Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Рогерс аппроксимировал это переходное распределение ступенчатой функцяей [196). Он получил решение для скорости выделения газа, которая вновь оказалась пропорциональной 1/)/ГБыла также определеиа предельная глубина диффузии неравновесных копов газа внутрь тела. Подобные данные получили также Лау и Эгано, которые вводили водород в стекло типа аккор при активации процесса сорбции высокочастотным разрядом [197). Полученные ими скорости термического обезгаживаиия также оказались пропорциональными 1/З"ГТот же самый результат был получен Медиксом и Аленом после активирозанной сорбции инертных газов на квар. цевых поверхностях [198).
Диффузионное обезгаживанне при линейном увеличении температуры исследовалось Эгектом с сотрудниками, которые методом имплантации вводили нонн инертных газов в металлы и наблюдали их последующее выделение [!99). Полученные кривые для количества выделившегося газа в зависимости от температуры имеют максимум, по. поженив которого определяет зиергию Еп, характеризующую температурную зависимость коэффициента диффузии Т/ (Т) = !1з ехр ( — Еп/йТ). Фаррел н др. провели математический эиалнэ даииых диффузионного обезгажнзання при увеличевяи температуры и получили решеиие урав. кения (13) для упрощенных иачальиых условий [200, 201).
Они предполагали, что все атомы газа локализованы иа одной и той же глубине. Эта модель предсказывает быстрое увеличение скорости выделения газа вблизи некоторой характерной температуры с последующим приблизительно вкспонеициальиым спадом. Если принять во взимание распределение газа по глубине, то пик газовыделения расширится, одиако ие настолько, чтобы объяснить наблюдаемые экспериментальные кривые для аргона в стекле [202). Отсюда был сделан вывод, что диффузионное обезгаживание может включать в себя большое число процессов с различными эиергиями Езг Аналогичные результаты были получены и для случая термического обезгаживания пикеля с введенным методом ионной имплантация аргоиом [203). В наблюдаемом спектре выхода газа предполагается семь лискрет.
иых энергий активации. Как следует из рис. 42, сиорость диффузионного выделения газа из данного конкретного материала зависит от растворимости в нем газа Сз. Для газов з зластомерах эта величина обычно лежит в пределах от 3 до 1О об. зй [204). Для стекол хорошо изучена растворимость в них гелия: оиа составлает от 0,! до 1 об. эб [203). Растворимость почти всех остальных газов в стеклах еще меньше, чем у гелия [129). Таким образом, газы в стеклах практически имеют лишь малую растворимость. Исключением является вода, небольшие количества которой содержатся в иекоторык стеклах. Обширные сведения получены о растворимости газов в металлах.
Детальные обзоры по этому вопросу были сделаны Смиделлсом [206), Бэррером [207) и Нортоном [203). С точки аренвя поведения металлов в вакууме наиболее интересен водород, который к тому же я иавболее хорошо изучен. Ои образует истинно твердые растворы в большом числе металлов, включая Ре, сталь, Н1, СО, Сп, Ай, Сг, Мо и 3/. В аитерване температур от комнатной до 400' С растворимость Нз в большяистве вв этих металдов ие превышает 1 об.зй и растет с увеличеяием температуры. Несколько выше растворимость Нз в никеле (-1О об.34), тогда как в алюминии водород ие растворяется совсем. Широко известив необычно высокая растворимость 233 3, Материалы, применяемые а вакуумных снстемак водорода в палладин, который поглощает до 900 объемов водорода (по срав.
нению с собственным объемом). Большие количества (порядка !0з смз) Нэ на 1 смз металла поглощают также Т!, 2г, 'т' и Та. Растворимость в этих металлах связана с пх склонностью к образованию гпдридов, Она уменьшается с ростом температуры. Растворимость других газов в металлак вблизи комнатной температуры значительно меньше 1 об.
зе. Это относится к О„в Сп и СО, к Мз в А!, Сп и Ре. Азот, как известно, растворим только в тех металлах, с которымн он образует ингриды, а растворимость СО аналогичным образом ограничена металламн, склонными к образованию карбоннлов. Относительно высокую растворвмость, около 100 об. зА, имеет кислород в серебре. Прн оценке потенциальных способностей металлов к обезгаживанню удалением растворенных в ннх газов становитсв очевидным, что паллэ.
дий н серебро не пригодны для использования в качестве конструкционных материалов для вакуумных систем. Наименьшую растворимость для водорода имеют А1, Ре, сталь и Сп. Коэффициент диффузии этого самого мобильного среди прочих газов (Нз) в металлы при комнатной температуре равен 1О-з смз с-т [129). Следовательно, в процессе прогрева системы вы. деление водорода значительно, однако оно становится пренебрежимо малым для целей осаждения пленок после охлаждення снстемы снова до комнатной температуры.
