Paviršiaus metodų yra daug, o vienas pagrindinių – vakuuminis metalizavimas. Aplink yra daug objektų su tokia danga. Net ir iš paprasto plastiko pagamintus daiktus galima padaryti taip, kad jie atrodytų kaip metaliniai – šios metalo purškimo technologijos pagalba jie įgaus gražų sidabrinį ar auksinį paviršių.

Vakuuminio metalizavimo samprata

Naudojant šią technologiją, gaminių paviršiai apdorojami vakuume perkeliant smulkias metalo daleles. Jie padengia gaminius tankiu sluoksniu. Šiuo tikslu jis naudojamas speciali įranga, gana brangus, tam reikia tinkamos gamybos patalpos. Mažose dirbtuvėse tokio darbo proceso atlikti negalima.

Vakuuminė metalizacija buvo plačiai taikoma palyginti neseniai, tačiau jau įrodė, kad šis būdas, nepaisant brangios įrangos naudojimo, yra daug pigesnis nei galvaninis dengimas, o lyginant su dažų ir lako dangomis, sluoksnis yra daug sodresnis ir paviršius gražesnis. .

Ant kokių paviršių galima tepti?

Vakuuminio metalo nusodinimo metodu galite padengti daiktus iš metalo, keramikos, stiklo ir plastiko. Tuo pačiu metu, priešingai nei galvaninis, norint sukurti blizgaus chromavimo, vario dengimo, aukso dengimo efektą, paviršiams nereikia išankstinio dalių poliravimo.

Apskritai tokiu būdu galima metalizuoti bet kokias medžiagas, kurios atsparios kaitinimui iki +80 ir specialių lakų poveikiui. Be to, medžiagos neturėtų būti porėtos, kad metalizacijos proceso metu vakuuminėje kameroje neišsiskirtų atmosferos ar kitos dujos, dėl kurių danga bus nekokybiška. Tai yra prastai apdorota keramika, mediena ir betonas. Bet ant jų taip galima dengti net dekoratyvines dangas, jei prieš tai nugruntuojamos specialiais junginiais.

Dažniausiai šiandien tokiu būdu apdorojami daiktai iš plastiko ir metalo. Šis procesas tik sustiprina jų teigiamas savybes. Purškimas taikomas metaliniai paviršiai gaminiai, sudaryti iš įvairių lydinių. Kartu jis sukuriamas, aukštyn keičiasi metalo elektrinio laidumo savybės, pagerėja daiktų išvaizda.

Metalizuojant plastikus iš pigių žaliavų galima pagaminti gražius, praktiškus gaminius. Automobilių pramonėje plastikinės detalės montuojamos siekiant sumažinti svorį. Radiatorių grotelės, korpusai, ratų gaubtai ir kitos detalės, kurioms nereikia didesnio stiprumo, gaminamos iš patvaraus plastiko ir apdirbamos taip, kad primintų metalą.

Vakuuminio metalizavimo įranga

Ši technologija, kaip ir kitos ne mažiau sudėtingos, turi privalumų ir trūkumų:

Dengimo aparatas – schema

• būtinybė naudoti brangią įrangą;
• didelės energijos sąnaudos;
• reikia erdvumo gamybinės patalpos sutalpinti visus įrenginius ir visam technologiniam gamybos ciklui.

Reikalingos papildomos išlaidos techninis procesas padengiant papildomą apsauginio lako sluoksnį.

Vakuuminio nusodinimo įrenginiai – tai prietaisų rinkinys, kuris nuosekliai ir savarankiškai atlieka daugybę metalizavimo procesui būtinų funkcijų.

Pagrindinės funkcijos:

• oro išsiurbimas, kad susidarytų retinimo sąlygos;
• metalo dalelių purškimas ant daiktų paviršiaus tam tikromis sąlygomis;
• apdorotų dalių transportavimas;
• vykstančių vakuuminio nusodinimo procesų režimų kontrolė;
• maitinimo šaltinis ir kiti pagalbiniai įrenginiai.

Vakuuminio įrengimo komponentai:

• Darbo kamera. Jame vyksta pats metalizacijos procesas.
• Išgaruojančių metalų šaltinis kartu su valdymo ir energijos tiekimo įrenginiais.
• Temperatūros, nusodinimo greičio, plėvelės storio ir jos fizinių savybių reguliavimo ir valdymo sistemos.
• Siurbimo ir dujų paskirstymo sistema, užtikrinanti vakuumą ir reguliuojanti dujų srautus.
• Darbo blokų blokavimo sistemos, maitinimo blokai.
• Transportavimo įtaisas, kuris nustato tiekimą ir ištraukimą iš vakuuminės kameros, keičiant dalių padėtis dengiant metalą.
• Pagalbiniai prietaisai – sklendės, kameros manipuliatoriai, dujų filtrai ir kt.

Įrangos ypatybės

Metalo sluoksnio uždėjimo vakuuminio proceso įrenginiai yra magnetronas ir jonų plazma. Bet kuriame iš jų būtina pasiekti, kad medžiaga išgaruotų nuo metalinių ruošinių paviršiaus, apeinant išlydyto metalo etapą.

Taikant sublimacijos metodą, kaitinimo procesas vyksta greitai iki garavimo temperatūros, neleidžiant tirpti. Tam naudojami šildytuvai, kurie gali padidinti kinetinę energiją iki kristalinės gardelės sunaikinimo. Tačiau kai kurie metalai nesublimuojasi vakuume, todėl su jais negalima išvengti lydymosi stadijos. Todėl tokiais atvejais jie taikomi papildomos sistemos filtrai.

Metalo sluoksnio vakuuminio nusodinimo būdu padengiami įvairaus dydžio gaminiai: dideli (iki 1 m) ir labai smulkūs. Yra daugiametrinių audinių ir plėvelių metalo dengimo technologijos – jos pervyniojamos iš vieno ritinio į kitą nusodinimo procese vakuuminėje kameroje. Todėl yra įrenginių su įvairaus dydžio darbo kameromis:

• mažas - keli litrai;
• didelis - keli kubiniai metrai.

Procesas

Vakuuminis metalizavimas, pagrįstas metalo dalelių išgaravimu ir nusodinimu ant pagrindo, yra nuoseklių procesų serija. Jie yra gana sudėtingi.

Kai metalas yra kaitinamas, prieš tapdamas danga, jis patiria daugybę pokyčių. Pirma, jis išgaruoja, tada adsorbuojamas, po to nusėda kondensacijos būdu ir kristalizuojasi ant paviršiaus, sudarydamas metalinę plėvelę. Kiekvienas procesas yra gana sudėtingas.

Gatavo produkto kokybę įtakoja daugybė veiksnių. Pagrindinės iš jų yra ruošinio medžiagų fizinės ir techninės charakteristikos bei išlaikomos metalizacijos proceso sąlygos. Dangos sluoksnio formavimas vyksta dviem pagrindiniais etapais. Tai masės ir energijos perdavimas iš šaltinio ir vienodas jų pasiskirstymas ruošinio paviršiuje.

Vakuuminio metalizavimo etapai

Metalo nusodinimas ant gaminių paviršiaus vakuuminiu metalizavimo metodu atliekamas naudojant technologiją, kurią sudaro keli etapai:

• Detalė paruošiama dengimo procesui. Šiuo tikslu tik paprastų formų ruošiniai, kurių neturi aštrūs kampai arba sunkiai pasiekiamose vietose, kad kondensatas nepatektų.
• Apsauginio sluoksnio uždėjimo procesas. Polimerai, kuriuose yra mažos molekulinės masės užpildų, iš anksto padengiami antidifuzinių lako dangų sluoksniais.
• Džiovinimas ir riebalų šalinimas. Ruošiniai džiovinami adsorbuota drėgmė tris valandas +80 laipsnių temperatūroje.
• Nuriebalinimo procesas vyksta jau paruošiamajame vakuuminėje kameroje, veikiant švytėjimo iškrovai.
• Atkaitinimas šiame etape ypač naudingas polimerinėms medžiagoms – teigiamai veikia jų struktūrą, sumažėja vidinis įtempis.
• Aktyvinimo apdorojimas atliekamas prieš dengiant metalinį sluoksnį ant paviršiaus, siekiant padidinti jo sukibimą. Naudojami metodai priklauso nuo ruošinio medžiagos.
• Metalo dangos dengimas. Šiuo atveju dangos sluoksnis susidaro kondensuojantis persotintiems metalo garams ant šalto ruošinio paviršiaus.
• Tada atliekamas metalo sluoksnio kokybės kontrolinis patikrinimas. Už dekoratyviniai daiktai jį sudaro paviršiaus apžiūra, siekiant nustatyti sluoksnio stiprumą ir vienodumą. Naudojamos techninės detalės papildomi testai. Praktikoje naudojami lupimo lipnia juosta, trinties, naikinimo ultragarso vibracijomis būdai ir kt.

Taikymo sritys

Paviršiaus apdorojimo vakuuminiu metalizavimu technologija naudojama daugelio gaminių gamyboje:

• Santechnikos jungiamosios detalės – dumplės, nuleidimo mygtukai ir kt. Dažniausia metalizacija yra aliuminis, suteikiantis gaminiams chromuotą išvaizdą.
• Baldų furnitūra – baldų durų ir stalčių rankenos, dekoratyvinės apdailos detalės, drabužių kabyklos ir kt.
• Veidrodinės dangos. Nedūžtantys veidrodžiai gaminami metalizuojant polimerines plėveles, ištemptas ant rėmų.
• Odos gaminiai – diržų sagtys, sagos, kilpelės.
• Pakavimo medžiagos – kvepalų buteliukų dangteliai, kosmetikos dozatoriai, dekoratyvinės dėžutės papuošalams ir kt.
• Bižuterijos, dekoratyvinių suvenyrų ir panašių gaminių gamyboje.
• Gaminant heraldikos dirbinius – herbus ir kitus daiktus.
• Radijo elektronika – TV prietaisų skydeliai, monitorių dangteliai, mygtukai ir kt.
• Mikroelektronika – integrinių grandynų, puslaidininkių ir kitų dalių gamyba. Dažniausiai naudojamas vario dengimas.
• Automobilių pramonė – vidinė atspindinti priekinių žibintų dalis ir daug dekoratyvinių detalių automobilio išorėje ir viduje.
• Apšvietimo gaminiai – šviestuvų dalių dekoravimui.

Vizualiai galite padaryti bet kokio tauriojo ar pusbrangio metalo imitaciją. Vakuuminė metalizacija suteikia gaminiams ne tik gražių dekoratyvinės savybės, bet ir kuria apsauginis sluoksnis nuo korozijos metalams, susidėvėjimo kitoms medžiagoms. Plastikų metalizavimas leidžia iš pigių medžiagų sukurti praktiškus ir gražius gaminius. Patvari danga užtikrina ilgą gaminių tarnavimo laiką.

Išvados

Pagal naudojimo laiką ilgiausias dekoratyvinio sluoksnio galiojimo laikas yra daiktams, esantiems patalpose. Tie, kurie dažnai yra veikiami elementų, laikui bėgant gali būti pažeisti. Tačiau norint juos apsaugoti, dažniausiai naudojami specialūs lako sluoksniai, kurie prailgina tokių gaminių tarnavimo laiką. Į dangų naudą vakuuminis metodas yra susiję su jų ekologiškumu, palyginti su kitomis panašiomis technologijomis.

Mari valstybinis technikos universitetas

Radijo aparatūros projektavimo ir gamybos katedra

Vakuuminis purškimas

AIŠKINAMASIS PASTABA

už kursinį darbą disciplinoje

Kietojo kūno fizikos ir mikroelektronikos pagrindai

Kūrėjas: EVS-31 grupės studentas

Kolesnikovas

Konsultuoja: docentas

Igumnovas V.N.

Yoshkar-Ola 2003 m

Įvadas

1.Šiluminis vakuuminis purškimas

1.1 Varžinis purškimas

1.2 Indukcinis purškimas

1.4 Lazerinis nusodinimas

1.5 Purškimas elektros lanku

2. Purškimas jonų bombardavimu

2.1 Katodinis purškimas

2.2 Magnetroninis purškimas

2.3 Aukšto dažnio purškimas.

3. Plonų plėvelių ant orientuojančių pagrindų technologija

Išvada

Literatūra

ĮVADAS

Vakuuminiu būdu nusodintos plonos plėvelės plačiai naudojamos gaminant atskirus puslaidininkinius įtaisus ir integrinius grandynus (IC).

Kokybiškų, pagal elektrinius parametrus atkuriamų plonasluoksnių sluoksnių gavimas yra vienas iš svarbiausių technologinių procesų formuojant tiek diskrečiųjų diodų, tiek tranzistorių, tiek aktyviųjų ir pasyviųjų IC elementų struktūras.

Taigi mikroelektronikos gaminių patikimumas ir kokybė, jų gamybos techninis lygis ir ekonominiai rodikliai labai priklauso nuo plonų plėvelių uždėjimo technologinių procesų tobulumo.

Plonasluoksnė technologija pagrįsta sudėtingais fiziniais ir cheminiais procesais bei įvairių metalų ir dielektrikų naudojimu. Taigi plonasluoksniai rezistoriai, kondensatorių elektrodai ir sujungimai daromi nusodinant metalines plėveles, o tarpsluoksnių izoliacija ir apsauginės dangos – dielektrinėmis plėvelėmis.

Svarbus žingsnis yra plonų plėvelių parametrų (jų nusodinimo greičio, storio ir vienodumo, paviršiaus atsparumo) kontrolė, kuri atliekama naudojant specialius instrumentus tiek atskirų technologinių operacijų metu, tiek viso proceso pabaigoje.

Joninės plazmos metodai ir magnetroninis purškimas yra plačiai naudojami šiuolaikinėje mikroelektronikoje. Didelis nusodinimo greitis ir nusodinimo proceso metu ant substrato patenkančių atomų energija leidžia naudoti šiuos metodus įvairios sudėties ir struktūrų plėvelėms gauti, o ypač epitaksijai žemoje temperatūroje.

Šiuo metu šios srities tyrimais sulaukiama didžiulio susidomėjimo.

Šio kursinio darbo tikslas – išnagrinėti pagrindinius purškimo ir purškimo vakuume būdus, fizikinius ir cheminius procesus, taip pat šiuose metoduose naudojamų įrenginių aprašymas ir veikimas.

Plonų plėvelių dengimo vakuume procesas susideda iš dalelių srauto, nukreipto į apdorojamą pagrindą, sukūrimo (generavimo) ir vėlesnio jų koncentravimo, kad ant dengiamo paviršiaus susidarytų plonos plėvelės sluoksniai.

Kieto paviršiaus savybėms modifikuoti naudojami įvairūs jonų apdorojimo režimai. Jonų pluošto sąveikos su paviršiumi procesas sumažinamas iki tarpusavyje susijusių fizinių procesų: kondensacijos, dulkinimo ir prasiskverbimo. Vieno ar kito fizinio poveikio paplitimą daugiausia lemia bombarduojančių jonų energija E 1. Esant E 1 =10-100 eV, vyrauja kondensacija, o ne purškimas, todėl susidaro dangos nusėdimas. Kai jonų energija padidėja iki 10 4 eV, ima vyrauti purškimo procesas, tuo pačiu metu į metalą įvedant jonus. Toliau didėjant bombarduojančių jonų energijai (E 1 >10 4 eV), mažėja purškimo koeficientas ir nustatomas jonų implantavimo (jonų dopingo) režimas.

