Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Если испарение осуществлять из больших количеств расплава, состав которых мало меняется в течение длительного времени, то содержание железа в осажденных пленках обычно отлнчается на2 — 4% от содержания его в исходном веществе. Однако испарение большей части расплава (от 70 до 75%) приводит к получению неоднородных пленок, градиент конпентрапии в которых состав. лает примерно 5% па !ОООА толщины[202). Таким образом, в случае сплава М! — Ре теории и зксперимеит хорошо согласуются н, следовательно, плеихи пермзллоя действительно могут быть получены непосредственным испарением.
Данные по испарению нихрома приведены в табл, 12. Таблипа 12 Даняые по испарению пихрома (80а/е )41, 20() Сг) при двух температурахв 1лзо с !жидква> !зоо с г рдыз! Наименование данных ' Данные основаны на величинах давления нерон, ирнведенных Хоингом !!91, н ковффндиентах алтнвиости, взятых из рис. ЭЗ. Козффяииенты актявности для ыядиотв состояния неизвестны.
Испарение ннхрома при низких температурах вследствие малых скоростей не представляет интереса. Лейкшманап [203) получил скорость осаждения 0,17 А ° с-з при сублимации ннхрома при Т !000'С. При вспаспении пихрома чаше всего используют температуры между !400 н 1600 С (температура плавления 1395' С). Йесмотря яа то, что с ростом теыпературы различие в давлениях паров !41 и Сг уменьшается, однако параметр К остается все еще слишком высоким для получения пленок постоянного состава прн испарении значительной части расплава.
Это было подтверждено вкспериментальио Дегенхартом и Праттом (!98), которые испаряли 12% общего небольшого количества инхрома при температурах от 1400 до 1500' С. Первоначально осажденные слои имели примерный состав 16% )т)1, 85% Сг, тогда как последние слои имели 80% )г[1, 20% Сг. Аналогичные результаты были получены при масс.спектрометрическом анализе паров ннхрома [196),' начальный состав паров был 17: 83, а после 12- минутного испарения — 80: 20. Этн результаты указывают на то, что пленки по составу отличаются сильнее, чем ожидалось на основе данных, 3 вссчитанных и приведенных в табл. 12.
Это означает, что величины козф. ициеитов активности в втой системе стремятся увеличить значение параметра К, В работах [199, 204) сообщалось об'отклонениях от закона )рауля 109 Гл. 1. Вакуумное испарение для сплавов М! — Сг, содержащих малые количества А! и Сн. Активность хрома превосходит молярную концентрацию ([сг э 1), что согласуется с данными Дегенхарта и Пратта, Испарение АВ несколько затруднено (гм! < 1), тогда как испарение Сп облегчено (гс„ > 1). Для алюминия ваблюдаются большие отрицательные атклонеаия от закона Рауля. Эти исследования показывают, насколько трудно получить контроли.
руемое осаждеине однородных пленох нихрома с помощью непосредственного испарения из расплава. Для этого необходимо осуществлять испарение из очень больших количеств сплава, содержание Сг в ко~ором должно быть существенно меньше, чем в осажденных пленках. При этом испарять можно лишь небольшое количество исходного сплава.
Вайд и Тиерман [205] проводили испарение из небольшого количества исходного сплава, однако данных по составу пленок ими не было приведено. Другим способом является испарение из твердого сплава. Хюиджер с сотрудниками [195! анализировали изменение состава при сублимации сплавов.
Испарение производилось из проволоки при Т = 1300' С; стационарное распределение достигалось после 3 ч испарения. Из анализа профиля при стационарном состоянии и из измерения уменьшения диаметра проволоки Хюиджер с сотрудниками определили козффипяеит диффузии сг в и|, который оказался равным 6,7 . 1Олщ см' . с-'. Стационарная концентрация хрома на поверхности оказалась равной 3%. Гели теперь эту величину подставить а уравнение, описывающее нснареане, то решснис даст величину отношении паров 5(1: Сг = 83: !7, что хорошо согласуется с отношением 80: 20 в проволоке.
Однако давления паров обоих металлов при Т =- 1300' С составлшот лишь 0,25 10-З и 1,8 ° 10-з мм рт. ст., так что общая скорость испарения слишком мала и составляет всего лишь 3 10-а г см ' с-А По этой причине метод сублимации сплавов имеет малую практическую ценность. Практически более ценными не~одами осаждения пленок нихрома контролируемого состава являются методы вспышки [200] и ионного распыления иа постоянном токе [206). Изменение состава при испарении более подробно исследовано иа примере этих двух никелевых систем. Непосредственное испарение успешно получено на примере испарения сплава Сг — Се. Посиольку давления паров этих двух элементов почти одиааковы, то Риддлу [207] удалось получить почти согласованное испарение при 1310' С иэ расплава, содержащего равные количества Сг и Се.
