Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Электроны, двигаясь по радиально сходящимся траекториям, бомбардируют испаряемый материал. Простейшая конструк. цня такого типа, так называемая система подвешенной капли, была предложена Холлендом 1991. Она приведена на .рис. 21, а. Испаряемый металл з виде стержня или проволоки располагается в центре каталкой петли. Испарение происходит нз расплавленной вершины металлической заготовки.
Подложки помещаются над нспарнтелем. Расплавленная капля удерживается на конце заготовки силами поверхностного натяженяя. Эта система требует тщательного контроля энергии электронного потока. Если температура капли существенно превысит температуру плавления нспаряемого металла, основание заготовки расплавится н капля упадет. Таким 4. Конструкции нспарнтелей н их применение образом, даинаи конструкция применима ХЛд испаРення металлов, обладающих в расплаве высоким поверхностным натяжением н давлением паров, превышающих 1О е мм рт.
ст. при температурах плавления. Скорости испарения из расплзвленных капель с максимально допустимыми размерами (с точки зрения их надежной связи с заготовкой) были измерены Хивенсом [100). Данный ряд Ре, 1У, )41, Та, Ад, Мо, Р1 построен по принципу уменьшения скоростей испарения материалов. Испарение титана и циркония можно также осуществлять этим методом [97, 101). Помимо ограни- . ченной скорости испарения, метод подвешенной капли имеет и другие недостатки. Йекоторые из них наглядно проявляются прн использовании более сложной конструкции испарителя, описанной Миллероном [102). В этом случае молибденовая или титановая проволока непрерывно сматывается с катушки, проходит через охлаждаемую медную направляющую, которая является основанием, поддерживающим стабильный расплавленный шарик металла. Скорость подачи проволоки и энергия пучка должны быть согласованы со скоростью испарения, определяемой давлением паров и размерамн расплавленной капли.
Сильное газоотделеиие при плавлении металла частично уменьшается в результате джоулева нагрева проволоки на ее пути от катушки к направляющей. В этой конструкции катод находится в области высокой плотности паров испаряемого материала, нонкзация которых приводят к эрозии катода вследствие катодного распыления и к соответствующему загрязнению пленок. Очевидно, что для устранения этих недостатков требуется вывод катода из рабочей зоны и защита его металлическими экранами. Системы этого типа исключают прямую «аиднмосты катода со стороны испарнтеля, а также со стороны подложек.
Кроме того, экранам сообщается потенциал катода, в результате чего траектории электронов становятся криволинейными и заканчиваются иа нспаряемом веществе. В методе испарения с подвешенной каплей [101) применялись 'экранирование катода и электростатическая фокусировка электронного потока. Однако оин нашли более широкое применение в испарнтелях с рабочим анодом и с водоохлаждаеиым основанием нспаряемого материала. Схематический внд подобных устройств показан на рис. 21, б, в.
Кзк следует из этого рисунка, катодная петля может быть расположена как ниже (Унвала и Букер [103)), так и выше (Чопра и Рендлетт [104)) зоны испарения. Конструкцию, подобную приведенной иа рис. 21, в, относительно легко реализовать. Она используется для испарения таких материалов, как Та [105), Б! [71) и Мо [106), Высокое напряжение обычно прикладывается к катоду и поэтому источник питания должен ииеть хорошую электрическую изоляцию; при этом основание, волдерживающее испаряемый мтериал, заземляется.
Прн заземлении катода наиболее сильное электричесхое поле локализуется в области максимальной плотности паров, окружающей зону испарения. Это часто приводит к возникновению тлеющего разряда. Однако даже в том случае, когда катоду сообщается высоний потенцвал, нспарители с рабочим анодом имеют ограничения по максимальной скорости испарения, посиольку плотность пабов несильно уменьшается на небольшом расстоянии между испаряемым мйтериалом и катодом (где она должна быть малой).
Ионизация паров в зоне электростатического экрана создает просграистиенный заряд, который уменьшает ускоряющий потенциал. При высоких скоростях испарения между катодом н стенками вакуумной камеры может возникать тлеющий разряд, Это затрудняет управление мощностью пучка н скоростью испарения. Близость испаряемого материала к катодным экранам приводит также к появлению значительного количествр осажденного вещества на некоторых участках экрана, что требует лйбо Частой очистки, либо замены экранов. Для устранення этих трудностей были схонструированы системы 73 Гл. 1.