Technologinis plonasluoksnių dangų dengimo vakuume procesas apima 3 pagrindinius etapus:

Nusodintos medžiagos dalelių srauto generavimas;

Dalelių perkėlimas išretėjusioje erdvėje iš šaltinio į substratą;

Dalelių nusėdimas pasiekus substratą.

Yra 2 vakuuminių dangų dengimo būdai, kurie skiriasi nusėdusių dalelių srauto generavimo mechanizmu: terminis purškimas ir medžiagų purškimas jonų bombardavimu. Išgarintos ir išpurkštos dalelės per vakuuminę aplinką (arba atmosferą) perkeliamos į substratą reaktyviosios dujos, tokiu būdu įsitraukdami į plazmos chemines reakcijas). Norint padidinti nusėdusios medžiagos srauto jonizacijos laipsnį, į vakuuminę kamerą galima įvesti specialius įkrautų dalelių šaltinius (pavyzdžiui, karštą katodą) arba elektromagnetinę spinduliuotę. Papildomą jonų judėjimo į apdorotą paviršių pagreitį galima pasiekti pritaikius jam neigiamą įtampą.

Bendrieji reikalavimai kiekvienam iš šių metodų yra gaunamų plėvelių savybių ir parametrų atkartojamumas bei patikimo plėvelių sukibimo su pagrindais ir kitomis plėvelėmis užtikrinimas.

Norint suprasti fizinius reiškinius, kurie atsiranda, kai plonos plėvelės nusėda vakuume, reikia žinoti, kad plėvelės augimo ant pagrindo procesas susideda iš dviejų etapų: pradinio ir galutinio. Panagrinėkime, kaip nusėdusios dalelės sąveikauja vakuuminėje erdvėje ir ant pagrindo.

Medžiagos dalelės, kurios palieka šaltinio paviršių, dideliu greičiu (šimtai ir net tūkstančiai metrų per sekundę) juda per vakuuminę (retesnę) erdvę į substratą ir pasiekia jo paviršių, suteikdamos jam dalį savo energijos. susidūrus. Kuo aukštesnė substrato temperatūra, tuo mažesnė perduodamos energijos dalis.

Išlaikydama šiek tiek energijos perteklių, medžiagos dalelė gali judėti (migruoti) substrato paviršiumi. Migruojant paviršiumi, dalelė palaipsniui praranda energijos perteklių, linkusi į šiluminę pusiausvyrą su substratu, ir gali įvykti šie dalykai. Jei dalelė praranda energijos perteklių, ji užsifiksuoja ant pagrindo (kondensuojasi). Judėjimo kelyje susidūrusi su kita migruojančia dalele (ar dalelių grupe), ji užmegs su ja stipriu ryšiu (metaliniu), sukurdama adsorbuotą dubletą. Esant pakankamai didelei asociacijai, tokios dalelės visiškai praranda gebėjimą migruoti ir yra pritvirtintos prie pagrindo, tapdamos kristalizacijos centru.

Aplink atskirus kristalizacijos centrus auga kristalitai, kurie vėliau auga kartu ir sudaro ištisinę plėvelę. Kristalitų augimas vyksta tiek dėl dalelių migracijos per paviršių, tiek dėl tiesioginio dalelių nusėdimo ant kristalitų paviršiaus. Taip pat dubletai gali susidaryti vakuuminėje erdvėje, kai susiduria dvi dalelės, kurios galiausiai adsorbuojamos ant pagrindo.

Ištisinės plėvelės susidarymas užbaigia pradinį proceso etapą. Kadangi nuo šio momento pagrindo paviršiaus kokybė nustoja turėti įtakos užteptos plėvelės savybėms, pradinis etapas yra lemiamas jų formavimui. Paskutiniame etape plėvelė užauga iki reikiamo storio.

Esant kitoms pastovioms sąlygoms, padidėjus substrato temperatūrai, padidėja energija, t.y. adsorbuotų molekulių mobilumas, o tai padidina tikimybę susitikti su migruojančiomis molekulėmis ir lemia stambios kristalinės struktūros plėvelės susidarymą. Be to, didėjant krintančio pluošto tankiui, didėja dvigubų ir net poliatominių grupių susidarymo tikimybė. Tuo pačiu metu kristalizacijos centrų skaičiaus padidėjimas skatina smulkios kristalinės struktūros plėvelės susidarymą.

Išretinta dujų būsena, t.y. būsena, kai dujų slėgis tam tikrame uždarame sandariame tūryje yra mažesnis už atmosferos slėgį, vadinama vakuumu.

Vakuuminė technologija vaidina svarbų vaidmenį plėvelinių IC konstrukcijų gamyboje. Norint sukurti vakuumą darbo kameroje, iš jos reikia išpumpuoti dujas. Neįmanoma pasiekti idealaus vakuumo, o technologinių įrenginių evakuojamose darbo kamerose visada yra tam tikras liekamųjų dujų kiekis, nuo kurio priklauso slėgis evakuojamoje kameroje (gylis, arba vakuumo laipsnis).

Šio plonų plėvelių uždėjimo proceso esmė – kaitinti medžiagą vakuume iki tokios temperatūros, kuriai esant kaitinant didėjančios medžiagos atomų ir molekulių kinetinės energijos pakanka joms atskirti nuo paviršiaus ir pasiskirstyti supančią erdvę. Tai įvyksta esant temperatūrai, kurioje pačios medžiagos garų slėgis keliais dydžiais viršija likusių dujų slėgį. Tokiu atveju atomo srautas sklinda tiesia linija ir susidūrus su paviršiumi atomai išgaruoja ir ant jo kondensuojasi molekulės.

Garinimo procesas atliekamas pagal įprastą schemą: kieta fazė - skystoji fazė - dujinė būsena. Kai kurios medžiagos (magnis, kadmis, cinkas ir kt.) pereina į dujinę būseną, aplenkdamos skystąją fazę. Šis procesas vadinamas sublimacija.

Pagrindiniai vakuuminio nusodinimo įrenginio elementai, kurių supaprastinta schema parodyta 1 pav., yra: 1 - vakuuminis dangtelis iš nerūdijančio plieno; 2 - sklendė; 3 - dujotiekis vandens šildymui arba gaubto vėsinimui; 4 - adatos išleidimo anga, skirta atmosferos orui tiekti į kamerą; 5 - substrato šildytuvas; 6 - substrato laikiklis su pagrindu, ant kurio galima uždėti trafaretą; 7 - sandarinimo tarpiklis iš vakuuminės gumos; 8 - garintuvas su įdėta medžiaga ir šildytuvu (varžinė arba elektronų pluoštas).

Vakuuminio nusodinimo operacijos procesas apima šiuos veiksmus. Viršutinėje dangtelio padėtyje apdoroti substratai išimami iš substrato laikiklio ir sumontuojami nauji. Nuleidžiamas dangtelis ir įjungiama vakuuminio siurblio sistema (pirmiausia preliminariam vakuumui, tada aukštam vakuumui). Siekiant pagreitinti oro desorbciją nuo vidinių paviršių ir sutrumpinti siurbimo laiką, į dujotiekį tiekiamas karštas tekantis vanduo. Kai slėgis kameros viduje pasiekia apie 10 -4 Pa (valdomas manometru), įjungiami garintuvo ir substrato šildytuvai. Pasiekus darbinę temperatūrą (stebima naudojant termoporas), sklendė nukeliama į šalį ir medžiagos garai pasiekia pagrindą, kur kondensuojasi ir atsiranda plėvelė. Automatinė plėvelės augimo kontrolės sistema fiksuoja arba plėvelės storį (plėvelės kondensatorių dielektrikui), arba paviršiaus varžą (rezistoriams), arba nusodinimo laiką (laidininkai ir kontaktai, apsauginės dangos). Šiuo atveju generuojamas signalas apie purškimo pabaigą, po sustiprinimo, veikia slopintuvo solenoidą, blokuodamas garų srautą. Toliau išjungiami garintuvo ir substrato šildytuvai, išjungiama siurbimo sistema ir į dujotiekį tiekiamas šaltas tekantis vanduo. Atvėsus įtaisams po dangteliu, pro nuotėkį palaipsniui patenka atmosferos oras. Išlyginus slėgį varpo viduje ir išorėje, galima jį pakelti ir pradėti kitą apdorojimo ciklą.

Terminis vakuuminis nusodinimas apibūdinamas garintuvo temperatūra t°, oro slėgiu darbinėje kameroje P 0, pagrindo kaitinimo temperatūra t° p Medžiagos kaitinimo temperatūra garintuve (t° yra ) turi užtikrinti pakankamai didelį garavimo intensyvumą, kad plėvelės nusodinimo laikas neviršytų 1-2 min. Tuo pačiu metu dėl pernelyg didelio intensyvumo plėvelėje susidaro smulkiagrūdė nestabili struktūra, kuri bus aptarta toliau.

Garavimo greitį patogu apibūdinti pagal garų slėgį (garų slėgį soties) P S . Tam tikros medžiagos garų slėgis priklauso tik nuo temperatūros

kur A ir B yra koeficientai, apibūdinantys medžiagos rūšį;

T yra absoliuti medžiagos temperatūra, K.

Optimaliu garavimo greičiu laikomas intensyvumas, kai garų slėgis yra ~1,3 Pa. Šį elastingumą atitinkanti garavimo temperatūra vadinama sąlygine ir gali būti apskaičiuojama pagal (1.1). Taigi aliuminiui jis yra 1150 ° C, chromui - 1205 ° C, variui - 1273 ° C, auksui - 1465 ° C ir tt.

Žemas oro slėgis P 0 darbo kameroje reikalingas:

Užtikrinti laisvą garintuvo medžiagos atomų difuziją į darbo kameros tūrį;

Tiesus medžiagos atomų judėjimas be susidūrimo su likusio oro molekulėmis ir nenaudingos medžiagos sklaidos kameros tūryje;

Purškiamos medžiagos cheminės sąveikos su oro molekulėmis pašalinimas.

Išvardytos sąlygos pateikiamos esant liekamajam slėgiui P 0 10 -4 Pa. Toks vakuumas gana lengvai pasiekiamas naudojant mechaninius priekinio vakuumo ir didelio vakuumo difuzinius siurblius, sujungtus nuosekliai.

Pagrindo temperatūra nusodinimo proceso metu turi didelę įtaką plėvelės struktūrai, taigi ir jos elektrinių savybių stabilumui eksploatacijos metu.

Medžiagos atomai į substratą patenka kT energija (k=8,63×10 -5 eV/K – Boltzmanno konstanta; K – absoliuti temperatūra) ir 1000 m/s greičiais. Dalis energijos perduodama substrato paviršiaus atomams, o likutinė energija leidžia jiems kurį laiką migruoti paviršiaus potencialo lauke. Kuo aukštesnė substrato temperatūra, tuo didesnė liekamosios energijos dalis. Migracijos proceso metu atomas gali palikti substratą (esant potencialaus lauko kauburiui) arba iš dalies užgesinti energiją sąveikaudamas su kitu migruojančiu atomu. Tik poliatominė grupė, kuri tampa vienu iš kristalizacijos centrų, gali visiškai prarasti gebėjimą migruoti ir prisitvirtinti prie įkaitusio substrato (kondensuoti). Esant mažam atominio srauto tankiui, t.y. Esant vidutinei garintuvo temperatūrai, kristalizacijos centrų skaičius ploto vienete yra mažas, o kol aplink juos susidaro ištisinė plėvelė, dideli kristalai turi laiko išaugti.

Sumažėjus substrato temperatūrai ir padidėjus srauto tankiui, anksčiau formuojasi kristalizacijos centrai, didėja jų skaičius ploto vienete ir susidaro smulkios kristalinės struktūros. Eksploatuojant elektroninę įrangą, kai ji periodiškai kaitinama ir lėtai vėsinama, smulkiakristalinė struktūra palaipsniui persikristalizuoja į stambią kristalinę struktūrą. Tokiu atveju elektrinės savybės pasikeičia negrįžtamai, atsiranda plėvelės „senėjimas“. Pavyzdžiui, varžinėse plėvelėse laikui bėgant pastebimas varžos sumažėjimas.

Taigi, norint suformuoti plonas plėveles, kurios būtų stabilios eksploatacijos metu, būtina šildyti pagrindą ir neforsuoti nusodinimo proceso didinant garintuvo temperatūrą.

Gaminant plonasluoksnes konstrukcijas, kaip ir puslaidininkines konstrukcijas, naudojami grupiniai substratai. Grupės substratai turi stačiakampio formos kurių matmenys 60x48 mm arba 120x96 mm, pagaminti iš izoliacinės medžiagos (keraminio stiklo, polikoro, stiklo) ir skirti vienu metu gaminti iki kelių dešimčių vienodų modulių. Taigi, nusodintos plėvelės savybės turi būti vienodos visame grupės pagrindo plote.

Pirma, atomų srautas iš garintuvo į pagrindą yra besiskiriantis pluoštas, todėl srauto tankis pagrindo plokštumoje nėra vienodas: pagrindo centre jis yra didžiausias ir mažėja nuo centro iki paviršiaus. periferija. Tai reiškia, kad kai plėvelė nusodinama ant nejudančio pagrindo, centrinėje pagrindo srityje susidaro storesnė plėvelė nei pagrindo kraštuose. Pavyzdžiui, rezistoriai, suformuoti centriniuose moduliuose, turės mažesnę varžą, palyginti su panašiais rezistoriais periferiniuose moduliuose.

Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, gamybiniuose terminio vakuuminio purškimo įrenginiuose yra sukamieji įtaisai (diskai, būgnai), kuriuose yra keli substratai (6, 8 arba 12). Pagrindai paeiliui ir pakartotinai pereina per stacionarų garintuvą (2 pav.), palaipsniui įgydami reikiamą plėvelės storį. Dėl to centrinė „kalva“, galėjusi susidaryti ant nejudančio pagrindo, išgraužta į pagrindo judėjimo kryptimi pailgą keterą. Norint išlyginti plėvelės storį skersine kryptimi, naudojama korekcinė diafragma, sumontuota tarp garintuvo ir pagrindo arti jo. Diafragmos profilis apskaičiuojamas remiantis plėvelės reljefų, gautų nusodinant ant nejudančio ir judančio pagrindo, tyrimu. Dėl pagrindo centrinės ir periferinės zonų švitinimo laiko skirtumo plėvelės storio vienodumas visame grupės pagrindo plote padidėja ir yra ±2% (pagrindams 60x48 mm).

Pagrindiniai šio kartos metodo pranašumai yra šie:

Galimybė dengti metalų (įskaitant ugniai atsparias), lydinių, puslaidininkių junginių ir dielektrines plėveles;

Įgyvendinimo paprastumas;

Didelis medžiagų išgaravimo greitis ir galimybė jį reguliuoti plačiu diapazonu keičiant garintuvui tiekiamą galią;

Proceso sterilumas leidžia, esant dideliam (ir, jei reikia, itin aukštam) vakuumui, gauti dangas, kurios praktiškai nėra užterštos.

Visi garintuvai skiriasi išgarintos medžiagos kaitinimo būdu. Remiantis šiuo kriterijumi, šildymo būdai skirstomi į: varžinis, indukcinis, elektronų pluoštas, lazeris ir elektros lankas.

