Методи отримання плівкових матеріалів електронної техніки
Характеристика методів отримання плівкових матеріалів, заснованих на фізичному випаровуванні: від історично перших методів термічного випаровування до сучасних іонно-плазмових, молекулярно-променевих та лазерних методів осадження. Рідкофазна епітаксія.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 17.05.2012 |
| Размер файла | 865,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
Комплексна курсова робота
МЕТОДИ ОТРИМАННЯ ПЛІВКОВИХ МАТЕРІАЛІВ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ
Суми 2012
РЕФЕРАТ
Об'єктом дослідження курсової роботи є методи отримання плівкових матеріалів.
Мета роботи полягає у дослідженні методів отримання тонких плівок, їх схем роботи, а також зробити порівняльний аналіз цих методів.
У результаті проведених досліджень встановлено, що немає оптимального методу отримання тонких плівок. Вибір методу залежить від типу необхідної плівки, від обмежень у виборі підкладок і часто, особливо у випадку багаторазового осадження, від загальної сумісності різних процесів, що протікають при застосуванні цього методу. На сьогодні найбільш розповсюдженими методами отримання тонких плівок є: термічне осадження, магнетронне розпилення, лазерне розпилення та електрохімічне осадження покриттів.
Робота викладена на 38 сторінках, у тому числі включає 12 рисунків, 1 таблицю та список цитованої літератури із 22 джерел.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: ПЛІВКОВІ МАТЕРІАЛИ, ТЕРМІЧНЕ ОСАДЖЕННЯ, МАГНЕТРОННЕ РОЗПИЛЕННЯ, РЕАКТИВНЕ РОЗПИЛЕННЯ, МОЛЕКУЛЯРНО-ПРОМЕНЕА ЕПІТАКСІЯ, ХІМІЧНА МЕТАЛІЗАЦІЯ.
ЗМІСТ
- Вступ
- Розділ 1 Фізичні вакуумні методи
- 1.1 Термічне осадження
- 1.2 Іонно-плазмові методи отримання тонких плівок
- 1.2.1 Катодне розпилення
- 1.2.2 Трьохелектродна система розпилення
- 1.2.3 Високочастотне розпилення
- 1.2.4 Реактивне розпилення
- 1.2.5 Магнетронне розпилення
- 1.3 Іонно-променеві методи отримання тонких плівок
- 1.4 Молекулярно-променева епітаксія
- 1.5 Лазерне розпилення
- Розділ 2. Хімічні методи
- 2.1 Реактивне катодне розпилення
- 2.2 Газофазна епітаксія з використанням металоорганічних сполук
- 2.3 Рідкофазна епітаксія
- 2.4 Електрохімічне осадження покриттів
- 2.5 Хімічна металізація
- Висновки
- Список використаних джерел
ВСТУП
Сконденсовані металеві плівки вперше були одержані в 1857 році М.Б. Фарадеєм під час проведення ним дослідів із руйнування в атмосфері інертних газів металевих дротів при пропусканні через них електричних струмів. Подальші експерименти в цьому напрямку обумовлювалися насамперед практичними потребами у виготовленні оптичних та астрономічних приладів (дзеркала, інтерферометри та ін.). До 1940-х років тонкі металеві плівки здебільшого використовувалися для наукових (металознавчих) досліджень. Проте з удосконаленням вакуумної техніки, коли з'явилася можливість організувати масове виробництво та контроль властивостей тонких плівок, почалося їх впровадження у промисловість. Останніми роками галузь застосування плівок значно розширилася, причому на різних рівнях: від сонячних окулярів до елементів мікросхем [1].
Тонкоплівкові матеріали мають фізичні властивості, які істотно відрізняються від аналогічних у масивних зразках. При одержанні плівки можна змінювати умови конденсації таким чином, що кристалічна структура зразка змінюватиметься, в свою чергу змінюючи фізичні та хімічні властивості сконденсованого плівкового матеріалу.
Метою роботи стало дослідження методів отримання плівкових матеріалів, задоволення дослідницьких та промислових потреб у отриманні плівкових матеріалів із заданими параметрами.
У першому розділі представлені методи отримання плівкових матеріалів, засновані на фізичному випаровуванні: від історично перших методів термічного випаровування до сучасних іонно-плазмових, молекулярно-променевих та лазерних методів осадження. У другому розділі зібрані методи, засновані на використанні хімічних реакцій: реактивне катодне розпилення, газо- та рідкофазна епітаксія, електрохімічне осадження та хімічна металізація.
РОЗДІЛ 1. ФІЗИЧНІ ВАКУУМНІ МЕТОДИ
Фізичні методи осадження різних матеріалів добре відомі і досить докладно обговорюються в науковій літературі.
Фізичні методи розпилення діляться на [2]:
· катодне розпилення;
· трьохелектродна система розпилення;
· високочастотне розпилення;
· реактивне розпилення;
· магнетронне розпилення.
Можна сказати, що всі ці технології використовуються для отримання оксидних плівок.
1.1 Термічне осадження
Метод термічного осадження, або термовакуумний метод, отримання тонких плівок заснований на нагріванні у вакуумі речовини до її активного випаровування і конденсації випарах атомів на поверхні підкладки. До переваг методу осадження тонких плівок термічним випаровуванням відносяться [3]:
а) висока чистота сконденсованого матеріалу (процес проводиться при високому і надвисокому вакуумі);
б) універсальність (наносять плівки металів, сплавів, напівпровідників, діелектриків);
в) відносна простота реалізації.
Обмеженнями методу є нерегульована швидкість осадження, низька, непостійна і нерегульована енергія частинок пари розпилюємого матеріалу.
Суть методу термовакуумного розпилення можна пояснити за допомогою спрощеної схеми установки, представленої на рис.1.1.
Рис. 1.1. Схема установки термовакуумного випаровування [3]: 1 - випарник; 2 - підкладка; 3 - нагрівач підкладки; 4 - заслінка.
Речовина, що підлягає напилюванню, розміщується в пристрої нагріву (випарник) (1), де вона при досить високій температурі інтенсивно випаровується. У вакуумі, який створюється усередині камери вакуумними насосами, молекули випаруваної речовини вільно і швидко поширюються в навколишній простір, досягаючи, поверхні підкладки (2). Якщо температура підкладки не перевищує критичного значення, відбувається конденсація речовини на підкладці, тобто наростання плівки. На початковому етапі випаровування щоб уникнути забруднення плівки за рахунок домішок, адсорбованих поверхнею випаровуваної речовини, а також для виведення випарника на робочу температуру використовується заслінка (4), яка тимчасово перекриває потік речовини на підкладку.