Вакуумное испарение электронно-лучевого испарения, в которых катод и ускоряющие элементы удалены от источника испаряемого вещества. 2) Электронные пушки с незавнснмым анодом. Пушки этога типа аналогичны пушкам, использующимся в рентгеновских трубках. Последние и явились основой для разработок таких испарителей. В качестве источника электронов используется небольшая спираль нлн изогнутая под острым углом петля из вольфрамовой проволоки. Грубая фокусировка осуществляется посредствам электростатической системы, образованной цилиндрическим экраном и анодным дискам (рис.
22, а). Область пространства между анодом и рабочей зоной эквипотенцнальна. Увеличение дав. лепна, обусловленное газоотделеннем в области катод — анод может /Гитар полн го пинали Г/0-20нВ) Упридоятигий олентроВ ®т, Отоаиа е оное енеигели / (0-200 В/ /УоВпаыли /' Р/иенитния линах //олиряенае,2 ,Веи/еотВо //т лолглж Катод пряного нанали //илим р слепота Рлс. Зх. Элсвтроквэв кумкэ с эсэлэкскыми йволоы: а — с элвктростэткчсскоя фокусировкой !Ну!: а — с элоктростэтвчсской к кэтккткоэ фокусвролкэкв 1КИ1. сопровождаться нонязацией остаточных газов н расфокусировкой луча. Если необходима иметь длинный ыли остро сфокусированиый пучок, го лучше всего использовать магнитныелиизы. Соответствующая конструкция приведена на рнс. 22, б: электронный пучок фокусируется посредст.
вом прикатодиого зкраыа, нмеющега отрицательный потенциал, кони. ческого анода н магнитной катушки. При испарении обычно используется электронный луч, имеющий сечеыяе в факельной плоскости диаметром в несколько миллиметров. Длиннофокусные пушки этога типа, показанные на рис. 22, б, с успехом применялись для испарения тугоплавкнх материалов, а ниенна ВХ [!09[ и Та [110[ с температурами испарения, превышаю.
щымн 3000' С. Конструкции подобных пушек приведены в обзоре Дентона н Грина[108). Тан и Рамсей [1!1[ разработалн электронную пушку нного типа, в которой применяется лышь электростатическая система факуси. ранки с использованием сферического натода и анода. В отличие от пушек с иснаряемым" анодом, работающих при ускоряющем напряжении менее 1О кВ, в длиныофанусных пушках применяются более высокие ускоряю. щяе напряжения. Поэтому следует обратить внимание иа опасность рентгеновского излучения из вакуумной системы. Извебтна, что алюминий н стеклянные стенки поглощают рентгеновское излучение, возникшее при бомбардировке электронами с эыергней вплоть до 10 кэВ. Излучеыне, возникающее при бомбардировке электронов с большей энергией, лишь частично поглощается стенками из нержавеющей стели [98).
По этой причине рекомендуется вблизи систем испарения с использованием электронной 74 4. Конструвцнв нсиарнтелей н их прнмененне рнс. ЗЗ. Элсктроннвя нумкв с нвогнусоа трвсксорнса луча н с оклвждвснов нонна нолстввкоя Нл» нснврнсносв нсмсссвл пушки нзмерять велнчнну нзлучення н, если это необходимо, устанавливать свинцовые экраны. 3) Электронные пушкн с нзгнбом траектории электронного луча. На рнс. 22 приведены конструкции электронных пушек, в которых электронный луч распространяется по прямолинейной траектория. Следовательно, либо пушка, либо подложка должны устанавливаться в стороне от нспарнтеля. Это ограннченне расположения нсточннка электронов н подложки можно устраннть, если траекторию электронного луча искривить наложеннем поперечного магнитного поля [!08).
Использование нскрввленных траекторий электронов позволяет также аффектнвно разделить на малом расстояннн электронную пушку н источник паров. Такая возмож- 1уодстадка дл» ность была впервые установлена Хол- аслаляеного дещестда лендом 1991, н с тех пор сталн извест. улектаонный ли ч ны конструкции компактных электронных пушек, в которых были учтены многие преимушества старых конструкций. На рнс. 23 схематн- у~Иить капюйг чески изображена электронная пуш. ка с искривленной траекторией луча Поперечное магнитное поле создается Наконечник полюса влектромагннтом, н в этом же поле магнита пронсходнт фокуснронка луча. В другнх структурах используются по. латущл стояниые магннгы, а подстройка луча осуществляется изменением рабочего ~ ~ додтуое ояла,уе„ие напряженна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
