Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

вом приближении дебвевской частоте решетки вещества нити. Следователь. но, юрячая поиеркиость, котораа не накодится в контакте с кондеисироиаи. ной фазой испаряемого вещества, ио экспоянрована вега парах, может рас. сматриваться как доюлннтельиэя поверхность испирктеля. В случае, б. Распредеаенне осажденных пленок по толщнне когда эта поверхность плоская, отклонений от косннусовдального закона не наблюдается.

Этот закон сохраняется даже и тогда, когда плоскость нспарнтеля наклонена по отношению к плоскостн подложки. Однако в этом последнем случае наблюдается измененная симметрия распределения по толщине относительно центра подложки 1126). Распределения по толщине, близкие к распределению от идеального точечного источника, могут быть получены от двух испарителей. Один нз ннх, представляющий собой нить в виде шпнлькв, был предстзвлен на рис. 13, а, Другой, представляющнй собой нспарнтель с подвешенной каплей, был изображен на рнс. 21, а. Оба источника имеют ограниченную практнческую ценность либо вследствие слишком малой емкости, либо вследствие нестабильностн капли прн достаточно высоких температурах нспарення.

Малые поверх. ности таких нспарителей в принципе не позволяют достнгнуть высоких скоростей испарения. 2) Эффузнонные ячейки. Направленные распределения пленок по толщине, которые пе подчиняются косннусоидальному закону, но нмеюг выделенное направление в сторону падложкн, расположенной над нспарителем, были впервые исследованы в связи с эффузней газов нз отверстнй неидеальной формы. Клаузннгом ~128] было выведена уравнение распределення для зффузии,нз короткихтруб. Прн этом он основывался на косинусондальном законе распределения в учел влияние стенок, с которыми сталннваются некоторые молекулы прн прохожденни трубы.

Это приводит к распределенню с центральным пнкообразным макснмумом н спадом, причем последннй при больших углах испарения происходят быстрее, чем в случае косннусондальнаго распределения. Приближение Клаузвнга, ховояыю хорошо выполняющееся для эффузнн газов, неоднократно моднфнцвровалось, как с целью применения для отверстий разлнчных форм, так н для более адекватного описания наблюдаемых картин распределения. Обзор этих модифнкацнй можно кайте в кннге Дашнака 1211, Для распределения по толщине ат эффузионных ячеек формула Клаузинга является в лучшем случае первым приблнженнем, так как в ней не учтены различные виды молекулярных азанмодействнй: в пределах отверстая, в пучке, с молекулами остаточных газов н на окружающнх поверхностях.

Этн взаимодействия хотя н нельзя исключать, однако нх влияние па картину распределения очень трудно определить количественно. В качестве примера можно рассмотреть сложный мехаинзм испарения, предложенный Ратцом н Хирсом 1129!. Этот механнзм включает в себя адсорбцню, поверхностную диффузию я десорбцню паров яспаряемого вещества в окрестности отнерстня.

В результате такого взаимодействия со стенками поток нспаряемого вещества содержит молекулы с различной предысторией. Среди ннх есть группа молекул, которые двигаются непосредственно изнутри эффузионной ячейки. В другую группу входят молекулы, которые вначале адсорбнровалнсь на стенках, диффунднровалн к отверстию н затем вновь испарялись. Пронсхожденне третьей группы молекул связано с тем, что концентрацня адсорбнрованных молекул на верхней кромке отверстия не уменьшается до нуля.

Действительно, молекулы диффунднруют к отверстию н покрывают часть внешней поверхностн, откуда к пронсходнт десорбння. Предполагая, что диффузное ренспаренне адсорбпрованных молекул пронсходнт по косннусондальному закону, авторы провели машинный расчет для определения картин вспарення 81О нз эффузнонмых отверстий различной формы. На рнс. 28 представлены результаты для цнлиндрнческого отверстия, в котором длина цилнндра равна его диаметру.

Из рисунка следует, что доля адсорбированных н повторно кснлрекных молекул оказывается существенной. Оказалось, что рассчнтэдвое распределение очень хорошо совпадает с результатами изме- Гл. 1. Вакуумное испарение рення эффузнн 8!О, независимо проведенного Гюнтером [130[. На том же рнсунке представлено распределение Клаузннга, которое было рассчитано для той же формы отверстия, но не учнтывало поверхностную диффузию.

Это распределение показывает очень нрутой спад толщины пленки. Крнвнзна к крутизна распределений, приведенных на рнс. 28, однако не валяются универсальными. Лерн н Спрнггс [!ЗЦ, например, показали, что распределения для свинца н алова, полученные для той же зффузионной ячейки, спадают более круто, чем распределение Клвузинга. Ио-видимому, помимо сорбцни н поверхностной диффузии, действуют еще какието факторы, которые вызывают октлоненне ат идеальной косннусоидальной уйр Рнс. 28, Респределенве пленки ио толщине длп яффузненной ячейки с коротким трубчетым отверстием (длине ренин дивметру1: Представлена кривая, рассчитанная по Формуле Клзузннтз !(281, зкспенментзлзные данные Гюнтера (201и кривая, рассчитанная Ретдом и хирсом !(29! для зффузиоиной ячейке Гюнтере.

