Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Это вызывает быстрое разрушение тигля и загрязнение пленки образующимися летучими продуктами. В связи с этим за последние годы все более широкое применение для нагрева испаряемых материалов находит электронная бомбардировка. Мегод нагрева электронной бомбардировкой имеет ряд преимуществ перед остальными методами. Так, с помощью электронных пучков можно получить поток энергии с большой концентрацией мощности на сравнительно небольшой поверхности испарения (до 5 ° 10а вг>г,из).
Практически точечная фокусировка электронного пучка позволяет получить очень высокую температуру, что позволяет испарять любые, даже самые 217 тугоплавкие материалы с достаточно большой скоростью испарения. При этом кинетическая энергия электронов, бомбардирующих твердое тело, почти полностью превращается в тепловую. Лишь незначительная часть ее расходуется иа рентгеновское излучение, образование вторичных электронов и теряется из-за рассеяния электронов. Метод позволяет получить большую чистоту и однородность состава напылясмой пленки, так как во многих случаях (при бестигельном и автотигельном испарении) удается избежать непосредственно контакта горячей зоны испаряемого материала с материалом испарителя.
Метод позволяет легко регулировать и контролировать (в том числе автоматически) как мощность нагрева, так и скорость напыления, обеспечивая вместе с тем высокий к. п. д. Обеспечивается быстрое перемещение нагретой зоны за счет нс только механического перемещения образца или излучателя, но также за счет отклонения потока электронов. При испарении методом электронной бомбардировки имеет место одно очень полезное побочное явление, а именно ионизация пара испаряемого вещества.
Образующиеся при этом ионы могут быть использованы как для контроля скорости испарения путем измерения ионного тока в цепи коллектора, так и для очистки поверхности подложки (для этого к испаряемому материалу прикладывают положительный относительно подложки потенциал от 3 до 5 кв). К недостаткам метода следует отнести наличие высокого напряжения (порядка 1О кв), что требует саблю. дения определенных требований техники безопасности. При создании электронных испарителей важную роль играет материал и конструкция катода, так как опи в основном определяют долговечность испарителя, стабильность теплового режима и отсутствие внесения загрязнений в процесе испарения.
К катодам предъявляются следующие требования: обеспечение высокой плотности эмиссии; стойкость к бомбардировке положительными ионами; сохранение стабильной эмиссии при работе в относительно плохом вакууме (до 10-' мл рт. ст.); простой режим активирования после пребывания на воздухе и низкое давление паров материала катода при рабочих температурах. 2!В Катоды чаще всего изготавливают пз вольфрама и тантала. Для увеличения срока службы катода, его удаляют на значительное расстояние от зоны плавки, а электронный луч отклоняется на большой угол и пропускается через систему диафрагм.
Кроме того, используются дополнительные вакуумные насосы, создающие разрежение непосредственно в зоне испарения. Испарители, применямые при напылении тонких пленок, можно подразделить на две группы: испарители с непосредственным подогревом н испарителя с косвенным подогревом. В первом случае тепловая энергия выделяется непосредственно на испаряемом материале.
Во втором случае используются подогреватели или специально нагреваемые промежуточные поверхности, при помощи которых испаряемое вещество нагревается (либо за счет теплового контакта, либо за счет радиации) до температуры, соответству!ошей температуре испарения. По конструктивным признакам все испарители можно подразделить на следующие основные типы: проволочные, ленточные и тигельные (автотигельные).
Проволочные испарители, основное преимущество которых заключается в простоте их устройства, изготавливаются из тугоплавких металлов в виде цилиндриче. ской спирали коничсскоч спирали, Ч-образной формы, волнообразной формы и др. Применяемая проволока (диаметром от 0,5 до 1,5 м.и) должна иметь по всей длине одинаковое сечение В противном случае пз-за местных перегревов будет нарушаться равномерность получаемого слоя и, кроме того, проволока оыстро перегорит. Распыление с проволочных испарителей может проходить в телесном угле вплоть до 4!г сгерад.
Испаряемый материал обычно удерживается на проволочных испарителях силами адгезии, поэтому испаряемый материал в жидком состоянии должен хорошо смачивать материал испарителя. Однако при хорошем смачивании материала подогревателя испаряемым материалом всегда имеет место более или менее активное взаимодействие между этими веществами, что в конечном счете приводит к разрушению испарителя. Этим и объясняется относительная недолговечность проволочных испарителей. Большим недостатком этих испарителей является также то, что при помощи пх очень трудно проводить испарение порошкообразных диэлектрических материалов, 2!9 Глгдзст мить в впд1, ~то прп пспользованин непосредственного подогрева путем пропускания тока через нспаряемую проволоку (что весьма экономично) можно испарять только те материалы, температура испарения которых ниже температуры плавления.
На рис. 3-53 схематически показаны наиболее распространенные конструкции проволочных испарителей. Для испарения небольших количеств металлов при условии их хорошей адгезии применяются О-образные, Ч-образные, ЧК-образные, волнообразные и спиральные пснарите1. Этп энты пспарптелей хорошо протцвостоят вибрации, обеспечивают достаточно однородное испарение, и, кроме того, при их использовании легко осуществляется компенсация тепловых деформаций.