1.1 Varžinis purškimas

Tai pirmasis plonasluoksnių dangų dengimo vakuume būdas ir iki šiol plačiausiai naudojamas. Jo išskirtiniai bruožai yra techninis paprastumas, garintuvo darbo režimų valdymo ir reguliavimo paprastumas, galimybė gauti įvairios cheminės sudėties dangas.

Varžiniuose garintuvuose šiluminė energijašildyti išgaravusią medžiagą susidaro dėl praėjimo metu išsiskiriančios Džaulio šilumos elektros srovė per šildytuvą.

Medžiagoms, naudojamoms varžinių garintuvų šildytuvams gaminti, taikomi šie reikalavimai.

1. Kaitinimo medžiagos garų slėgis nusėdusios medžiagos garavimo temperatūroje turi būti nežymiai mažas.

2. Šildytuvo medžiaga turi būti gerai sudrėkinta išlydyta išgaravusia medžiaga, nes tai būtina norint užtikrinti gerą terminį kontaktą tarp jų.

3. Tarp šildytuvo medžiagos ir išgaravusios medžiagos neturi vykti jokių cheminių reakcijų ir neturėtų susidaryti labai lakūs šių medžiagų lydiniai, nes priešingu atveju padengtos plėvelės bus užterštos ir šildytuvai bus sunaikinti.

Dangoms padengti varžiniu metodu naudojamos įvairios metalų ir lydinių garinimo konstrukcijos ir metodai. Plačiausiai naudojami vieliniai, juostiniai, tigliai ir automatiniai tigliai diskretieji garintuvai.

Vielos garintuvai, kurių pagrindinis privalumas yra įrenginio paprastumas ir didelis efektyvumas, yra gaminami iš ugniai atsparių metalų (W, Mo, Ta) vielos ir gaminami daugiausia įvairių formų(kilpos, cilindrinės spiralės, kūginės spiralės, V formos ir kt. pavidalu). Jie naudojami medžiagoms, kurios drėkina šildytuvo medžiagą, išgarinti. Šiuo atveju išlydytą medžiagą paviršiaus įtempimo jėgos laiko lašo pavidalu ant vielinio šildytuvo. Naudojama viela (dažniausiai nuo 0,5 iki 1,5 mm skersmens) turi būti vienodo skerspjūvio per visą ilgį, nes priešingu atveju dėl vietinio perkaitimo bus sutrikdytas susidarančio sluoksnio vienodumas ir, be to, viela nukris. greitai perdega. Kai šildytuvo medžiaga yra gerai sudrėkinta išgaravusio metalo, tarp jų visada vyksta daugiau ar mažiau aktyvi sąveika, dėl kurios galiausiai sunaikinamas garintuvas ir sumažėja tepamos dangos grynumas. Vielinių garintuvų pagalba jis gali atsirasti kietoje anglyje iki 4 P.

Juostiniai garintuvai yra pagaminti iš plonų ugniai atsparių metalų lakštų ir turi specialius įdubimus (griovelių, valčių, puodelių ar dėžių pavidalu), į kuriuos dedama išgaravusi medžiaga. Jie naudojami miltelinėms medžiagoms ir neorganiniams junginiams išgarinti. Šie garintuvai, kaip ir vieliniai garintuvai, yra paprastos konstrukcijos, tačiau, palyginti su pastaraisiais, suvartoja daugiau energijos dėl didelių nuostolių dėl šiluminės spinduliuotės. Juostiniai garintuvai turi didelę garavimo kryptį, o praktiškai didžiausią galimą garavimo plotą riboja 2 P kietasis kampas.

Tiglio garintuvais galima išgarinti medžiagas, kurios nereaguoja su tiglio medžiaga ir nesudaro su ja lydinių. Jie gaminami iš ugniai atsparių metalų (W, Mo, Ta) iš metalų oksidų (Al 2 O 3, BeO, ZrO 2, ThO 2 ir kt.) ir grafito. Norėdami nusodinti medžiagas, kurių garavimo temperatūra yra žema, taip pat galite naudoti tiglius, pagamintus iš ugniai atsparaus stiklo ir kvarco.

Aliuminio oksido tigliai naudojami metalams, kurių garavimo temperatūra žemesnė nei 1600 o C (Cu, Mn, Fe, Sn); tigliai iš berilio oksido gali būti naudojami iki 1750 o C temperatūros, torio oksidas - iki 2200 o C. Garinant medžiagas apie 2500 o C temperatūroje, naudojami tigliai iš grafito. Tačiau daugelis medžiagų aukštoje temperatūroje reaguoja su anglimi ir susidaro karbidai, todėl jų negalima išgarinti iš tokių tiglių (pavyzdžiui, Al, Si, Ti). Be, Ag, Sr efektyviai išgarinami iš grafito garintuvų. Daugelį oksidų aktyviai redukuoja anglis, todėl metalus galima išvalyti naudojant grafito tiglius.

Pagrindinis tiglio garintuvų privalumas yra tai, kad jais galima išgarinti didelį kiekį medžiagų. Palyginti su vieliniais ir juostiniais garintuvais, jie yra inerciškesni, nes mažas medžiagų šilumos laidumas neleidžia greitai įkaisti išgaravusios medžiagos. Be to, iš oksidų pagaminti tigliai neleidžia greitas šildymas dėl pavojaus juos sunaikinti dėl terminio šoko. Tiglių garintuvų trūkumai taip pat apima tai, kad su jų pagalba galima gauti tik siaurą išgarintos medžiagos spindulį.

Lydiniams ir sudėtingos sudėties medžiagoms (pavyzdžiui, metalo ir keramikos mišiniams), susidedančioms iš komponentų, kurių garavimo greitis labai skiriasi, išgarinti naudojami diskretinio paviršiaus garintuvai. Jie naudoja sprogstamojo išgarinimo metodą. Garintuvo paviršiaus, ant kurio krinta smulkios dalelės, temperatūra parenkama taip, kad visos krintančios dalelės sudėtinga medžiaga akimirksniu išgaravo. Smulkios dalelės tiekiamos į karštą paviršių greičiu, kuris skiriasi nuo šios medžiagos dalelių išgaravimo greičio, o tai užtikrina reikiamos sudėties plėvelių gamybą.

Plačiai išplis vadinamieji autotirgliai garintuvai, kuriuose išlydyto metalo lašas arba vonelė susiliečia su tuo pačiu metalu kietoje būsenoje. Šis metodas leidžia gauti aukšto dažnio dangas.

Norint gauti dangas, kurioms būdingas didelis struktūros ir cheminės sudėties vienodumas išgarinant miltelių medžiagas, pirmiausia reikia atlikti miltelių atskyrimo ir sijojimo į frakcijas procesus, kruopštų mechaninį maišymą, kai naudojami skirtingos cheminės sudėties milteliai, degazuoti milteliai ir išsiskiriančių dujų pašalinimas iš vakuuminės kameros tūrio.

Rezistinio išgarinimo metodas turi trūkumų, kurie žymiai sumažina jo taikymo sritį. Pagrindiniai metodo trūkumai yra tai, kad nėra pastebimos išgarintos medžiagos garų jonizacijos, sunku kontroliuoti pagrindinius srauto parametrus ir didelę garintuvų inerciją.

1.2 Indukcinis purškimas

Indukcinis garinimas naudojamas norint pašalinti nepageidaujamą poveikį, susijusį su išgarintos medžiagos ir garintuvo sąveika, ir gauti labai švarias dangas.

Kutenio su indukciniu šildymu veikimo principas parodytas 3 pav. Lydymosi metu metalo (1) masė, veikiama ritės (2) sukurto elektromagnetinio lauko jėgų, pakyla taip, kad iki aukštos temperatūros įkaitinto metalo sąlyčio su tigliu paviršius. (3) yra minimalus. Dėl to susilpnėja cheminės reakcijos tarp išgaravusio metalo ir tiglio.

Indukcinio šildymo metodo trūkumai yra tai, kad neįmanoma tiesiogiai išgaruoti dielektrikų ir būtinybė naudoti specialius

Įvairių metalų garinimo induktoriai, taip pat mažas įrengimo efektyvumas.

1.3 Elektronų pluošto purškimas

Gamybos sąlygomis plačiai naudojami elektronų pluošto garintuvai, kurie leidžia gauti plonas metalų, lydinių ir dielektrikų plėveles. Geras elektronų pluošto fokusavimas šiuose garintuvuose leidžia išgauti didelę galios koncentraciją (iki 5·10 8 W/cm 2) ir aukštą temperatūrą, kuri leidžia dideliu greičiu išgarinti net ir ugniai atspariausias medžiagas. Greitas šildomos zonos judėjimas dėl elektronų srauto nukreipimo, galimybė reguliuoti ir valdyti šildymo galią bei nusodinimo greitį sukuria prielaidas automatiniam proceso valdymui. Metodas leidžia pasiekti aukštą nusodintos plėvelės grynumą ir vienodumą, nes yra realizuojamas medžiagos savaiminis išgarinimas.

Elektronų pluošto garintuvo veikimo principas yra toks. Elektroniniame pistolete laisvieji elektronai išspinduliuojami nuo katodo paviršiaus ir, veikiant greitinamiesiems ir fokusuojantiems elektrostatiniams ir magnetiniams laukams, suformuojami į spindulį. Per pistoleto išėjimo angą sija išleidžiama į darbo kamerą. Norint nuvesti elektronų pluoštą į tiglį su išgaruota medžiaga ir užtikrinti tam tikram technologiniam procesui reikalingus pluošto parametrus, daugiausia naudojami magnetinio fokusavimo lęšiai ir magnetinio nukreipimo sistemos. Netrukdomas elektronų pluošto patekimas į objektą galimas tik dideliame vakuume. Darbinis slėgis garintuvo kameroje yra apie 10 -4 Pa. Garinama medžiaga kaitinama bombarduojant jos paviršių elektronų pluoštu iki temperatūros, kurioje garavimas vyksta reikiamu greičiu. Gautame garų sraute dedamas substratas, ant kurio susidaro kondensatas. Garinimo įrenginys papildytas matavimo ir valdymo priemonėmis, kurios ypač svarbios elektronų pluošto valdymui nusodinimo proceso metu.

Pagrindiniai elektronpluoštiniuose garintuvuose pasiekiami parametrai: 10 4 -10 5 W/cm 2 ; savitasis garavimo greitis - 2·10 -3 -2·10 -2 g/(cm 2 s); garinimo proceso efektyvumas (variui) - 3·10 -6 g/J; susidarančių dalelių energija – 0,1-0,3 eV; dalelių nusėdimo ant substrato greitis yra 10-60 nm/s.

Paprasčiausiu atveju elektronų spindulys nukreipiamas į koreguojamą medžiagą iš viršaus, vertikaliai arba įstrižu kampu į paviršių. Šiuo atveju, siekiant užtikrinti pluošto fokusavimą ir gauti reikiamą specifinę galią ant išgarintos medžiagos paviršiaus, naudojami ilgo židinio elektronų pluošto generatoriai. Reikšmingi šio išdėstymo trūkumai yra galimybė ant elektroninės-optinės sistemos dalių susidaryti plėvelėms, dėl kurių pasikeičia elektronų pluošto parametrai, ir naudingo ploto dėti substratą apribojimas dėl šešėlio. technologinės kameros dalies prie ginklo. Šių trūkumų galima išvengti pastačius pistoletą horizontaliai ir nukreipus elektronų spindulį į išgaruojamą medžiagą, naudojant įvairias sistemas, kurios užtikrina paleidimo sukimąsi iki 270° kampu.

Elektronų pluošto išgarinimo metodo trūkumai yra šie:

Aukštos greitinančios įtampos poreikis (apie 10 kV);

Mažas įrenginių energinis efektyvumas dėl energijos sąnaudų antriniams elektronams formuoti (iki 25 % pirminio pluošto energijos), tiglio kaitinimo, rentgeno ir ultravioletinių spindulių;

Dujų išsiskyrimas darbiniame tūryje antriniais elektronais bombarduojant substratą, technologinę įrangą ir kameros sieneles;

Radiacinių defektų susidarymas nusodintose plonose plėvelėse, kai jos bombarduojamos antriniais elektronais;

Nėra pastebimos nusėdusios medžiagos srauto jonizacijos;

Blogas plonų plėvelių sukibimas su pagrindu dėl mažos nusėdusių dalelių energijos.

1.4 Lazerinis nusodinimas

Lazeriniuose garintuvuose išgarintos medžiagos, esančios vakuume, kaitinimas atliekamas naudojant fokusuotą spinduliuotę iš optinio kvantinio generatoriaus (OQG), esančio už vakuuminės kameros. Plėvelių nusodinimas naudojant lazerį įmanomas dėl šių pluošto savybių: tikslaus spinduliuotės fokusavimo ir jos energijos dozavimo, didelio energijos srauto tankio (10 8 – 10 10 J/cm 2).

Pagrindiniai impulsinio lazerinio nusodinimo (PLS) metodo pranašumai yra šie:

Itin švarios vakuuminio garinimo sąlygos (medžiagos išgarinimo energijos šaltinis yra už vakuuminio tūrio ribų, garinimas vyksta iš savo „tiglio“);

Galimybė gauti plėveles iš ugniai atspariausių medžiagų ir išlaikyti stechiometrinę daugiakomponentinių junginių sudėtį (didelis lazerio spinduliuotės energijos srauto tankis ir trumpa trukmė leidžia pasiekti aukštą temperatūrą – iki dešimčių tūkstančių laipsnių, kurioms esant komponentai išgaruoja vienodai);

Didelis momentinis nusodinimo greitis (10 3 –10 5 nm/s) ir įdiegtas plėvelės augimo mechanizmas be branduolių, užtikrinančių sluoksnių, kurių storis artimas monomolekuliniam, tęstinumą. Tai leidžia naudoti ILN itin plonoms plėvelėms ir supergardelėms gauti;

Naudojama tik mažai energijos suvartojanti plazmos dalis, kuri prisideda prie defektų neturinčių plėvelių, savo parametrų panašių į plėveles, gautas naudojant molekulinio pluošto epitaksiją, gamybą. Impulsinis lazeris yra labai sėkmingas MBE garintuvo tipas, todėl lazerinis nusodinimas gali organiškai tilpti į MBE metodo įrangą;

Sluoksnių, kurių storis 0,1 – 10,0 Å/impulsas, nusodinamas 1 impulsu, stabilumas leidžia programuoti griežtai kontroliuojamo storio plėvelių nusodinimą;

Aukštas našumas ir technologijos.

Šiuo metu ILI naudojami didelės galios CO 2 dujų lazeriai (λ = 10,6 μm) arba kietojo kūno rubino (λ = 0,6943 μm) ir neodimio (λ = 1,06 μm) lazeriai. Dielektrikams garinti rekomenduojama naudoti CO 2 lazerius, nes dielektrikai geriau sugeria ilgųjų bangų spinduliuotę. Geriausi rezultatai plonų ir itin plonų plėvelių, ypač sudėtinių, gamybai gaunami neodimio lazeriai.

Siekiant užtikrinti geresnį plėvelių savybių atkuriamumą ir stebėti, valdyti bei automatizuoti technologinį procesą, taikomas dažninio lazerio įpurškimo metodas, kurį sudaro nuoseklus plėvelės uždėjimas vakuume mažomis porcijomis (mažiau nei monosluoksnis 1 impulsui). ), seka vienas kitą tam tikru dažnumu. Metalams ir lydiniams optimalus režimas pasirodė esantis f = 50 Hz, τ = 10 ns, tiksliniame paviršiuje išleidžiama galia q = 5 10 8 - 5 10 9 W/cm 2, o puslaidininkiams ir dielektrikams - 10 kHz, 200 ns ir 10 7 - 10 8 W/cm 2 atitinkamai.

Siekiant pagerinti filmų pavyzdžių ir struktūrų homogeniškumą ir atkuriamumą, naudojamas lazerio spindulys nuskaitomas išilgai stacionaraus taikinio arba perkeliamas į įrenginio vakuuminę kamerą.

Svarbiausias plėvelių gamybos lazerinio metodo fizikinis ir technologinis parametras, lemiantis garavimo temperatūrą ir trukmę, išgaruojančios medžiagos sudėtį ir būseną, o per juos kondensacijos greitį ir mechanizmą, nusodinamos medžiagos struktūrą ir savybes. sluoksnis, yra lazerio veikimo režimas. Taigi SI (antrojo impulso) režimas leidžia išgarinti net sudėtingus organinius junginius be disociacijos, MI (milisekundinis impulsas) sukuria porų fazę su įvairiu molekulinių fragmentų kompleksų rinkiniu, NI (nanosekundinis impulsas) režimu labai didelis. pasiekiama temperatūra – iki dešimčių tūkstančių laipsnių, o tai lemia visišką garų disociaciją ir stiprią jų jonizaciją. Impulsiniai lazeriai, kaip taisyklė, naudojami MI (q=10 6 - 10 7 W/cm 2) ir NI (q≥10 9 W/cm 2) režimuose. Elektroninė mikroskopija atskleidė, kad plėvelės, gautos MI režimu (q = 5 10 5 W/cm 2), yra vienodo storio, o NI kondensatų (q = 10 8 – 10 9 W / cm 2) nepriklausomai nuo Plėvelės medžiagos, pagrindo ir plėvelės storis pasižymėjo „šiurkštumu“, kurio būdingas dydis buvo ~ 50 nm.

Viena iš svarbių lazerinio garinimo charakteristikų yra jo efektyvumas – išgarintos impulso masės m i ir lazerio impulso energijos Ei santykis: β = mi /Ei.

Dėl NI garų sąveika su spinduliuote ir garų sąveika su taikiniu tampa reikšminga. Pirmą akimirką garai ekranuoja taikinio paviršių, intensyviai sugerdami lazerio spinduliuotė. Tada prasideda pakartotinė sugertos energijos emisija. Antrinė spinduliuotė, sąveika su taikiniu, lemia jo išgaravimą. Dėl garavimo mechanizmo pokyčių NI režimu dauguma Lazerio impulso energija sunaudojama garui šildyti ir žymiai mažiau jo formavimui, todėl našumas β, esant kitoms sąlygoms, yra žymiai mažesnis (eilinio dydžio) nei MI režime. Garavimo efektyvumo charakteristikos vertės yra šios: β MI = 0,1 mg/J, β NI = 0,01 mg/J. Garinimo efektyvumo dydžiui didelę įtaką gali turėti šilumos laidumo sumažėjimas ir sugerties padidėjimas, kurie realizuojami naudojant miltelių taikinius.

Kai medžiaga išgarinama nanosekundžių lazerio impulsais, vyksta ešeloninis plėtimasis (taigi ir kondensacija ant pagrindo): priekyje juda greiti elektronai, tada didžiausio krūvio jonai (kurių energija yra iki 1000 EV ar daugiau). ), joninio komponento pabaigoje - minimalaus krūvio jonai, galiausiai lėčiausia krūvos dalis yra neutrali (su energija ~ I EV). Ešeloninis plazmos krešulio išsiplėtimo pobūdis lemia procesą, kuris yra nehomogeniškas laike. Kondensacijos procesas prasideda „jonų šoku“ – substrato paviršiaus bombardavimu didelės energijos jonais esant dideliam tankiui (gali siekti šimtus A/cm). Po greitųjų jonų į substratą patenka lėtesnė krūvos dalis: mažo krūvio jonai ir neutralūs atomai. „Joninio šoko“ pasekmės gali būti: pagrindo paviršiaus valymas, kaitinimas, ėsdinimas atsivėrus esamiems defektams ir naujų formavimuisi bei taikinio erozija. Tai savo ruožtu turi didelę įtaką kondensato savybėms, pavyzdžiui, padidina plėvelių, gautų naudojant lazerius, sukibimą.

Reikėtų pažymėti, kad, nepaisant impulsinio garavimo pobūdžio, dėl plazmos pluošto komponentų plėtimosi greičio dispersijos kondensacijos greitis gali būti beveik pastovus, jei impulso pasikartojimo dažnis yra pakankamai didelis, todėl f> 1 / τ к (τ к - kondensacijos laikas).

Medžiagos išgarinimas impulsiniu lazeriu vyksta labai nepusiausvyros sąlygomis, esant intensyviam mechaniniam poveikiui, kurį sukelia šiluminiai įtempiai, smūginės bangos, dujų slėgis ir kt. Dėl taikinio sunaikinimo kartu su garais ar plazma susidaro kietos ir skystos mikrodalelės, kurių plėtimosi greitis yra artimas garo krešulio greičiui ir sukelia mikrodefektų atsiradimą kondensuotoje plėvelėje - vadinamąją. purslų efektas. Aptaškymo efektui sumažinti gali būti naudojamos įvairios technikos: miltelių taikinio naudojimas, po to degazavimas, lėtas (nuo impulso iki impulso) arba greitas (vieno impulso metu) skenavimas.

Įdomus struktūrinis lazerinio kondensacijos problemos aspektas yra galimybė gauti nenutrūkstamus itin plonus kondensatus, susijusius su dideliu garų tiekimo į substratą greičiu ir įdiegtu augimo mechanizmu be branduolių. Pati „branduolio“ sąvoka siejama su stabilia atomų grupe, priešingai nei mobilieji adsorbuoti atomai. Naudojant ILN, vienasluoksnio nusodinimo metu (10 -5 - 10 -7 s) reikšmingo adatomų judėjimo nevyksta: adatomas nespėja pajudėti reikšmingo atstumo, kol šalia atsiranda naujas atomas, antras, trečias ir pan. tai. Plėvelės augimas tampa be branduolių: į kondensuotą sluoksnį atomai pridedami ne iš paviršinių dvimačių dujų, o tiesiai iš garų fazės. Kadangi ILI kaip bedefektų plonų ir ypač itin plonų plėvelių bei supergardelių gamybos metodas buvo sukurtas tik pastaraisiais metais, iki šiol jis buvo diegiamas tik tyrimų įstaigose.

1.5 Purškimas elektros lanku

Naudojant vakuuminio lanko plonų metalų ir jų junginių plėvelių nusodinimo metodą, dėl elektrodų erozijos susidaro medžiagos, sudarančios dangos pagrindą, srautas. elektros lankas. Iš esmės galima naudoti įvairių formų stacionarų vakuuminį lanką (lankas su šaltu naudojamu katodu; lankas su paskirstytu išlydžiu ant karšto sunaudojamo katodo; lankas su nenaudojamu tuščiaviduriu katodu, degantis anodo medžiagos garuose), kurių egzistavimą lemia iš esmės skirtinga savaime nuoseklių medžiagų susidarymo ir elektronų emisijos iš katodo eigos eiga. Tačiau plačiai buvo naudojama tik pirmoji vakuuminio lanko forma.

Elektros lankas su šaltu vartojamu katodu realizuojamas slėgio diapazone nuo šimtų atmosferų iki savavališkai žemo ir yra žemos įtampos (U = 10-30V) aukštos srovės (I = 10 1 - 10 4 A) išlydis, degantis katodo medžiagos garai. Šiuo atveju katodo medžiaga generuojama vakuuminio lanko katodo taškais. Katodinėse vietose taip pat vyksta vietiniai intensyvios elektronų emisijos procesai. Katodo dėmių skaičius yra proporcingas lanko srovei, srovės tankis taške yra labai didelis ir siekia 10 5 - 10 7 A/cm 2, galios koncentracija katodo taške yra 10 7 - 10 8 W/cm 2.

Katodinės medžiagos išgarinimas iš katodo taško srities (būdingi matmenys 10 -4 - 10 -2 cm) atliekami veikiant žemos įtampos jonų pluoštui. Šiuo atveju dalis garavimo produktų jonų srovės pavidalu grįžta į katodą (palaikydami elektronų susidarymo ir emisijos procesus), o likusieji patenka į sistemos tūrį, sudarydami plazmą, kuri sudaro efektyvus kartos produktas. Gamybos produktuose, kurių fazių sudėtį daugiausia lemia katodo medžiagos tipas, yra mikrolašelių (dalelių dydis nuo kelių mikronų ir mažesnis), garų ir jonizuotų fazių (įvairių daugybių jonų). Ugniai atspariems metalams lašelių fazės dalis yra mažesnė nei 1% viso srauto greičio, žemo lydymosi metaluose - dešimtys procentų. Šis metodas ypač efektyvus generuojant ugniai atsparių metalų plazmas.

Kai elektrinis lankinis metalų garintuvas veikia bendraašiu būdu, katodo dėmės linkusios į šoninis paviršius katodas (į sritį, kur atstumas iki anodo yra minimalus). Tai pašalina galimybę plėvelėms nusodinti ant pagrindo, esančio virš (po) katodo galinio paviršiaus. Norint išlaikyti katodo dėmes ant katodo galinio paviršiaus, naudojamos 2 tipų konstrukcijos.

1. Garintuvai su katodo dėmių elektrostatiniu sulaikymu. Tokio tipo konstrukcijose šoninis katodo paviršius, kuris nėra išgarinamas, yra padengtas ekranu, izoliuotu nuo garintuvo elektrodų. Katodo taškas, krentantis ant šoninio katodo paviršiaus (po ekranu), nustoja egzistuoti, nes nutrūksta plazmos, kuri atlieka srovės laidininko vaidmenį tarp katodo taško ir anodo, srautas. Už normalus veikimas garintuvas su elektrostatiniu ekranu, lanko srovė turi būti padidinta tiek, kad katodo paviršiuje vienu metu būtų bent dvi katodo dėmės. Tokiu atveju, kai viena vieta užgęsta, lanką palaiko kiti. Daugeliu atvejų nepageidautina padidinti lanko srovę, nes tai padidina katodo medžiagos lašelių fazės kiekį padengtose dangose, o tai sumažina jų kokybę. Todėl antrojo tipo dizainai yra plačiausiai naudojami.

2. Garintuvai su magnetiniu katodo dėmių sulaikymu.

Katodo dėmių sulaikymas ant katodo garavimo paviršiaus atliekamas naudojant magnetinį lauką. Kai katodo taškas linkęs judėti į šoninį katodo paviršių, radialinis jėgos komponentas, atsirandantis, kai srovė sąveikauja su srove, nukreipta į ją kampu. magnetinis laukas, išlaiko katodo dėmes ant garavimo paviršiaus. Rimta problema, su kuria susiduriama garuojant šaltojo katodo elektros lanku, yra lašelių erozija iš katodo taško, dėl kurios kondensuotoje plėvelėje atsiranda mikrodefektų ir gali sumažėti dangų eksploatacinės savybės. Lašelių fazės susidarymas yra susijęs su vakuuminio lanko katodiniais procesais ir priklauso tiek nuo katodo medžiagos termofizinių savybių (savitosios šiluminės talpos, šiluminės difuzijos koeficiento, lydymosi temperatūros, specifinės lydymosi šilumos, virimo temperatūros, sočiųjų garų slėgio). ), jo darbinio paviršiaus būklė (mikronelygumai, įtrūkimai) ir vidinis tūris (dujų inkliuzų buvimas), o dangos dengimo technologiniais parametrais) lanko srovė, poslinkio srovė, daliniai dujų slėgiai montavimo kameroje).

Pagal šiuo metu vyraujančias idėjas, skystų lašų emisija iš vakuuminio lanko katodo taško atsiranda, kai katodo paviršiuje susidaro erozijos krateriai, kuriuos sukelia plazmos slėgio poveikis paviršiui. skystas metalas. Šis lašelių fazės susidarymo mechanizmas nepaaiškina eksperimentiškai nustatytos mikrolašelių kiekio dangoje priklausomybės nuo dujų inkliuzų kiekio katode (ypač fakto, kad dangose ​​visiškai nėra mikrolašelių, kai naudojami katodai su kurių dujų kiekis mažesnis nei 10–6 %). Taip pat reikėtų pažymėti, kad lydant ir išplaunant skystą plėvelę nuo erozinio kraterio šoninio paviršiaus, lašeliai turėtų išsibarstyti daugiausia nedideliu kampu katodo paviršiaus atžvilgiu. Tuo tarpu lašeliai, kaip taisyklė, fiksuojami dangose, sklindančia kryptimi, kuri yra įprasta katodo paviršiui. Jų susidarymas, anot autorių, siejamas su tūrinio garinimo (branduolių virimo) procesais katodo vietoje.

Remiantis šiuo mechanizmu, galima nustatyti šiuos fiziškai reikšmingus mikrolašelių susidarymo proceso parametrus: dujų inkliuzų koncentracija katode N 0 (nustato garinimo centrų, sukeliančių branduolio virimą), galios koncentracija katodo taške q ( nustato lydalo sluoksnio storį, burbulo gyvavimo laiką lydaloje ir burbulo spindulį, atitinkantį jo egzistavimo trukmę), katodo dėmės judėjimo greitį (riboja proceso laiko tarpą).

Pagrindiniai parametrai, apibūdinantys įrenginius dengiant dangą vakuuminio elektros lanko metodu

Savitasis garavimo greitis – 2·10 -4 –5·10 -3 g/(cm 2 s);

Garinimo proceso efektyvumas 2·10 -6 –10 -5 g/J;

Jonizacijos laipsnis – 10-90%;

Susidarančių dalelių energija – 10 – 100 eV;

Nusėdimo greitis ~5 nm/s.

Pagrindiniai plonų plėvelių uždėjimo vakuuminiu elektriniu lanku metodo privalumai yra šie:

Galimybė tiksliai reguliuoti dangos greitį keičiant lanko srovę;

Galimybė valdyti dangos sudėtį naudojant kelis katodus iš skirtingų medžiagų arba sudėtinius (daugiakomponentinius) katodus;

Didelė plazmos srovės energija, kuri prisideda prie didelio dangos sukibimo;

Aukštas jonizacijos laipsnis, skatinantis efektyvų branduolių aglomeraciją ir ištisinių, kuo mažesnio storio plėvelių susidarymą;

Galimybė gauti plonas metalo junginių plėveles įvedant reakcijos dujas į kamerą;

Nusodinimo proceso apdirbamumas, leidžiantis valdyti procesą kompiuteriu.

elektronų pluošto dulkinimo epitaksija

Terminis vakuuminis nusodinimas turi daugybę trūkumų ir apribojimų, iš kurių pagrindiniai yra šie:

Ugniai atsparių medžiagų (W, Mo, SiO 2, Al 2 O 3 ir kt.) plėvelių purškimui reikalinga aukšta garintuvo temperatūra, kuriai esant neišvengiamas srauto užteršimas garintuvo medžiaga;

Purškiant lydinius, dėl atskirų komponentų garavimo greičio skirtumo keičiasi plėvelės sudėtis, palyginti su pradine į garintuvą įdėtos medžiagos sudėtimi;

Proceso inercija, kai į darbo kamerą reikia įvesti sklendę su elektromagnetine pavara;

Netolygus plėvelės storis, todėl reikia naudoti pagrindo judinimo įtaisus ir korekcines diafragmas.

Pirmieji trys trūkumai atsiranda dėl to, kad reikia kaitinti medžiagą aukštoje temperatūroje, o paskutinis – dėl didelio vakuumo darbo kameroje.

Joninių purškimo įrenginių veikimo principas pagrįstas tokiais fiziniais reiškiniais kaip dujų dalelių jonizacija, švytėjimo išlydis vakuume ir medžiagų purškimas bombarduojant pagreitintais jonais.

Jonizacija yra neutralių dujų dalelių (atomų ir molekulių) pavertimo teigiamai įkrautais jonais procesas. Šio proceso esmė yra tokia. Dujose tarp dviejų elektrodų visada yra keli laisvieji elektronai. Jei tarp elektrodų anodo ir katodo sukuriamas elektrinis laukas, šis laukas pagreitins laisvuosius elektronus. Kai pagreitintas pirminis elektronas susiduria su neutralių dujų dalele, jis išmuša antrinį elektroną, neutralią dujų dalelę paversdamas teigiamai įkrautu jonu. Taigi dėl susidūrimo atsiranda nauja įkrautų dalelių pora: išmuštas antrinis elektronas ir teigiamai įkrautas jonas.

Atsispindėjusį pirminį elektroną ir antrinį elektroną savo ruožtu gali pagreitinti elektrinis laukas ir, sąveikaujant su neutralių dujų dalelėmis, susidaro įkrautų dalelių pora. Taip vystosi laviną primenantis procesas, kai dujinėje aplinkoje atsiranda dviejų tipų įkrautos dalelės, o dujos, normaliomis sąlygomis būdamos elektros izoliatoriumi, tampa laidininku.

Šiuolaikinės idėjos apie sąveikos procesą, vedantį į purškimą, rodo, kad jonui prasiskverbus į medžiagą, įvyksta dvejetainių elastingų pasislinkusių atomų susidūrimų kaskada, kurios metu tarp atomų keičiasi energija ir impulsas. Vidutinė susidūrimo kaskados vystymosi trukmė yra apie 2·10 -13 s. Galutinis susidūrimų kaskados rezultatas gali būti pakankamos energijos perkėlimas į paviršiaus atomą (~1 nm storio sluoksnyje) ir reikalingas norimos krypties impulsas (kietosios ir vakuuminės sąsajos kryptimi), kad jis būtų įveiktas. surišančios jėgos ant paviršiaus, o tai sukelia purškimą.

Jonų bombardavimo purškimo procesas yra „šaltas“ procesas, nes... Atominis medžiagos srautas ant substrato sukuriamas bombarduojant kieto mėginio (taikinio) paviršių inertinių dujų jonais ir sužadinant atomų paviršių iki energijos, viršijančios jungimosi su kaimyniniais atomais energiją. Tam reikalingas jonų srautas sukuriamas elektros dujų išlydyje, kuriam dujų slėgis darbo kameroje turi būti 0,1 × 10 Pa ribose, t.y. keliomis eilėmis didesnis nei terminio vakuuminio purškimo įrengimo kameroje.

Dėl pastarosios aplinkybės atomų srautas iš taikinio išsisklaido ir nusodinamos plėvelės storis padidėja iki ±1%, nenaudojant papildomų prietaisų.

Jonų purškimo metodas pagrįstas taikinio, pagaminto iš nusodintos medžiagos, bombardavimu greitomis dalelėmis. Dalelės, išmuštos iš taikinio dėl bombardavimo, sudaro nusėdusios medžiagos srautą, kuris plonos plėvelės pavidalu nusėda ant substratų, esančių tam tikru atstumu nuo taikinio.

Svarbus veiksnys, lemiantis jonų purškimo įrenginių veikimo ypatybes ir dizainą, yra taikinį bombarduojančių jonų generavimo metodas. Pagal tai jonų purškimo įrenginiuose yra įrengta paprasta dviejų elektrodų arba magnetronų sistema.

2.1 Katodinis purškimas

Katodinio purškimo režimai.

6a paveiksle parodyta iškrovos srovės ir įtampos charakteristika. Taikant pastovią kelių kilovoltų įtampą, nutrūksta tarpelektrodinis tarpas, sparčiai didėja srovė ir krinta įtampa išlydyje (I išlydžio uždegimo sritis). Padidėjus iškrovos srovei dėl sumažėjusios varžos Rн, padidėja tikslinio katodo plotas, kurį dengia iškrova, išlydžio srovės tankis ir iškrovos įtampa išlieka pastovūs ir žemi, o purškimo greitis yra mažas ( paprastai švytinčios iškrovos sritis II). III srityje visą tikslinę sritį dengia iškrova, o padidėjus iškrovos srovei, padidėja iškrovos srovės tankis, iškrovimo įtampa ir purškimo greitis. III sritis, vadinama anomalios švytėjimo iškrovos sritimi, naudojama kaip darbo sritis katodo purškimo procesuose. Siekiant užkirsti kelią perėjimui į lankinio iškrovimo sritį (IV sritis), numatytas intensyvus taikinio vandens aušinimas ir maitinimo šaltinio galios ribojimas.

Fig. 6b paryškinta srovės-įtampos charakteristikos III darbo sritis. Charakteristikos nuolydis šiame regione priklauso nuo darbinių dujų, mūsų atveju argono, slėgio. Darbo taškas, apibūdinantis apdorojimo režimus - dujų slėgis P, srovė J p ir iškrovos įtampa U p - priklauso nuo maitinimo šaltinio apkrovos charakteristikos.

(2.1)

kur U p yra maitinimo įtampa.

Kita vertus, tikslinis purškimo greitis W g/cm 2 × s

(2.2)

kur C yra purškiamos medžiagos tipą ir darbinių dujų tipą apibūdinantis koeficientas;

U nc - normalus katodo įtampos kritimas (II srovės įtampos charakteristikos sritis);

j p - iškrovos srovės tankis;

d TP – tamsaus katodo erdvės plotis.

Iš (2.2) matyti, kad didžiausias purškimo greitis pasiekiamas esant didžiausiai galiai, išsiskiriančiai iškrovoje. Pagal apkrovos charakteristiką (2.1)

(2.3)

Šiuo atveju vienareikšmiškai nustatoma optimali darbinio dujų slėgio vertė. U n ir R n reikšmių pasirinkimas, kaip minėta, turėtų užkirsti kelią perėjimui į lankinio iškrovimo sritį, kurioje stebimos didelių dalelių išmetimas iš taikinio ir susidaro plona vienodo storio plėvelė. neįmanoma.

2.2 Magnetroninis purškimas

Katodinio purškimo proceso apribojimai ir trūkumai yra šie:

Galimybė išpurkšti tik laidžias medžiagas, galinčias į išlydį išspinduliuoti elektronus, jonizuoti argono molekules ir palaikyti išlydžio degimą;

Mažas plėvelės augimo greitis (vnt. nm/s) dėl reikšmingos išpuršktų medžiagų atomų dispersijos darbo kameros tūryje.

Įvairūs metodai, pagrįsti švytėjimo išlydžiu, yra magnetroninis purškimas. Magnetrono jonų purškimo sistemos – tai diodinio tipo dulkinimo sistemos, kuriose išpurškiamos medžiagos atomai pašalinami nuo taikinio paviršiaus, kai jį bombarduoja darbinių dujų (dažniausiai argono) jonai, susidarę anomalaus švytėjimo išlydžio plazmoje. Norint padidinti purškimo greitį, būtina padidinti taikinio jonų bombardavimo intensyvumą, ty jonų srovės tankį taikinio paviršiuje. Tam naudojamas magnetinis laukas B, kurio lauko linijos yra lygiagrečios purškiamam paviršiui ir statmenos elektrinio lauko linijoms E.

Katodas (taikinys) dedamas į sukryžiuotą elektrinį (tarp katodo ir anodo) ir magnetinį lauką, kurį sukuria magnetinė sistema. Magnetinio lauko buvimas šalia purškiamo taikinio paviršiaus leidžia lokalizuoti anomalinio švytėjimo iškrovos plazmą tiesiai į taikinį. Elektros linijų B lankai yra uždaryti tarp magnetinės sistemos polių. Tikslinis paviršius, esantis tarp lauko linijų B įėjimo ir išėjimo taškų ir intensyviai purškiamas, turi uždaro takelio formą, kurios geometriją lemia magnetinės sistemos polių forma. Kai tarp taikinio (neigiamas potencialas) ir anodo (teigiamas arba nulinis potencialas) taikoma pastovi įtampa, susidaro netolygus elektrinis laukas ir sužadinamas anomalinis švytėjimo išlydis. Elektronai, išspinduliuojami iš katodo veikiant jonų bombardavimui, yra sugaunami magnetinio lauko ir tarsi atsiduria spąstuose, kuriuos sukuria, viena vertus, magnetinis laukas, grąžinantis elektronus į katodą. kita vertus, taikinio paviršius, kuris atstumia elektronus. Dėl to elektronai patiria sudėtingą cikloidinį judėjimą netoli katodo paviršiaus. Šio judėjimo metu elektronai patiria daugybę susidūrimų su argono atomais, užtikrindami aukštą jonizacijos laipsnį, dėl kurio padidėja taikinio jonų bombardavimo intensyvumas ir atitinkamai žymiai padidėja purškimo greitis.

Pagrindiniai magnetrono jonų purškimo sistemų parametrai:

Specifinė purškimo norma – (4-40)·10 -5 g/(cm 2 ·s);

Gamybos proceso efektyvumas (variui) yra 3·10 -6 g/J;

Susidarančių dalelių energija 10-20 eV;

Nusėdusių dalelių energija – 0,2-10,0 eV;

Nusėdimo greitis 10-60 nm/s;

Darbinis slėgis – (5-50)·10 -2 Pa.

Pagrindiniai magnetroninio purškimo sistemų pranašumai yra šie:

Dideli purškimo laipsniai esant žemai darbinei įtampai (≈500 V) ir žemam darbiniam dujų slėgiui;

Maži radiacijos defektai ir nėra substratų perkaitimo;

Mažas plėvelės užterštumo pašalinių dujų intarpais laipsnis;

Galimybė gauti vienodo storio plėveles didelis plotas substratai.

2.3 Aukšto dažnio purškimas

Aukšto dažnio purškimas buvo pradėtas naudoti, kai reikėjo naudoti dielektrines medžiagas. Metalai ir puslaidininkinės medžiagos paprastai purškiamos esant pastoviai įtampai per taikinį. Jei tikslinė medžiaga yra dielektrikas, tada esant pastoviai tikslinio elektrodo įtampai, purškimas greitai sustoja, nes jonų bombardavimo metu dielektriko paviršius įgyja teigiamą potencialą, po kurio jis atspindi beveik visus teigiamus jonus. Norint atlikti dielektrinio purškimo procesą, būtina periodiškai neutralizuoti teigiamą jo krūvį. Šiuo tikslu ant metalinės plokštės, esančios tiesiai už išpurškiamo dielektrinio taikinio, įvedama 1-20 MHz dažnio RF įtampa (dažniausias RF dulkinimo dažnis yra 13,56 MHz, leidžiama naudoti pramonėje).

Kai įtampos pusės banga yra neigiama, ant dielektrinio taikinio (katodo) atsiranda įprastas katodo purškimas. Per šį laikotarpį taikinio paviršius pasikrauna teigiamais jonais, dėl to nutrūksta taikinio jonų bombardavimas. Esant teigiamai pusės bangos įtampai, taikinys yra bombarduojamas elektronais, kurie neutralizuoja teigiamą krūvį tiksliniame paviršiuje, todėl kitame cikle gali atsirasti purškimas.

Pagrindiniai parametrai, pasiekiami aukšto dažnio medžiagų purškimo įrenginiuose:

Savitasis purškimo greitis - 2·10 -7 - 2·10 -6 g/(cm 2 s);

Purškimo proceso efektyvumas (variui) 6·10 -7 g/J;

Susidarančių dalelių energija 10-200 eV;

Nusėdimo greitis – 0,3-3,0 nm/s;

Nusėdusių dalelių energija – 0,2-20 eV;

Darbinis slėgis montavimo kameroje yra 0,5-2,0 Pa.

2.4 Plazmos jonų purškimas savaiminio dujų išlydžio metu

Tokio tipo purškimo sistemose dujų išlydžio degimą palaiko papildomas šaltinis (magnetinis laukas, RF laukas, terminis katodas). 7 paveiksle pavaizduota trijų elektrodų purškimo sistema, kurioje kaip papildomas elektronų šaltinis naudojamas terminis katodas.

Terminis katodas (1) skleidžia elektronus link anodo (3). Šis srautas jonizuoja likusias dujas, palaikydamas išlydžio degimą. Didelis neigiamas potencialas taikomas išpuršktam taikiniui (2), todėl teigiami plazmos jonai (4) patenka į taikinį ir bombarduoja jo paviršių, todėl tikslinė medžiaga purškiasi. Pagalvėlės (5) yra priešais taikinį ir ant jų nusėda purškiama medžiaga.

Savaiminio dujų išleidimo naudojimas leidžia dengti dangą esant žemam darbiniam slėgiui montavimo kameroje (5·10 -2 Pa), o tai užtikrina plėvelės sugaunamų dujų koncentracijos sumažėjimą. kaip nusėdusių dalelių vidutinės energijos padidėjimas dėl sumažėjusio išpuršktų dalelių susidūrimų su dujų molekulėmis keliais į substratą skaičiaus.

Aptariamoje 3 elektrodų sistemoje purškimo greitis reguliuojamas pagal terminio katodo emisijos srovę, slėgį montavimo kameroje ir taikinio įtampą ir gali svyruoti plačiame diapazone (1-1000 A/min).

Taigi, triodinių purškimo sistemų pranašumai, lyginant su standartinėmis diodinėmis dulkinimo sistemomis, yra šie: didesni nusodinimo rodikliai; sumažinti akytumą ir padidinti nusodintų plėvelių grynumą; padidina plėvelių sukibimą su pagrindais.

Klasikinis gavimo būdas švarūs paviršiai Daugelis medžiagų išgaruoja ir kondensuojasi itin dideliame vakuume. Plonos metalų ar elementariųjų puslaidininkių plėvelės, gautos vakuuminio garinimo būdu, dažniausiai būna polikristalinės arba amorfinės, t.y. jose neįmanoma apibrėžta kristalografinė paviršiaus orientacija.

Daugiasluoksnių konstrukcijų technologija turėtų užtikrinti aukštą daugiasluoksnių konstrukcijų medžiagų augimo kokybę ir sąsajų tarp šių medžiagų tobulumą. Tik tokiu atveju galima realizuoti potencialias galimybes, būdingas puslaidininkių supergardelėms ir daugiasluoksnėms magnetinėms struktūroms.

Norint gauti plonas, aukštos kokybės plėveles ir daugiasluoksnes struktūras, dažniausiai naudojami plėvelės medžiagos epitaksinio augimo ant atitinkamo vieno kristalo pagrindo mechanizmai. Plačiausiai naudojamas metodas yra molekulinio pluošto epitaksija (MBE), leidžianti suformuoti tobulus vieno kristalo sluoksnius iš įvairių medžiagų itin didelio vakuumo sąlygomis. Šis metodas buvo sėkmingai naudojamas plonoms puslaidininkių, metalų, dielektrikų, magnetinių medžiagų, aukštos temperatūros superlaidininkų ir daugelio kitų medžiagų plėvelėms auginti. Iki šiol yra sukaupta gana didelė tiek teorinių tyrimų, tiek praktinių darbų apimtis šioje srityje, todėl MBE technologija yra labiausiai paplitęs puslaidininkinių supergardelių ir daugiasluoksnių magnetinių struktūrų gamybos būdas.

Pastaraisiais metais dujinės fazės augimo technologija naudojant metalo-organinius junginius (RGF MOC) tapo vis labiau paplitusi auginant puslaidininkines supergardeles. Šis metodas taip pat naudoja epitaksinį medžiagų augimą ant šildomo pagrindo organinių metalų junginių terminio skilimo metu. Augimo mechanizmai RGF MOS metodu nebuvo taip giliai ištirti kaip MBE, tačiau dauguma puslaidininkinių junginių A III B V, A II B IV ir A IV B VI sėkmingai auginami šiuo metodu.

Tarp epitaksinio augimo metodų puslaidininkinių supergardelių gamybai taip pat galima naudoti skystosios fazės epitaksiją, kai vienkristaliniai sluoksniai gaunami iš persotintų tirpalų, kontaktuojančių su substratu. Temperatūrai mažėjant, iš tirpalo ant pagrindo nusėda perteklinis puslaidininkio kiekis, kuris yra susijęs su puslaidininkinės medžiagos tirpumo sumažėjimu. Geriausi rezultatai gaunami atliekant skystosios fazės epitaksiją A III B V tipo puslaidininkiniams junginiams ir jų kietiesiems tirpalams. Daugiasluoksnės puslaidininkinės konstrukcijos gaminamos kelių kamerų skystosios fazės epitaksijos reaktoriuose, nuosekliai sukuriant kontaktą su skirtingais lydalais.

Plonos magnetinės plėvelės ir daugiasluoksnės magnetinės struktūros gali būti gaminamos įvairiais purškimo būdais, įskaitant aukšto dažnio ir magnetroninį purškimą. Šie metodai leidžia gauti beveik bet kokios sudėties sluoksnius. Kai kurie tyrinėtojai mano, kad geriausios daugiasluoksnės magnetinės struktūros technologijos galimybės atsiranda dėl įvairių elektrolitinio nusodinimo metodų.

3.1 Plonų plėvelių epitaksinio augimo mechanizmai

Su augimo mechanizmais susiję klausimai tampa itin svarbūs kuriant heterostruktūras ir daugiasluoksnes struktūras, kurioms reikalingas didžiausias kompozicijos homogeniškumo laipsnis, kurio storis mažesnis nei 100 Å.

Svarbiausi atskiri atominiai procesai, lydintys epitaksinį augimą, yra šie:

Sudedamųjų atomų arba molekulių adsorbcija substrato paviršiuje;

Paviršinė atomų migracija ir adsorbuotų molekulių disociacija;

Atomų prijungimas prie substrato kristalinės gardelės arba anksčiau išaugusių epitaksinių sluoksnių;

Į kristalinę gardelę neįterptų atomų ar molekulių terminė desorbcija.

Naujos medžiagos kondensacija iš dujinės fazės ant substrato nustatoma pagal atomų arba molekulių susidūrimo su substratu greitį (dalelių, patenkančių per laiko vienetą, ploto vienetą, skaičių).

(3.1)

kur p yra garų slėgis, M yra dalelių molekulinė masė, k yra Boltzmanno konstanta ir T yra šaltinio temperatūra.

Iš dujinės fazės kondensuota dalelė gali iš karto palikti pagrindo paviršių arba pasklisti ant paviršiaus. Paviršiaus difuzijos procesas gali sukelti dalelės adsorbciją ant substrato ar augančios plėvelės paviršiaus arba paviršiaus agregacijos procesą, kartu su kondensuotos medžiagos naujos kristalinės fazės branduolių susidarymu ant paviršiaus. Atskirų atomų adsorbcija, kaip taisyklė, įvyksta augimo stadijose ar kitais defektais. Atominis difuzijos procesas, kurio metu plėvelės ir substrato atomai keičiasi vietomis, vaidina svarbų vaidmenį epitaksinio augimo procese. Dėl šio proceso sąsaja tarp substrato ir augančios plėvelės tampa lygesnė.

Paviršiaus procesus, lydinčius epitaksinį augimą MBE metu, galima apibūdinti kiekybiškai. Kiekvienas iš aukščiau aptartų atskirų atominių procesų pasižymi savo aktyvinimo energija ir, iš pirmo žvilgsnio, gali būti pavaizduotas eksponentiniu dėsniu. Desorbcijos greitis, pvz.

(3.2)

kur E d – desorbcijos proceso aktyvacijos energija, T s – substrato temperatūra.

Fenomenologiniu lygmeniu išskiriami trys pagrindiniai plonų epitaksinių plėvelių augimo tipai:

1. Sluoksnis po sluoksnio augimas. Naudojant šį augimo mechanizmą, kiekvienas paskesnis plėvelės sluoksnis pradeda formuotis tik pasibaigus ankstesnio sluoksnio augimui. Šis augimo mechanizmas dar vadinamas Frank-van der Merwe (FM) augimu. Sluoksnis po sluoksnio auga, kai substrato ir atomų sluoksnio sąveika yra žymiai didesnė nei tarp artimiausių sluoksnio atomų. Sluoksnio po sluoksnio plėvelės augimo scheminis vaizdas, esant skirtingiems dengimo laipsniams  (vieno sluoksnio dalimis ML), parodytas Fig. 8, a.

2. Salos augimas arba Vollmer-Weber augimas (salos augimas, Vollmer Weber, VW). Šis mechanizmas yra visiškai priešingas augimui po sluoksnio. Jo įgyvendinimo sąlyga yra artimų atomų sąveikos vyravimas, o ne šių atomų sąveika su substratu. Naudojant salos augimo mechanizmą, medžiaga nuo pat pradžių nusėda paviršiuje daugiasluoksnių atomų konglomeratų pavidalu (žr. 8b pav.).

3. Tarpinis tarp šių dviejų mechanizmų yra Stransky-Krastanov augimas (Stransky-Krastanov, SK, layer-plus-salagrows), kuriame pirmasis sluoksnis visiškai padengia substrato paviršių, o ant jo auga trimatės plėvelės salelės. Šį mechanizmą gali sukelti daug veiksnių, ypač gana didelis plėvelės ir pagrindo kristalinių gardelių parametrų neatitikimas (žr. 8c pav.).

Sąlygą, ribojančią vienokio ar kitokio augimo mechanizmo įgyvendinimą, galima gauti išanalizavus ryšius tarp paviršiaus įtempimo koeficientų tarp pagrindo ir vakuumo  S, tarp plėvelės ir vakuumo  F bei tarp substrato ir plėvelės  S / F (9 pav.).

Paviršiaus paviršiaus įtempimo koeficientas lygus vienetinio paviršiaus ploto laisvajai energijai. Atitinkamai, šie koeficientai nustato paviršiaus įtempimo jėgas, veikiančias vienam sąsajos ilgio elementui. Pagal šį apibrėžimą jėga dF, veikianti be galo mažą sąsajos tarp dviejų terpių elementą dl, yra lygi

Iš pusiausvyros sąlygos bet kuriam pagrindo sąlyčio linijos ilgio elementui, trimatei plėvelės ir vakuumo salelei (9 pav.), gauname.

čia  – sąlyčio kampas, t.y. plėvelės salelės paviršiaus ir pagrindo paviršiaus liestinės suformuotas kampas.

Jei kontaktinis kampas lygus nuliui, tada sala „pasklinda“ plonu sluoksniu per pagrindo paviršių, o tai atitinka sluoksnio augimo mechanizmą. Ši sąlyga lemia tokį ryšį tarp paviršiaus įtempimo koeficientų:

, augimas po sluoksnio (3.4)

Jei , realizuojamas salos augimo mechanizmas, kurio sąlyga yra

salų augimas (3,5)

Norint išsamiau išvesti sąlygas, kuriomis realizuojamas vienas ar kitas augimo mechanizmas, būtina atsižvelgti į dujinės fazės įtaką plėvelės augimo srityje pusiausvyrai tarp formuojamos plėvelės ir substrato.

Kitas augimo mechanizmas, dažnai svarstomas literatūroje, yra statistinė sedimentacija. Naudojant šį plėvelės auginimo mechanizmą, nusėdusios medžiagos atomai išsidėsto paviršiuje pagal Puasono pasiskirstymą, tarsi būtų išmesti atsitiktinai ir tiesiog priliptų smūgio vietoje.

3.2 Molekulinio pluošto epitaksija

Molekulinio pluošto epitaksija (MBE) iš esmės yra plonų plėvelių vakuuminio nusodinimo technologijos tobulinimas. Jos skirtumas nuo klasikinės vakuuminio nusodinimo technologijos yra susijęs su daugiau aukšto lygio procesų valdymas. Taikant MBE metodą, dėl reakcijų tarp molekulinių arba atominių pluoštų ir substrato paviršiaus ant įkaitinto vienakristalinio substrato susidaro ploni vienakristaliniai sluoksniai. Aukšta substrato temperatūra skatina atomų migraciją paviršiumi, ko pasekoje atomai užima griežtai apibrėžtas pozicijas. Tai lemia plėvelės, kuri susidaro ant vieno kristalo pagrindo, orientuotą kristalų augimą. Epitaksijos proceso sėkmė priklauso nuo ryšio tarp plėvelės ir pagrindo gardelės parametrų, teisingai parinktų krentančių spindulių intensyvumo ir pagrindo temperatūros santykių. Kai vienakristalinė plėvelė auga ant kitokio nei plėvelės medžiagos substrato ir su ja chemiškai nesąveikauja, šis procesas vadinamas heteroepitaksija. Kai substratas ir plėvelė cheminė sudėtis nesiskiria arba šiek tiek skiriasi vienas nuo kito, procesas vadinamas homoepitaksija arba autoepitaksija. Orientuotas plėvelės sluoksnių augimas, kuris patenka į cheminę sąveiką su substrato medžiaga, vadinamas chemoepitaksija. Sąsaja tarp plėvelės ir pagrindo turi tokią pačią kristalinę struktūrą kaip ir substratas, tačiau skiriasi ir nuo plėvelės, ir nuo pagrindo medžiagos.

Lyginant su kitomis plonų plėvelių ir daugiasluoksnių struktūrų auginimo technologijomis, MBE visų pirma pasižymi mažu augimo greičiu ir santykinai žema augimo temperatūra. Šio metodo pranašumai apima galimybę staigiai nutraukti ir vėliau atnaujinti įvairių medžiagų molekulinių pluoštų patekimą į pagrindo paviršių, o tai yra svarbiausia formuojant daugiasluoksnes struktūras su aštriomis sluoksnių ribomis. Galimybė analizuoti augančių sluoksnių struktūrą, sudėtį ir morfologiją jų formavimosi procese naudojant atspindėtos didelės energijos elektronų difrakcijos (ERPRD) ir Augerio elektronų spektroskopijos (EOS) metodą taip pat prisideda prie tobulų epitaksinių struktūrų susidarymo.

Žemiau 10 pav. Parodyta supaprastinta MBE augimo kameros schema.

Itin aukštame vakuume nusodintų medžiagų išgarinimas ant pagrindo, sumontuoto ant manipuliatoriaus su šildymo įtaisu, atliekamas naudojant efuzijos elementus (efuzija – lėtas dujų srautas per mažas skylutes). Efuzinės ląstelės schema parodyta 11 pav. Efuzijos elementas yra cilindrinis stiklas, pagamintas iš pirolitinio boro nitrido arba didelio grynumo grafito. Ant tiglio yra kaitinimo ritė iš tantalo vielos ir šilumos skydas, dažniausiai pagamintas iš tantalo folijos.

Efuzinės ląstelės gali veikti iki 1400 0 C temperatūroje ir atlaikyti trumpalaikį kaitinimą iki 1600 0 C. Ugniai atsparioms medžiagoms, kurios naudojamos plonų magnetinių plėvelių ir daugiasluoksnių struktūrų technologijoje, išgaruoti, išgaravusi medžiaga kaitinama elektroniniu bombardavimu. Išgarintos medžiagos temperatūra kontroliuojama volframo-renio termopora, prispausta prie tiglio. Garintuvas montuojamas ant atskiro flanšo, ant kurio yra elektros laidai šildytuvui ir termoporai maitinti. Paprastai vienoje augimo kameroje yra keli garintuvai, kurių kiekvienoje yra pagrindiniai plėvelių ir priemaišų komponentai.

Šiuolaikinės augimo kameros technologiniai kompleksai MBE paprastai yra įrengtas kvadrupolio masės spektrometras, skirtas analizuoti liekamąją atmosferą kameroje ir stebėti elementų sudėtį viso technologinio proceso metu. Norint kontroliuoti susidariusių epitaksinių struktūrų struktūrą ir morfologiją, augimo kameroje taip pat yra atspindėtas greitųjų elektronų difraktometras. Difraktometras susideda iš elektronų pistoleto, kuris generuoja gerai sufokusuotą elektronų pluoštą, kurio energija yra 10–40 keV. Elektronų pluoštas krenta ant substrato labai mažu kampu jo plokštumos atžvilgiu, išsklaidytos elektronų bangos sukuria difrakcijos paveikslą liuminescenciniame ekrane. Dažnai augimo kamerose arba kelių kamerų MBE kompleksuose kameroje yra elektronų pistoletas su antrinių elektronų energijos analizatoriumi ir jonų pistoletas, skirtas substratams valyti jonų ėsdinimo būdu ir sluoksnio sluoksnio epitaksinių struktūrų sudėties analize. substratų ir epitaksinių struktūrų paruošimui ir analizei.

Technologiniam procesui svarbiausia auginimo kameros sritis yra tarp efuzinių ląstelių ir substrato (10 pav.). Šią sritį galima suskirstyti į tris zonas, kurios paveiksle pažymėtos I, II ir III skaičiais. I zona yra molekulinių pluoštų generavimo zona šioje zonoje, kiekvienos iš efuzijos ląstelių suformuoti molekuliniai pluoštai nesikerta ir neveikia vienas kito. Antroje zonoje (II zona – išgaravusių elementų maišymosi zona) susikerta molekulinės sijos, vyksta įvairių komponentų maišymasis. III zona - kristalizacijos zona - yra arti substrato paviršiaus. Šioje zonoje epitaksinis augimas vyksta molekulinio pluošto epitaksijos proceso metu.

