Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Испарение нл исдаритела с на- лоа плошадью ААе иа сФернеесытю пп. иерхиость иолам. Рис. 1о, испарение иь исиаритела с малов площадью АА иа элемент поиерхипстн подлаюии МА Количество вещества, которое осаждается на противолежащую поверхность, также зависит от положения втой поверхности относительно нспарителя. Как видно нз рнс. 1О, количество вещества, испаренного в пределзл пространственного угла йо, осаждается иа площади, величина которой возрастает с увеличением как расстояния до испарителя, так и угла падения В. Площадь элемента подложки для данных с(ю, г и В равна с(Ат си тес(ю/соз 8. Следовательно, масса вещества, осажденного иа единицу плошади, равна АМ„«р, В) М.
= — е СОЗ 1РСОЗ 8. АА, пг' ( (52) Справедливость косинусоидального закона для зффузин газов была впервые проверена Кнудсеном (55), Он показал, что ожидаемое распределение наблюдается в том случае, когда давление паров достаточно мало, так что средняя длина свободного пробега молекул по крайней мере в де. сять раз превосходит диаметр эффузнонного отверстия, Майер (56! подтвердил справедливость косинусоидальиого закона для эффузии воздуха, водорода и двуокиси углерода, При этом с помощью крутнльных весов он вз- нли после подстановки величины общего количества испаренного вещества см.
уравнение (49], имеем с(ю с)Ме (ф) =Ме соз тр —, (51б) Гл. 1. Вакуумное испарение мерял импульс молекул, сталкивающихся с подложкой, при различных углах ф подложки относительно зффузнонного отверстия. Обычно действие косинусоидального закона распределения распространяют на случай поверхностей жидких и твердых тел, предполагая прн этом, что скорости молекулы при свободном испарении ямеют также максвелловское распределение, Это предположение подтверждается теоретически, если отсутствуют факторы, препятствующие испа- В рению, т. е.
когда а, = 1. Тогда в соответствии со вторым вако. ВВ' ном термодинамики энергетическое н угловое распределения для молекул, покидающих по. перхиость, должны совпадать в таковыми для молекул, приходящих на поверхность нз рзвновесаы ного пара. Однако если процесс испарения затруднен по внтрог пии, то такое рассуждение теряет силу в возможны отклонения от косинусоидального закона (см. [36), стр.
8). В действительности условие мз = 1 выполняетсв для свободного испарения простых твердых тел и жидкостей с моноатомнымн карами, так чгЬ косннусоидальиый закон может быть распространен на большую часть материалов, представляющих интерес с точки зрения испарения. Кнудсен [67) проверил экспериментально справедливость косинусбидального закона длв случая ри . и. и ар и * и исиармт ° свободного испарения иа поверх. ии лл иа зиемиит иидлемиилл,, ность сферической стенлянной колбы кристаллов серы, пинка, серебра н трисульфида сурьмы нз точечного нспарителя.
Экспериментальная нонструкпия, приведен. нэя на рнс. 11, обеспечивала выполнение условия сох ~р соз 8 = г/2гз в любой точке поверхности колбы. Поверхность колбы была покрыта однородным слоем. Таким образом, количество осажденного вещества в соответствии с уравнением (62) не зависит от расположения элемента на поверхности колбы. Хнлд н Браунд [68) анализировалн угловое распределение молекул СОз, которые осаждались и повторно испарялись с полированной поверхности меди. Их результаты также находи. лись в хорошем соответствии с косинусоидальным законом.
2) Распределеняе молекул прн испарении нэ точечного нспарителя. Как было показано в предыдущем разделе, молекулы, испаряемые из малого элемента поверхности, имеют определенное распределение по углам. Гипотетически этв условия можно изменить и рассмотреть испарение мо. лекул нз бесконечно малой сферы (точечный испарнтель) с площадью ВАи.
Снова будем считать, что скорости молекул в момент испарения распределены по максвелловскому закону. Тогда от точечного испзрнтелн овн будут двигаться во всех направлениях с равной вероятностью. Этот случай схематически яллюстрврован на рнс. 12. Следовательно, скорость испарения по массе не зависит от направления, и эелнчину массы, пере 4. Конструкция испарителей и нх нррменение песенной внутри узкого пространственного угла г(ю, можно записать в виде г(зй(.- ГбА,ив г(ы 4п (53а) нлн, поскольку )) Гбдзг(Г представляет собой полное количество испарен'ие ной массы Д(ю то ба г(д(е = 5(в (536) 4я Для получения от точечного нспарнтеля пленки однородной толщины необходимо нспарнтель помещать в центр подложки з виде сферы, так чтобы соз 0=! и г=сопз1.
Изотропная картина испарения из идеализированного точечного источника имеет ограниченный интерес, поскольку отображает приближенную картину испарении всего лишь нз нескольких реальных нспарителей, Уравнение (53а) иногда используется для вывода распределения осажденного вещества при испарении из линейных или кольцевых проволочных исперителей, которые рассматриваются при этом как набор точечных испарителей.
4. КОИСТРУКНИИ ИСПАРИТЕЛЕЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИИ Для проведения яроцесса испарения вещества н вакууме необходимо иметь испаритель, который содержал бы в себе испаряемое вещество н поддерживал его при температуре, достаточной для получения требуемого давления паров. Скорости осаждения пленок могут меняться от величин, меньших 1 А/с, до величин, больших 1000 Агс, при этом температуры испарения различных метериалов различны. Для получения приблизительных оценок рабочих температур нспарителей обычно основываются на необходимости иметь установившееся давлейие паров испаряемого материала порядка 10-з мм рт. ст, для получения используемых скоростей осаждения пленки.
