Реферати українською » Физика » Фізико-хімічні основи термовакуумного випаровування та осадження матеріалів


Реферат Фізико-хімічні основи термовакуумного випаровування та осадження матеріалів

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>РЕФЕРАТ

поФХОТЭС

«Фізико-хімічні основитермовакуумного випаровування та осадження матеріалів»


>СОДЕРЖАНИЕ

Запровадження

1. Нанесення плівок в вакуумі

2. Метод термічного випаровування

3. Ступені вакууму

4. Середня довжина вільного шляху молекул

5. Вплив вакууму на процес нанесення плівок

6.Вакуумние системи

6.1 Загальні відомості

6.2 Кошти отримання вакууму

6.3 Кошти виміру вакууму

Укладання

Література


Запровадження

Широке використання у радіоелектроніки отримали тонкі металеві, напівпровідникові і діелектричні плівки, вирощувані нанеориентирующих іориентирующихподложках.

Основними методами отримання плівок на неориентирующих є вакуумне випаровування, іонне розпорошення і хімічнеосаждение.[1]

Технологія нанесення тонких плівок й створення вакууму у робочих камерах установок базуються на молекулярно-кінетичної теорії будівлі речовини.

Речовини у природі складаються з дрібних частинок – молекул, які можуть опинитися існувати самостійно й більше мають усіма властивостями даного речовини.

Спостереження над поведінкою будь-якого речовини показали, що молекули його перебувають у постійному безладному русі незалежно від цього, що не перебуває стані речовина: рідкому, твердому чи газоподібному. Це рух зумовлено внутрішньої кінетичної енергією речовини, що з його температурою. Тому безладне рух, де знаходяться молекули, називають тепловим, а теорію, вивчаючу теплове рух молекул, – кінетичної теорії матерії.

Якщо тверде піддати нагріванню, то, при деякою температурі воно почнеразмельчаться і перетворюватися на рідина. При подальшому нагріванні рідина починає випаровуватися, перетворюючись на пар, тобто. перетворюється на газоподібне стан.

>Разреженное стан газу, тобто. стан, у якому тиск газу деякому замкнутому герметичному обсязі нижче атмосферного, називаютьвакуумом.[2] 


1. Нанесення плівок в вакуумі

Процес нанесення тонких плівок в вакуумі полягає у створенні потоку частинок, спрямованого убік оброблюваної підкладки, і наступного їх конденсації із заснуванням тонкоплівкових верств напокриваемой поверхні.

Отже, під час тонких плівок одночасно протікають три основні процеси: генерація спрямованого потоку частинок,осаждаемого речовини; проліт частинок вразряженном (вакуумному) території їх джерела до оброблюваної поверхні; осадження (конденсація) частинок лежить на поверхні із заснуванням тонкоплівкових верств.

Відповідно до цим вакуумні установки для нанесення тонких плівок, попри розмаїття їх призначення і конструктивного оформлення, складаються з таких основних елементів: джерела генерації потоку частинокосаждаемого матеріалу; вакуумної системи, які забезпечують необхідні умови щодо технологічного процесу;транспортно які позиціюють пристроїв, які забезпечують введення підкладок до зони нанесення плівок і орієнтування оброблюваних поверхонь щодо потоку частинок спричинених матеріалу.

Процес нанесення тонких плівок в вакуумі складається з таких операцій:

- встановлення і закріпленні які підлягають обробці підкладок наподложкодержателе при піднятий ковпаку;

- закритті (герметизації) робочої камери, й відкачування до необхідного вакууму;

- включенні джерела, що створює атомарний (молекулярний) потікосаждаемого речовини;

-заподіянні плівки певної товщини при які працюють джерелі потоку частинок і вакуумної системі;

- вимиканні джерела потоку частинок, охолодженні підкладок інапуске повітря на робочу камеру до атмосферного тиску;

- підйомі ковпака і зніманні опрацьованих підкладок зподложкодержателя.


2. Метод термічного випаровування

Заснований на нагріванні речовин, у спеціальнихиспарителях до температури, коли він починається помітний процес випаровування, і наступного конденсації парів речовини як тонких плівок на оброблюваних поверхнях, розташованих на деякій відстані від випарника. Важливим чинником, визначальним експлуатаційні особливості і конструкцію установок термічного випаровування, є спосіб нагрівуиспаряемих матеріалів:резистивний (омічний) чи електронно-променевої.


