Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
Для испарения тугоплавких металлов, диэлектриков и других веществ применяют электронно-лучевые испарители. По конструкции электронные испарители разделяют на электронно-лучевые с фокусированным пучком электронов и электронные с кольцевым катодом. Наибольшее применение нашли электронно-луче-вые испарители с фокусированным пучком. Поток электронов в них ускоряется в электрическом поле до 5-10 кэВ и фокусируется на поверхности испаряемого материала. Большая часть энергии электронов переходит в тепловую энергию материала, температура которого может достигать 3000 °С. Поскольку здесь энергия электронов концентрируется на поверхности испаряемого материала, взаимодействие между ним и материалом испарителя сильно уменьшается, что позволяет получать более чистые слои. На рис. 8.5 приведено схематическое изображение электронно-лучевого испарителя с фокусируемым пучком электронов.
Наиболее распространенные марки электронно-лучевых испарителей: УЭЛИ-1 (6 кВт); ESV-6 (6 кВт) — фирма «Лейбольд-Ге-реус» (Германия); EVU (10 кВт) — фирма «Бальцерс» (Лихтенштейн) и др.
Рис. 8.4. Схемы испарителей тигельного типа
477
На этапе конденсации молекулы пленкообразующих материалов при столкновении с подложкой передают часть энергии, которая тем меньше, чем выше температура подложки. Имея некоторый избыток энергии, они мигрируют по поверхности подложки в потенциальном поле сил Ван-дер-Ваальса. Встретив «потенциальную яму» (сильную связь с подложкой), молекула теряет избыток энергии и фиксируется на подложке (конденсируется); попав на «потенциальный бугор» (слабая связь с подложкой), молекула, обладая избытком энергии, покидает подложку (вторичное испарение, десорбция). Если мигрирующая молекула встречает другую мигрирующую молекулу, то она вступает в сильную связь, при этом подвижность молекул уменьшается и вероятность десорбции падает. В результате такая группа молекул фиксируется на подложке и становится центром кристаллизации, вокруг которого происходит рост кристаллов. Кристаллиты срастаются и образуют сплошной слой. Процесс роста слоя на подложке зависит от материала и структуры подложки, состояния ее поверхности, температуры и свойств осаждаемого материала, скорости осаждения, давления и состава остаточных газов, материалов испарителей и целого ряда других факторов. Процесс роста слоя определяет его структуру и другие характеристики (табл. 8.3).
Рис. 8.5. Схема электронно-лучевого испарителя с фокусируемым пучком электронов
Таблица 8.3.
ВЗАИМОСВЯЗЬ СВОЙСТВ И УСЛОВИЙ ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ СЛОЕВ
Характеристика структуры и свойства тонких слоев Влияющий фактор
Размер зерен и расположение кристаллов в слое Материал подложки и слоя. Состаяние поверхности подложки (шероховатость, структура, загрязнения). Подвижность атомов осаждаемого материала на поверхности подложки (температура подложки, скорость осаждения)
Адгезия между слоем и поверхностью подложки Материал слоя и подложки. Загрязнение подложки. Подвижность атомов осаждаемого материала. Метод получения слоев
Загрезнение слоя Чистота испаряемого материала. Испарение материала испарителя и химическое взаимодействие материала испарителя и испаряемого материала. Загрязнение подложки. Степень разрежения и состав остаточных газов. Соотношение между давлением остаточных газов и скоростью осаждения
Напряжения в слое Материал слоя и подложки. Температура подложки. Размер зерен, включения, дефекты в слое. Режим отжига. Угол между струей пара и подложкой
478
Рис. 8.6. Геометрия расположения подложки и испарителя кольцевой формы
В зависимости от условии осаждения одного i ь и того же материала можно получать слои с раз- л
личными структурами: аморфной, мелкозернистой (размер кристаллов менее 10 нм), крупнозернистой (размер кристаллов более 100 нм) и др.
Нанесение покрытий с заданным распределением толщины на поверхности подложки. Распределение конденсата паров испаряемого материала по поверхности подложки зависит от ее размеров и формы, типа и размера испарителя, взаимного расположения испарителя и подложки. Существенное значение имеют состояние поверхности подложки и распределение температуры [8.1].
Зависимости распределения конденсата на плоской поверхности от взаимного расположения подложки и испарителя (и его типа) достаточно просты [8.1].
Для испарителя кольцевой формы (рис. 8.6) приведены характеристики распределения конденсата d/d0 (d0 — толщина слоя в центре плоской подложки) (рис. 8.7).
Кривые 1-6 соответствуют значениям s/h, равным 1,2; 1,0; 0,8; 0,7; 0,6 и 0,5 соответственно; кривая 7 относится к кольцевому испарителю с внутренним и внешним радиусами, равными s; = 0,7Л и s0 = 0,8Л. Из рисунка следует, что наилучшая однородность покрытия по толщине (d/d0 =1) наблюдается для кольцевого испарителя с радиусом s = (0,7 -г- 0,8)Л при расстоянии от испарителя до подложки I = 0,5Л.
Приведенные зависимости справедливы и для неподвижного точечного испарителя или плоского испарителя малой площади при вращающейся подложке, где s и I определяют расстояние от испарителя и подложки до оси вращения. Зависимости для неплоских поверхностей носят более сложный характер [8.4].