Pramonėje, tyrimų laboratorijose plačiai paplitęsŠiuo metu yra gauti automatizuoti daugiamoduliai kompleksai, skirti molekulinio pluošto epitaksijai. Modulis yra įrenginio dalis, išsiskirianti funkcinėmis ir dizaino savybėmis. Moduliai skirstomi į technologinius ir pagalbinius. Kiekvienas technologinis modulis skirtas tam tikram technologiniam procesui atlikti (pagrindų valymui ir jų paviršiaus būklės analizei, puslaidininkinių plėvelių epitaksijai, metalų ir dielektrikų nusodinimui ir kt.). Pagalbiniai moduliai yra, pavyzdžiui, substratų pakrovimo ir iškrovimo modulis, išankstinio vakuuminių kamerų siurbimo ir degazavimo modulis ir kt. MBE kompleksas, priklausomai nuo technologinių užduočių, gali būti komplektuojamas su skirtingu skaičiumi specializuotų modulių, sujungtų tarpusavyje šliuzo įtaisai ir sistema, skirta substratams ir pavyzdžiams perkelti iš vieno modulio į kitą nepažeidžiant vakuumo.

Plėtros tendencijos MBE instaliacijų kūrimo kryptimi yra susijusios su vis plačiau paplitusiu įmontuotos analitinės įrangos naudojimu ir technologinio proceso automatizavimu, leidžiančiu pagerinti išaugintų epitaksinių struktūrų savybių atkuriamumą ir sukurti sudėtingas daugiasluoksnes struktūras. . Komplekso analitinę įrangą PAP modulyje reprezentuoja įmontuotas Auger spektrometras ir jonų pistoletas substratų valymui bei Auger profiliavimui. Kiekviename iš EPS ir EPM blokų yra masės spektrometras, skirtas likutinėms dujoms ir molekuliniams pluoštams stebėti, ir atspindėtas greitųjų elektronų difraktometras, skirtas stebėti epitaksinių sluoksnių struktūrą ir morfologiją augimo proceso metu. Be vakuuminės-mechaninės sistemos, komplekse yra automatizuota procesų valdymo sistema, leidžianti savarankiškai ir vienu metu valdyti technologinius procesus tiek operatoriaus valdomu, tiek automatiniu režimu.

Plonos plėvelės plačiai naudojamos technologijoje kaip atsparios dilimui ir korozijai, antifrikcijai, apsauginės ir dekoratyvinės bei kitos dangos. Jie plačiai naudojami optikoje (poliarizaciniai filtrai, spindulių skirstytuvai, antirefleksinės dangos ir kt.) bei elektronikos pramonėje gaminant prietaisus ir integrinius grandynus (ominius kontaktus, srovę vedančius takelius, kondensatorių, prietaisų ant magnetinių plėvelių gamyboje), puslaidininkinės epitaksinės plėvelės).

Literatūra

1. Epifanov G.I., Moma Yu.A. Fiziniai REA ir EVA dizaino ir technologijų pagrindai: vadovėlis universitetams. – M.: Tarybinis radijas, 1979. – 352 p.

2. Vakuuminis plėvelių nusodinimas beveik uždarame tūryje. M., „Tarybų radijas“, 1975, 160 p. / Yu Z. Bubnov, M. S. Lurie, F. G. Staros, G. A. Filaretov.

3. Puslaidininkinių įtaisų ir mikroelektronikos gaminių technologija. 10 knygų: Vadovėlis. Nauda profesinėms mokykloms. Knyga 6. Plėvelių taikymas vakuume / Minaychev V. E. – M.: Aukštasis. mokykla, 1989. – 110 p.: iliustr.

4. Efimov I. E. ir kt. Mikroelektronika. Fiziniai ir technologiniai pagrindai, patikimumas. Vadovėlis Vadovas universitetams. M: „Aukščiau. mokykla“, 1977. – 416 p. su ligoniu.

5. Karpenko G. D., Rubinšteinas V. L. Šiuolaikiniai metodai dengiant plonasluoksnes dangas vakuume, susidaro nusėdusios medžiagos. Minskas: BelNIINTI, 1990 – 36 p.

6. Kostrzhitsky A.I., Lebedinskis. Daugiakomponentės vakuuminės dangos. –M: „Mechanikos inžinerija“, 1987 – 207 p.

7. Butovskis K. G., Lyasnikovas V. N. Purškiamos dangos, technologija ir įranga. – Saratovas: „Saratovo valstybė. tech. Universitetas“, 1999 – 117 p.

8. Kudinovas V.V., Bobrov G.V. Purškimo danga. Teorija, technologija ir įranga. – M.: „Metalurgija“, 1992 - 431 p.

9. O.S.Trushinas, V.F.Bočkarevas, V.V.Naumovas. Plėvelių epitaksinio augimo procesų modeliavimas jonų-plazmos dulkinimo sąlygomis.//Mikroelektronika, 2000, 29 tomas, Nr. 4, p. 296-309

Navigacija:

Vakuuminio nusodinimo procesas susideda iš dangų (plonų plėvelių) nusodinimo vakuuminėje sferoje metodų grupės, kai kompensacija vyksta dėl elemento sukeltos tiesioginės garų kondensacijos.

Yra šie vakuuminio nusodinimo etapai:

• Dujų (garų) gamyba iš komponentų, gaminančių kompensaciją;
• Garų transportavimas į pagrindą;
• Garų kaupimasis substrate ir purškimo susidarymas;

Vakuuminio nusodinimo metodų sąrašas apima šiuos mokslinius ir techninius judėjimus, be to greiti tipaišias operacijas.

Terminio purškimo būdų sąrašas:

• Garinimas naudojant galvaninę spindulį;
• Garinimas naudojant lazerio spindulį.

Vakuuminis lanko garinimas:

• Žaliava išgarinama katodo vietoje, už tai atsakingas elektros lankas;
• Epitaksija naudojant molekulinį spindulį.

Jonų sklaida:

• Pradinės žaliavos yra purškiamos jonų bombardavimu ir paveikiamos ant pagrindo.

Taikymas

Vakuuminis kompensavimas naudojamas kuriant plokštuminius komponentus, eksploatacinių dangų įtaisus ir mechanizmus – laidininkus, izoliatorius, atsparius dilimui, atsparius korozijai, atsparius erozijai, antifrikciją, atsparumą dilimui, barjerą ir kt. Šios manipuliacijos naudojamos dekoratyvinėms dangoms padengti, pavyzdžiui, surenkant laikrodžio judesius su paauksuotu paviršiumi ir dengiant akinių rėmelius. Viena iš pagrindinių mikroelektronikos operacijų, kur naudojama laidžių sluoksnių dengimui (metalizacija). Vakuuminis kompensavimas naudojamas optinėms dangoms išgauti: antirefleksinė, atspindinti, filtruojanti.

Chemiškai aktyvios dujos, pavyzdžiui, acetilenas (dangoms, kurios įveda anglį), nemetalas, oro erdvė gali būti įtrauktos į mokslo ir technikos sritį. Chem. atsaką substrato plokštumoje sukelia vienos iš dujų sistemos konfigūracijų dujų kaitinimas arba jonizacija ir disociacija.

Naudojant vakuuminio nusodinimo metodus, gaunama danga, kurios storis gali siekti kelis angstremus arba siekti daug mikronų, kaip taisyklė, dėl nusodinimo paviršiaus nereikia papildomo apdorojimo.

Vakuuminio nusodinimo metodai

Kiekvieno purškiamo komponento grūdelio likimas atsitrenkus į paviršių priklauso nuo jo energijos, paviršiaus temperatūros ir cheminių savybių. plėvelės elementų ir komponentų giminingumas. Atomai ar molekulės, pasiekę plokštumą, turi visas galimybes arba nuo jos atsispindėti, arba adsorbuotis ir po tam tikro laiko ją palikti (desorbcija), arba adsorbuotis ir plokštumoje susidaryti kondensatą (kompaktorius). Esant didelei grūdų energijai, aukštai plokštumos temperatūrai ir nereikšmingai cheminei medžiagai giminingumas, elementas atsispindi paviršiuje. Detalės plokštumos temperatūra, virš kurios nuo jos atsispindi visos dalelės ir sluoksnis nesusidarys, vadinama rimta vakuuminio nusodinimo temperatūra, jos reikšmė priklauso nuo plėvelės elementų pobūdžio ir komponentų plokštumos; ir apie lėktuvo būklę. Esant itin mažiems garuojančių elementų srautams, įskaitant atvejį, kai šios dalelės adsorbuojamos plokštumoje, bet retai susitinka su kitomis panašiomis dalelėmis, jos yra desorbuojamos ir negali sukurti branduolių, tai yra, sluoksnis visiškai neauga. Rimtas garuojančių komponentų srauto dažnis esant tam tikrai plokštumos temperatūrai yra mažiausias tankis, kuriam esant dalelės kondensuojasi ir sudaro dangą.

Vakuuminis plazminis purškimas

Pagal šį metodą plonos 0,02–0,11 mikrono storio plėvelės gaunamos kaitinant, išgarinant ir nusodinant komponentą ant pagrindo atskiroje kameroje esant suslėgtų dujų slėgiui. Didžiausias liekamųjų dujų poveikis kameroje sukuriamas naudojant vakuuminį siurblį, maždaug 1,2x10-3 Pa.

Darbinėje kameroje yra metalinis arba stiklinis dangtelis su išorinio vandens aušinimo koncepcija. Kamera yra centrinėje plokštėje ir sukuria su ja nuo vakuumo apsaugotą jungtį. Substratas, kuriame atliekamas nusodinimas, yra pritvirtintas prie laikiklio. Šalia pagrindo yra šildytuvas, įkaitinantis pagrindą iki 2400-4400 oC, kad būtų pagerintas purškiamos plėvelės sukibimas. Kondensatoriuje yra šildytuvas ir purškiamo komponento šaltinis. Pereinamoji sklendė blokuoja garų srautą iš garintuvo į pagrindą. Kompensacija galioja tol, kol sklendė neužspaudžiama.

Purškiamam komponentui šildyti daugiausia naudojami 2 tipų garintuvai:

• Tiesiai šildomas kelių laidų arba dvigubos juostos šilumokaitis, pagamintas iš volframo arba molibdeno;
• Elektroniniai radialiniai garintuvai su išgarinto komponento kaitinimu galvaniniu bombardavimu.

Sprogstamasis lakavimas naudojamas plėvelėms iš daugiakomponentinių elementų nusodinti. Šiuo atveju kondensatorius pašildomas iki 15 000 °C ir apibarstomas garuojančių elementų mišinio milteliais. Panašus metodas gali būti naudojamas kompozitinėms dangoms gauti.

Kai kurie populiarūs dangos elementai (pavyzdžiui, auksas) blogai sukimba su siliciu ir kitais puslaidininkiniais elementais. Prastos kokybės išgarinto elemento sukibimo su pagrindu atveju garinimas klojamas 2 sluoksniais. Pirmiausia ant pagrindo užtepamas lydinio sluoksnis, kuris puikiai sukimba su puslaidininkiniu pagrindu. Tada purškiamas pagrindinis sluoksnis, kuriame anksčiau buvo puikus ryšys su posluoksniu.

Jonų-vakuuminis purškimas

Šį metodą sudaro sukeliančio komponento elemento, esančio prieš neigiamą potencialą, išpurškimas dėl bombardavimo neaktyvių dujų jonais, atsirandančiais sužadinant švytėjimo išlydį vakuuminio nusodinimo įrenginyje.

Neigiamą krūvį turinčio elektrodo medžiaga purškiama veikiant jonizuotoms neaktyvių dujų atomams, patekusiems į jį. Šie susmulkinti pereinamieji atomai nusėda ant pagrindo viršaus. Pagrindinis jonų-vakuuminio purškimo metodo privalumas yra tai, kad nereikia kaitinti garintuvo iki aukštos temperatūros.

Švytėjimo iškrovos atsiradimo mechanizmas. Trūkstanti iškrova stebima kamerose su mažu dujų slėgiu tarp 2 metalinių elektrodų, kurie tiekiami aukšta įtampa iki 1-3 kW. Šiuo atveju neigiamas elektrodas dažniausiai yra įžemintas. Katodas yra purškiamo elemento taikinys. Iš kameros pirmiausia ištraukiama oro erdvė, po to išleidžiamos dujos iki 0,6 Pa slėgio.

Švytėjimo iškrova gavo savo pavadinimą dėl vadinamojo švytėjimo taikinyje (katodo). Šį spindesį sukelia didelis talpos sumažėjimas sandariame tūrinio krūvio sluoksnyje šalia katodo. Greta TC zonos yra Faradėjaus tamsiosios vietos sritis, kuri virsta teigiama kolona, ​​kuri yra savarankiška iškrovos dalis, visiškai netinkama nuo kitų iškrovos sluoksnių.

Be to, šalia anodo yra nedidelis erdvės krūvio sluoksnis, vadinamas anodo sluoksniu. Kitas tarpelektrodinio tarpo elementas yra užfiksuotas plazmos kvazineutraliu. Naudodamas panašų metodą, fotoaparatas seka rastrinį švytėjimą iš kintančių tamsių ir šviesių juostelių.

Kad srovė praeitų tarp elektrodų, būtina stabili elektronų emisija iš katodo. Ši emisija gali būti sukelta per prievartą kaitinant katodą arba apšvitinant jį ultravioletine šviesa. Toks iškrovimas nėra nepriklausomas.

Vakuuminis aliuminio nusodinimas

Kai kuriais atvejais, ypač purškiant plastiką, naudojama aliuminio metalizacija, o šis metalas yra gana lengva žaliava ir niekaip neatspari dilimui, šiuo atveju reikalingi tam tikri specialūs moksliniai ir techniniai metodai. Vartotojas turi suprasti, kad geriausia apsaugoti panašius komponentus nuo užteršimo iš karto po štampavimo, be to, nepageidautina naudoti įvairius tepimo miltelius ir miltelius spaudos figūrose.

Vakuuminis metalų nusodinimas

Metalus, kurie gali išgaruoti tik esant žemesnei nei jų lydymosi zona, kaitinti nuolatine srove, sidabro ir aukso mazgai garinami šaudyklinėse vonelėse su tantalu arba volframu. Kompensacija turi būti atliekama kameroje, kurioje slėgis mažesnis nei 10-3 mm Hg. Art.

Vakuuminis jonų-plazmos purškimas

Kad atsirastų nepriklausomas švytėjimo išlydis, būtina sukelti elektronų emisiją iš katodo, taikant aukštą 2-4 kW įtampą tarp elektrodų. Jeigu taikoma įtampa viršija kameroje esančių dujų (dažniausiai Ar) jonizacijos gebėjimą, tokiu atveju dėl elektronų susidūrimo su Ar molekulėmis dujos jonizuojasi susidarant teigiamo krūvio Ar+ jonams. Dėl to katodo juodosios erdvės srityje atsiranda nedidelis regėjimo iškrovimas ir dėl to stiprus elektrinis laukas.

Ar+ jonai, gaudami energiją numatytoje zonoje, tuo pačiu momentu išmuša katodo elemento atomus, provokuodami šoninių elektronų emisiją iš katodo. Ši emisija išsaugo nepriklausomą švytėjimo iškrovą. Pereinamieji atomai iš katodo elemento pasiekia substratą ir nusėda ant jo plokštumos.

UVN vakuuminio purškimo įrengimas

Konstrukcija aprūpinta dideliu modernių prietaisų ir prietaisų kompleksu, garantuojančiu nusistovėjusių savybių metalų, jų sintezių ir lydinių dangų nusodinimą, puikų sukibimą ir aukštą vienodumą pagal plotą.