Полностью удалить газы, растворенные в металле, только с помощью прогрева невозможно, Для этих целей необходима вакуумная плавка. Количество выделяемого газа обычна меньше объема металлического образца, но оно часто превышэег 1 об. зА. Это евязано с тем, что растворимость при температурах изготовления самого материала больше, чем при комнатной температуре. В. Скорости обезгажнвання вакуумных матерналов Для определения скоростей обезгаживания материалов разработано несколько экспериментальных методов. Для сравнения результатов, полученных разнымн авторами чАмериканским вакуумным обществом» разработаны временные стандарты.
Принято, что нормализованные скороств обезгажнвання выражаются в единицах миллиметр ртутного столба Х Хлитр секунда-х на квадратный сантиметр площади геометрической поверхности прн комнатной температуре. Обрааец иэ материала, предназначенного для исследования, помещается в вакуумную систему, и выделение газа инициируется откачкой. Скорость газовыделения можаи быть измерена е помощью таи называемого метода контролируемого потока газа. Йспольвуемые в этом методе сравнительно малые скорости откачки получаются путем уменьшения потока газа к насосу с помощью отверстий нлн капилляров с известной пропускной способностью, В атом, случае нзменение давления в системе определяется динамическим равновесием между скоростью газовыделения образца 1Гэ и Капиброваниой быстротой откачки Яс, лимитированной пропускной способностью капилляра () — Я Р вЂ” мм.
рт.ст. л с-т. ор (14) <й Зависимость скорости газовыделепиа от времени получается дифференцированием измеряемой временнбй завнсямости давления в системе. На другом принципе основан метод накопления, в котором камеру о испытуемым образцом после откачки кволнруют от иасооа, и в нем на- Гл. 2. Техника высокого вацуума блюдастся изменение давления, обусловленное газовыделением образца. Эта процедура повторяется прн последовательно понижаемых исходных давлениях, поскольку ийкозгой скорости газовыделения при дапиом давлении соответствует в системе лишь начальный участок зависимости давления ог времени сразу же после перекрытия откачного отверстия. В обоих методах для получения истинной скорости газовыделения образца необходимо учитывать вклад в измеряемый параметр процессов обеэгажнвання стенок вакуумной системы. Всесторонний анализ зависимости скорости обезгажнвания от вреиени был проведен Дейтоном [204] и Джейкелом [172].
Примеры таких зависи. мостей представлены на рис. 43. Поскольку количественные измерения а-к Рнс. 42. Зввнсимость скорости обезгвживвнин от времени: 1 — плекснглес (иетнлнетлкрнлет) 11121', У вЂ” тефлон 0121; 3 — витон А, необезгеженный !2!01; 4 — иелоуглералиствк сталь после пескоструйной обработки поверкности !3441! 3 — нержввеюшек стель )ю41. Пунктирные липин — теоретические зевиснмости Клн укеззинык функ. цнй. ал 1 ш с!регул, о не позволяют разделить вклады процессов десорбг!ии н диффузии из объема, то часто пытаются сделать выводы о преобладающем механизме газовыделения, исходя из формы кривых [172).
Поэтому иа рис. 43 для сравнения показаны также экспериментальная'зависимость, характернав длн десорбции первого порядка, и график функции !1)ту, свойственной диффузионночу процессу. Однако ббльшая часть экспериментальных кривых пе удбвлетворяет ни одной из этих зависимостей. Вместо этого часто оказывается, что скорость выделения газа в течение первых 1Π— 20 ч прийди. вительно пропорциональна 1Д. И поскольку известно, что во влажной атмосфере иа металле сорбируется несколько слоев паров воды, то Дейтон [204] попытался объяснить эту наблюдаемую эмпирическую зависимость десорбцней с поверхности паров НзО с распределепнымн энергиями Ел.
Действительно, суммирование многих зависимостей скорости десорбш;и первого порядка, подобных тем, что приведены ца рис. 39, приводит к зависимости типа !й. Не бесспорна справедливость п саинх данных по газовыделенню, полученных с помощью метода контролируемого потока. В серии эксперимгптов по обезгажнванию в большой сверхаысоковакуумной камере Фариас с сотрудниками [2!1, 2!2) зафиксировали значения скоростей газовыделения, на два-четыре порядка меньшие по сравнению с аналогичныыи даз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
