенил Качество акгнвирования существенно зависит от применяемого способа нагрева. В настоящее время в нашей стране и за рубе>ком используется метод нагрева токами высокой частоты (ТВЧ- нагрев) и инфракрасным излучением (ИК-нагрев). К инфракрасному относят излучение с длиной волны л., равной 0,7б...10" мкм.