Для большинства материалов, представляющих практический интерес, эти температуры превосходят 1000 — 2000' С. Во избежание загрязнения осаждаемых пленок вещество нспарнтеля должно иметь ~рн рабочей температуре незначительную упругость пара и давление днссоциапии. Материалами, отвечающими этны требоваияям, являются тугоплавкие металлы н окислы. Дальнейший выбор внутри этих категорий осуществляется с учетом вероятности образования сплавов н возможности возникновения реакций между веществом испарнтеля и испаряемым веществом. Образование сплава часто сопровождается значительным уменьшением температуры плавления, что может привести к быстрому разрушению испарителя. В результате химических реакций образуются легко нспаряю- 49 Для элеменза подложки г(А„заключенного внутри пространственного угла йо, зависимость г(А„ от расстояния до испарителя и направления испарения является такой же, как и хля испарителя с малой поверхностью, т.
е. иА„=гебы/соз0, Тогда количество массы вещества, осажденного от точечного испарнтеля, можно представить в виде бл(г Л(е — = — соз О. (54) пА„4ягз Гл. (. Вакуумное испарение Таблипа 4 Температуры и материалы испарителей, используемые для испарении простых элементов Материал повари!ели Температура, аС и а Примечал!ы проволока, фоль. га тигел~ ба~аникий (АЦ с, вх, т!В,-вм 1220 бзп Сурьма (бб„ вб, мо. т, Х( Окислы, ВМ, металлы, С бзо Ммыьнк (Ав„Ав,! Окислы. С -аоо ато барий (Ва! 010 мо Ш, Мо, Та, М(, 'ре Металлы бериллий (Ве! (У, Мо, Та 1283 (230 С, туго. плавние окислы Смачивает тугопллвкие металлы.
Токсичен Особен. но токсичен порошок Висмут (В1, В1,! (ч, Мо, О та, М(' ото кислы. (., металлы Пары тОксичны 50 1!спарнемое вс1псство и малекулврный состав паров (! и а! Е(! Легко смачивает все материалы и имеет тенденпшо передвигаться по испарителю. Образует сплавы с ТСС и реагирует с С Предпочтительно использовать тигля нз ннтрпдов Пар содержит молекулы из нескольких атомов не=0,2.
Требует температу. ры выше точки плавления Токсична Пар содержит молекулы нз нескольких атомов. и, =5 !О а — 5 10 т. Сублимн. руется, но треГ>уст темпера. тур выше !00'С. Токсичен .Смачивает тугоплавкяе м(галлы без обрйзовйй»п сплапов. Вступает в реакпню с больи!инством онислов пр» повышенных темпе- ратурах Предо имение табл. 4 температура, ес Материал испврителл вВ ий и Прпиечаивв проволоке, йоль. га ткгель Бор (В) 2100 ~ 2000 т-1 00 32! 255 !Ч, Мо, Та, ге, % Кадмий (Сб) Окислы, металлы А !зОе Кальций (Са) 600 Углерод <С, С„, С) Хром (Сг) цу, Та !900 1400 А!вОа, ВеО 1495 1520 Кобальт (Со) 51 4.
Конструкции испарителей н нх применение Испараеиое вещество и ыолекуллриыа состав паров Пленив бора прн использовании испарителей из углерода не являются чисты- ми Конденсация пленок требует большо~о перенасыщения. Сублимируется. Осаждеиие Сб на стенки приводит в негодность вакуумную систему Испарение с помощью дуги между стержнями нз углерода или при электроннолучевом испарении. а,( ! Высокие скорости испарения без расплавления. Предпочтительным является сублимация прн радиационном нагреве стержней.
Электро- осажденный Сг вероятно выделяет водород Образует спчав с %. Для уменьшения разрушения загрузка по весу не должна быть более 30етв веса нити испарнтеля. Возможна сублимация с малой скоростью Железо 1536 1460 Тт' ВеО, Образуетсплавы со всеми (Ре1 А1зОз, тутоилавкими металлами. ЗгОа Загрузка по весу не должна быть более 305 веса ннтв испарвтеля для уменыиенвя разрушения Воаможна суб- ~ лимакия с малой скоростью г; ° ° э г ° ° ° гг 1 - ° °, ь ! ° ° $ ° 11 е г г ° ' сг г ° 1 1 г Золото 1063 1400 %, Мо Мо, С РеагируетсТа, смачивает (А") РГ Мш Тштггг из М выдерживают несколько про- ~ цессов испарения Продолжение табл. 4 Температура, с Ыитериел испиритслк 11спиркемос вещество и молскулирима состав пирос и и ми и 3 пи оч Примекикии 11 и пм11 о прополи.
ки, Фоль- ги тигель Метл ллы Свинец (рь) 328 715 %, Мо, %, ге и, к,,! т,,с ! Магний- (мй) 650 440 Сублимирует и, к,,~ А)аОи Марганец (Мп) 1244 940 Молибден (Мо) 2620 2530 Никель (%) Тугоплавкие окислы 1450 1530 ур, ур фольга, покрытая А1аОв А )аОе 1550 1460 %, Ф фольга, покрытая А1 О Палладий (Рб) 4. Конструкции испарителей н ик применение Не смачивает тугоплавкие металлы. Токснчеи Смачивает тугоплавкие металлы Малые скорости сублимации из Мо фольги. Предпочтительным является электронно-лучевое испарение Образует сплавы с тугоплавкнми металлами, следовательно загрузка должна быть ограничена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
