Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Ясли выраженвя для «л в хп подставить в урзвиеяие (69), то маятно рассчитать зависимость малярного отношения бллЯлп в паре и, следовательно, з момент конденСацин, от количества испареивого вещества. Такой расчет пыл проведен Цннсмейстером. Результаты расчета графически представлены на рис йб (!88). Как вядио из рисунка, взменение молярного отношения в процессе йспарения сильно зависит от величины параметра системы К и от маляр. ной концентрации с исходном сплаве х'л. Иа анализа результатов, пред. Гл. 1. Вакуумное испарение дхл7дг = Рба хв(дуз (71) где у — расстояние от тачки в глубине до поверхности.
Поскольку обе составлшощие испаряются непрерывно, то поверхность сплава опускается. В работе [195) эта трудность была преодолена тем, что ось у двигалась вдоль параллельной оси а, начало которой было фиксировано на первоначальном положении поверхности сплава. Предполагая, что движение цоверхностн происходит с постоянной скоростью о см ° с ', соотношение между координатами имеет внд х = у — од Тогда уравнение Фика переходит в уравнение — =Р— +и 8 "в бз хв охн б! дг~ да (72) В стационарном состоянии дхн/д! = 0 и решение уравнения (72) имеет вид х =-х' — Секр и=- в 103 ставленнык на рис. 34, можно сделать несколько выводов. Если величина К отлична от единицы (прн К = 1 сплав испаряется согласованно), то состав пара отличается от состава расплава.
Вначале происходит испарение легколстучей составляющей, затем прн увеличении количества испаренного вещества испаряется, главным образом, труднолетучая составлявшая. Поэтоыу пленкя, получсвные непосредственным испарением сплава, ока: ынаются слоистыми и имеют градиент концентрации по толщине.
Это явление выражено тем сильнее, чем больше величина К отличается от единицы. Когда величина К близка к единице, испаряя небольшую часть от общего количества вещества, можно получить почти однородные пленки. Прн этом для получения желаемого состава должна быть тщательно подобрана начальная концентрация х',! для компенсации различия в летучести. Прп оценке иа основе кривых рис. 34 возможности использования непосредственного испарения сплавов следует помнить о ряде неучтенных факторов Так например, предположение о постоянстве коэффициентов активности не всегда оправдывается. В этом случае интегрирование уран. некиа (68) необходимо производить по ряду малых интервалов, где величину К можно считать постоянной.
Далее, перенос вещества из глубины к поверхности расплава ие может быть мгяовенным, поэтому в расчете следует учитывать поверхностную концентрацию и ее соотношение с объемной концентрацией [!88[. Кроме того, следует помнить, что существуют поверхностные загрязнения, такие хак окисные плевки, которые затрудняют процесс испарения и приводят к тому, что коэффициент испарение оказывается много меньше единицы аа СС !. Изменения состава сплавов при сублимации были рассмотрены Хюиджсром н его сотрудниками [195[, При отсутствии эффектов коннекцин и псремешивания, что наблюдается в расплавах, поверхность нспаряемого вещества бчдет обедняться более летучей составляющей В.
Вследствие этого скорость испареная составляющей В будет уменьшаться. В то же самое время атомы составляющей В будут днффундировать нз объема к поверхности. В конце концов оба процесса сбалансируют друг друга и наступит стационарное состояние. В переходном состоянии процесс диффузии описывается уравнением Фика 6. Испарение соединений,сплавоа н смесей лв а ым и Ф ф Велннинп алненения лв//еркнеещи ещ лерденичалонрго лелоктения, х Ряс. ЗЗ.
Эевисимость моляриой коицеятрецни составляющей В твердого свлеве от вовпмеиия поверяемой поверхиости и впемекц. Пукктироея кривея построена по тачкем пересечепкв кривых рвспределскяя с прямымя, соответствующим» поломецию ясперясиой поверхности, и соответствует поверхвостиай «оицеятрвцие в данный момент времеви. Эещтркхованная площадь соответствует количеству состввляющей В, уюедщему кз сплава зе период исперекия в ствцяокеряом состояяяи (дяияые взяты кз ре. боты 11951) 107 ного значения отношения о/су.
В переходной области кривая, представляющая профиль концентрации. пересекает движущуюся поверхность вещества при существенно меньших величинах, чем те, которые должны быть после наступления стационарного состояния. Площадь заштрихованного участка численно равна количеству составляющей В, которое было нспарена за период стационарного процесса испарения. Поскольку прн этом концентрация на поверхности остается постоянной, то отношение д к В в паре также больше не меняется.
