Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Онн обычно изготавливаются из тугоплавких металлов (тантал, молибден и платина). Вольфрамовые ленты очень хрупки и поэтому находят меньшее применение, чем другие тугоплавкие металлы. Наиболее дешевыми нагревателями, пригодными для испарения многих диэлектриков, являются нагреватели из танталовой жести. 11апболее простымп явлшотся испарнтслп открыто~о типа (рис. 3-54,а — г), представляющие собой ленты с углублением в средней части для фиксации расплавленного металла. Ленточные нагреватели деформируются при высокой температуре, что приводит к парушевзаимного расположения испарителя и подложки. нию вз и и!- Эти деформации могут бьиь предотвращены либо а) я~~ %р «яф= Р е) .~ай Рис.
3-54. Ленточные иамрители. 224 данием испарителям более сложной формы (рис, 3-54,3), либо применением специальных пружин, компенсирующих термическое расширение испарителя. Для того чтобы обеспечить наиболее высокую температуру в средней части испарителя, нагреватель имеет расширение по концам (рис. 3-54,е). 1-!а рпс.
3-54,ж и з показаны испарители с сетчатой крышкой, предназначенные для испарения порошкообразных материалов с вертикально и горизонтально направленным потоком пара. Испаритель лодочного типа (рис. 3-54,и) предназначается для испарения диэлектриков и металлов в больших количествах. Он не пригоден для испарения смачи- ва1ощих металлов, которые, растекаясь по нагревателю, значительно снижают его сопротивление, вследствие чего нагреватель может перегореть в непокрытом испаряемым металлом месте.
Ленточные испарители трубчатого типа (рис. 3-54,к и л) предназначены для испарения веществ с малой теплопроводностыо. Испарители этого типа могут иметь значительную протяженность. Изображенный иа рис. 3-54,и испаритель за счет образования узкой и глубокой щели при отгибе краев имеет резкую направленность потока пара, Испаритель, изображенный на рис. 3-54,н, обеспечивает одновременное осаждеппе па две подложки горизонтально направленного потока пара. Значительное снижение загрязнения пленок веществом испарителя достигается благодаря тому, что подложки обращены к его торцам.
На рис. 3-54,о изображена простая конструкция фигурного испарителя. Его изгибы служат одновременно как токоподводящие участки, радиационные экраны н как компенсаторы термических деформаций. Пример ленточного испарителя с непосредственным нагревам показан на рис. 3-54,п. Испаряемая лента 1 зажпмается в массивных (обычно охлаждаемых) держателях 2, и непосредственно через нее пропускается электрический ток. Для уменьшения потерь на теплоизлучеиие применен радиационный экран 3.
Специальный экран 4 предохраняет держатели от запыления. 11одобная конструкция испарителя применяется для получения пленок окислов, При этом лента из металла высокой чистоты закрепляется в зажимах испарителя и предварительно нагревается в вакууме с целью удаления поверхностных загрязнений. После напуска очищенного воздуха или смеси кислорода с инертным газом ленту снова прогревают до образования на ее поверхности слоя окисла достаточной толщины.
Затем производят испарение окисла на подложку. Окисление поверхности и последующее испарение окисла желательнопроизводить, не вынимая ленту из зажимов. В этом случае обеспечивается одинаковое распределение градиентов температуры для процессов окисления и испарения и сводится к минимуму испарение металла. При помощи описанного способа относительно легко получаются прочно связанные с подложкой слои окислов вольфрама и тантала. 15 — 261 225 Тигельные испарители могут применяться только для испарения материалов, не вступа!оших в реакцию с материалом тигля и не образующих с ними сплавов, Они изготавливаются из тугоплавких металлов (%, Та, Мо), из окислов металлов (А!зОз, ВеО, ХгОм Т)!О, и др.) и графита. Для испарения материалов с низкой температурой испарения можно использовать тигли нз стекла и кварца.