Зауер и Унгер [208] провели исследование испарения сплавов Ай— Сн, Ай — А1, Лй — Бп, Сн — Бп и РЬ вЂ” Яп. Было обнарухсено, что состав осажденных пленок хорошо следовал предсказаниям закона Рауля. Сплавы типа латуни, подобные Сн — Еп и Си — Сб, не могут быть испарены непосредственно, поскольку Сп имеет слишком низкую упрутость пара при теыпературах, когда давление паров Еп и Сд преиосходят 1 мм рт. ст. Испарение некоторых типов бронз было рассмотрено Холлспдом ([59] стр. 182).
Следует отметить, что имеются некоторые составы систем Си — Яп и Сов А1, которые могут быть испарены с малым фракционированнем. В. Специальные методы испарения Из предыдущего рассмотрения поведения соединений и сплавоа следует, что пленки некоторых веществ, интересных с практической точии арения, не могут быть получены методом непосредственного испарения. Кроме того, можно предположить, что при нагреве в одном нспарителе ПО О.
Испарение оедянеиий,сплавов и смесей таких счессй, как кермсты (керамика и металлы) будут происходить сильное фрзчционнропанне и нзмененнс состава и получаться пленки, состав котормх ээонсит от толщины. Были ра сработаны специальные методы испарения, в которых для контроля пленок заданного состава используют различные экспернмшпальныс принципы, 1) Реаитивное испарение. При испарении пленок металла для уменьшения взаимодействия остаточных газов с испаряемым веществом, оказывающего вредное влияние на свойства пленок, давление в установке поддерживается как мох<но более низким (209).
Однако при реактивном йспарении для обеспечения полного окисления металлических пленок поддерживается относительно высокое давление кислорода (от 1О й до !О-' мм рт, ст.), Этот метод полезен в тех случаях, когда вследствие полного или частичного разлоягсния окислов металлов опи не могут быть испарены непосредственно. Для получения кислорода используют термическое разложение МпОз, а для создания необходимого давления кислорода обычно применяют контроль натекания газа )210).
Длн понимания кинетики реактивного испарения следует помнить, что средняя длина свободного пробега молекул газа при давлении 1О-' мч рт. ст. составляет примерно 50 см (см. рис. 6). Следовательно, вероятность образования молекуч окислов металлов за счет столкновений в газовой фазе очень мала. Основным процессом является оекомбинацня на поверхности подложки, куда в большом количестве попадают атомы металла н молекулы кислорода. При реактивном испарении образование окисной пленки начинается с моменга попадания атомов метал за н молекул кислорода на поверхность подложки. Одни из них адсорбяруются, другие — после кратковременно~о пребывания на поверхности — отражаются или десорбируются. Отношение числа здсорбированных частиц к полному числу падающих частиц называется коэффициентом конденсации, сг,.
Для образования оиисла адсорбнованные атомы металла и молекулы кислорода реагируют друг с другом. а реакция является упорядочивающим процессом, в результате которого адсорбированные атомы, днффунднрующие по поверхности, закрепляются в потенциальных минимумах, представляющих собой регулярную решет. ку. Следовательно, процесс роста пленки контролируется скоростью попадания на поверхность атомов металла и молекул кислорода, коэффипиентами конденсации и температурой подложки. Для практических целей число атомов металла, достигающих полложку в единицу времени, лучше всего выражать через скорость осаждения, которой характеризуется тот же самый источник при той же температуре н том же рассеянии, но в отсутствие кислорода г()чм!А„ЯГ = Млрм К/Мм, атомов ° см-' ° с-", где рм — плотность металла пленки, г см-'; Мм — молярная масса металла, г моль-', д' — скорость конденсации металла, см с-', А„— плошадь подложки, смз.
Частота столкновений молекул кислорода с подложкой определяетси уравнением (37) г(Д)о (Аг г)1=3,613Х 10щ (Мо Т) гав ро молекул.см-з.с-т, где Мб — молярная масса Оэ, 32 г ° моль-т; Т вЂ” температура газа а обычно 300 К; ргз — парциальное давление Оз, мм рт. ст. Частоту столкйовений для ряда вспаряемых веществ и обычных газов можно определить с помощью номограммы, приведенной на рис. 36. Кая Г .
!. Ввк испарений Руаеслрлру уймндау,еаг оч е а' (л а Уу' Уб "5 Уг)УУ урра иге О УУ Еаз )Уааадяе«гае Яеауеаюу)у ууггу уу '— Уу. 'У УУ гр ууге йугг 55 б,ургг гр «яу уа нг бз М Ее гг )4п йй РЬ Рй,нз Л) 41 Т4' 54 йс пй 5п РЬ 460 мфгт ралз ЫФ уу)5 УР й)-6 р д 7 Уа р Н 7 Ю РУУ 4 Ю а" ур-т ф гнь Нгб ибрр бз Ле сбг,сзнр, Оьнн -сгнй УРУ5 М г,р бр й) Р йуУУ Ркс. НЬ Иамеграмма длк апрецелеяка патака молекул: В случае молекул вапзряемага вещества саецквягь соответствующую тачку вя асв Вапзряемых веществ с точной, саагзегагзующей акараагв агзмлеяяя вещества яа аак Ф. В случае остаточных газов ааедкнвгь тачкя ка аск аагвгачкых газов в агв деьлеввя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
