Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 44
Текст из файла (страница 44)
На рис. 3-55,е представлена схема тигельпого испарителя, предназначенного также для испарения моно- окиси кремния. Трудность испарения моноокнси кремния при помощи обычных ленточных испарителей за. ключается в том, что в процессе распыления время от времени наблюдается выброс макроскопнческих частиц или «комет», которые могут пробить получающуюся прн этом диэлектрическую пленку. Принцип, позволяющий отфильтровать из молекулярного пучка макроскопические частицы, заключается в следугощем, Поток частиц с поверхности испаряемого 228 материала 2 направляется под косым углом на нагретую пластинку б.
Поскольку поверхность ее для частиц молекулярных размеров оказывается «шероховатой», такие частицы испытывают на ней диффузное рассеяние, разлетаясь по всем направлениям (траектория 4), Для макроскопических же частиц поверхность пластинки оказывается достаточно гладкой, и такие частицы претерпевают оптическое отражение (траектория 5), Исполь. зуя этот эффект пространственного разделения, можно поместить подложку 3 над испарителем 2 в то место, куда макроскопические частицы практически не попадают.
Однако такие испарители обладают двумя существенными недостатками: малой скоростью испарения и болыппми потерями испаряемого материала. Эти недостатки были устранены в испарителе, показанном на рис. 3-55,ж, Порошок моноокиси кремния б насыпается в тигель 7, изготовленный из окиси алюминия, и нагревается помещенной в тигле танталовой спиралью 1. Насадка 2 из танталовой жести, надетая на верхнюю часть тигля, направляет струю пара в вертикальном направлении, отклоняя все макроскопические частицы в сторону.
Эта насадка также нагревается электрическим током, подводнмым от независимого источника к точкам А и В. Ббльшая часть макроскопических частиц, ударяющихся о крышку насадки 4, наклоненную под углом 45', отклоняется влево, в сторону от выходного отверстия насадки, и опять попадает в тигель, Если какой-либо макроскопической частице удается проникнуть в верхною часть насадки из танталовой жести, то она испытывает зеркальное отражение от ее стенок и не попадает на подложку 3. Кроме того, при такой конструкции тигля уменьшаются потери испаряемого материала благодаря экраиированию с помощью бокса 5. На рис.
3-55,з показан испаритель, который представляет собой сменный тигель 1, вставляемый в разрезной цилиндрический нагреватель 2 н удерживаемый в его верхней части. Для получения равномерного распределения температур поперечное сечение полуцилиндрических стоек равно сечению неразрезанной части, Направление потока пара показано на рисунке стрелками.
Для испарения материалов, требующих интенсивного испарения (Хп, Сб, РЬ и др.), можно применять испари- 229 тель (рис. 55,и), узкая трубчатая горловина которого формирует направленный пучок достаточно большой интенсивности, Испаряемый металл 3 загружается в тигель 2 в виде мелких частиц для обеспечения хорошей передачи тепла от стенок тигля и нагревается с помощью нагревателя 1, Тигель помещается на керамической опоре 4 и защищается радиационным экраном б. а) б) г) Рис. З-ББ. Керамические исиарители. Конструкции испарителей, изготавливаемых из окислов металлов, изображены на рнс, 3-56.
Испаритель,показанный на рис. 3-56,а, представляет собой тонкостенный керамический илп кварцевый тигель 7, зажатый между вольфрамовыми лентами 2, являющимися нагревателями. Ленты укреплены в держателях 3. Для испарения многих диэлектриков с успехом может применяться тигельпый испаритель с радиационным нагревом (рис, 3-56,б), состоящий из неглубокого керамического тигля из окиси алюминия, смонтированного на теплоизолпруюшей подставке, и вольфрамового нагревателя, выполненного в виде плоской улптообразной спирали.
Подставка тигля может с помощью винта подниматься и опускаться, что обеспечивает сохранность нагревателя при перезарядке тигля. К недостаткам этого 230 типа испарителей относится большое излучение тепла в вакуумную камеру, большие градиенты температур в материале и постепенное снижение скорости испарения по мере уменьшения навески. Конструкция испарителя из окиси тория, обеспечивающего нагрев до 2 200' С, показана на рис. 3-56,в.
Прогрев испарителя осуществляется при помощи туго намотанной изолированной вольфрамовой спирали, окруженной тепловым экраном из листового молибдена. 11а рис. 3-56,г показан специальный керамический тигель для длительного испарения металлов, в котором локально нагрето только место испарения металла. Испарительным элементом являются нагреваемые током стержни из прессованного кароида титана. Поднимаясь вверх по стержню, как по фитилю, и достигнув разогретого участка, алюминий испаряется. 11а рис. 3-56,д изображен керамический тигель с индукционным нагревом. При плавлении масса металла 2 под действием сил электромагнитного поля, создаваемого катушкой 1, поднимается таким образом, что поверхность соприкосновения нагретого до высокой температуры металла с тиглем 3 оказывается минимальной.
