Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 22
Текст из файла (страница 22)
29 крнвой 8. Сильное нарушение профиля распределения в относнтельно плоский профиль вблнзв центра пе являются следствием адсорбцвн паров н повторного испарения с поверхности петли. Этот эффект объясняется возникшим потоком горячего газа, созданного проволочной петлей («действне дымовой трубы>). Наличие горячих стенок вокруг паверхностн, с которой пропсходнт испарение прп высоких давлениях варов, может вызывать аналогичные тепловые потоки и, следовательно, прпводйть к отклонению от основных законов распределению Гл. 1.
Вакуумное испарение Совместные эффекты повторного испарения с боковых стенок, межмолекулярных столкновений, тепловых потоков я неоднородности температуры различных частей испарителя, как правило, предугадать невозможно. По этой прнчнне при конструировании испарителей часто бывает необходимо пользоваться существующими эмпирическими закономерностями. После некоторых вариаций в геометрии испарителя это может привести к получению более однородного распределения. В качестве примера рассмотрим два распределения fо толщине, приведенные на рис. 30. Подллжлл ЮП а а ° ь 'ь ф ПП ад В рис. 2З.
Влияние нагретой вити в неомменного давления газа на расередсаение аленин ие толщине 1гы1г à — лззлелае остаточного газа <!О-' мм рт. ст.,— нить горячая илн холодаелг тдавленне остаточного газа ГЗ-' мм рт. ста нить холодная; 3-давление остаточно~о газа 1З-~ мм рт. ст., нить горячая.
Распределения были получены при испарении шариков из Сг — 310 методом вспышки 1137). Конструкция.испарителя приведена на рис. 43. Испарение шариков происходит почти полностью с плоского дна ленты ис. пнрителя. Однако наличие боковых стенок, необходимых для предотврз. шенин выброса испа ряемого нещества, оказывает существенное влияние на форму распределения по толщине. Показано, что скорость подачи шариков (порядка 1 г/мнн) мгновенно создает давление паров свыше йх Х 1О-' мм рт. ст.
Следовательно, могут оказаться существенными ээан. модействие как со стенками, так н с саман возникшим паром. Сравнение кривых, приведенных на рис. 30, показывает, что использование отклоняющего экрана в виде конуса существенно уменьшает эффект направленности, поскольку в этом случае для паров испаряющегося вещества увеличивается диаметр отверстия.
Абсолютные скорости испарения зависят от степени направленности пучка. Так например, применение цилиндрического экрана приводит к тому, что толщина осажденной пленки в центре подложки в 1,45 раза превосходит толщину, рассчитанную нз уравнения (62), тогда б. Распределение осажденных пленок по толщине ках с помощью конусообразного испарителя можно получить толщину в центре подложки, лишь в 1,Зб раза превосходящую теоретическое значение. В связи с этим представляют интерес исследования испарения золота методом вспышки с нити при температуре 2000' С )133).
Авторы обнару. жили, что распределение атомов по скоростям в парах оказалось уже максвелловского распределения. Этот результат аналогичен данным Эрлера и Крауса )132) для эффузии 3!О при высоких давлениях, и если встать на их точку зрения, то следует заключить, что при испарении методом вспышки должно происходить сильное межмолекуляриое взаимодействие в парах нснарясмого вещества.
В заключение следует отметить, что однородность по толщине, которую можно получить с тиглями малой площади илн аналогичными испарите лами, будет несколько хуже или в лучшем случае такая же, что и с испарителями с плоской поверхностью. Некоторого улучшения однородности можно достигнуть уменьшением отношения высоты боковых стенок к дна.
метру испарителя. Однако наиболее эффективной мерой являютсн увеличение расстояния испарнтель — подложка и, следовательно, увеличение площади относительно однородного понрытия вблизи центра подложки при углах падения, близких к нулю. Этот метод, конечно, ограничен размерами системы и величинами абсолютных скоростей осаждения, которые может обеспечить испаритель. По втой причине значительный интерес представляют конструкции испарителей, в которых создается лучшая однородность по толщине.
В. Испарители для однородного покрытия больших площадей Почтя во всех случаях, когда удавалось получить однородное покрытие на больших площадях, в качестве испарителей использовались кольцевые испарнтели большого диаметра. Все ати случаи рассмотрены в обзо. ре Беридта )139). Простейшая форма кольцевого испарителя — круглая проволочная петля; испарение вещества происходит со всей поверхности проволоки. Интегрирование потоков с отдельных элементов нити такого бу Рпс. Зэ.
Рлспредллекпл плгплп пп гплщ лр сллрлл ллтлдпы пспыюкл кпп«пллык грлпулпг -ШО (пт ШЗЫ лз Клллпдрпчесппге л «ипуслпго псплрлтплпа Длл сравнения проведено косину. сппдллькпе рпспределепке, спптпет. стпующеп пспарптелю л пкде пе. большего плпскпгп диска, ддг пь 50 75 Р 000 ОУР РУХ 02Р Рл25 фгд Гль 1. Вакуумное испарение нспарнтеля было проведено Обергом с сотрудниками [140).Экспериментальное определение действительного распределения по толщине осажденных пленок золота, содержащего радиоактивный изотоп, было проведено Багенисом и Прейссом [!4!). Они получилн несколько большее изменение толщины и большую толщину в центре по сравнению с расчетными величинами Оберга, что может быть объяснено возможным эффектом направлен.
