Катодное распыление (1245600)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

11. ТЕХНИКА КАТОДНОГО РАСПЫЛЕНИЯ1.1. Техника получения вакуумаДля получения технологического вакуума 10-7 мм рт. ст. применяютразличные типы вакуумных насосов. В зависимости от начального давления ихразделяют на две группы: форвакуумные и высоковакуумные. К первой группеотносят насосы, начинающие откачку при атмосферном давлении и обеспечивающие получение предварительного вакуума (форвакуума) в 10-2–10-3 мм рт.ст., и высоковакуумные насосы, работающие в диапазоне от форвакуума и выше[1].В технологических установках объединяют насосы первой и второйгрупп в вакуумном агрегате, в состав которого входят вакуумная камера,коммутирующие вентили, предохранительные ловушки, цепи автоматики, цепиизмерения вакуума, скорости осаждения и т.д.Основной характеристикой вакуумного насоса являетсябыстротаоткачки, т.е.

количество газа, проходящего через впускное отверстие насоса вединицу времени (л/с).Простейшимиадсорбционныепонасосы,принципуоснованныеявляютсяфорвакуумныеспособностипредварительноработынаобезгаженных поверхностей поглощать газы за счет физической адсорбции.В качестве адсорбента применяют цеолит.

Цеолитом называют губчатоемелкопористое вещество с размером пор в несколько ангстрем. Для охлажденияадсорбента на насос надевают сосуд Дьюара с жидким азотом, а длярегенерации – нагреватель. Главными недостатками адсорбционных насосовявляются большой расход жидкого азота, плохая откачка водорода, имеющегонаименьший размер молекулы, и инертных газов [2].Механические форвакуумныенасосыс масляным уплотнениемработают за счет периодического изменения объема рабочей камеры насоса.2Качество работы механических форвакуумных насосов зависит от пригонкитрущихся деталей. Уменьшение обратного натекания газа достигается за счетмасляногоуплотнениятрущихсяповерхностей.Пленка масла создаетнепроницаемость для газа в подвижных сочленениях.Применяемое в качестве уплотнителя масло должно иметь низкоедавление паров, не окисляться на воздухе, обладать вязкостью для созданияпрочной уплотнительной пленки.Турбомолекулярные высоковакуумные насосы основаны на принципесообщения оставшимся в высоком вакууме молекулам газа направленногодвижения за счет быстро движущейся поверхности.

Перепад давленийпропорционален скорости, площади поверхности и молекулярному весу газа.Конструкция откачиваемого узла турбомолекулярного насоса подобнаконденсатору переменной емкости. Зазор между роторными и статорнымипластинами составляет около 1 мм, пластины имеют отверстия со скошеннымикраями, в результате чего создается радиальное движение молекул от осинасоса. Перепад давлений, следовательно, направлен от оси к боковым стенкам.В некоторых конструкциях турбомолекулярных насосов вращение ротораможет достигать до 100000 об/мин.Турбомолекулярные насосы откачивают до 10-9 мм рт. ст., но обладаютселективностью: для более тяжелых газов компрессия (отношение давления навыходе к давлению на входе) больше, чем для легких. Поэтому при предельномвакууме в камере остается только водород [3].Пароструйные (диффузионные) высоковакуумные насосы работают напринципе сообщения остаточным молекулам газа дополнительной скорости иоснованы на захвате молекул откачиваемого газа струей пара рабочейжидкости, которая увлекает их из откачиваемого объема.

Рабочая жидкостьнагревается в кипятильнике, образующийся пар поступает к соплам и выходитиз них с большой скоростью.3Струя пара пересекает рабочую камеру насоса. Противоположная стенкакамеры охлаждена, пар конденсируется на ней, освобождая молекулыоткачиваемого газа, а конденсат стекает обратно в кипятильник. К выходномупатрубку насоса присоединяется форвакуумный насос.В качестве рабочей жидкости применяют нефтяные масла специальнойперегонки, кремнийорганические жидкости и ртуть.Масляные пароструйные насосы дешевы в эксплуатации, позволяютполучить вакуум до 10-8 мм рт.

ст. Однако возможно попадание молекул масла воткачиваемыевакуумныекамеры.Молекулымасла,проникшиевтехнологический объем, оседают на подложках. Для улавливания молекулмасла применяют различные типы ловушек [3].Геттерно-ионные насосы имеют преимущество в том, что загрязнениеуглеводородом вакуумных камер сведено к минимуму, поскольку в них отсутствует интенсивный источник ионов. Геттерно-ионные насосы используютявление поглощения газов осаждаемой пленкой. Поглощение протекает как врезультате хемосорбции, так и «замуровывания» инертных атомов.

Газпоглощается свежеосажденным на внутреннюю полость насоса слоем титана,титано-молибденового сплава или хрома при сублимационном, электроннолучевом или ионном распылении. В последнем случае насосы называютэлектроразрядными. Процесс откачки геттерно-ионных насосов включаетионизацию остаточных молекул газа электронами, эмиттируемыми катодом.Эффективность ионизации зависит от вероятности встречи электрона смолекулой газа. Вероятность повышается с удлинением пути электронов. Дляэтого применяют ассиметрию электрического поля или внешнее магнитноеполе.

Предварительно обезгаженный насос может дать вакуум до 10-9 мм рт. ст.41.2. Техника измерения вакуумаПриборы для измерения полных малых давлений в вакуумной техникеназываются манометрами. В литературе и практике употребляется такжетермин вакуумметры. Большинство манометров состоит из двух элементов:датчика – преобразователя сигнала и измерительного блока [4].По принципу действия манометры можно свести в следующие классы:1.

