Введение в электронные технологии (1074330), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Установка УВН-1, используемая при проведении лабораторных работ № 3, 4, является установкой вакуумного нанесения тонких пленок периодического действия. Установка предназначена для исследовательских работ в области технологии нанесения тонких пленок в вакууме. Схема установки приведена на рис. 1. ние форвакуумной и высокова оператором при помощи элект духа в вакуумную камеру осу кателем. Управление питанием ческим насосами производите Для напуска рабочего газа лем и резервуаром для реагента ния пленок установка может к ройств: диодной распылнтельн щим на постоянном токе. Измерение толщины пленки осуществляется интерференционным методом с помощью микроскопа МИИ-4 (рис.
2). Интерференционный метод позволяет оценить толщину прозрачных и непрозрачных пленок, нанесенных на Рис,2. Внешний аил нитерференпионного поДложкУ в Диапазоне микроскопа к(НН-4 0,3...1,0 мкм. Действие микроскопа МИИ-4 основано на миоголучевой интерференции света, получаемой разделением пучка лучей, исходящего из одной точки источника света, на два пучка (рис. 3). В точках поля, где разность хода лучей кратна половине длины волны, в результате сложения двух систем волн в фокальной плоскости окуляра наблюдаются интерференционные полосы в виде темных линий.
Пучок интерферируемого света, попадая на прозрачный слой, приводит к появлению двух групп полос, а попадая на ступеньку из непрозрачного слоя„вызывает искривление системы полос (рис. 4). Пленка Подложка б 20 21 Рнс. 1. Усганоака УВН-1; 5- рабочал камера; 2- сменный фланеп; 5-лачгзк лааленил; 4- ныекатель ллл напуска рабочего газа; 5 - натекатель ллл напуска атмссбмрного асзлуха а камеру б- система клапанов сггстемы откачки, 7 — диффузионный насос; 8-ыехаггнчссызй насте Рабочая камера установки, представляющая собой изготовленный из тугогпавкого стекла цилиндр, оснащена сменными фланцами, что позволяег проводить нанесение пленок различными методами, Вакуумная система установки снабжена диффузионным насосом с воздушным охлаждением и механическим насосом.
Управле- Рис. Э. Отразксние лучей при измерении толщины прозрачных (а) и непрозрачных (б) пленок а б Рнс. 4. Поле зрения окуляра микроскопа МИИ-4 нри измерении тол изины прозрачных (а) и непрозрачных(6) пленок Для прозрачной пленки толщина определяется из следующего соотношения: где /г — коэффициент, зависящий от длины волны света; А — расстояние между двумя системами полос;  — расстояние между от- ' дельными полосами; л — показатель преломления пленки.
Для непрозрачной пленки О= /г А/В, где к — коэффициент, зависящий от длины волны света; А — величина искривления системы полос;  — расстояние между отдельными полосами. Коэффициент /с равен 0,27 для белого света микроскопа, 0,295 — для желтого, 0,2б5 — для зеленого. Работа № 3.
Изучение процесса нанесения тонких пленок методом термовакуумного испарения Основные теоретические сведении В настоящей работе осаждение тонких пленок в вакууме осуществляется методом термического испарения (рис. 5), а энергия к испаряемому веществу подводится резистивным нагревом (рис. б). 22 Процесс термовакуумного нанесения можно разбить на пять этапов. Этап 1. Термовакуумное испарение вещества. Вещества переходят в пар при любой температуре выше абсолютного нуля, но чтобы повысить интенсив- О О О О О Уи ность паРообРазованил их Рис.
б. нанесение пленок методом нагревают. С ростом тем- термовакуумного испарения перагуры повышается средняя кинетическая энергия атомов и увеличивается вероятность разрывов межагомных связей. Атомы отрываются от поверхности и распространяются в свободном пространстве, образуя пар. Давление пара р„„, соответствующее равновесному состоянию системы, когда число атомов, покидающих поверхность вещества, равно числу возвращающихся атомов, называют давлением насыщенного пара. Давление насыщенного пара сильно зависит от температуры. Приращения температуры на каждые 5...10 % сверх температуры испарения приводят к увеличению давления насыщенного пара, а следовательно, н скороРне. б.
