К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 82
Текст из файла (страница 82)
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК значения коэффициента трения (0,01 - 0,02), прн влажности выше 1 % коэффициент трения возрастает и при влюкности приблизительно 100 % может лревьпнать 0,2. Коэффициент трения у графнтных пленок уменьшается при повышении югаиности.
У алмаза коэффициент трения не зависит от влажности и остается меньше 0,07 даже при относительной влажности около 100 %. Характеристики трения между углероднымн пленками и алмазом или между двумя углеродными пленками менее чувствительны к влажности. Скорость изнашивания (как абразивного, так и адгезионного) покрытия в основном обратно пропорциональна его твердости.
Износостойкость тонких аморфных пленок, включая глдрогенизированные и негидрогенизированные углеродные пленки, коррелирует с прочностью межатомных ~вязей этих материалов и уменьшается в ряду С - а - ББЧ - 51- германий при абразивном изнашивании. Скорость изнашивания таких пленок зависит от количества связанного водорода, вюпоченного в структуру пленки во время осюкдения. з.бле. систкматнзлция мятодов нанвжния тонких плкнок в вькуумк Известно неасолько классификаций методов и средств нанесения тонких пленок в вакууме; по способу генерации частиц - из твердой, жидкой и газовой фазьг, по типу осавдшемых частиц - из шомарных, ионных и плазменных потоков; ло энерпш н массе частлщ переносимых от источнлка к подложке; — по колструкпшннм особенностям источников и др.
На основе существующих классификаций и в соответствии со сведениями, изложенными в полразл. 2.6.1 - 2.6.9, в табл. 2.6.27 представлен систематизированный перечень существующих методов нанесения тонких пленок в вакууме и схемы нх реализации. В таблице приведены также основные технологичеокие режимы: давление в рабочей камере (остаточных газов - вакуума); давление рабочего газа - инертного, химически шсгивного, смеси газов; температура подложки (изделия); максимальная скорость осаждения пленки; энергия осаждаюп~ихся атомов, молекул, ионов и кластеров; доля ионизированных частиц. В расчетах процессов нанесения тонких пленок в вакууме, а также при проектировании вакуумного технологического оборудования для получения тонкопленочных покрытий используют следующие параметры: давление насыщенного пара; малярная масса исларяемого материала; температура испарения; плошадь поверхности иопарения или распыления; расстояние от источника до подложки; плотность осаждаемого материала; плотность ион- ного тока; коэффициент распъшения; допустимая плотность потока на поверхность конденсации; оптимальная энергия осажцающвхся частиц; парциальное давление осаждающихся из газовой смеси компонентов.
Условные обозначения методов приняты с целью использования их в базах данных и автоматизированных экспертных системах, необходимых для повышения уровня информационного обеспечения разработок и исследований в области технологии нанесения тонких пленок. Осаждение тонких шгенок в вакууме методом термического испарения ВО осуществляется путем подведения к веществу энергии резистивным ВОО (прямым ВООО - В002 и косвенным ВООЗ) и высокочастотным В01 нагревом, электронной бомбардировкой В02, электронно-лучевым нагревом ВОЗ и ншревом с помощью лазерного излучения В04.
При темперазуре вещества, равной либо превышающей Твою частицы лз испарителя переносятся в вакууме на подложку и конденсируются на ее поверхности в виде тонкой пленки (см. подращ. 2.6.7, гл. 2.1 и 2.5). Если помимо физических процессов, прои~ходящих во время осаждения тонкой пленки, при напуске в рабочую камеру реактивного таза в пространстве между источником и подложкой лли на поверхности подложки протекает химическая реакция, то соответствующий метод называется реыггивным В И, например получение пленок нитрлта гТ(+ Нз = 2ТЕЧ. К достоинствам метода осаждения тонких пленок термическим испарением относятся высокая чистота осаждаемого материала (процесс проводится при высоком и сверхвысоком вакууме), универсальность (нано оят пленки металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков) и относительная простота реализации.