Жидкостные манометры,в которых измеряемое давление илиразность давлений уравновешивается давлением столба жидкости (U–образныеманометры и их модификации).2. Компрессионные манометры, действие которых основано на законеизотермического сжатия идеального газа (манометры Мак-Леода).3.Деформационныеманометры,использующиевкачествечувствительного элемента сильфон, мембрану и т.п. Величина деформациичувствительного элемента служит мерой давления.4. Тепловые манометры, использующие зависимость теплопроводностигаза от давления.

Они подразделяются на термопарные и манометрысопротивления.5. Ионизационные манометры,в которых давление определяется позначению ионного тока. Большая группа приборов этого класса подразделяетсяв свою очередь на:а)электроразрядные,принципдействиякоторыхоснованназависимости параметров электрического разряда в разреженном газе отдавления;б) электронныеионизационные,ионизациягазавкоторыхосуществляется потоком электронов, ускоряемых электрическим полем.Всю группу манометров можно также разделить на приборы прямого икосвенного действия.5Манометрамипрямогодействияявляютсяприборы,которыенепосредственно измеряют давление газа. Манометрические свойства этихманометров можно заранее рассчитать или получить с помощью градуировкипо динамометрическим приборам.

Отсчет давления манометра прямогодействия принципиально не зависит от состава газа и его температуры. Этиприборы перекрывают диапазон 10–10-3 Па, причем их относительнаяпогрешность тем меньше, чем выше давление. К манометрам прямого действияотносятся жидкостные, компрессионные и деформационные. Манометрыкосвенного действия измеряют не само давление, а некоторую его функцию и,как правило, состоят из датчика (манометрического преобразователя) ирадиотехнического измерительного блока.

Отсчет давления (выходной сигнал)у манометров косвенного действия зависит от рода газа и его температуры [4].Шкалы манометровкосвенного действия откалиброваны в единицахдавления или электрических единицах. В последнем случае к приборамприлагаетсяпереводнаяградуировочнаякриваяилиприводитсяегочувствительность.

Градуировочные кривые составляются при градуировкеприборов косвенного действия по манометрам прямого действия и, строгоговоря, верны только для условий, воспроизводящих условия градуировки.Измерение давлений ниже 1,3310-3 Па (10-5 мм рт. ст.) практическивозможно только приборами косвенного действия, поскольку усилия при такихдавлениях ничтожно малы (при 1.3310-3 Па ~ 1,310-8 кгс/см2). Таким образом,давление как нагрузка теряет свой смысл. Более показателен при такихдавлениях другой параметр – молекулярная концентрация, т.е.

плотностьчастиц газа в единице объема, которую, кстати, и измеряют манометрыкосвенного действия [5].При измерении давлений манометрами косвенного действия точностьотсчета невелика из-за влияния большого числа трудно учитываемых факторов(изменение состава газа и его температуры, сорбционно-десорбционных6процессов в датчике и т.п.). Погрешность измерения давления обычноколеблется в пределах от 10 % до 60 % измеряемой величины.1.3. Оценка времени откачки рабочего объемаСхема процесса откачки вакуумного колпака, под которым проводятсятехнологическиепроцессы напыления, представлена на рис.1.1.

Работавакуумного насоса характеризуется скоростью откачки sн (л/с), т.е. объемомгаза при данном давлении, удаляемым насосом за единицу времени. Скоростьоткачки многих насосов в широкой области давлений приблизительнопостоянна.Поток газа, откачиваемый в единицу времени:Qv = pvsн,гдеpv – давление в месте измерения потока газа, мм рт.

ст. л/с ;sн = dV/dt – скорость откачки в насосе.Рисунок 1.1. Схема процесса откачки(1.1)7На рис. 1.1 считаем , что откачиваемый поток газа Qи в любом сечениитрубопровода 2 постоянен. В то же время давление под колпаком pv большедавления в насосе pн, иначе не было бы откачиваемого потока Qи.В сечении насоса 1 поток газа:Qн = sнpн,(1.2)где sн, pн – соответственно скорость откачки и давление в насосе.В сечении трубопровода 2 у колпака поток газаQv = sэpv,(1.3)где sэ – эффективная скорость откачки в этом сечении; pv – давление подколпаком.

Из равенств (1.2) и (1.3) можно сделать вывод, что sэ< sн.На рис 1.1: Qд – поток газа, десорбирующийся с поверхности колпака;Qп - поток газа, проникающий под колпак извне; Qн – поток газа, поступающийиз насоса в откачиваемую систему.Основным уравнением, описывающим процесс откачки, являетсяVdp = dt(sэp - Qд - Qн - Qи).(1.4)Количество газа, удаленного из объема в течение времени dt, равноколичеству газа, проходящего через насос, за вычетом количества газа,поступающего из трех источников.

Знак минус означает, что dp отрицательно –это соответствует уменьшению давления. После окончания начального периодаоткачки Qд, Qп и Qи остаются единственными источниками газа в объеме V. Вконце установится равновесие, после чего давление не будет уменьшаться.Когда достигнуто предельное давление pо, то dp/dt = 0 иpоsэ = Qд + Qп + Qи;(1.5)откудаsэ = Qi pvj.(1.6)Решение уравнения (1.6) свидетельствует о зависимости давления подколпаком от времени t:8pv = pexp(-sэt/V) + pо,(1.7)где p - начальное давление под колпаком. Откуда время откачки определяется извыражения:tVp.lnsэ pv  p0(1.8)1.4. Схема вакуумной системы технологической установкиТипичная схема вакуумной системы представлена на рис.1.2. Для откачкиобъема колпака 7 от атмосферного давления до предельного вакуума спомощью форвакуумного насоса ФВН через открытые вентили 3 и 4 создаютдавление под колпаком до 10-1–10-2 мм рт.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы