Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Нижний виток угольной спирали помеща- ется в кольцевой танталовый желоб, который плотно набивается графитовым порошком, что обеспечивает хороший электрический контакт нагревателя. Различные конструкции нспарителей с нагревом ме- тодом электронной бомбардировки изображены на рис. 3-59. Простейший электронный испаритель (рис. 3-59,а) представляет собой металлический танталовый тигель 1, являющийся анодом, в котором помещается испаряе- мое вещества. Вокруг тигля намотана вольфрамовая нить 2, являющаяся катодом.
Над тиглем помещается кольцевой электрод 3 (коллектор), находяшийся под небольшим отрицательным потенциалом. Коллектор 234 прелназначен для собирания положительных ионов, образующихся прп столкновении электронов, эмиттпруемых нитью, с атомами испаряемого вешества и молекулами остаточных газов, По величине ионного тока в цепи коллектора можно одновременно сулить о скорости испарения. Специальные конструкции ~3= и тиглей в сочетании с электронным нагревом позволяют +а„ г уменьшить перегрев и разрушение стенок тигля, неизбежно возникающие при обычном 'аа способе нагрева.
Так, напри- а! мер, для испарения алгомнния можно применять алундовыи тигель в виде мелкой чашечки на трубчатой подставке 3 с узким каналом внутри (рис. 3-59,б). В чашечке помещается д) д) капля 1 жидкого алюминия 3 служащего анодом и нагреваемого электронами, эмитти- г руемыми кольцевым катодом 2 из вольфрамовой проволоки, расположенным ниже капли. Простой вариант подобного нспарителя может быть применяем для распыления ко- е) бальта, иридия и родня (рис. 111 3-59,в). Испаряемый металл 1 плотно вставляется в керами- д) ческую трубку 3 и Располага- рис. 3"е9.
эиеитроииые исется по оси вольфрамовой спи- верители. рали 2, находящейся под нулевым потенциа,чом. Высокое напряжение (около 3 кв) подается па металл через специальный изолированный провод 4. Металл, расплавленный электронной бомбардировкой, удерживается в виде капли силами поверхностного натяжения на торцевой поверхности трубки. При этом металл не взаимодействует с керамикой и испарение происходит с верхней части капли. Для испарения веществ, которые возгоняются или имеют низкое давление пара при температурах несколь- 233 ко ниже точки плавления (молибден, вольфрам, никель, тантал, железо), можно применять метод электронного нагрева, показанный на рис. 3-59,г.
Цилиндрический стержень 1 из материала, подлежащего испарению, размещается под нитью 2, имеющей форму петли. Испарение происходит с верхнего конца стержня, бомбарднруемого электронами с нити, относительно которой стержень находится под положительным потенциалом порядка 2 кв. Коллектор 3 служит для той >ке цели, что и на рис. 3-59,а. Отсутствие контакта с конструкционнымп материалами способствует получению при помощи этого способа весьма чистых пленок. Однако этот метод имеет существенный недостаток, заключающийся в опасности возникновения дуги между стержнем и нитью.
Другая конструкция испарителя, также предназначенного для испарения сублнмирующнхся материалов, показана на рис. 3-59,д Испаритель состоит нз угольного анода 2 в форме диска с большим количеством маленьких отверстий, на которых удерживаются частицы испаряемого металла. Электроны, испускаемые плоской вольфрамовой спиралью 3, ускоряются напряжением 20 кв (при мощности 2 квг). При этом большинство электронов проходит сквозь отверстия в аноде н бомбардирует непосредственно частицы испаряемого металла. Испаритель помещен в стеклянный корпус 4. Широкое распространение находят так называемые автотигельные источники паров (рис.
3-60), в которых капля или ванна расплавленного металла соприкасается с тем же металлом, находящимся в твердом состоянии. Одна из конструкций такого испарителя представлена на рнс. 3-60иц Тороидальный фокусируюший электрод с кольцевой щелью почти полностью окружает кольцевой катод н направляет пучок электронов на нижний конец вертикально расположенного распыляемого стержня с тем, чтобы на нем образовалась жидкая капля, удерживаемая силами поверхностного натяжения, Фокусирующий электрод в простейшем случае имеет потенциал катода, испаряемый материал имеет нулевой потенциал, Такая конструкция испарителя применяется для испарения металлов, имеющих высокую скорость испарения при температуре плавления.
Преимуществами этого устройства являются простота электроннолучевой системы и возможность легкой замены катода. Иедастат- гза г и Ф х лс "а ы х Ь ОЕ Ф О Я ФЛ« хх х ф х с х о ык о Ф «д л е ' л х О « »х а 3 Я й3 ох ы о ха ео ы Фл оо "с о д«с «еЛ х $ о ыл О" о ф хе «ф я х д"" ы ф ! х. к е,«" !О' Л х фо е яо Фл ех х феоы е ае я«~к ! Ок! сф «Ха..