Ограничениями метода являются нерегулируемая скоросп осаждения тю низкая, непостоянная и нерегулируемая энерпш осаждаемых частиц о'. При молекулярно-лучевом меюде В05 используются эффузионный источник в вцде ячейки Кнудсена и капнллярный исларитель, в которых энергия к веществу подводится благодаря резистивному нагреву (см. подраэд. 3.4.2). Наличие тепловых экранов и контроль температуры обеспечивают одинаковую энергию испаренных часпш Е и идеальную диаграмму распределения частиц ло направлениям (косинусондальный засол Кнудсена). Сущность метода осаждения тонких пленок в вакууме ионным распылением Ш заключается в выбивании (распылении) ато- системлтиздпртя метОдОВ нАнесения тОнких пленОк В ВАкууме 233 7.6.27. Методм вавесевиа товввк плевок в вавууме Твп конструкции.
Код сбсрудоватптя Физический процесс Метод нанесения покрытия Осалдевие термическим ио- парением (ВО) о „=104...10аПа; 'Гп = 373 - 973 К' ВЧ-пырее (В01) = 1,410т Ри,х ч х ~ — —" = 0,1...1,0 мкм/с; 'я 2 Заев 41 Р Электронный (В02) Е= 0,1 ... О,З эв; ~и Электронно-лучевой (ВОЗ) ЧГ ' Молекулярно-лучевой (В05) ~ЯМ~- '"«-".Э * ' Тиса Лазерный (В04) ~~ы~ Проволочный. ВООО Ленточный. В001 Сублимационный.
В002 Тительный. ВООЗ Реактивный. ВОО К Тительный. В010 Со стартовым элементом. ВО!1 Реактивный. В01 К Тигельный. В020 Проволочный. В021 Штабнковый. В022 Реактивный. В02 К С пушкой Пирса ВОЗО С аксиальной пушкой. В031 Многопппевый. В032 Реактивный. ВОЗ К Твердотелый. В040 Непрерывный СОт-ла р. В041 Реактивный.
В04 К Эффузионный (ячейка Кнудсе- на). В050 Капиллярный. В051 Глав 26. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК Продолжение табл. 2.6.27 Твп конструкции. Код оборудования Физический процесс Метод нанесения покрытия Ионно-плазменный (В10) Т Р.Г. р =10...510зПа; Тв = 293 -. б93 К' Ионно-лучевой (В11) С Горячим катодом.
В 110 С холодным катодом. В111 Реактивный. В11 К 3,3.10 злсТМГ у~ — = ~Ы' = 10-з ... 5.10' мкм/с; Е=3...5эВ; Х =0,01 Осаидение взрывом (В2) Импульсный. В200 Лазерный (В20) Электронно-лучевой (В21) Импульсный. В210 Конденсаторный. В220 Электроразрядный (В22) Осаждение ионным распыле- нием (В1) р: =10з...рбзпа; 7п = 293 К' чо < 10з (с; Е = 1 ... 1000 зВ; Ев = 0 1 -.
0 5 Диодный на постоянном токе. В100 Диодный ВЧ. Ш01 Трехзлектродный. В102 Матнетронный на постоянном токе. В103 Матнетронный ВЧ. В 104 Матнетронный с ЭЦР. Ш05 Реактивный. В 10 Н СИСТЕМАТИЗАДИЯ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК В ВАКУУМЕ 235 Продолжение табл. 2.6.27 Тнн кснструхпнв. Кса оборудования Метод нанесения псхрнтна С холодным катодом (ВЗО) Фнзечесссй пренс<с В парах катода. ВЗОО В парах катода и анода.В301 Реактивный. ВЗО К Осаидение дутовым разрядом (ВЗ) В парах анода.
В310 В парах рабочего таза. В311 Реактивный. ВЗ1 К р .= !Оп... 10-тпа; 7д = 293 ... 693 К; С герачнн кстехен ОЗ! 3 ,< 4 А( !О О! Е 50 мкм/с; Е=01...10эВ; <(н Ионное осакдение (В4) Диодный. В400 С потенциалом смешения. В401 Реактивный. В40 К Термоконный (В40) ФФФХХ ~ Щ()т Ионно-нлазменный (В41) Диодный.
