К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 83
Текст из файла (страница 83)
(типы )310 Ни в)1 И)'. Достоинствами метода осаждения тонких пленок ионным распылением являются универсальность (можно наносить металлы, сплавы, диэлектрики, мапппные композиции), регулируемая скорость осаждения чэ и относительно простая конструкция оборудовании. К недостапсам относятся невысокая чистота осаждаемой пленки (из-за наличия рабочего газа), низкая и нерегулируемая энергия осаждаемых частиц Е Более детально см. в подразд. 2.6.7 н в гл. 2.2. Тонкопленочные покрытия получают и путем испарения вещества взрывом П2 при импульсном воздействии на него лазерното излучения П20 или электронного пучка П21, а также при пропускании мощного импульса тока через образец из наносимого материюсэ в форме тонхой проволоки или фольги П22.
Продукты взрыва с большой скоростью Гэнерпэя частиц Е = 1 .. 10 эВ) переносятся к подложке (детали) и конденсируются на ее поверхности в виде тонкой пленки. МЕТОДЫ РАСЧЕГА И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ 237 Достоинством метода Р2 является высокая скорость осаждения уэ и хорошая эдгезия тонкопленочного покрытия, однако его применение ограничено сложностью реализации и большой неравномерностью толщины пленОсаждение тонких пленок дуговым разрядом в вакууме РЗ происходит за счет эрозии вещества в сильноточных дуговых разрядах (с холодным РЗО и горячим В31 катодом), образования ионизированной паровой фазы (20 — 100 % ионов), переноса ее с большой скороспю (энергия частиц Е 5 10 зВ) и конденсации Иа поверхности подложки. К достоинствам метода осаждения тонких пленок дуговым разрядом в вакууме отиосягся: практически неограниченная электрическая мощность; высокий коэффициент ионизации испаряемых частиц Х„возможность получения пленок сплавов, оксидов, нитридов, карбидов и других соединений, причем как путем использования мишеней из этих материалов, так и реахтивным методом (типы РЗО К и РЗ1 И); отсутствие необходимости в дополнительном газе для ионизации; скорость осаждения ус - максимально возможная (ограничивается допустимым потоком энергии менее 10з Вт/смз на поверхность конденсации).
Недостаткамм являвпся наличие в потоке осаждаемого вещества капельной фазы, нерегулируемая знерпи часпш Е и относительная сложность конструкции дутовых источников. В основе методов ионного осаждения тонких пленок Р4 лежит сочетание двУх процессов: генерации плазмы исходного вещества с помощью одного из типов электрического разряда или ВЧ-иидуктора и ускорения ионов или всей квюинеупральиой плазмы с последующей конденсацией на поверхности подложки (детали). Исходное вещество получают с помощью одного из методов термического исцарения РО (термо-ионный метод В40); из ивовой смеси, содержащей компоненты осаждаемой пленки (ионно-плазменный Р41 и иоино-лучевой Р42 методы); с помощью дугового разряда ВЗ, который используется как первая ступень плазменного ускорителя (плазмотронный метод В43).
Более детальносм. в. подразя. 2.6.9 и в пь 2.2 и 2.3. Основными достоинствами метода ионного нанесения тонких пленок являются регулируемая в широких пределах энерпи осаждаемых частиц .Е (оптимальной считается энерпш Е = 100 эВ) и высоюш скорость осаждения ус, а главными недостатками сложность реализации и распыление конструкционных материалов, а, следовательно, и загрязнение плазмы и получаемой гшенки. Метод химического осаждения тонких пленок В5 осущеспшяется при напуске в рабочую камеру (реактор) смеси газов, содержащей компоненты получаемой пленки, и разделяется на осандение атомов и молекул непосредственно из ивовой фазы В50 и плазмохимическое осюадение электрически нейтральных атомов, молекул и радикалов Р51. СУВ - методы (Р500 и Р501) подробно изложеим в подразд.
2.6.6, газофазная эпитаксия (Р502) - в подразд. 2.6.2 и 2.6.3, термическое окисление (Р503) - В подразц. 2.6.4, методы ттлаэмо-химического осахдеиня (В510 - Р513)- в подращ. 2.6.6. и в пь 2.2. Главными достоинствами метода химического осаждения являются широкий диапазон скоростей осаждения уэ н возможность получения заданной кристаллической структуры пленки (вплоть до монокристаляов), а основным недосппхом - использование токсичных, экологически небезопасных газовых смесей. з.а.п. Мктоды Расчета и вывоеа НАРАметюв основных элкментов ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МИОГОслойных УОИЕОпленОчных стРуегуг В ЕАКУУМЕ Технологические операции, обеспечивающие получение многослойного тонкопленочного покрытия, основываются на закономерностях сбаэансированного энергомассопереноса.
