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6.4 deposición al vacío térmica

El método termovacuum para obtener películas finas se basa en el calentamiento en vacío de una sustancia antes de su evaporación activa y la condensación de átomos evaporados sobre la superficie del sustrato. Las ventajas del método de depositar películas delgadas por evaporación térmica son de alta pureza del material depositado (el proceso se lleva a cabo a alta y ultra alta de vacío), la universalidad (depositado películas de metal, aleaciones, semiconductores, dieléctricos) y la relativa facilidad de aplicación. Las limitaciones del método son la velocidad de deposición no controlada, la energía baja, no constante y no regulada de las partículas depositadas.

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 un dispositivo de calentamiento (evaporador) 1, donde se evapora a una temperatura suficientemente alta. En un vacío que se crea dentro de la cámara mediante bombas especiales, las moléculas de la sustancia vaporizada se expanden libre y rápidamente en el espacio circundante, alcanzando, en particular, la superficie del sustrato 2. Si la temperatura del sustrato no supera el valor crítico, la sustancia se condensa sobre el 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 adsorbidas por la superficie de las sustancias evaporadas, y para dar salida a la temperatura de funcionamiento del evaporador utilizado 4 solapa temporalmente imperiosas de flujo de material sobre el sustrato. Dependiendo del propósito funcional de la película, el tiempo de deposición se controla por el tiempo de pulverización, el espesor, la resistencia eléctrica o algún otro parámetro. Cuando se alcanza el valor de ajuste del parámetro, el amortiguador vuelve a cerrar el flujo de la sustancia y el proceso de crecimiento de la película se detiene. Calentar el sustrato a través del calentador 3 antes de la pulverización promueve la desorción de átomos adsorbidos en la superficie del mismo, y en el proceso de deposición crea condiciones para mejorar la estructura de la película en crecimiento. Un sistema de bombeo de funcionamiento continuo mantiene un vacío del orden de 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 bombardeo por termovacuum puede dividirse en tres etapas: la evaporación de los átomos de la sustancia, su transferencia al sustrato y la condensación. La evaporación de la materia desde la superficie tiene lugar, en general, a cualquier temperatura distinta del cero absoluto. Suponiendo que la evaporación de moléculas (átomos) de los flujos de sustancia en la cámara, donde la pared es lo suficientemente fuerte calentada y condensada de vapor (reflejan molécula), el proceso de evaporación está en equilibrio, es decir, el número de moléculas dejando la superficie de la materia, igual al número de moléculas, volviendo a sustancia. La presión de vapor correspondiente al estado de equilibrio del sistema se denomina presión de vapor saturada, 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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Para aumentar la reproducibilidad del sustrato se montan sobre un carrusel de disco giratorio. Mediante la rotación de sustrato carrusel pasar alternativa y repetida sobre el evaporador, con lo que las condiciones de deposición de compensación para cada sustrato, y elimina el efecto de la inestabilidad tiempo del evaporador. La tercera etapa de la deposición de películas finas es la condensación de átomos y moléculas de materia sobre 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) al sustrato antes de la formación de un revestimiento continuo, y la etapa final del crecimiento de la película se produce homogénea hasta un espesor predeterminado.