Испаряемый металл размещается на этих испарителях в виде проволочных навесок, которые при последующем расплавлении образуют каплю, смачнвающую подогреватель. У-образные (рис. 3-53,а) и У-образные(рис. 3-53,б) испарители часто называют точечными, так как они образовывают точечную каплю. Однако наиболее интенсивное испарение здесь происходит не из капли, а с прилегающих к ней участков проволоки (точки 1 и 2 на риг 3-53,п), к~ та расплавленный металл поднимается под действиеи капиллярных сил. При помощи ~Ч-образных (рис. 3-53,а) и волнообразных (рис.
3-53,г) испарнтелей возможно испарять несколько большее количество веществ, однако испарители этого типа менее долговечны. При испарении материалов с плохими адгезионными свойствами рекомендуется на подогреватели наматывать вспомогательную спираль (рис. 3-53,д и е), нитки которой препятствуют стеканию расплавленного металла, и тем самым обеспечивает~я устойчивый процесс испарения. Открытая цилиндрическая спираль (рис. 3-53,ж) удобна для испарения металлов, которые закладываются в пспарптсл1 в вгт~ проволоки, Прп этом зазоры между витками должны быть достаточно большими во избежание коротких замыканий между ними после образования капель.
Для нанесения покрытий на внутреннюю цилиндрическую поверхность применяется испаритель стержневого типа (рис. 3-53,з), который размещается по оси напыляемого цилиндра. Этот испаритель возможно при- 220 и М 1 ы О 3 о е 2 о а ь Ф О. 1 221 менять только для материалов с хорошими адгезпоннымп свойствами. Он представляет собой толстую проволоку 1 нз вольфрама или молибдена (диаметром 2 мгп), на которую с шагом около 2 жл плотно наматывается вспомогательная вольфрамовая спираль 2. Куски проволоки из испаряемого металла 3 наматываются между витками вспомогательной спирали на среднюю часть испарителя.
При применении этого испарителя необходимо предусматривать компенсацию тепловых деформаций проволоки, так как при жестком креплении концов испаритель изгибается и создается неравномерное напыление по окружности. Для испарения навесок в форме гранул или кусочков применяются проволочные испарители, свитые в виде конической спирали (рис. 3-53,и). Из этих испарителей возможно испарять также порошкообразные материалы, предварительно спрессованные в таблетки. С конической спирали также возможно испарять металлы, слабосмачивающие тугоплавкие нагреватели, например серебро и медь.
При этом нужно делать расстояния между витками достаточно малыми для того, чтобы сферические капли расплавленного металла, создаваемые силами поверхностного натяжения, хорошо удерживались на спирали. Испарители 1 (рис. 3-53,к и л) окружены тепловыми экранами 2, которые уменьшают потери на излучение и одновременно создают направленность потока 3 испаряемого материала. Все вышеперечисленные виды проволочных испарителей с косвенным нагревом могут выполняться как одножильными, так и многожильными, При употреблении многожильных испарнтелей возможно осуществлять испарение достаточно большого количества вещества, добиться более равномерного распределения испаряемого материала, распылять металлы, плохо смачиваюшие (например, алюминий); увеличить скорость испарения, а также увеличить срок службы испарителя. Проволочный испаритель, обладающий цилиндрической симметрией и предназначенный для испарения предварительно отформованных таблеток возгоняемого материала, показан на рис.
3-53,м, Если пспаряемое вещество в виде таблетки 2 просто положить внутрь спирали 1, то испарение будет происходить прежде всего в местах случайного контакта таблетки с накаленной 222 спиралью, по приведет к неравномерности распредсдения потока. Испаряемые таблетки изготавливаются с отверстием в центре и нанизываются на отрезок вольфрамовой проволоки 4, поддерживаемый внутри спирали двумя фпкгпруюцгимп бусинками 3, изготовленными цз двуокиси цирконня и имеющими несколько больший диаметр, чем таблетка. Так как спираль испарнтеля делается в расчете на диаметр фиксирующих бусинок, то возможность контакта ее с таблетками из испаряемого материала полностью исключается.
На рнс. 3-53,н представлен плоский проволочный испаритель с резнстивиым подогревом, при котором ток пропускается непосредственно через испаряемый материал. Испаритель представляет собой ряд параллельных проволок 2 из испаряемого материала, натянутых с шагом 2 — 3 жж при помощи пружин 3 на держатели 4, которые одновременно являются токоподводами. При помощи подобных конструкций испарителей возможно осуществлять напыление на большие поверхности. Ленточные испарители (рис. 3-54) представляют собой нагреватели, изготовленные из тонких листов тугоплавких металлов и имеющие специальные углубления (в виде желобков, лодочек, чашечек илп коробочек), в которых размещается испаряемый материал. Они применяются для испарения больших количеств металла, для испарения металлов с плохими адгезионными свойствами, а также для испарения порошковых материалов и неорганических соединений.
Эти испарители, так же как и проволочные, потребляют достаточно большую мощность при том же сечении вследствие больших потерь на излучение, Так как здесь требуется подвод повышенных мощностей, то вводы электроэнергии для питания этих испаритслей обычно охлаждаются водой. Ленточные пспарптели имеют большую направленность испарения, и практически предельно возможная область испарения их ограничена телесным углом 2я сгерад.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