>3.Степени вакууму

Вакуум – цей стан розрідженого газу, якому відповідав би область тиску нижче 105 >Па, тобто. нижче атмосферного тиску. Залежно від рівня розрідження, розрізняють низький, середній, високий і надвисокий вакуум. Області тиску газів, відповідніразличному вакууму, показані в таблиці 1.[3]

Таблиця 1.

Вакуум низький середній високий надвисокий
>p,Па

105-102

102-10-1

10-1-10-5

10-5-10-10

р, ммрт.ст. 750-10

10-10-3

10-3-10-7

10-7-10-12


4. Середня довжина вільного шляху молекул

Відповідно до молекулярно-кінетичної теорії, все молекули (атоми) газів перебувають у постійному безладному тепловому русі.Хаотичное русі молекул пояснюється їх взаємними зіткненнями. Внаслідок цього шлях молекул у просторі за її тепловому русі є ламану криву, що складається із окремих прямолінійних ділянок. Ці ділянки відповідають переміщенню молекули без співудару коїться з іншими молекулами. Кожен злам шляху є наслідком пружного зіткнення аналізованої молекули з іншого молекулою.

Для простоти вважатимемо, що лише після зіткнення молекула можна з рівної ймовірністю полетіти у бік незалежно від початкового напрями руху.

Шлях, прохідний молекулою газу між черговими зіткненнями газу, може бути однаковим через хаотичності теплового руху молекул. Тому говорять про середньому шляху, скоюване молекулою газу між двома черговими зіткненнями.

Середня довжина прямолінійних проміжків, у тому числі складається зиґзаґоподібний шлях молекул газу, називається середньої довжиною вільного шляху молекули, позначається і одна із найважливіших понять вакуумної техніки.

Вочевидь, що значення залежить від концентрації молекул. При атмосферному тиску, коли концентрація молекул висока, внаслідок теплового руху вони часто зіштовхуються друг з одним Чим нижчий концентрація, тобто. що менше молекул міститься у одиниці обсягу газу, тим рідше з взаємні зіткнення і більше. Оскільки концентрація молекул більшого пропорційна тиску, значення назад пропорційно тиску газу.

Нижче приведено середня довжина вільного шляху молекул повітря при20 З повагою та різних тисках, що можна розрахувати за такою формулою

>=5•10-1/>.

Таблиця 2.

>,Па (ммрт.ст.)

105

(760)

101

(10-1)

100

(10-2)

10-1

(10-3)

10-2

(10-4)

10-3

(10-5)

10-4

(10-6)

>, див

7,2•10-6

0,055 0,55 5,5 55 550 5500

З формули і таблиці 2 слід, що в міру видалення повітря з обсягів, тобто. зменшення тиску, збільшується. Причому може настати такого моменту, коли взаємні зіткнення молекул практично припиняться і буде відбуватися їх зіткнення зі стінками судини (камери).

Щоб співаку визначити вид сутичок молекул газу, необхідно визначити співвідношення між середньої довжиною вільного шляху молекул і характерним розміромd – діаметром судин циліндричною форми і меншою боку судин прямокутної форми (квадратна камера). Ставлення/d є критерієм поділу вакууму на низький, високий і середній.

При низькому вакуумі середня довжина вільного шляху молекул значно менше характерного розміру судиниd, тобто.<<d. Молекули у своїй відчувають переважно постійні зіткнення друг з одним, унаслідок чого їх шлях є ламані лінії. Зіткнувшись зі стінками судини молекули газу утримуються ними, тобто адсорбуються.

Високий вакуум характеризується тим, що сьогодні середня довжина вільного шляху молекул значно більше характерного розміру судиниd, тобто.>>d. При високому вакуумі дужеразряженном газі хоч і зберігається хаотичний характер руху молекул, але взаємодія з-поміж них через малої кількості практично зникає і вони рухаються прямолінійно не більше наданого обсягу, зіштовхуючись переважно з стінками судини.Ударившись об стіну судини і пробувши дуже мале час уадсорбированном стані, молекули відриваються і летять випадкових напрямах. Тому вік деяких частин стінок судини може бути вільні шаруадсорбированних молекул газу.

Середній вакуум характеризується тим, що сьогодні середня довжина вільного шляху молекул приблизно дорівнює характерним розміру судиниd, тобто.d. До чого можливі траєкторії руху молекул, частково властиві умовам низького, а частково високого вакууму.


5. Вплив вакууму на процес нанесення плівок

Процеси, що відбуваються під час тонких плівок, багато чому визначаються середньої довжиною вільного шляху частинокосаждаемого речовини. Для аналізу процесів, що відбуваються під час тонких плівок має співвідношенняв/>d>ип. У цьому підв розуміють довжину вільного шляху частинок потоку спричинених речовини, який із джерела, а підd>ип – відстань джерела до підкладки.

При заподіянні плівок загалом вакуумі часткиосаждаемого речовини мають різний характер руху. Частина під час руху у напрямку до підкладці зазнає дуже багато зіткнень з молекулами газу, і траєкторія їх руху має вигляд ламаної лінії. У цьому повністю порушується початкова орієнтування руху частинок. Через війну деякі частки після низки сутичок потрапляють на підкладку. Частина частинок потрапляє її у без сутичок. Деякі частки не потрапляють на підкладку, а конденсуються на стінках камери, створюючи рівномірний плівкове покриття.Соударение окремих частинок можуть призвести навіть до осадженню плівки на звороті підкладки.

При заподіянні плівок в високому вакуумі часткиосаждаемого матеріалу летять незалежно друг від друга по прямолінійним траєкторіям без взаємних сутичок і сутичок з молекулами газу, не змінюючи свого напрями, на стінках камери, й поверхні підкладки.

Умови вакууму впливають до зростання плівок так.

По-перше, якщо вакуум недостатньо високий, помітна частина частинок, летять із джерела потоку, зустрічає молекули залишкового газу та унаслідок зіткнення із нею розсіюється, тобто. втрачає початкове напрям свого руху, і не потрапляє на підкладку. Це значно пригальмовує нанесення плівки на підкладку.

По-друге, залишкові гази у робітничій камері, що поглинаються зростання на підкладці плівці у її зростання, входять у хімічні реакції знаносимим речовиною, що погіршуєелектрофизические параметри плівки (підвищується її опір, зменшується адгезія, виникають внутрішні напруження і ін.).

Отже, що нижчою вакуум і більше в залишкової атмосфері вакуумної камери домішки активних газів, тим більше їх негативний вплив на якість які завдавав плівок, і навіть на продуктивністьпроцесса.[4]


6.Вакуумние системи

6.1 Основні відомості

Основним елементом вакуумних систем є насоси, призначених до створення необхідного вакууму в камерах установок, і навіть підтримки тиску під час проведення технологічного процесу. У установках виготовлення тонкоплівкових структур ІМС застосовуються механічніфорвакуумние ідвухроторние насоси,пароструйниедиффузионние, і навіть кріогенні ітурбомолекулярние насоси.

За виробництва ІМС в технології нанесення тонких плівок потрібно створювати тиску від 105 >Па (атмосферне) до 10-5Па і від.

Жоден із зазначених насосів неспроможна самостійно забезпечити відкачування від атмосферного тиску до високого вакууму з таких причин. По-перше, за настільки широкому діапазоні тисків істотно відрізняється умови відкачування і, по-друге, кожен насос має вибірковістю стосовно газу, які входять у склад повітря.

До сформування технологічного вакууму 10-5Па включаютькаскадно кілька насосів різних типів. З іншого боку, кожному за інтервалу тисків й у різних газів є свої методи відкачування, не оптимальні й інших умов.

Переходячи до вивчення вакуумних насосів, передусім розглянемо їх основні параметри – граничне залишкове тиску, який зазвичай наводяться в паспортні дані.

Граничне залишкове тиск – це найменше тиск, що може бути створено даним насосом при закритому вхідномупатрубке. У цьому мається на увазі, чого немаєнатекание в насос ззовні, з боку його вхідного патрубка. Цей параметр обумовлює неможливість побудови насоса, яка сама ні чи навіть дуже слабким постачальником газів у вакуумну систему.