В результате происходит ослабление химических реакций между испаряемым металлом и тиглем. Для исключения загрязнения пспаряемого материала материалом тигля можно применять электромагнитную подвеску металла в вакууме в сочетании с индукционным нагревом, Поддержание металла во взвешенном состоянии в процессе напыления осуществ.ляется за счет того, что вихревые токи в нагреваемой навеске взаимодействуют с высокочастотным полем, в результате чего появляется антигравитационная сила, и навеска парит в поле индуктора. Конструкция и размеры индуктора для испарптеля металлов во взвешенном состоянии показаны )а рис.
3-57. Водоохлаждаемая четырехвитковая катушка сделана из медной трубки с наружным диаметром 2,3лм. Верхний виток намотан в противоположном направлении, что предотвращает выталкивание металла нз области поля, При помощи индуктора, подключенного к генератору мощностью 4 квт с частотой 1 Мге(, распылялись иавески весом от 1 г до 100 мг. Положение капли расплава становилось неустойчивым, когда ее вес в результате испарения уменьшался до 1Π— 50 шг. 231 Рис.
3-зз7. Конструкция и разме ры индукционного испарителя 232 Нужно отметить, что скорость испарения в процессе напыления оказывается непостоянной, так как температура металла уменьшается по мере уменьшения его обьема. При расположении подложки иа расстоянии 230 жм от расплавленной капли получались слон вышеуказанных металлов толщиной 50 — 100 323/смй, при этом неоднородность слоя на участке 50 гил составляла мч — 1,7'гб. Тигельные испарители нз графита приведены на рис.
3-58. Простой по конструкции графитовый — испаритель алюминия показан на рис. 3-58,а. Нагревателем служит графитовый стержень, кото- 1 рый прижимается к во- доохлаждаемым контак- ! там небольшим уснлиеи, Ь-~ благодаря чему обеспеур,у чивается компенсация деформации вдоль оси по мере нагрева стержня. В качестве тигля используется углубление в средней час!и нагревателя. Внутренняя полость тигля покрыта карбидом циркония методом вжигания в вакууме.
Для этого поверхность нагревателя смазывается тонким слоем разведенного в спирте циркония и при вакууме !О-' мл! ру. сг. и температуре 1400'С прокаливается в течение 15 луин. Алюминий в виде проволоки подается к тиглю небольшими порциями. Существенным недостатком тигля является его сравнительно небольшой срок службы (менее 1 ч). Значительное увеличение срока службы (до 4,5 ч) достигается при замене карбида циркония кубиком из карбида тантала (рис. 3-58,б). Алюминий, подаваемый небольшими порциями с помощью специального роликового механизма, попадает па кубик и стекает по его раскаленным поверхностям. Поверхности графита достигает очень небольшая часть металла, которая тут же испаряется.
Конструкции испарителя с промежуточным звеном требуют подвода зна штельных мощностей, так ) ~~'Я ~7~~Ш д) Рис. 3-38. Тигельные иснарители из графита. а — графитавый нспаритель с испольаованием карбида циркоиия; б — испа. ригель алюминия ! — охлажлаечмй водой корпус; 2 — и»алируюшая подставка; 3 — угольный нагреватель, 4 — гибкие водоохлаждаемые трубки. 5 — токаполвол; а — испаритель с промежуточным элементом нз карбила тантала; ! — нспарительиый элемент; 2 — индуктор; 3 — угольный держатель; е — протяженнып пспаритель нз угольного стержня: ! — испэряамый материал; д — испаритель с поперечными прорезями: ! — мелное гальваиопокрытие) 2 — чзлгимы, о таждаемые водой; 3 — тигель; 4 — пропилы; е — испвритель с встроенным нагревателем: ! — цилиндрический зззор для танталовшо проволочного нагревателя, встроенного в алунд; 2 — поддерживающий стержень ж — комбинированный нспаритель.
! — Радиационный экран; 2 — спиральный нагреватель; 3 — титановая обойма; 4 — графнтовый порошок; 5 — токопроволяшнй стержень. как здесь имеют место потери тепла при теплоперела- чах. Так, например, в описываемом испарителе при ско- рости испарения 2 г)мин подводимая мощность состав- ляла 11 квт. Вариант аналогичного испарптеля с индукционным нагревом, потребляюшего мошность 2,5 квт, показан на рис. 3-58,в. Протяженный угольный испаритель, изобра- женный на рнс. 3-58,г, представляет собой графитовый стержень-нагреватель, вдоль которого располагается не- сколько углублений 1 для размещения испаряемого ма- териала, 11а рис.
3-58,д показан графитовый испаритель, из- готовленный из бруска с углублением в середине. Попе- речные шили на бруске повышают сопротивление на- гревательного элемента и снижают величины потребляе- мого тока. Для уменьшения контактного сопротивления концы графитового бруска электролитически покрыты медью, На рис. 3-58,е представлен угольный испаритель, в цилиндрическую проточку которого помещается про- волочный нагреватель, покрытый окисью алюминия.
По- крытие исключает контакт между углем и вольфрамом, так как уже при 1 500'С быстро образуется карбид вольфрама, снижающий проводимость нагревателя ипо- вышаюший его хрупкость. У комбинированного угольного тигля-нагревателя спираль с тиглем изготовлена из одной заготовки (рис. 3-58,ж). Предварительно цилиндрической проточ- кой тигель был отделен от заготовки, и в проточку был залит парафин. После нарезки спирали парафин рас- плавлялся.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