ности потока или, как предполагалн авторы, отклонением геометрии нс. парнтеля от идеальной круговой и плоской формы. Берндт с сотрудниками [134, !42, 145) исследовал испарители более сложной конфигурации, та. хне как многокольцевые испарители н нспарители нз переплетенных проволок для однородного осаждения БН вЂ” ге пленок на больших поверх.
ностях. Хати с такими испарителямн можно получить распределение по толщине, которое будет однородным в пределах ~ !% на площади диаметром порядка 10 см, однако с ними трудно работать и онн используются, главным образом, для испарения металлов, которые могут быть либо сублимнрованы, либо однородно нанесены на проволоки нз тугоплавких ме.
галлов. По этой причине следует рассмотреть другие возможности получения распределения по толщине, близкого н распределению для кольцевых нспарителей. Одним нз методов получения однородного покрытия является метод, в котором для изменения количества попадающего на подложку вещества используется вращающаяся заслонка [!46). Испарение прн этом может производиться нз тиглей, поскольку они являются наиболее унн.
версальными нспарителямя, а результирующая нартнна испарения может быть изменена подбором необходимого контура заслонки. Конструкция заслонки определяется как картиной распределения от испарителя, так и размером той плошади, которая должна быть покрыта пленкой. При этом важно, чтобы ось вращения совпадала с центрами испарителя я подложки. Чтобы снизить нежелательное уменьшение скорости испарения, поток ис. паряемого вещества в наиболее удаленных точках подложки не прерывается заслонкой. По мере приближения к геометрическому центру подложки край заслонки должен представлять собой дугу возрастающей длины, так чтобы длительность прерывания потока на любом данном расстоянии от центра обеспечивала уменьшение скорости осаждения в данном месте до величины скорости в наиболее удаленных точках. Контуры заслонок для однородного покрытия представляют собой спирали, точные линии ноторых для различных диаметров плошади осаждения были рассчитаны Бер.
ндтом [!46). Берндт мог осаждать пленки на площадь подложки 10Х 10 смз с однородностью в пределах ш 0,35згз. Наиболее серьезные требования к однородности толщин пленок предъявляются в производстве оптических покрытий [147). По этой причине техника, удовлетворяющая этим требованиям, была развита в связи с осаждением многослойных диэлектрических покрытий. Были разработаны методы, основанные на идее, что распределение, идентичное распределению от кольцевого испарнтеля, может быть получено либо вращением эксцентрично расположенного испарнтеля напротив неподвижной подложки, либо вращением подложки напротив эксцентрично расположенного испарителя.
Поскольку вращение испарителя имеет определенные экспериментальные трудности, связанные с токонесущиыи вводамн и контролем температуры, то более предпочтительным является вращение подложки. В последнем случае можно одновременно получать однородное йокрытие нэ нескольких подложках, расположенных на равно!а расстоянии от центра.
Идевтвчность распределений по толщине, получаемая как в случае вксцентрично расположенного испарнтеля малой площади н вращающейся подложки, так и от тонкого кольцевого испарителя впервые была отмечена Фишером н Платтом [148), н в дальнейшем зтот принцип исполь. 6.
Испарение соединений, сплавов я смесей зовался рядом последователей [139). Уравнение (59) для распределения по толщине от идеального кольцевого испарнтела может быть непосредственно применено к вращающейся подложке, еслипод параметром з понимать расстояние по горизонтали от испарнтеля до оси вращения, а под ! — расстояние по радиусу от точки на плоскости пбдложки до центра вращения.
Берндт [149) показал, что минимальные изменения по толщине на радиальном расстоянии подложки ! О,! А наблюдаютса в том случае, если эксцентричность з испарителя малой площади составляет 0,71 Ь. Берндт ввел дальнейшее усовершенствование, заключающееся в том, что он использовал несколько подложек на одинаковом расстоянии от общей оси вращения и, кроме того, в его конструкции каждая подложка вращалась вокруг сваей собственной оси [150). Первым преимуществом данного метода является то, что результирующее планетарное движение подложек уменьшает даже ту неоднородность по толщине, которая обусловлена направленностью испарения из тиглей. Другим преимушеством является лучшая однородность свойств этих пленок, которые зависят от углз падения.
Толщина пленок, полученных в этих условиях, изменяется лишь на ~ 0,16% на подложках диаметром 15 см. При создании системы таких вращающихся держателей подложек основной задачей является разработка их конструкций. При современных требованиях к однородности пленок в электронных схемах такие системы применяются редко. 9. ИСПАРЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ, СПЛАВОВ И СМЕСЕЙ Относительно небольшое число неорганических соединений, сплавов и нли смесей испаряются без изменения состава, Обычно составляющие твердого тела нли жидкости имеют различные давления паров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