Швидкість дії – це обсяг газу,откачиваемий в одиницю часу при даному тиску вході у насос (всечении вхідного патрубка). Найпоширенішими одиницями виміру швидкості дії є м3/год іл/с. По стабільності швидкості дії за зміни тиску можна будувати висновки про ролі насоса, яке тим більша, що менше зміняться швидкість дії при зменшенні тиску у вхідномупатрубке.

Найбільше тиск запуску – це найбільшого тиску у вхідномупатрубке, у якому насос починає нормально працювати, тобто. відкачуватиподсоединенную вакуумну камеру.

>Вакуумние насоси можна за цьому параметру розділити на дві групи. До першої ставляться насоси, найбільшого тиску запуску яких одно атмосферному (механічніфорвакуумние). У утору входять насоси, потребують до роботи попереднього розрядження, який зазвичай створюється додатковим насосом, званим насосом попереднього вакууму (механічнимфорвакуумним).Насос попереднього вакууму приєднуютьвпускнимпатрубком до випускного патрубку насоса, потребує попередньому розрідженні.

Найбільше випускне тиск – це найбільшого тиску в вихідномупатрубке, у якому насос ще довго можуть виконувати відкачування (тобто. при перевищенні якого відкачка припиняється). Для механічнихфорвакуумних насосів воно перевищує атмосферне, а насосів, потребують попереднього розрядження, приблизно дорівнює найбільшому тиску запуску.


6.2 Кошти отримання вакууму

Основним елементом вакуумних систем є насоси. Розрізняють механічніфорвакуумние ідвухроторние насоси,пароструйниедиффузионние, і навіть кріогенні ітурбомолекулярние насоси.

>Механическиефорвакуумние ідвухроторние насоси.

Насоси цих двох типів мають однакові принципи дії, засновані на переміщенні газу внаслідок механічного руху їхніх робітників частин, коли відбувається періодичне зміна обсягу робочої камери.

>Механическиефорвакуумние ідвухроторние насоси працюють у сфері середнього вакууму, тобто при тиску від 102 до 10-2Па.

Застосовуються в вакуумних установках до створення вакууму близько 20-1Па при швидкості дії порядку одиниць і десятків літрів у секунду. Найбільшого поширення набула отрималипластично-роторние механічні насоси з мастильним ущільненням, основними конструктивними елементами яких є корпус, камера і ротор.Механическиедвухроторние насоси (насосиРутса) застосовують у вакуумних системах до створення тиску порядку 10-2Па, при швидкості дії 50л/с, тобто. забезпечують вакуум, у якому механічніпластинчато-роторние насоси неефективні.

>Диффузионние пароолійні насоси.

З'являються найпоширенішимивисоковакуумними насосами, широко застосовують у різних галузях вакуумної техніки.

>Паромасляние насоси дозволяють створювати вакуум до 10-5Па.

>Паромасляние насоси ж не працюють без попереднього механічного насоса,подсоединяемого до вихідному патрубку і що забезпечує попереднє розрядження, і навіть без водяного охолодження кожуха. Припинення подачі води в водяну сорочку можуть призвести до перегріву насоса ісгоранию олії, отже спричиняє порушення нормальної роботи.

Недолікдиффузионнихпаромаслянихнаосов – можливість влучення воткачиваемий робочий обсяг молекул олії, що може статися двома шляхами: прольотом в паровий фазі і міграцією по стінок вакуумних трубопроводів. Оскільки проникли в технологічний обсяг молекули олії осідають наподложках і забруднюють заподіяні плівки, такі насоси застосовують у технологічних установках лише у поєднані із пастками парів олію.

>Криогенние насоси.

З'являютьсябезмаслянними засобами відкачування і тому набули найбільшого поширення під час тонких плівок.

>Криогенние насоси дозволяють створювати вакуум до 10-5.

Принцип дії цих насосів грунтується на фізичних явищах, що відбуваються при наднизьких – кріогенних (120-4 До) температурах: конденсації на охолоджених металевих поверхнях газів у тверде стан і адсорбції (поглинанні) їх твердими охолодженими пористими адсорбентами.

Найбільшого поширення набула отримали кріогенні насоси,охлаждаемие газовими холодильними машинами –криогенераторами.Криогенние насоси складаються з чотирьох основних елементів:криопанели, захисного екрана, корпуси та системи охолодження

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація