Физико-химические основы технологии электронных средств. Конспект лекций, страница 16

Для нормального хода процесса воздух из под колпака откачивают до заданной степени разряжения, для этого используется двухступенчатая система откачки, на первой ступени работает форвакуумный насос – это механический насос – работает до мм. рт. ст. Далее включается диффузионный насос – промасленный – работает в диапазоне от  до  мм. рт. ст. Вакуум в процессе откачки контролируется.

Первый этап:Испарение.

Лодочка нагревается, пары поднимаются над поверхностью расплава. Среднее время жизни атома на поверхности расплава можно рассчитать по формуле:

где - период колебания атома в жидкости у временного положения равновесия;

 - энергия связи с поверхностью расплава.

Скорость испарения равна: , где  - число атомов на единицу поверхности.

Из выражения видно, что , причем при увеличении T скорость испарения тоже возрастает. Если скорость увеличивается, а под колпаком низкая степень разряжения частицы будут переходить в пар и атомы будут возвращаться на поверхность. Чтобы этого не происходило необходимо создать степень разряжения  Па.

Второй этап:

Пролетное пространство – это пространство между испарителем и подложкой (40 см).

Необходимо создать условия, при которых длинна свободного пробега испаренных атомов l>L. Для обеспечения этого условия необходимо создать разряжение под колпаком РПа (l»70см).

Интенсивность испарения вещества с поверхности в направлении образующем угол j с нормалью к этой поверхности пропорциональна cosj.

При точечном испарении число испаренных атомов ежесекундно подходящих на единицу площади подложки обратно пропорционально квадрату расстояния от испарителя до подложки.

Третий этап:Рост пленки на поверхности подложки.

Для обеспечения роста на поверхности, необходимо разряжение Па.

С энергетической точки зрения поверхность подложки – это периодическое потенциальное поле, где чередуются потенциальные ямы с потенциальными барьерами.

Рост зависит от соотношения энергии атома и глубины ямы. Если e меньше глубины ямы, то он закрепляется на поверхности подложки и становится центром кристаллизации. Если энергия атома e больше глубины потенциальной ямы, то он выходит из нее и мигрирует по поверхности подложки падая в другие ямы.

Вокруг центров кристаллизации вначале образуются островки пленки, которые постепенно разрастаясь сливаются между собой, в результате вся поверхность подложки покрывается одноатомным слоем пленки. Дальше идет подслойное наращивание пленки по толщине.

Процесс термовакуумного напыления характеризуется критической температурой и критической плотностью пучка.

Для улучшения структуры пленки подложку подогревают, с целью увеличения скорости миграции атомов по поверхности подложки, что увеличивает вероятность группирования атомов вокруг нескольких центров кристаллизации – это приводит к возможности получения пленок совершенной структуры (монокристаллических и поликристаллических). Подложку нагревают до критической температуры – соответствующей той температуре, при которой начинается реиспарение атомов с поверхности подложки, и процесс наращивания пленки прекращается.

Критическая температура зависит от физической природы напыляемого материала, от плотности пучка – чем выше плотность пучка (в пролетном пространстве образуются дуплеты и триплеты (атомы объединенные в группы)), тем выше критическая температура подложки, так как чтобы реиспарить дуплеты и триплеты необходимо в начале разорвать связи между атомами дуплетов и триплетов, а затем реиспарить отдельные атомы.

Недостатки метода термовакуумного напыления:

1.  Невозможность получения пленок стехиометрического состава из материалов представляющих собой сложные химические соединения.

2.  Низкая адгезия пленок к поверхности подложки. Для повышения адгезии необходимо тщательно очищать поверхность подложки перед нанесением пленки.

Достоинства метода:

1.  Хорошая отработка технологических приемов и аппаратного обеспечения;