В залежності від функціонального призначення плівки в процесі осадження контролюється час розпилення, товщина, електричний опір чи інші параметри. Після досягнення заданого значення параметра заслінка знову перекриває потік речовини та процес осадження плівки припиняється. Нагрівання підкладки за допомогою нагрівача (3) перед розпиленням сприяє десорбції адсорбованих на її поверхні атомів, а в процесі осадження створює умови для поліпшення структури плівки. Безперервно працює система відкачування, яка підтримує вакуум порядку 10-4 Па.
Розігрів речовини для до температур, при яких вона інтенсивно випаровується, здійснюють електронним або лазерним променем, НВЧ-випромінюванням, за допомогою резистивних підігрівачів (шляхом безпосереднього пропускання електричного струму через зразок з потрібної речовини або теплопередачею від нагрітої спіралі). В цілому метод відрізняється великою різноманітністю як за способами розігріву розпилюємої речовини, так і по конструкціях випарників.
Найбільш прості випарники з дротів та металевої фольги з резистивним нагріванням. Матеріалом для них є метали з високою температурою плавлення (TS ) та низьким тиском насиченої пари. Найбільш широко застосовуються W, Mo, Ta (товщина фольги або дроту 0,1-0,4 та 0,5-1,5 мм відповідно). При використанні перших двох випарників необхідно, щоб матеріал плівки змочував дріт й утримувався на ньому за рахунок поверхневих сил. Тиглі використовуються в тому випадку, коли для одержання плівки необхідно сконденсувати велику кількість речовини (до 10 і більше грамів). Через те, що розплавлений метал довго перебуває в контакті з матеріалом тигля, вибір останнього повинен бути дуже ретельним. Це може бути як чистий метал, так і окисли (кераміки). Якщо вдало підібрати пару метал тигля - метал плівки, то металевий тигель буде мати перевагу над керамічним у зв'язку з меншим забрудненням одержуваних плівок [1].
Інколи нагрівання тиглів здійснюють індукційним високочастотним методом, що має деякі переваги над радіаційним. По-перше, температуру рідкого металу можна підтримувати при температурі, не вищій від температури випаровування. Це зменшує взаємодію зі стінками тигля. По-друге, енергетичні затрати за рахунок випромінювання і теплопровідності при індукційному нагріванні менші. Є ще деякі переваги цього методу. Поряд із цим можна назвати і суттєвий недолік - велика вартість ВЧ-генератора [3].
Для проведення процесу випаровування металу у вакуумі необхідно мати випарник, який містить кусочок металу і підтримує необхідну температуру для досягнення швидкості конденсації від 0,1 до 103 Е/c. Для більшості металів температура випаровування має величину 1000-2000 К (для тугоплавких металів - від 2000 до 5500 К) при тиску металевої пари р ~ 1 Па. Для запобігання забрудненню плівок речовина випарника повинна мати незначну пружність пари і тиск дисоціації. Матеріалами, які відповідають цим вимогам, є тугоплавкі метали (W, Mo, Ta, Re та ін.), сплави на їх основі (Ta-Re) та їх окисли (Ta2O5 , ZrO2 ). Крім того, важливо, щоб між атомами не відбувалася хімічна взаємодія, оскільки це призводить до швидкого руйнування випарника [1]. У таблиці 1.1 наведені основні параметри випаровування легкоплавких металів.
Нагрівання матеріалу для випаровування можна здійснювати також і другими енергетичними впливами, наприклад високочастотним випромінюванням, потужними світловими пучками, зокрема, лазерними [2]. Для одержання плівок тугоплавких металів необхідно використовувати електронно-променеві гармати та плазмові пристрої.
Якщо потрібно отримати багатокомпонентну плівку, то використовують кілька випарників. Оскільки швидкості випаровування у різних компонентів різні, то забезпечити відтворюваність хімічного складу одержуваних багатокомпонентних плівок досить складно. Тому метод термічного осадження використовують в основному для чистих металів.
Весь процес термічного осадження можна розбити на три стадії: випаровування атомів речовини, перенесення їх до підкладки і конденсація. Випаровування речовини з поверхні має місце, взагалі кажучи, при будь-якій температурі, відмінній від абсолютного нуля.
Якщо припустити, що процес випаровування молекул (атомів) речовини протікає в камері, стінки якої досить сильно нагріті і не конденсують пар (віддзеркалюють молекули), то процес випаровування стає рівноважним, тобто число молекул, що залишають поверхню речовини, дорівнює кількості молекул, які повертаються в речовину. Тиск пари, відповідно рівноважного стану системи, називається тиском насиченої пари, або його пружністю [4].
Таблиця 1.1 - Основні параметри випарування легкоплавких металів [1]
|
Речовина, що випаровується, та склад пари |
Температура, К |
Матеріал |
Примітки |
|||
|
TS |
при рП=1Па |
фольга, дріт |
тигель |
|||
|
Алюміній (Al) |
932 |
1493 |
W |
C, BN, TіB2-BN |
Легко змочує всі матеріали і розчиняє їх; утворює сплави з WC та С |
|
|
Вісмут (Bі, Bі2) |
544 |
943 |
W, Mo, Ta, Nі |
Окисли, С |
Металева пара токсична |
|
|
Хром (Cr) |
2173 |
1670 |
W, Ta |
- |
Високі швидкості конден-сації з твердої фази (сублімація) |
|
|
Кобальт (Co) |
1768 |
1793 |
W |
Al2O3, BeO |
Утворює сплав з W, можлива сублімація з малою швидкістю |
|
|
Сурма (Sb2, Sb4) |
903 |
803 |
Mo, Ta, Nі |
Окисли, BN, C |
Металева пара токсична, для випаровування необхідний перегрів вище ТS |
|
|
Мідь (Cu) |
1357 |
1533 |
W, Mo, Ta |
Mo, C, Al2O3 |
Практично не взаємодіє з тугоплавкими матеріалами |
|
|
Германій (Ge) |
1213 |
1673 |
W, Mo, Ta |
W, C, Al2O3 |
Змочує тугоплавкі матеріали, розчинність у W слабка |
|
|
Золото (Au) |
1336 |
1673 |
W, Mo |
Mo, C |
Змочує W, Mo |
|
|
Свинець (Pb) |
601 |
988 |
W, Mo, Nі, Fe |
Метал |
Не змочує тугоплавкі метали, металева пара токсична |
|
|
Нікель (Nі) |
1723 |
1803 |
W, Al2O3 |
Тугоплавкі окисли |
Утворює сплави з тугоплавкими металами |
|
|
Кремній (Sі) |
1683 |
1623 |
- |
BeO, ZrO2 |
Тиглі із тугоплавких окислів руйнуються в рідкому Sі |
|
|
Срібло (Ag) |
1234 |
1403 |
Mo, Ta |
Mo, C |
Не змочує W, Mo |
|
|
Олово (Sn) |
505 |
1523 |
W, Ta |
C, Al2O3 |
Змочує і руйнує Mo |
Практика показує, що процес осадження плівок на підкладку відбувається з прийнятною для виробництва швидкістю, при тиску насиченої пари приблизно дорівнює рн = 1,3 Па. Температура речовини, при якій рн = 1,3 Па (рн - тиск насиченої пари при температурі випаровування), називають умовною температурою Тум. .Для деяких речовин умовна температура вище температури плавлення Тпл, для деяких - нижче. Якщо Тум < Тпл,то ця речовина може інтенсивно випаровувати з твердої фази (сублімація). В іншому випадку випаровування здійснюють з рідкої фази. Залежності тиску насиченої пари від температури для всіх речовин, що використовуються для напилення тонких плівок, представлені в різних довідниках у формі докладних таблиць або графіків.
Друга стадія процесу напилення тонких плівок - перенесення молекул речовини від випарника до підкладки. Якщо забезпечити прямолінійний і спрямований рух молекул до підкладки, то можна отримати високий коефіцієнт використання матеріалу, що особливо важливо при осадженні дорогих матеріалів. За інших рівних умов це підвищує також і швидкість росту плівки на підкладці.
Під час випаровування речовини інтенсивність потоку і діаграма спрямованості для більшості типів випарників поступово змінюються. В цих умовах послідовна обробка нерухомих підкладок призводить до розкиду в значеннях параметрів плівки в межах партії, обробленої за один вакуумний цикл. Для підвищення відтворюваності підкладки встановлюються на обертовий «диск-карусель». При обертанні «каруселі підкладки» по черзі і багаторазово проходять над випарником, за рахунок чого нівелюються умови осадження для кожної підкладки і усувається вплив тимчасової нестабільності випарника. Третьою стадією процесу напилення тонких плівок є стадія конденсації атомів і молекул речовини на поверхні підкладки. Цю стадію умовно можна розбити на два етапи: початковий етап - від моменту адсорбції першим атомом (молекул) на підкладку до моменту утворення суцільної плівки, і завершальний етап, на якому відбувається гомогенне наростання плівки до заданої товщини.
Термовакуумне випаровування застосовується зазвичай для випаровування легкоплавких металів при температурах до 1800 К. Крім того, плівки, отримані термічним напиленням, мають, як правило, неоднорідний хімічний склад (особливо при напиленні з сплавів) і недостатню стабільність [2].
1.2 Іонно-плазмові методи отримання тонких плівок
рідкофазний епітаксія плівковий термічний
Іонно-плазмові методи набули широкого поширення в технології електронних засобів завдяки своїй універсальності і ряду переваг у порівнянні з іншими технологічними методами. Універсальність визначається тим, що з їх допомогою можна здійснювати різні технологічні операції: формувати тонкі плівки на поверхні підкладки, травити поверхню підкладки з метою створення на ній заданого рисунка інтегральної мікросхеми, здійснювати очищення поверхні. До переваг іонно-плазмових методів відносяться [2]:
1) висока керованість процесом;
2) можливість отримання плівок тугоплавких матеріалів, а також хімічних сполук і сплавів заданого складу;
3) найкраща адгезія плівок до поверхні тощо.
Суть методів іонно-плазмового розпилення тонких плівок полягає в обробці поверхні мішені з потрібної речовини іонами і вибиванні атомів (молекул) з мішені. Енергія іонів при цьому становить величину порядку сотень і тисяч електрон-вольт. Утворений атомний потік направляється на підкладку, де відбувається конденсація речовини і формується плівка. Розрізняють іонно-променеве розпорошення, здійснюване бомбардуванням мішені пучком прискорених іонів, сформованим в автономному іонному джерелі, і власне іонно-плазмове розпилення, при якому мішень є одним з електродів в газорозрядної камері і її бомбардування здійснюється іонами, що утворюються в результаті газового розряду.
Для розпилення мішені використовуються іони інертних газів (зазвичай аргон високої чистоти). Джерелом іонів служить або самостійний тліючий розряд, або плазма несамостійного розряду (дугового або високочастотного). В даний час у виробництві застосовують різні процеси розпилення, що відрізняються [3]:
- характером живлячої напруги (постійна, змінна, високочастотна);
- способом збудження і підтримки розряду (автоелектронна емісія, термоемісія, магнітне поле, електричне високочастотне поле);
- кількістю електродів в газорозрядній камері (двохелектродні, трьохелектродні і багато електродні системи).
Розглянемо найбільш розповсюджені іонно-плазмові методи отримання тонких плівок.
1.2.1 Катодне розпилення
Конструкція установки для катодного розпилення, що зображена на рис. 1.2, складається з газорозрядної камери (1), в яку вводиться робочий газ (зазвичай аргон) під тиском 1-10 Па; катода (2), що виконує функцію мішені; анода (3) і закріпленої на ній підкладки (4). Між анодом і катодом подається постійна напруга величиною кілька кіловольт, що забезпечує створення в міжелектродному просторі електричного поля напруженістю близько 0,5 кВ/см. Анод заземлений, а негативна напруга до катода подається через ізолятор (5). Щоб уникнути забруднення скляного ковпака камери, поблизу катода закріплюють екран (6).
Рис. 1.2. Схема установки для катодного розпилення [3]: 1 - робоча камера; 2 - катод; 3 - анод; 4 - підкладка; 5 - ізолятор; 6 - екран.
Електричне поле, що існує між катодом і анодом, прискорює електрони, які утворюються в міжелектродному просторі в результаті фотоемісії з катода, автоелектронної (польової) емісії, впливу космічного випромінювання або інших причин. Якщо енергія електронів перевищує енергію іонізації молекул робочого газу, то в результаті зіткнення електронів з молекулами газу виникає газовий розряд, тобто утворюється газорозрядна плазма. Для того, щоб електрон міг набрати необхідну для іонізації газу енергію, йому потрібно забезпечити мінімально необхідну довжину вільного пробігу. Тільки за цієї умови електрон, рухаючись без зіткнень, здатний збільшити свою енергію до потрібної величини.
Однак, якщо довжина вільного пробігу електронів стає порівнянною з відстанню між катодом і анодом, то основна частина електронів буде пролітати міжелектродний простір без зіткнень з молекулами робочого газу. Газорозрядна плазма згасне. Ці два фактори і визначають нижню і верхню межу тиску газу в камері.
Утворена в результаті газового розряду плазма складається з електронів, іонів та нейтральних молекул робочого газу. Іони під впливом електричного поля прискорюються і бомбардують катод-мішень. Якщо енергія іонів перевищує енергію зв'язку атомів мішені, то відбувається її розпилення. Крім вибивання атомів з поверхні мішені, іони здатні вибити з неї вторинні електрони (вторинна електронна емісія). Ці вторинні електрони прискорюються і іонізують молекули робочого газу. Утворені при цьому іони бомбардують мішень, викликаючи вторинну електронну емісію, і процес повторюється. Таким чином, газовий розряд підтримує сам себе і тому називається самостійним тліючим розрядом.
З підвищенням струму, що протікає через газорозрядну плазму, збільшується щільність іонного потоку і інтенсивність розпилення мішені. При деякій щільності потоку, що залежить від умов охолодження мішені, починає проявлятися термоелектронна емісія. Струм в розряді зростає, а сам розряд стає несамостійним, набуваючи характеру дугового розряду.
Для запобігання переходу самостійного тліючого розряду в дуговий високовольтне джерело живлення повинно мати обмеження по потужності, а мішень інтенсивно охолоджуватися.
У цих випарниках катод виконує подвійну функцію: генерує пару робочої речовини (плівки) та емітує термоелектрони для підтримки електричного розряду. Нерідко додається ще й третя функція катода - керування плазмовим потоком пари. Це суттєво обмежує матеріали, які використовуються для конструювання катодів-тиглів, адже ними можуть бути лише термоемісійні матеріали, що не взаємодіють з робочою речовиною та добре обробляються для надання їм складної форми сопел. Здебільшого такими матеріалами є тантал, молібден, вольфрам, з яких випаровуються золото, срібло, мідь, барій, вісмут, олово, свинець, цезій, селен, стронцій, телур, цинк, ванадій та деякі інші речовини [1].
Для опису процесів катодного розпилення мішені використовують моделі, засновані на двох механізмах. Відповідно до першого механізму розпилені атоми виникають в результаті сильного локального розігріву поверхні мішені самим падаючим іоном (модель "гарячої плями") або швидкими вторинними частинками (модель "теплового клину") [3]. Другий механізм полягає у передачі імпульсу падаючого іона атомам решітки матеріалу мішені, які, в свою чергу, можуть передати імпульс іншим атомам решітки, викликавши тим самим каскад зіткнень (модель зіткнень).
Основною характеристикою ефективності процесу розпилення є коефіцієнт розпилення , що визначається відношенням кількості вибитих атомів до кількості бомбардують мішень іонів [5]:
(1.1)
По суті коефіцієнт розпилення являє собою середнє число атомів мішені, вибитих одним іоном. Коефіцієнт розпилення залежить від енергії іонів, їх маси (роду робочого газу), матеріалу мішені і в деякій мірі від її температури і стану поверхні, кута бомбардування, тиску газу (за умови, що тиск не виходить за межі, при яких газорозрядна плазма гасне).
1.2.2 Трьохелектродна система розпилення
Для підвищення чистоти одержуваної на підкладці плівки процес іонно-плазмового розпилення необхідно проводити при якомога меншому тиску робочого газу. Однак, як вже зазначалося раніше, зниження тиску призводить до того, що при великій довжині вільного пробігу електронів ймовірність їх зіткнення з атомами робочого газу стає мізерно малою, і газовий розряд гасне. Тому для підтримки розряду в камері і забезпечення розпилення мішені при низьких тисках необхідні спеціальні заходи.
Одним з варіантів вирішення проблеми є застосування трьохелектродної системи розпилення, зображеної на рис. 1.3 [3]. В даній системі є три незалежно керованих електрода: термокатод, анод і катод-мішень, потенціал якої відносно термокатоду становить кілька кіловольт.
Рис 1.3. Трьохелектродна система розпилення: 1 - термокатод; 2 - анод; 3 - мішень; 4 - підкладка; 5 -тримач підкладки.
Після досягнення в камері вакууму порядку 10-4 Па термокатод розігрівають і в камеру подають інертний газ при тиску 0,05-1 Па. В результаті термоелектронної емісії з катоду будуть інтенсивно емітувати електрони, прискорюючись вертикальним електричним полем. При напрузі між термокатодом і анодом порядку 100 В виникає несамостійний газовий розряд, при цьому розрядний струм досягає декількох ампер. Мішень, що має негативний потенціал відносно катода, відтягує на себе значну частину іонів, що утворюються в газовому розряді, і прискорює їх. В результаті бомбардування мішені іонами відбувається її розпорошення, і емітовані атоми осідають на підкладці, формуючи тонку плівку. Такі трьохелектродні системи, в яких електричні ланцюги розряду і розпилення розділені і управляються незалежно один від одного, забезпечують гнучкість управління процесом. Швидкість осадження складає одиниці нанометрів в секунду, що в кілька разів перевищує аналогічний показник для двоелектродної схеми катодного розпилення.
Подальший розвиток трьохелектродних систем розпилення призвів до використання автономних іонних джерел. Іонне джерело являє собою газорозрядну камеру з термокатодом, до якої подається робочий газ під тиском Рдж~0,5 Па, що забезпечує високу концентрацію іонів. Газорозрядна камера відділена від камери осадження каліброваними отворами, завдяки чому забезпечується перепад тисків, і тиск в камері осадження, де розташовані мішень і підкладка, складає Рк~0,015 Па. Частина іонів надходить через отвори в камеру осадження, прискорюється і розпилює мішень. Така конструкція дозволяє збільшити швидкість розпилення мішені і підвищити чистоту плівок.
1.2.3 Високочастотне розпилення
Розглянуті вище методи отримання тонких плівок використовують постійні напруги, що прикладаються до електродів системи розпилення мішені. Це дозволяє розпилювати мішені тільки з електропровідних або напівпровідникових матеріалів. Якщо мішень є діелектриком, то при її бомбардуванні позитивно зарядженими іонами на ній дуже швидко буде накопичуватися позитивний заряд. Цей заряд створить електричне поле, яке буде гальмувати бомбардуючи мішень іони. Випаровування мішені дуже швидко припиниться.
Для розпилення діелектричної мішені необхідно між анодом і катодом-мішенню подавати змінну напругу. В цьому випадку мішень по черзі буде оброблятися потоками електронів і позитивно заряджених іонів. При негативному потенціалі на мішені буде відбуватися її розпилення іонами, а при позитивному потенціалі - нейтралізація заряду потоком електронів. Це в принципі дозволяє розпилювати мішені з діелектричних матеріалів, однак ефективність такого методу розпилення буде невисокою. Ефективність розпилення можна значно підвищити, якщо між анодом і катодом подати змінну напругу частотою близько 10 МГц (зазвичай використовують частоту 13,56 МГц, дозволену для технологічних установок, що працюють в цьому частотному діапазоні) [3].
Підвищення ефективності при високочастотному розпиленні пояснюється наступним чином. Маса електронів значно менше маси іонів. Тому, володіючи значно більшою рухливістю, електрони встигають слідувати за швидкозмінних полем, переходячи з одного електрода на інший. Іони, будучи набагато менш рухливими, не встигають помітно переміщатися в міжелектродному просторі, в результаті чого там утворюється об'ємний позитивний заряд іонів. Крім того, кількість електронів, що надходять на мішень за півперіоду, значно перевищує ту кількість, яка необхідна для нейтралізації заряду іонів на мішені. В результаті на діелектричній мішені накопичується негативний заряд електронів. Все це призводить до появи в міжелектродному просторі додаткового електричного поля, яке здатне прискорити частину іонів до великих енергій, що й збільшує ефективність розпилення мішені.
Слід відзначити ще одну важливу обставину. В умовах високочастотного розряду заряджені частинки (електрони і іони) здійснюють коливальний рух з амплітудою , що дорівнює [3]:
(1.2)
де - рухливість частинки, що залежить від тиску газу; - амплітуда напряенності змінного електричного поля; - циклічна частота живлячої напруги.
Якщо відстань між електродами перевищує амплітуду , то на електроди надходять тільки ті частинки, які знаходяться від електроду на відстані, що не перевищує . При цьому істотно, що в середній частині розряду електрони здійснюють осцилюючі руху, ефективно іонізуючи газ, тому високочастотний розряд може існувати при більш низькому тиску, і потреба в складній трьохелектродної системи відпадає.
Завдяки низькому тиску в газорозрядної камері, високочастотні системи з успіхом використовують для розпилення не тільки діелектричних мішеней, але і мішеней з металів і напівпровідників [2].
1.2.4 Реактивне розпилення
Забруднення плівок металів домішковими атомами є одним із головних недоліків іонного розпилення. Проте в деяких випадках є бажаним одержання хімічних сполук металу та газу. Тому хімічно активний газ (N2, O2, H2 та ін.) можна спеціально вводити в установку для одержання потрібної сполуки (SіO, TaO, Ta2O5, Cu2O, TaN, SіN та ін.). Такий метод конденсації плівок одержав назву реактивного розпилення [1].
Крім оксидних і нітридних плівок, даним способом можна одержувати карбідні і сульфідні плівки, додаючи в камеру відповідно метан або пари сірки. Для отримання хімічної сполуки необхідно строго певний парціальний тиск активного газу, який залежить від матеріалу мішені. Тому частіше виходять не хімічні сполуки, а тверді розчини. На основі однієї мішені з якого-небудь металу і різних активних газів можна отримувати широку гаму властивостей плівок - від провідних і низькоомних резистивних до високоомних резистивних і діелектричних.
Використовувати реактивне розпорошення замість безпосереднього розпилення мішені із хімічної сполуки доцільно тоді, коли коефіцієнт розпилення цієї хімічної сполуки (оксиду, нітриду і так далі) низький, або тоді, коли технологічно важко виготовити масивну мішень з цього з'єднання. Крім того, реактивне розпорошення створює умови для гнучкого управління властивостями плівок при створенні багатошарових структур (наприклад, плівкових конденсаторів).
У загальному випадку процес конденсації плівок при реактивному розпиленні обумовлений трьома механізмами, що діють паралельно [3]:
1) утворення хімічної сполуки на поверхні мішені та її розпилення;
2) утворення хімічної сполуки в проміжному просторі "мішень - підкладка" і осадження її на підкладку;
3) взаємодія конденсованих на підкладці атомів мішені з атомами активного газу.
В умовах невисокого тиску газу в камері ймовірність другого механізму вельми мала і його внесок у загальний процес формування плівки на підкладці незначний.
Що стосується співвідношення вкладів першого і другого механізмів, то це залежить від умов розпилення, а саме, від роду матеріалу мішені і від роду активного газу, від загального тиску газової суміші в камері і від парціального тиску активного газу; від відстані між мішенню та підкладкою. На практиці часто зменшення тиску парціального газу за інших рівних умов збільшує ймовірність утворення з'єднання безпосередньо на підкладці. У більшості випадків необхідні реакції повністю протікають при вмісті активного газу в газовій суміші (аргон + активний газ) порядку одиниць відсотків.
1.2.5 Магнетронне розпилення
Прагнення знизити тиск робочого газу в камері і збільшити швидкість розпилення мішеней привело до створення методу магнетронного розпилення. Один з можливих варіантів схем магнетронного розпилювача представлений на рис.1.4.
Основним елементом магнетронних розпилювальних систем (МРС) є катод-мішень, анод і магнітна система. Розпилювальні системи класифікують за 3-ма основними типами: системи з циліндричним катодом, системи з плоским катодом і кільцевим катодом S-типу.
Рис. 1.4. Схема магнетронної розпилювальної системи з плоским катодом [2]: 1 - катод-мішень; 2 - магнітна система; 3 - анод; 4 - підкладка; 5 - зона розпилення
Якщо між анодом (3) і катодом (1) діє постійна напруга, то в області між ними виникає неоднорідне електричне поле , яке збуджує аномальний тліючий розряд у середовищі робочого газу (за звичай чистого Аr). Іони, що утворилися, бомбардують катод. Бомбардування катода іонами призводить до двох основних ефектів: емісії електронів і розпилення поверхні катода-мішені. Емітовані з катоду під дією іонного бомбардування, електрони прискорюються електричним полем і починають рухатися у напрямку до аноду. При наявності магнітного поля на заряджену частинку із зарядом q, що рухається зі швидкістю , діє сила Лоренца
, (1)
яка змінює напрям руху електронів. При цьому електрони починають рухатися по складним циклоїдальним траєкторіям біля поверхні катода-мішені. Електрони стають ніби у пастці, що створюється дією двох складових: сил , обумовлених з однієї сторони електричним, з іншої - магнітним полем. При своєму русі електрони здійснюють по декілька іонізуючих зіткнень з атомами робочого газу до тих пір, доки не анігілюються з іонами плазми. Такий циклоїдальний рух електронів суттєво збільшує ефективність процесу іонізації, причому максимальна щільність плазми стає сконцентрованою біля поверхні катода-мішені в області між полюсами магнітного поля. Це обумовлює збільшення інтенсивності іонного бомбардування поверхні мішені і значний ріст швидкості розпилення, а, в кінці кінців, швидкості осаджування атомів на поверхні підкладки (4). У результаті цього на поверхні катода утворюється канавка (5) (ерозія поверхні).
Важливою перевагою методу магнетронного розпилення є відсутність бомбардування підкладки високоенергетичними вторинними електронами через їх захват магнітною пасткою. Це дозволяє уникнути перегрівання поверхні підкладки (4), і, відповідно, дає можливість напилювати плівки на матеріали з низькою термостійкістю, причому з високою швидкістю осаджування. Цей факт має велике значення для сучасних технологій зважаючи на широке використання полімерів і композитних матеріалів. Зокрема, в мікроелектроніці і комп'ютерній техніці широко використовуються такі матеріали як поліметилметакрілат, поліімід, поліетилентерефталат, металополімерні плівки тощо, які мають температури пом'якшення і деструкції в діапазоні від 70 до 250 єС.
Для магнетронних систем основними джерелами нагрівання підкладки стають:
- кінетична енергія осаджуваних атомів (5 - 20 еВ/атом);
- енергія конденсації розпилених атомів (3 - 9 еВ/атом);
- випромінювання плазми (2 - 10 еВ/атом).
Сумарна теплова енергія, що розсіюється на підкладці, а, відповідно, і температура підкладки залежать не тільки від конструкції і режимів розпилювальної системи, а й від матеріалу, що розпилюється. Типові значення сумарної теплової енергії змінюються від 10 до 70 еВ/атом, а температура підкладки при цьому, в залежності від осаджуваних атомів, знаходиться в межах від 70 до 200 єС [5].
Серед розглянутих методів цей метод має більш широкі можливості застосування і є найбільш перспективним. Магнетронне розпилення можна здійснювати як на постійному, так і на змінному струмі [2].
Однією з основних характеристик розряду є вольт амперна характеристика (ВАХ), яка суттєво залежить від величини робочого тиску та індукції магнітного поля. Типові ВАХ магнетронних систем наведені на рис. 1.5.
а б
Рис. 1.5. Вольт-амперні характеристики магнетронних розпилювальних систем з алюмінієвою мішенню: при різному тиску і постійному магнітному полі В = 0,03дТл (а); при різній індукції магнітного поля і постійному тиску Р = 0,3 Па (б) [6]
Із зростанням тиску ВАХ зміщуються в область менших робочих напруг, при цьому вигляд залежності стає більш лінійним. Аналогічним чином впливає і індукція магнітного поля. Залежності мають більш лінійний вигляд при більших значеннях магнітного поля. Слід також відмітити, що на ВАХ розряду також впливають матеріал мішені та її форма, яка змінює вигляд у процесі розпилення матеріалу (рис. 1.6). Так, утворення кратера в зоні роспилення мішені призводить до зміщення ВАХ в область менших робочих напруг через покращення умов локалізації плазми, причому це зміщення росте зі збільшенням Р.
Процес іонного розпилення матеріалу мішені залежить від багатьох факторів: енергії, маси, атомного номеру і кута падіння бомбардуючих іонів; маси і атомного номеру атомів, що розпилюються; температури і якості обробки поверхні мішені тощо. На ефективність розпилення впливає також і величина тиску робочого газу. Очевидно, що при деякому пороговому тиску розпилення починає зменшуватися.
а б
Рис. 1.6. ВАХ магнетронної системи розпилення: з плоскою мішенню з різних металів при Р = 0,5 Па і В = 0,08 Тл (а); з конічною новою (суцільні лінії) та еродованою (штрихові лінії) мішенями при В = 0,06 Тл і різному тиску (б) [6]
Це пояснюється збільшенням вірогідності повернення розпилених атомів на мішень при збільшенні тиску внаслідок процесів зворотної дифузії і зворотного розсіювання. Під зворотною дифузією слід розуміти повернення на мішень розпилених атомів, що мають середню кінетичну енергію, яка дорівнює середній кінетичній енергії робочого газу. Таке повернення може відбуватися з відстаней, що значно перевищують довжину вільного пробігу розпилених атомів ла. Зворотне розсіювання представляє собою повернення розпилених атомів на мішень у результаті розсіювання на атомах робочого газу. Цей процес відбувається на відстанях, що не перевищують ла, і характеризується різницею кінетичних енергій і мас часток між якими відбувається зіткнення. У залежності від співвідношення мас атомів матеріалу, що розпилюється, і атомів робочого газу переважає той чи інший процес повернення розпилених атомів на мішень.
Магнетронна розпилювальна система ВУП-5М
Вакуумний універсальний пост ВУП-5М призначений для отримання плівок з різних матеріалів методом магнетронного розпилення.
Прилад зроблено однією стойкою, у якій розміщені робоча камера, вакуумна система, блоки живлення, пульти керування.
У робочій камері встановлені три магнетронні розпилювачі з плоскою мішенню, з тією лише різницею, що зона розпилення замикається у коло (рис. 1.7).
Перед напиленням на магнетрон (2) встановлюють катод-мішень (3), закріплюють підкладку (6) на тримачі (4), перевіряють роботу заслінки (7) і відкачують вакуумну камеру до ~10-4 Па. За допомогою крану (12) напускають робочий газ аргон, звичайний робочий тиск якого дорівнює (0,5ч5)·10-5 Па. На катод подають негативну напругу відносно анода.
Рис. 1.7. Робоча камера магнетронної розпилювальної системи ВУП-5М [7]: 1 - робочий об'єм; 2 - магнетрон; 3 - зйомка мішень; 4 - підкладкотримач; 5 - затискач; 6 - підкладка; 7 - заслінка; 8 - плазма тліючого розряду; 9 - ручка для обертання заслінки у робочому об'ємі; 10 - ручка для обертання підкладкотримача у робочому об'ємі; 11 - водяний шланг; 12 - кран напуску робочого газу; 13 - високовольтний ввід; 14 - відкачка дифузійним насосом
Основні параметри і характеристики магнетронної системи ВУП-5М [7]:
- залишковий тиск у камері, що створюється дифузійним насосом при працюючій азотній пастці - 1,3·10-4 Па;
- максимальна напруга на виході високовольтного випрямляча джерела живлення магнетрона - не менше 0,9 кВ;
- максимальний струм магнетрона - не менше 300 мА;
- температура підкладки - до 1000 єС;
- час нагрівання підкладки - не більше 30 хв;
- час зміни підкладок не більше 7 сек, швидкість обертання підкладок не менше 0,5 сек.
Керування магнетронною системою ВУП-5М здійснюється з пульта керування. За допомогою пульта забезпечується вихід на робочий режим вакуумної системи з холодного стану і комутація вакуумної системи під час роботи.
1.3 Іонно-променеві методи отримання тонких плівок
Тонкі плівки різних матеріалів можна наносити на підкладку, випаровуючи матеріал мішені пучком іонів інертних газів. Основні переваги цього методу нанесення плівок у порівнянні з методом іонно-плазмового розпилення полягають у наступному[3]:
- можливість нанесення плівок матеріалів складного складу із збереженням компонентного складу мішені;
- малий робочий тиск у технологічній камері, обмежене лише швидкістю відкачування вакуумної системи, а не умовами підтримки розряду;
- відсутність електричних полів в області підкладки, що особливо важливо при нанесенні діелектричних плівок на підкладки з провідних матеріалів;
- можливість управління зарядами в осаджується діелектричної плівці за допомогою електронів, що емітуються катодом нейтралізації.
Іонно-променевий метод найбільш ефективний для нанесення плівок багатокомпонентних матеріалів, різних діелектриків, магнітних матеріалів.
Установка іонно-променевого розпилення представлена ??на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Схема установки іонно-променевого розпилення [8]: 1 - катод; 2 - джерело іонів Кауфмана; 3 - мішень; 4 - підкладка.
Установка містить джерело іонів на основі двокаскадного самостійного розряду з холодним порожнистим катодом (1) і модифікований варіант джерела іонів Кауфмана з відкритим торцем (2). Джерело іонів (1) служить для розпилення пучком іонів аргону з енергією 0,8 кеВ і щільністю струму 0,3 мА/см2 мішені (3) чистотою не гірше 99,8%. У напрямку потоку розпорошується матеріалу встановлені підкладки, закріплені на чотирьох позиціях обертового тримача (4). Потік іонів аргону з середньою енергій 80 еВ і щільністю струму 0,45 мА/см2 з джерела іонів (2) служить для очищення та активації поверхні робочої підкладки протягом 2 хвилин перед нанесенням плівки. Джерело іонів (2) під час нанесення плівки відключається, подача аргону через нього припиняється, а термокатод використовується для нагріву поверхні робочої підкладки.
Іонно-променевий метод заснований на отриманні тонких плівок з використанням іонної імплантації. На відміну від інших іонно-плазмових методів, при іонно-променевому синтезі енергія іонів складає від десятків кєВ до одиниць МеВ. При цьому доза імплантованих іонів більше 1016 іонів/см2, тобто така, щоб концентрація імплантованих атомів була достатньою для формування необхідної кількості нової фази [2].
Синтезовані фази формуються в тонкому при поверхневому шарі (<1 мкм) в аморфній або нанокристалічній фазі. Для рекристалізації и покращення структури плівки використовують термічний або імпульсний світловий, електронний, іонний та інші види відпалювання.
1.4 Молекулярно-променева епітаксія
В даний час існують два основних технологічних методу епітаксії, що дозволяють формувати багатошарові структури з надтонкими шарами. Це молекулярно-променева (МПЕ) і газофазна епітаксії, в тому числі з використанням металоорганічних сполук (МОС) і гідридів.
Молекулярно-променева епітаксії проводиться у вакуумі і заснована на взаємодії декількох молекулярних пучків з нагрітою монокристалічною підкладкою.
Основними перевагами методу є: низька температура процесу і висока точність управління рівнем легування. Зниження температури процесу зменшує дифузію домішки з підкладки і автолегування. Це дозволяє отримувати якісні тонкі шари. Легування при використанні даного методу є безінерційним (на відміну епітаксії з газової фази), що дозволяє отримувати складні профілі легування.
МПЕ полягає в осадженні парів елементарних компонентів на підігріту монокристалічну підкладку. Цей процес ілюструється на рис. 1.9, на якому наведені основні елементи для отримання з'єднання (GaAs).
Кожен нагрівач містить тигель, в якому знаходяться різні матеріали. Температура нагрівачів підбирається таким чином, щоб тиск парів, що випаровуються, був достатнім для формування відповідних молекулярних пучків. Пара речовин з відносно високою швидкістю переноситься на підкладку в умовах вакууму. Нагрівачі розташовуються так, щоб максимуми розподілів інтенсивності пучків перетиналися на підкладці.
Підбором температури нагрівачів і підкладки отримують плівки зі складним хімічним складом. Додаткове управління процесом нарощування здійснюється за допомогою заслінок, розташованих між нагрівачем і підкладкою. Використання цих заслінок дозволяє різко переривати або відновлювати потрапляння будь-якого з молекулярних пучків на підкладку.
Рис. 1.9. Схема установки молекулярно-променевої епітаксії [9]
Mолекулярно-променева епітаксія включає в себе наступні елементарні процеси, що протікають в зоні росту:
- адсорбція падаючих на підкладку атомів або молекул;
- поверхнева дифузія адсорбованих атомів по поверхні підкладки, яка може призводити до дисоціації молекул;
- імплантування атомів, що складають гетероструктуру, в кристалічну гратку підкладки або нарощений моноатомний шар;
- термічна десорбція атомів, не імплантованих в кристалічну гратку:
- виникнення і подальше зростання двовимірних зародків кристала на підкладці або поверхні нарощеного шару.
- взаємна дифузія атомів, імплантованих в кристалічну гратку.
1.5 Лазерне розпилення
Лазерне розпилення - унікальний технологічний процес, що дозволяє нанести на поверхню деталей матеріали, що володіють спеціальними властивостями, (метали, карбіди і т.д.), досягаючи, таким чином, відновлення геометрії, підвищення поверхневої міцності, корозійної стійкості, зниження тертя і інших ефектів. На відміну від технології, що використовує тепло електричної дуги чи згоряння суміші пального і кисню, лазерне розпилення забезпечує менший термічний вплив і змішування матеріалу підкладки з напилюваним матеріалом, при більш міцному їх скріпленні.
Схема установки лазерним випаровуванням представлена на рис. 1.10.
Рис. 1.10. Схема установки лазерним випаровуванням [10]: ОКГ - оптичний квантовий генератор.
Глибина проникнення лазерного променя в поверхню мішені мала (приблизно 10 нм). Це означає, що тільки тонкий поверхневий шар матеріалу схильний до дії випромінювання в той час, як решта мішені залишається незачепленою.
Говорячи про переваги лазерного випаровування, можна відзначити, що це один з найбільш швидких методів отримання тонкоплівкових покриттів, він надає чітко орієнтований напрям поширення плазми, поряд зі стехіометричним трансфером матерії від мішені до підкладки [3].
РОЗДІЛ 2. ХІМІЧНІ МЕТОДИ
Метод хімічного осадження тонких плівок здійснюється при напуску в робочу камеру суміші газів, що містить компоненти одержуваної плівки. Головними перевагами методу хімічного осадження є широкий діапазон швидкостей осадження і можливість отримання заданої кристалічної структури плівки (аж до монокристалів), а основним недоліком є використання токсичних, екологічно небезпечних газових сумішей.
Основні види хімічних методів [2]:
- реактивне катодне розпилення;
- газофазна МОС-гідридна епітаксія з використанням металоорганічних сполук;
- рідкофазна епітаксія;
- електрохімічне осадження покриттів;
- хімічна металізація.
Детально розглянемо ці методи.
2.1 Реактивне катодне розпилення
На відміну від фізичного розпилення реактивне катодного розпилення відбувається в тліючому розряді суміші інертного та активного газів. Частинки розпорошеного катода хімічно взаємодіють з активним газом або утворюють з ним тверді з'єднання, і нова речовина потрапляє в основу. Щоб процес утворення речовини плівки, яка наноситься, не проходив на катоді, що дуже ускладнює горіння розряду, застосовують суміші аргону з вмістом активних газів не більше 10% [9]. Для отримання плівок оксидів розпилення проводять в плазмі аргон-кисень, нітрид - в плазмі аргон-азот, карбідів в плазмі аргон-чадний газ або аргон-метан. При введенні в камеру різних активних газів, отримують плівки різних сполук, які практично неможливо отримати термовакуумним напиленням.
Реактивний катодне розпилення дозволяє не тільки отримати різні за складом плівки, а й керувати їхніми властивостями, наприклад питомий опір резистивних плівок. Реактивний розпилення широко використовується для формування високоомних резисторів.
Головними технічними труднощами при реактивному катодному розпиленні є точне дозування активного газу, що подається у вакуумну камеру [2].
2.2 Газофазна епітаксія з використанням металоорганічних сполук
Газофазна МОС-гідридна епітаксія з використанням металоорганічних сполук (МОСГЕ) не вимагає дорогого устаткування, і володіє високою продуктивністю. Перевагами МОСГЕ є також незворотність хімічних реакцій, що лежать в його основі, і відсутність в парогазовій суміші хімічно активних зі наростаючим шаром компонент. Це дозволяє проводити процес епітаксії при порівняно низьких температурах росту і здійснювати прецизійну подачу вихідних речовин, що дозволяє забезпечити контрольоване легування шарів і одержання структур в широкому діапазоні складів твердих розчинів з різкими концентраційними переходами [3].
До недоліків МОСГЕ методу можна віднести високу токсичність використовуваних вихідних сполук, в першу чергу арсин, а також складність хімічних процесів, що призводять до утворення шару GaAs, що ускладнює моделювання умов утворення епітаксійних шарів з потрібними властивостями.
Особливість методу полягає в тому, що в епітаксійному реакторі створюється високотемпературна зона, в яку надходить газова суміш, яка містить з'єднання, що розкладаються. У цій зоні протікає реакція і відбувається виділення і осадження речовини на підкладці, а газоподібні продукти реакції несуться потоком газу-носія. Конструкція установки для газофазної епітаксії приведена на рис. 2.1.
Температура піролізу становить 600-8000С. Підкладка та плівка зазвичай нагріваються високочастотним генератором з частотою 450 кГц. Піроліз відбувається у відкритому реакторі при атмосферному або зменшеному тиску (P ~ 70мм.рт.ст.). Зменшуючи тиск газової суміші при вирощуванні сполук можна управляти градієнтом зміни складу основних компонент і домішок в гетероструктурі. При низьких тисках нарощування ведеться при більших, ніж при атмосферному тиску швидкостях газового потоку, що дозволяє отримувати більш однорідні шари [4].
Для отримання сполук AIIIBV як джерело елемента III групи використовують металоорганічні з'єднання (наприклад триметілгалій (ТМГ) для синтезу GaAs і тріметіліндій (ТМІ) для InP або InGaP). В якості джерел елементів V групи служать гази арсин і фосфін.
Рис. 2.1. Схема установки газофазної епітаксії [11]: 1 - реактор (кварцева трубка); 2 - котушка ВЧ-генератора; 3 - нагріваємий тримач підкладок; 4 - підкладки; 5 - вхідний потік газів; 6 - вихідний потік газів.
2.3 Рідкофазна епітаксія
Рідкофазна епітаксія в основному застосовується для отримання багатошарових напівпровідникових сполук, таких як GaAs, CdSnP2. Готується шихта з речовини розпилюючого матеріалу, легуючої домішки (може бути подана і у вигляді газу) і металу-розчинника, що має низьку температуру плавлення і добре розчиняє матеріал підкладки (Ga, Sn, Pb). Процес проводять в атмосфері азоту і водню (для відновлення оксидних плівок на поверхні підкладок і розплаву) або у вакуумі (попередньо відновивши оксидні плівки). Розплав наноситься на поверхню підкладки, частково розчиняючи її, і видаляючи забруднення та дефекти. Після витримки при максимальній температурі ? 1000 °С починається повільне охолодження. Надлишки напівпровідника осідають на підкладку, що грає роль затравки. Існують три типи контейнерів для проведення епітаксії з рідкої фази: обертається (хитний), пенального типу, шиберного типу [4].
Подобные документы
Експериментальне дослідження й оцінка термо- і тензорезистивних властивостей двошарових плівкових систем на основі Co і Cu, Ag або Au та Fe і Cr та апробація теоретичних моделей. Феноменологічна модель проміжного шару твердого розчину біля інтерфейсу.
научная работа [914,9 K], добавлен 19.04.2016Температурна залежність опору плівкових матеріалів: методика і техніка проведення відповідного експерименту, аналіз результатів. Розрахунок та аналіз структурно-фазового стану гранульованої системи Ag/Co. Аналіз небезпечних та шкідливих факторів.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 28.07.2014Вивчення процесу утворення і структури аморфних металевих сплавів. Особливості протікання процесу аморфізації, механізмів кристалізації та методів отримання аморфних і наноструктурних матеріалів. Аморфні феромагнетики. Ноу-хау у галузі металевих стекол.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 09.05.2010Фізичні основи процесу епітаксія, механізм осадження кремнію з газової фази. Конструкції установок для одержання епітаксійних шарів кремнію. Характеристика, обладнання молекулярно-променевої епітаксії. Легування, гетероепітаксія кремнію на фосфіді галію.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 29.10.2010Принцип роботи, конструкція та галузі використання просвітлюючих електронних мікроскопів. Дослідження мікроструктурних характеристик плівкових матеріалів в світлопольному режимі роботи ПЕМ та фазового складу металевих зразків в дифракційному режимі.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 25.01.2013Сутність електрофізичних, електрохімічних, термічних та хіміко-термічних методів обробки конструкційних матеріалів. Математичні моделі процесу електрохімічного травлення голки тунельного мікроскопу. Заточування голки за допомогою явища електролізу.
курсовая работа [516,1 K], добавлен 16.06.2014Характеристика основних вимог, накладених на різні методи одержання тонких діелектричних плівок (термовакуумне напилення, реактивне іонно-плазмове розпилення, термічне та анодне окислення, хімічне осадження) та визначення їхніх переваг та недоліків.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 12.04.2010Сутність технології GаАs: особливості арсеніду галію і процес вирощування об'ємних монокристалів. Загальна характеристика молекулярно-променевої епітаксії, яка потрібна для отримання плівок складних напівпровідникових з’єднань. Розвиток технологій GаАs.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 25.10.2011Історія виникнення фотометричних методів. Класифікація методів за способом трансформування поглиненої енергії. Основні закономірності світлопоглинання. Методика визначення концентрації речовини в розчині. Устаткування для фотометричних вимірів.
реферат [27,1 K], добавлен 12.05.2009Призначення та область використання роторно плівкових апаратів. Класифікація плівкових апаратів. Опис процесу гідродинаміки в роторно плівковому апараті. Мінімальна густина зрошення. Аналіз впливу витрат, числа лопатей та в’язкості на тепловіддачу.
курсовая работа [507,3 K], добавлен 13.01.2018
