Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В этнх пушках для увелнчення электронного эмиссионного тока используется относительно боль. шая площадь удлиненного катода. Это позволяет без снижения мощности пушки нспользовать рабочие вапряження до 1О кВ. В этом случае катод хотя и находится вблизи испарнтеля, однако он расположен в стороне н для защиты от испаряемого материала н от рнзрущення ионной бомбардировкой экраннрован. Пушки, анодом которых служит нспаряемое вещество н которые аналогичны по конструкции 'пушкам, приведенным на рнс. 21, б н в, а также конструкциям, приведенным на рнс.
22, пронзводятся промышленностью. Промышленность выпускает модели мощностью от 2 до 10 кВт прн ускоряющем напряженки от 3 до 10 кВ. Во всех моделях используется охлаждаемая водой медная подставка для нспаряемого вещества, и в большинстве случаевдля облегчения обезгажнвання предусмотрен йрогрев пушкн. В зависимости от степенн теплового контакта между подставкой н нспарвемым веществом могут быть достигнуты температуры вплоть до 3500'С, что позволяет испарять.как тугоплавкие металлы, так н окислы. Пушки с искривленной траекторией электронного луча становятсн более популярными в лабораторнях, особенно црн использованнн в вакуумных установках колпачного тнпа, что объясняется нх универсальным использованием, малымн размерами в отсутствяем ограниченна по скорости испарения. Одной нз общих проблем дла всех нспарнтелей с электронным лучом является метод контроля скорости испарения.
Причиной неправильных показаний большннства датчиков ноннзацнонного типа является некоктролнрусмое возникновение положительных ионов. Датчики с кварцевыми Гл. 1. Вакуумное испарение генераторами также дают ошибочные показания вследствие накопления заряда. Однако с помощью электростатической сетки можно удалить заряженные частицы из потока, регистрируемого датчиком.
Помимо заряжен. ных ионов на точность показаний влияет также фон от рассеянных электронов. Они могут попадать иа подложку и, если подложка изолирована, заряжать ее до потенциала в несколько сотен вольт. Рзйрден н Нойгебауер [!12] наблюдали сильные разряды, приводящие к разрушению по. верхиости тонкой сплошной металлической пленки.
Такие разряды будут исключены, если подложка будет находиться под плавающим потенциалом нли иметь потенциал, равный потенциалу катода. В последнем случае подложка будет подвергнута мягкой бомбардировке положительными иона. ми, что может привести к повышению чистоты пленки, а также к воздействию на процессы зародышеобразования и роста пленок [104). 4) Держатели испарвемого вещества и материалы ' держателей, На рис. 21, 22 были показаны различные методы фиксации положения испаряемого материала прн нагреве электронным лучом. Поскольку метод взвешенной капли имеет ряд существенных ограничений, то обычно используют держатели, которые изготовляются большей частью из меди и охлаждаются водой. В этом случае испаряемое вещество хотя и находится в контакте с поверхностью держателя (подставки); однако химическим взаимодействием между ними можно пренебречь вследствие того, что иа границе между испаряеыым веществом н подставкой существует тонкий слой испаряемого вещества в твердой фазе, который разделяет расплав н подставку [1И!.
Перегрев и расширение объеыа расплава может привести к излишним потерям тепла и уменьшению скорости испарения. Чтобы нзбежагь этих явлений, Унвала и Букер [! 03] испаряли вещество в виде короткого стер. жия (рис. 21, б), что позволило им отделить расплавленную поверхность от подставки. С той же целью Дептон и Грин [Г08] использовали неохлэж. даемую водой вольфрамовую подставку (с большой теплоемкостью), однако длительность их экспериментов вследствие етого была ограничена несколькими минутами. Снддал н Пробнн [114) снизили потери тепла заменой металлической подставки подставкой нз тугоплавких соединений.
Преимущества испарения без взаимодействия испаряемого вещества с подставкой теряются, если в процессе испарения происходит нагрев подставки или если энергия, необходимая для испарения, передается косвенным образам за счет электронной бомбардировки тигля. К материалу подставки при даниоы испаряемом веществе предъявляются те же требования, что н в случае прямонакальиого иля индукционного нагревов. Нагрев электронным лучом иногда имеет другие преимущества, такие как простота конструкции, более направленная теплопередача или меньшее перемешиваиие расплава.
В качестве примера можно привести испарение ВБ и ге из молибденовых тиглей, покрытых А1,Оз или ЕгОэ [115[, испарение Ое нз ВЮэ ]!07) или вольфрамовых тиглей [116), а также испарение Ве, Сп, Ап из тиглей, выполненных из ВеО, АэОз или ЕгОз[!!7]. Кроме того, были также описаны случаи нагрева электронной бомбардировкой вогнутых молибденовых и танталовых лодочек [!18) и графитовых тиглей [11!). Нагрев электронной бомбардировкой может быть использован для испарения соединений при условии, что эти соединения не разлагаются прн нагреве.
Вта аадача будет более подробно обсуждена в 6 6 ртой главы. В качестве прнмера соединений, используемых некоторымн айторами для испарения с помощью электронного луча, можно привести 6!О, 3!Оз, Мйра, А1тОэ, СеОз, Т!Оз, 2гОа [,)08] и ЕпЬ [119). В случае, когда испарению подвергаются диэлектрические материалы, необходимо использовать подставки 76 5. Распределение осажденных пленок по толщине с хорошей электропроводностью, чтобы избежать накопления заряда и отклонения электронного луча, Несмотря на то, что нагрев электронной бомбардировкой является очень гибким и почти универсальным' методом испарения, тем ие менее, если есть возможность использовать легко контролируемый прямонзкзльный нагрев, этот метод ие используют.
