РЕФЕРАТ
з дисципліни: "ФХОТЕС"
на тему: "Методи термічного випаровування"
Зміст
Метод термовакуумного напилювання
резистивного термічне випаровування у вакуумі
Забезпечення рівномірності товщини плівки
Метод лазерного випаровування
Переваги і недоліки термічноговипаровування
Багатошарові системи
Метод термовакуумного напилювання
Метод отримання тонких плівок термічнимвакуумним напилюванням є універсальним і найбільш освоєним методом. Розглянемосхему процесу термічного напилювання (рис.1).
Рис 1 Схема процесу термічного напилювання
Схема термічного напилювання. Робочакамера вакуумної установки являє собою циліндричний металевий або склянийковпак 1, який встановлюється на опорній плиті 7. Між ковпаком і плитою знаходитьсягумова прокладка, що забезпечує вакуумплотное з'єднання. Усередині робочої камерирозташовані: підкладка 4, яка закріплюється на тримачі 3, нагрівач підкладки 2 випарник 6 для нагріву напилюваних речовин. Між випарником і підкладкоювстановлюється заслінка 5, що дозволяє в потрібний момент припиняти попадання испаряемогоречовини на підкладку. Робоча камера відкачується вакуумним насосом. Залишковийтиск під ковпаком вимірюється спеціальним приладом - вакуумметром. Тиск вимірюєтьсяв мм рт. ст.
Процес термічного напилення у вакуумірозбивається на три етапи
1. Випаровування речовини.
2 Поширення парів испаряемогоречовини.
3. Конденсація парів испаряемого речовинина підкладці і утворення плівкової структури.
Випаровування речовини.
> Випаровуванняречовини відбувається при його нагріванні. При нагріванні речовини кінетична енергіяйого атомів і молекул зростає і стає достатньою для того, щоб вони відірвалисявід поверхні і поширилися в навколишньому просторі. З підвищенням температуриенергія збільшується і кількість молекул, відриваються від поверхні, зростає.
Тверді речовини зазвичай при нагріваннірозплавляються, а потім переходять в газоподібний стан. Деякі речовини переходятьв газоподібний стан, минаючи рідку фазу. Такий процес називається сублімацією .
Температуру, при якій тиск парівречовини над його поверхнею становить 10 -2 мм рт. ст ., називають температуроювипаровування речовини.
Швидкість випаровування речовини визначаєтьсякількістю речовини, испаряемого з одиниці площі в I сек, і виражається формулою
(1)
де V ісп - Швидкість випаровування, г/(см 2 сек); р s - Тиск насиченої пари (10 -2 мм рт. ст.); М - молекулярнавага испаряемого речовини, г/моль; Т - температура випаровування речовини, К.
У табл.1 наведені значення температуриплавлення, кипіння і випаровування, а також тиску парів і швидкості випаровування деякихматеріалів.
Формула (1) для визначення швидкостівипаровування справедлива для так званого молекулярного режиму
Таблиця1
Матеріал
позначення
Температура плавлення, 0 С
Температура кипіння, 0 С
Тиск парів при температурі плавлення,
мм рт. ст.
Температура випаровування при тиску парів 10 -2 мм рт. ст.
Швидкість випаровування 10 -4 , г/(см 2 * сек)
Алюміній
Мідь
Нікель
Олово
Срібло
Хром
А1
Сu
Ni
Sn
Ag
Cr
660
1083
1455
232
961
1900
2060
2590
2730
2400
2210
2200
1,2 10 -6
3 жовтня -4
4,4 10 -3
0
1,7 10 -3
6,4 10 -4
996
1273
1510
1189
1047
1205
0,85
1,18
1,06
1,56
1,67
1,1
Конденсація парів на підкладці і утворення плівкової структури
конденсації називається процес переходуматеріалу з газоподібної фази в тверду. При конденсації на підкладці утворюєтьсяплівка сконденсованого матеріалу.
Конденсація плівки на підкладцізалежить від температури підкладки. Існує така температура підкладки, званакритичної Т кр при перевищенні якої всі атоми відбиваються від підкладкиі плівка не утворюється.
Дослідження конденсації і зростання плівкив початковий момент часу її утворення вкрай важливі, оскільки властивості плівкибагато в чому визначаються на цьому етапі.
На процес утворення плівки впливаєстан поверхні підкладки. Великий вплив роблять також молекули залишковихгазів, які порушують умови конденсації і структуру утворюється плівки.
Молекули залишкового газу знаходяться в хаотичному тепловомурусі і вдаряються про будь-яку ділянку поверхні, в тому числі і про підкладку. Ступіньзабрудненості конденсируемой плівки визначається відношенням числа молекул залишковогогазу, що вдаряються об підкладку, до числа молекул испаряемого речовини.
Молекули залишкового газу, а в основному вони є молекулами води Н 2 О, реагуючи з напиленням металом,окислюють його. Тонкий окісної шар, що утворюється у поверхні підкладки, покращуєадгезію напилюваної плівки до підкладки. Тому плівки, які окислюються краще(Хром, залізо), мають кращу адгезію. Метали, які погано піддаються окисленню(Золото, срібло), мають погану адгезію, і вони зазвичай напилюється з підшаром іншогометалу, що має кращу адгезію до підкладки.
Резистивное термічне випаровування у вакуумі
Всі речовинив залежності від температури нагріву можуть знаходитися в одному з трьох фазових (агрегатних)станів: твердому, рідкому або газоподібному (пароподібному
Умовною,практично встановленою температурою випаровування вважається температура, при якійтиск насиченої пари речовини становить приблизно 1,3 Па.
Деякіречовини мають температуру випаровування нижче температури плавлення, ті. вони достатньоінтенсивно випаровуються з твердого стану. Процес переходу речовини з твердогостану в пароподібний, минаючи рідку фазу, називають сублімацією ( сублімацією).
Рухаючись від випарника до підкладки зенергією, молекула при зіткненні з підкладкою віддає їй частину своєї енергії. Іншучастину своєї енергії молекула витрачає на міграцію по поверхні підкладки, втрачаючи поступовоцю енергію і прагнучи до теплового рівноваги з підкладкою, в той же час міграціямолекули вздовж підкладки відбувається в потенційному полі, рельєф якого характеризуєтьсянаявністю "бугрів" і "ям" і являє собою розподілсил зв'язку (сил Ван-дер-Ваальса) по поверхні підкладки.
У процесі міграції можливі наступнірезультати:
1) зустрівши на шляху руху потенційну"Яму" (сильний зв'язок з підкладкою), молекула втрачає надлишок енергії і фіксуєтьсяна підкладці (конденсується), стаючи центром кристалізації;
2) зустрівши на шляху руху потенційний"Бугор" (слабкий зв'язок з підкладкою) і володіючи достатнім надлишком енергії,молекула залишає підкладку (реіспареніе);
3) зустрівши на шляху руху іншумігруючу молекулу, вона вступає з нею в сильну (металеву) зв'язок, у рез...