В410 С потенциалом смещения. В41! Ра =10-з... 10!Па; р = 10з ... 10' Па; Тн = 293 — 493 К' Ионно-лучевой (В42) С торачим катодом. В420 С холодным катодом. В421 2 ЧО < снх < Одоп"к ' !О осетр 50 мкм/с; Е= Ь<щт = 100 эВ; )Ц, = 0,1 ... 1 Плазмотронный (В43) Торцевой дутовой с торячим катодом скаьноточный. В430 Торцевой дутовой с горячим катодом холловский. В431 Торцевой дуговой с холодным катодом. В432 С замкнутым дрейфом электронов. В433 Иыпульсный с эрозией диэлектриков. В434 Глава 2.6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 236 Продолжение табл.
2.6.27 Тлп конструкция, Код оборудования Метод взнес»ива покрытия 4)извческая процесс Химическое осажление (П5) Тп Из щзовой фазы (П50) 1) 1)1 (=э~ с При высоком давлении (АР С'»')3). П500 При пониженном давлении (1.Р С'»П). П501 Газофазная эпитаксия. П502 Термическое окисление. П503 Плазмохимический (П5 1) Безэлектродный ВЧ.
П510 Диодиый иа постоянном токе. П511 Днодный ВЧ. П512 С фотонной стимуляцией. П513 рр = 103 ... 10' Па; Тп = 293 — 1793 К' ъО = 4 38.10э х »~ — ' ' =0,1...1мхм/с; Я=01... 10эВ; Д„=0 О б о з н а ч е н и я: Р. Г. - рабочий эаз; р„„- давление в рабочей хамере (остаточных тазов); датпение рабочего юза (инертного, химически активноэо, смеси газов), Па; Гс - темпе Рр.с ратура подложки (изделия), К; чо - максимальная скорость осаждения пленки, мкм/с; Š— энергия осатах ждающихся атомов, молекул, ионов и кластеров, эВ; К„- доля ионизированных частиц; е - поток электронов; й» - пучок фотонов; р„„- давление июащенного пара, Па; 3à — молекулярная масса испаряемото материала, кг/хмель; Таю — температура испарения, К; е( - расстояние от источника до подложки; м; р — ллотносп осюклаемото мппериала, кг/мэ; /л — плотность ионното тока, А/мэ; Е- коэффициент распыления, атом/ион; дд,>„- допустимы плотность потока энергии на поверхность конденсации, Вт/смэ; еею - оптимальная энергия осаждающихся частиц, эВ; рь ш и э)0 — соответственно парциальное давление (Па), плотность (кг/мэ) и молекулярная масса (кг/кмоль) осаждаюшихся из газовой смеси 1-х компонентов, суммарное количество которых равно л; T„,„„= 20 'С; Ею Ерплощаль поверхности соответственно испарения и распыления, мэ; ОКГ - оэпический хвантовйй эенерюор; ЗОС вЂ” электронно-оптическая система мов вещества из поверхностных слоев мишени высокоэнертетичными ионами рабочего газа (обычно инертиото Аг).
Ионы образуются в тазовом разряде при давлении рвт = 10 5.10 э Па н ускоряются до энергии 0,7 - 5 кэВ вследствие приложения к мишени отрицательного потенциала -(0,7 — 5) кВ. Распыленные нз мишени атоыы осахслаются в виде тонкой пленки на поверхнооти подложки. Различают ионно-плазменный П10 и ионно-лучевой ГЭ11 методы, в которых используются тлеющий (типы О100, 17101, О!03, П104 н П105) и несамостоятельный, с термокатодом (П 102) тазовый разряды, а также, автономные источники ионов АИИ Кауфмана (с горячим катодом - тип О110) и Пениинга (с холодным катодом - тип П111). При нопользовании в качестве рабочего газа смеси из Аг и химически активного таза (Оэ, Мэ и т.п.) реализуется реактивный метод осаждения оксидов, нитридов и т.п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