Метод электронной бомбардировки имеет практическое преимущество в том случае, когда необходимо получить максимальную чистоту пленки нли если отсутствует подходящее вещество для подставки, В этом случае примерами могут служить испарения эпитаксиальных пленок кремния (1031 н весьма чистых тугоплавккх металлов, таких как Та, ИЬ, % и Мо [109, 11О, 112, 120), для которых требуется температура от 3000 до 3500' С. Специальный антерес представляет также испарение графита н бора с помощью электронной бомбардировки (!21, !22), Наконец, электронные пушки с охлаждаемыми водой подставками все чаще используются для нспареняи металлов платиновой группы и некоторых из наиболее реактивных металлов, подобных А!, И! н Ге.
5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАЖДЕННЫХ ПЛЕНОК ПО ТОЛЩИНЕ Помимо анализа материалов и типов конструкций, при разработке испарителей большое значение имеет знаияе характеристик испарения, которые влияют на распределеяие кондеисярованиого вещества по толщине. Поскольку з большинстве случаев требуется получение пленок определенной толщины, важным параметром испарителя является площадь поверхности, которая может быть покрыта однородной по толщине пленкой. Если предположить, что коэффициент конденсацнн ае 1, то распределение пленки по толщине в принципе может быть выведейо из законов испарения, ем, уравнения (51) и (52).
Однако на опыте докззаяо, что в действительности испарение из многих часто используемых испарителей отличается от идеализированного. Прнчяиы такого отклонения заключаются в столкновениях испаряемых молекул друг с другом и ччз стенками испари- 4 еля. Предпринимались попытки математически описать законы испареия с учетом столкновений, однако это весьма трудная задача и конечные выражения для этих законов оказались применимы только для эффузионных,ячеек с известной формой выходного отверстия.
Не существует теоретического описания законов испарения для испарителей типа открытого тигля. Характеристики таких испзрителей можно получить только на основе эмпирических закономерностей. А. Вывод распределения пленки по толщине на основе основных законов испарения Распределение нспарениого вещества описывается уравнениями (52) н (54), в ззвясимостн от угла падения и расстояния от испарителя до подложки. Следовательно, профиль толщины пленки может быть выведен для любой формы площади подложки и любого положения подложки относительно испарителя. Однако обычно используют плоские подложки н располагают их параллельно эффективной плоскости Воцарения. По этой причяне именно этот случай и будет рассмотрен далее.
1) Иснармтелн с малой поверхностью и точечшае испарители, Масса вещества, достигающая подложки в точке. с координатами г, ф и О, описывается уравнениями (52) и (54). Для того, чтобы перейти от массы к тол- Гл. 1. Вакуумное испарение шине иленни, выделим малое количество вещества с массой дМ„, которое занимает объем ААгд. Толщину пленки запишем з виде ! ПМг с( 1 , р с(А„ где р — плотность материала пленки. Для плоскопараллельной подложки, отстоящей от вспарителя на расстоянии И, угол падения 9 равен углу испарения ф н соз О = соз ф = = И1г. Схематически скстема нспаритедь по)ызожка предсуавлеиа на рис.
24. Расстояние г от испярителя до Псл злемента подложки с(Аг прв данном И меняется с расстоянием 1 от центра подложки до элемента АА, по закону гс Ис + 1з. Если ати соотношения подставить а (52) и (54),, то будем иметь: для нспарителя с малой площадью Мс прМ 11+(1/И)с)с для точечного яспарителя Мл 4приз [1+ Пи)с)з г з Прн вмаоде предполагалось, что оба аспаритела имеют бесконечно малую плошадь испарении ААс. В атом случае массе испаренного вещества М, и, следовательно Ряс, зз. Нсялреслл аа ааесле.
ллрлллсльзую аеялсмсу. толщина с), являются бесконечно малмми величинами. Поскольку уравнения (52) и (54) применимы для малых, ио конечных величин, то можно обе тяпа иснарителя охарактеризовать с помощью величины отяешевня Ау~ус, где Фс — толщина в центре подложки при 1= О (рмс. 24). Тогда ' для вспарители с малой площадью (56) с(1с(с . П+ (1/И)Ч '1 для точечного нспзрнтеля (57! М, = (1+ (11И) )-з1з. На рис.
25 приведены распределения пленок по толщине, соответствующие уравнениям (56) и (57). Вследствие меньшего значения отрицательного показателя степени толщина пленки для точечного иснврктеля уменьшается с расстоянием медленнее, чем для испарнтеля с малой плосцвдью. Для испарителя с малой площадью характерным являатся уменыпение на 2т( толщины на дливе1от центре, равной 1Оть от расстояния испарнтель— подложка. 2) Кольпевыа и днсковью нспарителм. На практике испарение осу.
щесталяют из испарнтелей, поверхность которых не является бесконечно малой. При использованвя яспарителей конечных размеров распределение пленок но тоащиие может быть получено интегрированием уравнений (61а) и (53а). Это равносильно суммированию в данной точке тохщин ве- 76 й. Распределение осюкдепимх пленок по толщине у(ду ~~ ~80 ~ буу и бп ' 2О ~б(е е)' щестна, испаренного из всех элементов с(А нспарителя. При этом предполагается, что испарение происходит из всея точек испарителя с одной и той же скоростью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