( — непосредственнвя зффузи» нз внутренней области ячейки; П— повторное испарение со стенок отверстия; Ш вЂ” диффузия нз «рыю. ку ячейки и повторное нспзреянв. (У ([2 (зф 4Р (2,8 Уа Е/Л эффузни. Эрлер н Крауз [132[ провели эксперименты с зффузней 3!О прн давлениях в ячейке, превосходящих 10-з мм рт ст. Онн наблюдали не только днсперсню пучка, но н распределение молекул по сноростян, которое оказалось уже максвелловского. Онн полагают, что оба втн зффеята происходят вследствие рассеяния внутри относительно плотного пучка молекул, где столкновения прнводят к тому, что быстрые молекулы стремятся ускорить медленные, н вследствие этого наблюдается как отклонение траекторий, так н тенденция к большей однородности по скорости.

Недавно Грнмли и Ла Ру [133[ сообщилн о новом эффекте, наблюдаемом прн испарении таких соединений, как КС1, которые переходят в газовую фазу как в виде одиночных, так к в виде двойных н тройных молекул. ! !рн использованнн той же эффузнонной пчейкн онн наблюдалн различное угловое распределение потока для различных видов молекул к различных температур ячейки. В заключение следует отметить, что общими чертами нспарення нз эффузионных ячеек является то, что картина нспарення является болев направленной н имеет по срзвнейню с косннусрндвльным распределением более выраженный максимум в центре.

Картина распределения сильно под. вержена влнянию геометрии отверстия, однако определенную роль также играют н танке факторы, как внд молекул, температура ячейкн.и плот. ность пара. 3! испарнтелн с перпендякулярнымн боковымн стеннамп. К нспа. рнтелям этого тяпа относятся нанболее часто используемые нспдрнтелн, 6. Рвспределенне осажденных пленок по тплщпне в частности, тигля различных эндов, Боковые стенки той вли иной формы этих тнглей необходимы для того, чтобы внутрп нспарптеля можно было содержать нспаряемое вещество в количестве нескольких граммов. Горячая поверхность, находящаяся в парах нспаряемого вещества, является по. верхпостью испарения. Поскольку боковые стенки возвышаются пад первичной плоскостью испарения, то онн влияют на картину испарения через процессы сорбцви в поверхностной дпффузия так же, как это пронсходит на стенках эффузнонного отверстия.

Однако в отличие от эффузнопных ячеек типичные нспарнтелп в виде тнглей имеют отверстия, площадь которых так же велика, как н плошадь испарения. По этой причине давление внутри нспарнтеля оказывается меньшим равновесной величины, соответствующей температуре нспарнтеля. Следовательно, относительно короткие тнглн не должны обладать сильной направленностью испарения, что действнтельно имеет место. Как показали измерения картины распределения испарения пленок по толщине нз тиглей, проведенные Берндтом в Джонсом [134], слабое отклонение от косинусондального закона наблюдается толька вблизи центра подложки н иногда появляется более резкпй спад к периферии. Испарнтель для хрома, приведенный на рис.

!4, хотя и нмеет довольно высокие стенки, однако нспаренпе нз него являетсв слабо направленным. Длинный в узкий пспаритель моноокнсп кремния, использованный Драмхеллером, имеет сильный эффект направленности, а картина распределения испарения из него подчиняется формуле Клаузвнга [126]. Спрпггс п Лерн [196) сообщили об интересном типе нспарнтеля в его картине распределення. Авторы испаряли Сбй нз относительно большого молнбденового блока (з/Ь = 0,26), имеющего большое чнсло цилиндрических отверстпй.

Наблюдаемое распределение по толщнне заметно отличается от косннусондального закона на расстояяпях 1) 0,4 Д. Направленность потока проявляется в том, что скорость осаждения в районе центра подложки прнмерпо вдвое превосходит рассчвтанную велнчнну. Роль боковых стенок усиливается малой теплопроводностью С46 в результате чего испарение происходит не с площади, равной суммарному поперечному сеченню отверстий, а главным образом с горячнх стенок.

Вследствие этого распределение по толщине аналогнчно распределению, полученному от одного отверстия, если на некотором расстоянии над пнм расположить экран с малым отверстнем. Рон [1Зб] исследовал влияние на распределение по толщине препятствий на пути молекул прн ннзком и высоком давлениях остаточных газов. При испарении [,1Р вз нспарителя с ма. лой площадью при давления остаточных газов 10-а мм рт. ст.

он наблюдал почти идеальное коснпусопдальное распределенне. Если, как показано на рис. 29, в тех же условиях на путн молекул находятся маленькое препятствиеввнде проволочной петли, то коспнусондальный законненарушается за исключением появления геометрической тенв. Если теперь давление остаточных газов увеличить до 10-т мм рт. ст.

н пе нагревать проволоку, то молекулы нспаряемого вещества рассеются на большне углы, что прнведех к почти лпнейному распределению по толщине (рнс. 29, кривая 2). Если же проволоку нагреть, то наблюдается очень снльнмй эффект направленности, представленный на рнс.

Характеристики

Список файлов книги