со Х хо О" О ф х л! О«,ХХ хо а д ОЯ с се ых х х ос .»ф Ф ! а « хе' х е ! к!Фе фф к .. с .х,. фхх а о ! о» х » ! ДО » И х хо Я фа "Яло хф «ФЯО да Л ос о Ф 'оо с ' ф ак 'ое й»ое ы Ех е О О с ыфа х - "фео а' «Я ! й! к ы ! йх "К а ог аао' р О Я о о лх ф осы "с ок о ооа а~ о О ы ах е а х л х ф л х ,О а О СО ! Я. гзв гзя !!~ !!!!! !!! ф! !1~~Ь!! ! с ! ! ' ! !! !!!!(!!1! !!!! М1!- !!!!!~~ ! (~! ~)!И! !~!~!!!~' ~!~~~)4 И(~!1~ М!! ,~1ф!~! ксф сфа О со х ОЯ о ф х х Ф оа ф »с е х « а1".. ф ы ф ! Х ех к О'» !О е О к х 0 ф Ф а ф ей о Оф! х Е! х ° й х..а Х О ыо» хке ф я о хс хлх хх» ,О Х йа о "о ххк "ак к Ы О ы л ФХ» с«!» ко ! а «О,', «. х»« « хо Л ффа Х Х О с Х х ы' ос" ы х офе х)д е,о с ф.х ое хкл ол О О О Ь хе ыл ! Яо о,« О" ы Ф ы ..а к й «- "«о ф хо Кыеаф ос.
Л ы е е ых Л осх ыхлд лкх ее" е лх ол 'Ех Ф к« ""сс М Е. ° .. д» О .'Б о лл„ ххф фас ас х ф » ФЯ Я!Й $ к ехе «лф Я!» о !„о ,„„" .О $ -х х ф о с х .» Ф ,О а « с Се ф ! йх х хк х О « х ах а«. ». ы хх ф л $.. Я Е „ь х»х о х «Л х еа оа х ы о Я О »,х е „! Я.. Я" О „ь « оф йы е Лх ос ьо е Яа », с !х ! а» о, х хо л о»' ак л ос ком является то, что на катод и фокусирующий электрод могут попадать и конденсироваться пары испаряемого вещества.
Эти явления могут наблюдаться в первую очередь при распылении тугоплавких металлов, для которых горячий катод является относительно «холодным». Вследствие этого изменяются электрические параметры катода и геометрическая форма фокусирующего электрода. Кроме то>о, в результате легирования катода конденсирующимпся парами снижается его точка плавления и катод расплавляется. Продолжительность работы катода в этом случае ограничивается несколькими часами. Во время разогрева возможно коробление катода, что приводит к короткому замыканию и разрушеншо фокусирующего электрода.
Наибольшую проблему при использовании кольцевого катода создает возникновение тлеющего разряда в электрическом поле между катодом и испаряемым металлом, являющимся анодом. На рпс. 3-60,б изобрахлен нспаритель, при помощи которого достигается большая скорость испарения титана за счет перегрева его на 340'С выше точки плавления. Полусферическая капля 4 расплавленного титана (радиусом 5 л.м) удерживается на нижней поверхности охлаждаемого водой медного блока 1, служащего анодом.
Лля испарения ряда тугоплавких металлов можно применять электроннолучевое устройство сравнительно простой конструкции (рис. 3-60,в), В этом испарителе нагрев капли металла 3, помещенной в охлаждаемой водой медной чашечке 4, производится хорошо сфокусированным лучом. Фокусировка луча на поверхности металла достигается подачей отрицательного смещения на фокусиру>ощий электрод! и перемещением чашечки с каплей металла по высоте. При подводимой мощности 0,5 — 1 квт (6 — 10 кв, 80 — 100 ма) скорость испарения тантала, ниобия, циркония, бора и других тугоплавких металлов составляет 60 — 100 иг>мин.
К недостаткам такого испарителя относится запыление электродов испаряемым металлом, что требует их частой периодической замены. Кроме того, при работе испарителя сильно уменьшается его внутреннее сопротивление из-за компенсации ионами металла отрицательного объемного заряда у катода, и создаются условия для возникновения дугового разряда. 240 При применении ускоряющего анода и отклоняющего магнитного поля можно отодвинуть катод на значительное расстояние от распыляемого материала и вести процесс распыления в отсутствие электрического поля.
При этом уменьшается конденсация паров на катоде, что повышает продолжительность его срока службы, и одновременно снижается опасность возникновения тлеющего разряда. Кроме того, возникает возможность распылять непроводящпе материалы. Конструкция такого испарителя показана на рис. 3-60,г. Он предназначен для длительного испарения тугоплавких металлов, а также пермаллоя (80г!г Ре и 20Ъ %) со скоростью большей, чем 0,1 г!л>ин. Нагрев металла производится электронным лучом 3, повернутым на угол 180' и сфоку.- сированным поперечным магнитным полем с помощью электромагнита или постоянного магнита.
Как полюсы магнита, так и электронный прожектор расположены ниже уровня жидкого металла и защищены от попадания паров. Стержень из пспаряемого металла помещен в охлаждаемую водой манжету ! и по мере испарения подается вверх для поддержания постоянного уровня жидкой ванны. Благодаря отсутствию над местом испарения каких-либо деталей общее количество испаренного за один прием металла может значительно превышать 100 г. Испаритель работает при анодном напряжении 8 — 12 кв и токе луча 0,2 — -0,5 а. Размеры фокусного пятна на поверхности металла могут быть доведены до до 0,5 ммз. Скорость испарения титана — 1,5; молибдена — 1,3; циркония — 0,4; ниобия — 0,32; пермаллоя— 1,0 г1л>ин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
