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6.4 deposición al vacío térmica

Thermovacuum método de producción de películas delgadas se basa en el calentamiento en el vacío a su sustancia activa de la evaporación y la condensación de los átomos de condensado sobre la superficie del sustrato. Las ventajas del método de deposición de películas delgadas por evaporación térmica son de alta pureza del material depositado (el proceso se lleva a cabo a alta y ultra-alto vacío), la versatilidad (depositado películas de metal, aleaciones, semiconductores, dieléctricos) y la relativa facilidad de aplicación. Las limitaciones del método son la tasa de deposición no regulado, las partículas bajas, inestables y no reguladas depositada energía.

La esencia del método de deposición al vacío térmico puede explicarse mediante el esquema de instalación simplificada de ris.1.

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Fig. 1 configuración experimental evaporación al vacío térmico.

La sustancia a pulverizar se coloca en una unidad de calentamiento (evaporador) 1, donde es a una temperatura suficientemente alta para evaporar rápidamente. El vacío que se crea dentro de la cámara de bombas especiales molécula de sustancias libremente y se extendió rápidamente al espacio circundante, que llegan a la superficie del sustrato particular 2 vaporiza. Si la temperatura del sustrato es superior a un valor crítico, se produce condensación en el material de sustrato, es decir, el crecimiento de la película. En la fase inicial de la evaporación con el fin de evitar la contaminación de la película debido a las impurezas sustancias vaporizables de superficie adsorbido, y dar salida a la temperatura de trabajo del evaporador se utiliza 4 amortiguador superposición temporalmente el flujo de material sobre el sustrato. Dependiendo del propósito funcional de la película durante la deposición se controla el tiempo de deposición, el espesor, la resistencia eléctrica o cualquier otro parámetro. Al llegar a un valor predeterminado del parámetro de la solapa de nuevo se cierra el flujo de material y el proceso de crecimiento de la película se termina. El calentamiento del sustrato usando un calentador antes de la pulverización 3 promueve la desorción de átomos adsorbidos en la superficie y en el proceso de deposición crea condiciones para mejorar la estructura de la película en crecimiento. Continuamente el funcionamiento del sistema de bombeo de vacío apoya sobre 10 4-Pa.

El calentamiento del material evaporado a una temperatura a la que se evapora a cabo intensamente electrónicamente o por un rayo láser, la radiación de microondas, utilizando un calentador resistivo (pasando directamente una corriente eléctrica a través de la muestra de la sustancia deseada o transferencia de calor desde la espiral calienta). En general, el método cuenta con una gran variedad de métodos de calentamiento de una sustancia vaporizada y diseños para evaporadores.

Si se quiere producir una película de un material de múltiples componentes, el uso de múltiples evaporadores. Dado que la tasa de evaporación de los diversos componentes de diferente, para asegurar la reproducibilidad de la composición química de las películas de múltiples componentes preparados es difícil. Por lo tanto, el método de deposición al vacío térmico se utiliza principalmente para los metales puros.

Todo el proceso de deposición al vacío térmico se puede dividir en tres etapas: la evaporación de los átomos de la materia, de transferirlos al sustrato y la condensación. La evaporación de la superficie de la sustancia se lleva a cabo, en general, a cualquier temperatura diferente de cero absoluto. Suponiendo que la evaporación de moléculas (átomos) de la sustancia se produce en la cámara, que de pared suficientemente fuertemente calentada y el vapor condensado (reflejan molécula), el proceso de evaporación está en equilibrio, es decir el número de moléculas que salen de la superficie de una sustancia es el número de moléculas, volviendo a sustancia. La presión de vapor que corresponde al estado de equilibrio del sistema, se denomina presión de vapor, o su elasticidad.

La práctica demuestra que el proceso de deposición de la película sobre el sustrato se produce a una velocidad de producción aceptable, si la presión de vapor es aproximadamente igual a Pa 1,3. La temperatura de la sustancia, en la cual r = 1,3 Pa (pu - presión de vapor a la temperatura de evaporación), llamada temperatura T condicionalconv. Para algunas sustancias por encima de la temperatura convencional de la temperatura de fusión TplPara algunos - a continuación. Si Tconv <Tpl, La sustancia puede ser rápidamente evapore de la fase sólida (sublimación). De lo contrario, la evaporación se lleva a cabo de la fase líquida. presión de vapor saturado en función de la temperatura de todos los materiales utilizados para la deposición de película delgada, representada en las diversas referencias en la forma detallada de tablas o gráficos.

La segunda etapa de deposición de películas delgadas - el agente de moléculas de transferencia al sustrato desde el evaporador. Si asegurar el movimiento rectilíneo de las moléculas y dirigida hacia el sustrato, es posible obtener una alta utilización de material, que es especialmente importante en la deposición de materiales costosos. En igualdad de condiciones, esto aumenta también la tasa de crecimiento de la película sobre el sustrato.

Como la intensidad de flujo de material de evaporación y el patrón de radiación está cambiando gradualmente para la mayoría de tipos de vaporizadores. En estas condiciones, el procesamiento secuencial fijo de sustratos conduce a una dispersión de los valores de los parámetros de la película dentro del lote tratado en un ciclo de vacío.

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Con el fin de aumentar la reproducibilidad del sustrato montado en un carrusel de disco giratorio. Al girar sustrato carrusel alternativa y repetida pasar sobre el evaporador, de este modo condiciones de deposición niveladas para cada sustrato y se elimina el efecto de la inestabilidad temporal del evaporador. El tercer paso de la deposición de películas delgadas es una etapa de condensación de los átomos y moléculas en la superficie del sustrato. Este paso se puede dividir en dos etapas: una etapa inicial - desde el momento en que los primeros átomos de adsorción (moléculas) en el sustrato antes de la formación de un revestimiento continuo, y una fase final en la que hay un crecimiento de la película homogénea de un espesor deseado.