Так например, пленка углерода в процессе 'осахдения прн неизменной толщине может сформироваться в виде сюки плотностью 1,8 г/смз, графита плотностью 2,22 г/смз, алмазоп оде био й структуры плотностью 3,5 г/емз либо структуры Сз плотностью 4,0 г/смз. Во всех приведенных случаях состав остаточной газовой среды, материал поддожки и исходного продукта, температура поверхности конденсации были одинаковыми. Неоднозначность полученных результатов обьяснястся различным соотношением потоков массы и энергии, поступающих на поверхносп конденсации. Одним из важнейших параметров пленки яюиегся ее геометрическая толщина Ь. Свойства гпенки в зависимости от геометрической толщины изменяются нелинейно, и, как это показано на примере шгенок углерода, пюметрическая толщина не полно характеризует состояние вещества плешси.
Обьясняется это тем, что пленки из одного и того же материала при одной и той же геометрической толщине могут иметь разные морфолопцо, структуру и фазовый состав. Конкретный вид связей, реализующихся в процессе кристаллизации, определяеюя энергией, запасенной в пленочной структуре. Следовательно, свойства пленки зависят не только от количества Гама 2.К ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК -=1-- сУО сЮ ~Ж Т сУН сУЦ 42 1 (С вЂ” Х) — +(Ю вЂ” У) — +(Н вЂ” Х) — ~ (С вЂ” Х) — +(Н вЂ” У) — +(Н вЂ” Х) — ~ (потока массы) атомов исходното материала, сконденаировавшихся на подложке, но и ат количества энергии (патока энергии), поступающего на поверхность конденсации в процессе формирования пленки. Геометрическая толщина коррелирует с массой вещества, запасенного пленкой, как конечный результат массопереноаа.
Мерой баланов энертомассопереноса является эффективная толщина, пленки Ьзф, определяющая интенсивносп проявления тото или иного свойства ллсночното материала: где о' - коэффициент эффективной толщины пленки, который представюют собой фунюшю отношения значения какото-то показателя свойства материала в монолите (пи) к значению этого же показатви для тото хе материала в виде пленки (пв). Для оптической пленки а показателем преломления л эффективная толщина - это аналог оптической толщины (ссо) Для омического конпппв - это толщина пленки мщестза определенных состава и плотности а заданным удельным сопротивлением.
Для палулроводниковото слоя - это толщина пленки определенной струхтуры с заданными значениями подвижности, концентрации носителей, удельното сопротивления и т.д. Равномерность толщины ллеюсн н идентичность ее свойств па всей поверхности конденсации - обычное требование к конструкции вакуумной технологической камеры, в которой происходит осаждения пленки. В связи с этим выбор конструктивных характеристик камеры яюиется вюкным этапом проектирования оборудования для осаждения тонких пленок в мкууью. При разработке нового вакуумного оборудования и при эксплуатации существующето ~(С вЂ” Х) +(Н-У) +(Н вЂ” Х) 1 ( — ) Х У к, - текущие координаты точки испарения, лежащей на поверхности О(ХУк',) = О; свремя проведения процесса (текущая координкса); с! - время оаяняеиия для ханхрииото илмлия; 2(ХУ) - уравнение помрхноаю ЯХУ2) = О, решенное относительно Х =)(ХУ); необходимо, зная или задавая форму дер;кателя образцов и поверхности иапареюи, их взаимное расположение и закон относительных перемещений, оценить толщину пленки в любой точке.
Для процессов с низкими скоростями испарения эта оценка может осущесталатмя просто по теометрической толщине. Изменение толщины распределения конденсата на поверхности подложек доститаетая созданием различных по форме держателей образцов, например с простым или планетарным вращением повюжек, введением систем управления потоком энертии, вызывающим нагрев и испарение исходного материала, размещением между держателем образцов й поверхностью испарения диафрим, корретиРуюлцсх диатрамму Разлета, введением дошшнительных потоков энергии, обеспечивающих баланс энертомассопереноса. Распределение конденсата на подвихсяой подла хке, перемещающейся ло приемной поверхности (1(СЩ = О с угловой акороспю в относительно произвольной оси при поверхности испарения произвольной формы б(ХУД = О, абуслоющвается потоком испаряемого вещества переменной юпенсивнааси (обозиачения даны в соотвеютвии с рис.
2.6.42) Здесь 1 - суммарная величина Функции потока вещества, прошедшего за время сС через точку Р, перемещающуюся по поверхности в соответствии с зюсоном С =1)(вУ), Р =У2(ву), а(СНН) - О, ° С Л, Н шие координаты точки Р„Х(ХУ) - уравнение заьскиутой кривой, отраничивающей проекцию на плоскость ХОУ поверхности испарения 6(ХУх) = О; —,— - частные производные уравнения 2' НУ ИЯ ИХ '~Л' =МХУ). Суммарное значение потока вещеспю, прошедшето за время уС через точку Р, авязана а толщиной конденсата Ь в этой точке уравнением мвтоды рлсчвтл и выворл нлрлмвтров основных влвмвнтов оворудовлния 2зй йа, сов ю, созб, ь ку Ц (С-Х) — +(В-Х) — (и Х) лсг бо об оХ ду с ((С-Х) +( — Т)2+(Н Х)2~ ' С с(ХУ) Рве.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