Более того, кривые распределения концентраций в моменты времени /е н /т параллельны друг другу и, следовательно, за равные промежутки времени испаряется одно н то же количество вещества В, которое содержалось в слое, толщина которого равна толщине действительно испаренного слоя (площадке ограниченная пунктнрнымн линиями). При этом предполагалось, что слой имел однородную концентрацию х*. Отсюда следует, что сплав испаряется в своем первона В' чальном составе только после достижения стационарного состояния.
Чем больше отношение и/Р, тем быстрее достигается это состояние и тем тоньше слой, подверженный процессу диффузии к поверхности, Таким образом, большие скорости испарения н малые коэффициенты диффузия способствуют применимости этого метода. 8) Примерм непосредственного испарения сплавов. Непосредственное испарение сплавов для создания тонкопленочных образцов впервые было исследовано на системах ВП вЂ” ге н 91! — Сг. Пленки никелевого сплава, содержащие Вбеги ВВ и 1Зезе ге (пермаллой), широко используются для элементов магнитной памяти. Пленки содерзкащие 80ете % н 20етй Сг где хо — начальная молярная концентрация В; С вЂ” постоянная, кото. В рая зависит от скоростей испарения и плотностей составляющих.
Аналитически решение уравнения (72) для переходной области получить не представляется возможным. Хюпджер с сотрудниками (195) получили численное решение этого уравнения с помощью вычислительной машины. При этом в качестве граничных условий использовалось значение начальной концентрации ко, которая предполагалась постоянной по всему В' сплаву, а значение скорости удаления вещества о определялось нз уравнений (68а) н (686) при изменяющихся величинах хд н хп на поверхности. На рис. 36 приведены результаты машинного расчета для одного характер- Гл.
1. Вакуумное нспаренне Ф ром), часто используются в качестве мнкромнняатюрных резисторов. снстемы очень удобны для яллюстрэцня механнэма испарения сплавов, пйскольку для первой характерно низкое, а для второй — высокое отно. шинке давленнй паров. Оба сплава часто испаряют нз вольфрамовых лодочек, хотя расплавы н реагируют с вольфрамом. По этой прнчнне для сплавов М! — Ре предпочтнтельнее испольэовать тигля нз окнсн алюминия нлн цнрконня. Однако этя тнгля не прнменямы для нвхрома, вероятно, 'вследствие зтбго, что хром обладает высокнм сродством к кислороду н ннзшне окислы хрома имеют заметную летучесть. Для испарения этих сплавов нспользовалнсь прямонакальный нагрев, нагрев электронной бомбарда.
розкой н яндукцнонный нагрев. Последний метод нагрева обладает тем пРеимушестВом, что прн нем происходит интенсивное перемешнваняе расплава, тогда как прн другнх методах происходит только термическая конвекция. Для определения соотношения нспаряемых составляющих существует ряд методов. Прямым методом является масс.спектрометрнческнй аналяз паров [198). Чаще для конденсации отдельных фракцяй с последующим нх аналнэом используется метод заслонок. Для разделення осажденных фракций во времени используют конденсацию на движущейся ленте нз майлара [197). Состав пленки можно определять с помощью рентгеновской флюоресценцнн (!97) нлн хнмнческого мнкроаналнза [198) с яспользованяем техники эмиссионной спектроскопнн [!99) нлн колорнметрян [200).
На основе данных, приведенных в предыдущем разделе, можно за. ранее предвидеть нзмененне состава пря Непосредственном испарении сплйвов. В табл.11 приведены такие данные для пермаллоя. Таблица !1 Данные по нспареяню пермаллон (85с[г %, !Бедре) нрн двух температурахе 1000 'с !жидкие) ~ 2000 'с (жвдкияз Наггкенование данных ' Данные основаны ва великанах давлении варов, приведеннык хоиигон 1121, а ковффнннентах активности, взятых нв рис, 32, Поскольку параметр вещества К, введенный ранее, блязок к единице, н скорости нспарення составляют 1О-а г . см-в .
с з я более, то следует ожидать что пленки пермаллоя можно осаждать непосредственным вспареннем. асан предположить идеальный случай, то пленки, по сравне. ННЮ С НСХОДнЦМ ве1цеством, должны быть более богаты железом. Однако вслйдствне отрнцательного отклонения от закона Рауля для Ре в )т)! состав плЕнки почти не должен отличаться Ьт состава нспаряемого вещества. Это я было подтверждено экспериментально. Блуа первым сообщил„что пленкв К! — Ре, нспаренные яря 1600' С, менее богаты железом, чем это ожидалось на основе предположення, что гре = 1 [20П.
Брайск в Пнк [1!6) 6. Испареыпе соедияений, сплавов и смесей исследовалн испарение сплавов )з)! при 2000' С н установили, что если сплав содержал более 85% Х!, то начальные осажденные слои практически имели тот же состав, что и исходное вещество (116).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