Prietaisų ir instrumentų rinkinys, įtrauktas į įrenginio struktūrą:

• Pusiau automatinis vakuuminės sistemos valdymo šaltinis;
• Magnetronų dulkinimo teorija stabilioje srovėje;
• Šildymo koncepcija (su nustatytos temperatūros valdymu ir palaikymu);
• Išpurkštų prekių valymo rūkančio išleidimo srityje koncepcija;
• Produktų judėjimo vakuuminėje sferoje koncepcija;
• Skaitmeninis vakuumo matuoklis;
• Augančių plėvelių atsparumo valdymo koncepcija;
• Inverterio maitinimo šaltinis magnetronams.

Pagrindinė vakuuminio įrenginio funkcinė paskirtis – sukurti ir palaikyti techninį vakuumą, kuris pasiekiamas išpumpuojant mišinį iš sistemos. Vakuuminiai įrenginiai plačiai naudojami metalurgijos, tekstilės, chemijos, automobilių, maisto ir farmacijos pramonėje. Pagrindinės instaliacijos dalys yra siurblys, skydelis su filtrais ir kameros valdymo blokas.

Navigacija:

Vakuuminių įrenginių taikymas

Vakuuminiai įrenginiai gali būti naudojami laboratoriniams tyrimams. Įeina į mikroskopus, chromatografus, garintuvus ir filtravimo sistemas. Šiems tikslams gali tikti įrenginys, kuris neužims didelio ploto. Tokių vienetų našumas nėra pirmoje vietoje. Dažniausiai tai yra forvakuuminis arba turbomolekulinis siurblys. Dirbant su agresyviomis dujomis, geriausias pasirinkimas yra diafragminis siurblys.

Vakuuminiai įrenginiai atlieka svarbų vaidmenį tikrinant įrangą. Jie užtikrina reikiamą pakilimo į orlaivį greitį. Kad kilimo ar tūpimo procesas vyktų sėkmingai, būtina užtikrinti greitas greitis siurbimas.

Sausieji siurbliai naudojami puslaidininkių ir nusodinimo vakuuminiams įrenginiams, medžiagų nusodinimui. Idealiai tinka sukurti itin aukštą vakuumą. Tai apima turbomolekulinius ir kriogeninius siurblius.

Metalurgijos pramonė aktyviai naudoja siurblius, kurių pralaidumas yra pakankamas. Jie turi būti atsparūs dilimui, nes sistemoje yra dulkių ir nešvarumų. Sraigtiniai ir sraigtiniai siurbliai, atliekantys priekinį vakuuminį siurbimą, puikiai susidoros su pramoninėmis užduotimis. Galima naudoti difuzinius siurblius.

Vakuuminis įrenginys 976A yra laboratorinio tipo. Jis skirtas asfaltbetonio vandens prisotinimui laboratorinėmis sąlygomis nustatyti. Darbinis kameros tūris yra 2 litrai. Vakuuminis įrenginys gali sukurti galutinį vakuumą, kurio vertė yra 1x10-2.

Vakuuminių instaliacijų elementai

Vakuuminiai įrenginiai sukuria ir palaiko darbinį vakuumą tam tikrame sandariame tūryje. Paprastai šiam tikslui naudojami elementai, kurių paskirtis yra tokia pati. įvairių tipų instaliacijos. Juose yra valdymo blokas su valdymo stovu, vakuuminis blokas, antrinis dangtelis, aušinimo sistemos ir vakuuminė sistema bei dangtelio pakėlimo pavara. Vakuuminė sistema susideda iš bet kokio tipo siurblio, vakuuminio bloko, vamzdynų, vakuumo matuoklio ir elektromagnetinio nuotėkio.

Vakuuminiai įrenginiai Busch

Busch vakuuminės sistemos, visų pirma, yra aukštos kokybės vakuuminiai siurbliai. Įmonė gamina tokius agregatus kaip R5 vakuuminio siurblio rotacinis mentelės modelis. Jis išsiskiria aukšta kokybe ir našumu. Maksimalus įrenginio slėgis svyruoja nuo 0,1 iki 20 hPa. Terpės siurbimo greitis siekia 1800 m3/val. Antra, tai yra kumštiniai siurbliai ir kompresoriai. Vienas iš tokių yra Mink modelis. Plačiai naudojamas pramonėje. Ypač ten, kur būtina palaikyti pastovų vakuumo lygį. Didžiausias slėgis svyruoja nuo 20 iki 250 hPa. Siurbimo greitis gali siekti 1150 m3/val.

Vakuuminiai įrenginiai Bulat

Vienas iš įrenginių, skirtų plonasluoksnėms dangoms padengti, pavyzdys yra Bulat modelis. Jis padengia plėvelę vakuumo-plazmos metodu. Gali gaminti dangą per kitas elektrai laidžias medžiagas. Tai molibdenas, cirkonis, nitridas ir karbonitridas. Iš pradžių modelis buvo sukurtas metaliniams protezams dengti. Įrenginys apima siurblinę, priekinį vakuuminį įrankį ir susijusią elektros įrangą.

Kiti vakuuminių sistemų gamintojai

Agilent Technologies yra viena didžiausių vakuuminės įrangos gamintojų. Įmonė gamina vakuuminius siurblius, nuotėkio detektorius, vakuumo matuoklius, vakuumines alyvas ir kitus sistemų komponentus.

Air Dimensions Inc. specializuojasi masinėje aukštos kokybės diafragminių siurblių, kurie atlieka korozinių dujų mėginių ėmimą, bei sausųjų membraninių kompresorių gamyboje.

Edwards gamina laboratorinę ir pramoninę vakuuminę įrangą. Tarp jų yra vakuuminiai siurbliai, vakuumo matuokliai ir kt. pagalbinė įranga. Jis garsėja tuo, kad gamina platų įvairių tipų siurblių asortimentą.

Vakuuminio purškimo įrenginiai

Naudojant vakuuminį nusodinimo įrenginį (VSP), įvairios dalys padengiamos dangomis, kurios atlieka laidžias, izoliacines, atsparias dilimui, barjerines ir kitas funkcijas. Šis metodas yra labiausiai paplitęs tarp kitų mikroelektronikos procesų, kuriuose naudojama metalizacija. Tokių įrenginių dėka galima gauti antirefleksines, filtravimo ir atspindinčias dangas.

Kaip dengimo medžiagas galima naudoti aliuminį, volframą, titaną, geležį, nikelį, chromą ir kt. Jei reikia, į terpę galima įpilti acetileno, azoto ir deguonies. Aktyvinimas cheminė reakcija dujų kaitinimo, jonizacijos ir disociacijos metu. Po dengimo procedūros papildomo apdorojimo nereikia.

UVN-71 P-3 instaliacija gali išbandyti technologinį purškimą. Ji dalyvauja serijinėje įvairių filmų grandinių gamyboje. Su jo pagalba didelio vakuumo sąlygomis gaminamos plonos plėvelės. Naudojamas varžinis metalų išgarinimo metodas.

UV-24 vakuuminis įrenginys atlieka laboratorinius asfaltbetonio tyrimus. Padeda nustatyti jo kokybę. Išskirtinis šio įrenginio bruožas yra tai, kad yra du pumpuojami bakai, kurie yra sujungti vienas su kitu.

Magnetroninis purškimas

Magnetroninio dulkinimo metu plona plėvelė nusodinama naudojant katodinį purškimą. Prietaisai, naudojantys šį metodą, vadinami magnetroniniais dulkintuvais. Šis įrenginys gali purkšti daugybę metalų ir lydinių. Kai naudojamas įvairiose darbo aplinkose su deguonimi, azotu, anglies dioksidu ir kt. gaunamos skirtingos kompozicijos plėvelės.

Jonų purškimas

Jonų instaliacijos veikimo principas vakuume yra kietųjų kūnų bombardavimas jonais. Padėjus substratą į vakuumą, ant jo krenta atomai ir susidaro plėvelė.

Kiti purškimo būdai

Vakuuminis purškimas gali būti atliekamas naudojant periodinius ir nuolatinis veiksmas. Periodiškai veikiantys įrenginiai naudojami tam tikram perdirbtų produktų skaičiui. Masinėje arba serijinėje gamyboje naudojami nuolatiniai įrenginiai. Yra vienos ir kelių kamerų purškimo įrangos tipai. Kelių kamerų įrenginiuose purškimo moduliai yra išdėstyti nuosekliai. Visos kameros yra apipurškiamos tam tikra medžiaga. Tarp modulių yra oro užrakto kameros ir transportavimo konvejerio įtaisas. Jie atlieka vakuumo susidarymo, plėvelės medžiagos išgarinimo ir transportavimo operacijas atskirai.

Vakuuminiai įrenginiai

VVN 12 tipo vakuuminis vandens žiedinis siurblys siurbia orą, neagresyvias dujas ir kitus mišinius, kurių negalima išvalyti nuo drėgmės ir dulkių. Į įrenginį patenkančių dujų valyti nereikia.

Vakuuminis vožtuvas AVZ 180 yra universalus, turi geras rodiklis maksimalus liekamasis slėgis, lengvas ir greitas bei kompaktiškas.

Vakuuminio ritininio vožtuvo AVZ 180 techninės charakteristikos.

Vakuuminis įrenginys AVR 50 gali išsiurbti orą, neagresyvias dujas, garus ir garų-dujų mišinius iš vakuuminių erdvių. Jis nėra skirtas pirmiau minėtiems junginiams siurbti iš vienos talpyklos į kitą. Jį sudaro du siurbliai: NVD-200 ir 2NVR-5DM.

ZENKO PLASM kompanija, bendradarbiaudama su FHR Anlagenbau GmbH (Vokietija), siūlo vakuuminio nusodinimo sistemas, skirtas mikroelektronikai, fotovoltikai, jutikliams, optikai, MEMS, organiniams ekranams (OLED) ir architektūrinio stiklo gamybai. FHR įmonė išsiskiria aukščiausia vokiška konstrukcijos kokybe, nuosavu demonstraciniams procesams skirtos įrangos parku, galimybe gaminti beveik bet kokią sistemą pagal užsakymą ir daugiau nei 20 metų aukštųjų technologijų įrangos gamybos patirtį. Tuo pat metu FHR priklauso Centrotherm photovoltaics AG holdingui – vienam iš pasaulio lyderių, gaminančių įrangą, skirtą fotovoltinės, mikroelektronikos ir puslaidininkių gamybai. ZENKO PLASMA teikia konsultacijas, tiekimą, paleidimą, garantinį ir pogarantinį aptarnavimą.

Siūlomos šios serijos vakuuminės purškimo sistemos:

Ritimas į ritinį- pramoninės sistemos, skirtos magnetroniniam arba terminiam metalo, oksido ir nitridų sluoksnių purškimui ant polimerinių ir metalinių plėvelių (principo ritinys iki ritinio), kurių plotis iki 2400 mm (2,4 m). Šios sistemos naudojamos apdirbant ritinines medžiagas plonų metalinių ir polimerinių plėvelių pagrindu, maisto pramonėje, gaminant lanksčią (organinę) elektroniką, lanksčią saulės elementų(plonasluoksnės technologijos CIGS, CdTe, a-Si), optinėms dangoms, turinčioms didelį atspindį, barjerinius, laidžius, izoliuojančius sluoksnius, nusodinimui. Palaikomi šie technologiniai procesai: magnetroninis purškimas (DC, MF, RF režimai), paviršiaus valymas jonų pluoštu, sausas ėsdinimas, terminis purškimas, terminis atkaitinimas, plazminis cheminis nusodinimas (PECVD). galimas vakuuminis pakrovimo vartai.

Linija– pramoninės vakuuminio nusodinimo sistemos su horizontaliu arba vertikaliu iki 2,2 m pločio ir iki 4 m ilgio stiklo ar metalo substratų apdirbimu. Daugiausia naudojamos skaidrių laidžių oksidų (TCO) nusodinimui plonasluoksnių saulės elementų gamyboje. architektūrinio stiklo gamyboje, siekiant pagerinti šilumos perdavimo koeficientą ir šviesos pralaidumą; gaminant ekranus (įskaitant OLED), taikymo srityje apsauginės dangos. Apdorojimo linija užtikrina aukščiausią purškiamų plėvelių produktyvumą ir kokybę. Galimos individualios konfigūracijos, priklausomai nuo substrato matmenų, našumo ir nusodinimo proceso parametrų.

Žvaigždė– ši serija yra klasterio tipo sistema su vienu apdorojimu, skirta smulkiai gamybai ir MTEP mikroelektronikos, optikos, MEMS, jutiklių srityje. Leidžia dirbti tiek su vienkartiniu iki 300 mm skersmens plokščių pakrovimu, tiek su kasetėmis. Centrinis robotas užtikrina pagrindo judėjimą tarp technologinių sistemos modulių. Gali būti komplektuojamas su plokštelių pakrovimo vartais, technologiniais moduliais: ėsdinimas (PE, RIE), terminis garinimas, elektronų pluošto išgarinimas, terminis atkaitinimas (RTP/FLA), magnetroninis purškimas, plazminis cheminis nusodinimas (PECVD, CVD), nusodinimas atominiu sluoksniu ( ALD). Šios serijos sistemos yra aktualios, kai viename instaliacijoje reikia turėti kelis technologinius procesus. Galima montuoti per sieną švariose patalpose.

Boxx– šios serijos nusodinimo sistemos suteikia grupinį substratų apdorojimą gaminant mažas optinių sistemų, MEMS ir jutiklių partijas. Sistemose gali būti įrengti vakuuminio pakrovimo vartai. Substratai rankiniu būdu kraunami ant besisukančio būgno darbo kameroje. Kai būgnas sukasi, substratai praeina per skirtingas magnetroninio purškimo dalis (DC, RF), todėl vienu procesu galima išpurkšti kelias medžiagas. Plazminio paviršiaus valymo sekcija įrengiama pagal poreikį. Pasirinktinai galima sumontuoti iki kelių tokių būgnų, naudoti šliuzo apkrovą, taip pat užtikrinti substratų šildymą nusodinimo proceso metu. Galima montuoti per sieną švariose patalpose.

Mikro– šios serijos purškimo įrenginiai daugiausia skirti tyrimams, plėtrai ir nedidelės apimties gamybai. Įrenginiai skirti vienkartiniam iki 200 mm skersmens substratų, įskaitant kvadratinius ir stačiakampius, apdorojimui. Įrenginiai leidžia nusodinti tiek metalinius, tiek dielektrinius sluoksnius. Galimos magnetroninio purškimo ir terminio garinimo sistemos. Sistemos išsiskiria kompaktiškumu, lanksčia konfigūracija, įrengimo, naudojimo ir priežiūros paprastumu.

Siūlome galimybę gaminti taikinius magnetroninio purškimo įrenginiams. Šiuolaikinės gamybos technologijos leidžia gaminti tiek plokštuminius, tiek cilindrinius taikinius, įskaitant ir nestandartinius pagal brėžinius. Galimi šių tipų medžiagos: metalas, lydiniai (Al, Cr, Ti, Ni, In), boridai, karbidai, nitridai, oksidai, silicidai, sulfidai, teluridai. Pasakykite mums savo poreikius ir mes pateiksime tinkamą sprendimą.