При омическом нагреве тиглей, изготовленных из окислов металлов, до высоких температур проволочными нагревателями из тугоплавких металлов между нагревателем и тиглем обычно имеют место химические реакции, которые и приводят к разрушению тигля, Экспериментально установлено, что наиболее устойчивыми являются в контакте с ВеΠ— графит, в контакте с ХгОг— молибден, в контакте с ТЬΠ— вольфрам. Для испарения больших количеств металлов с высокой точко!й плавления применяются тнгли из алупда и окиси бериллия.
Технология изготовления этих тиглей заключается в многократном нанесении на вольфрамовую спираль водной суспензии окислов алюминия или бериллия с последуя>щим отжигом каждого слоя. Процесс повторяется несколько раз до получения стенок тигля необходимой толщины. Тигли из окиси алюминия прочнее, чем тигли из окиси бериллия, и менее подвержены образованию трещин при высокой температуре. Тигли из окиси алюминия используются для металлов, температура испарения которых лежит ниже 1 600' С (Сц, Ое, Мп, Гс, Яп); тнгли из окиси бериллия могут быть использованы до температуры 1750'С.
Тигли из окиси тория применяются для испарения металлов при температурах, достига!ощнх 2 200' С. При испарении материалов при более высоких температурах используются тнгли из графита. Однако многие материалы при высоких температурах реагируют с углеродом с образованием карбидов и поэтому не могут быть испарены из таких тиглей (например, А1, 51, Т1). Недостатком графитовых тиглей является также их способность легко поглощать газы, что осложняет их технологическую обработку в вакууме. Из графитовых испарителей эффективно испаряются Ве, Ад, 5г.
Многие окислы активно восстанавливаются углеродом, что дает возможность очистки металлов путем применения графитовых тиглей. Графнтовые испари- 226 тели могут применяться до температуры порядка 2 500'С, которая ограничивается упругостью паров углерода (10 — з мм рг. ст.). Графит достаточно техпологичен и хорошо поддается механической обработке. Основное преимущество тигельпых испарителей состоит в том, что при помощи их можно осуществлять испарение болыпого количества вещества. Вместе с тем по сравнению с проволочным и ленточным испарителями они являются более инерционными, так как малая теплопроводпость материала тигля не позволяет обеспечить быстрый нагрев испаряемого материала. Кроме того, тигли из окислов металлов не допускают быстрого нагрева из-за опасности их разрушения тепловым ударом.
К недостаткам тнгельных испарителей следует отнести и то, что они позволяют испарять материал только в одном направлении. Наиболее употребительные конструкции тигельных металлических испарителей показаны на рис. 3-55. На рис. 3-55,а изображена простая конструкция тигельного испарптеля, изготовленного из тантала, который нагревается при помощи специальной изолированной спирали, намотанной вокруг поддерживающего стержня. На рис.
3-55,б показан испаритель, состоящий изтанталового корпуса 3 с углублением для испаряемого материала 1. Внутри корпуса размещен алундированный вольфрамовый подогреватель 2. Для напыления сверхпроводящих пленок (в основной из олова и свинца) можно применять испаритель, представляющий собой изотермический тигель с радиационным нагревом от танталовых ленточных нагревателей.
Тигель (рис. 3-55,в) имеет вид молибденовой ячейки с небольшим отверстием. Для получения удовлетворительной равномерности пространственного распределения плотности потока выбрана специальная форма канала с выходным отверстием, равным 2,4 мл!. Цилиндрический корпус 2 тигля выточен из заготовки, и сверху на него ца прессовой посадке одета фигурная крышка 1.
На рис. 3-55,г показан испаритель большой емкости, предназначенный для испарения моноокиси кремния. Он представляет собой длинный вертикальный цилиндр с проходящим по его оси до самого дна нагревателем. Требуемая емкость испарителя может быть получена за счет увеличения его длины без изменения других раз- !5* 227 меров. Многослойный тепловой экран, окружающий боковую поверхность и дно испарителя, служит для выравнпвания температурных градиентов в испаряемом материале. Модификация этого испарителя показана на рис. 3-55,д. Здесь вольфрамовая спираль заменена перфорированным трубчатым нагревателем, изготовленным нз тантала толщиной 0,1 лм, г) д) (1) б) 4 и) Рис. 3-55. Металлические тигельные аспарители.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