Схема резак> некого Стн ИСПарЕНИя На ОДИН ПОрядОК. Скорость термического испарения чистого металла, т. е, количество вещества в килограммах, покидающее 1 м поверхности за 1 с, можно рассчитать по формуле ра = 5,83.10 рмм или в нанометрах за 1 секунду по формуле 1 н„= 5,83.10— 6 Раао где ра„— давление пара испаряемого вещества при температуре испарения, Па; М вЂ” молярная масса испаряемого материала; кг/кмоль, ҄— температура испарения, К; р — плотность.
23 Эгап 2. Распространение молекулярного потока испаряемых частиц от испарнтеля к подложке. Молекулярный поток испаряемых частиц на своем пуги встречает молекулы остаточного газа. Возникающие при этом неблагоприятные столкновения, изменяя траекгории частиц пара, оказывают влияние на физико-механические свойсгва осаждаемых пленок, приводят к потерям испаряемого материала за счет нанесения на внутрикамерную оснастку и стенки камеры, уменьшают скорость нанесения пленки.
Такие столкновения не происходят, если длина свободного пробега молекул пара Х превышает расстояние «испарнтель — подложка» е(; Х»г1; 1=5 10 ~/р, где р — давление остаточного газа, Па. Начинал с давления р=10 ' Па средняя длина свободного пробега частиц газа становится больше расстояния от источника до подложки, которое в промышленных установках не превышает 300 мм. С этого давления вероятность столкновений в пролетном пространстве с молекулами остаточных газов невелика.
Можно считать, что частицы напыляемого вещества беспрепятственно распространяются прямолинейно направленным молекулярным потоком„сохраняя свою энергию до встречи с подложкой. Этап 3. Конденсация пара на поверхности подложки зависит от температуры подложки и плотности атомарного потока. Молекулы (атомы) пара, достнпцие подложки, могуг мгновенно отразиться от нее (упругое столкновение), адсорбироваться н через некоторое время отразиться от подложки (реиспарение), адсорбироваться и после кратковременного мигрнрования по поверхности окончательно остаться на ней (конденсация).
Конденсация молекул (атомов) происходит, если их энергия связи с подложкой болыце средней энергии атомов подложки, в противном случае молекулы отражаются. Если подложка нагрста, энергия ее атомов вьпне, вероятность конденсации пара ниже. Температура, выше которой при данной плотности потока пара все молекулы отражаются от подложки и пленка не образуется, называется критической температурой конденсации.
Критическая температура зависит от природы материала пленки и подложки и от состояния поверхности подложки. г„б„созф соз9 г 4хг (2) где ф — угол между направлением пучка паров и нормалью к поверхности испарнтеля, 0 — угол между направлением потока паров и нормалью к поверхности подложки. Скорость осаждения пленки и давление остаточных газов в рабочей камере определяют такие параметры пленок, как размер зерна, порнстость, удельное сопротивление, оптические свойства ит.
п. Порядок еьтолненил рабоги 1. Изучить правила техники безопасности (приложение 6) и расписаться в лабораторном журнале. При определенной температуре подложки, меньшей критической, конденсация пара возможна только при условии пересыщения пара, т. е. для конденсации существует критическая плотность потока. Критической плотностью потока для данной температуры подложки называется наименьшая плотность, при которой молекулы конденсируются на подложке.
Этап 4. Образование зародышей. В результате нахождения молекулами мест сильной связи (сил Ван-дер-Ваальса) с подложкой, соответствующих минимуму свободной энергии системы «молекула — подложка», происходит образование зародышей. Если же на пути своего движения обладающая избытком энергии молекула встречает место слабой связи с подложкой, то происходит реиспарение. Рост зародышей продолжается за счет присоединения новых молекул, мигрирующих по поверхности или попадающих в зародыши непосредственно из пролетного промежутка «источник-подложка». Этап 5. Рост пленки.
По мере конденсации зародыши растут, между ними образуются соединяющиеся мостики, зародыши сливаются в крупные островки. После этого наступает стадия слияния островков с образованием единой сетки. Сетка переходит в сплошную пленку, ко~орал начинает расти в толщину. С этого момента влияние подложки исключается и частицы пара от поверхности пленки практически не отражаются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
