Термическое вакуумное напыление

Термическое вакуумное напыление.

Схема этого метода показана на рис. 1.4.1. Металлический или стеклянный колпак 1 расположен на опорной плите 2. Между ними находится прокладка 3, обеспечивающая поддержание вакуума после откачки подколпачного пространства. Подложка 4, на которую проводится напыление, закреплена на держателе 5. К держателю примыкает нагреватель 6 напыление проводится на нагретую подложку. Испаритель 7 включает в себя нагреватель и источник напыляемого вещества. Поворотная заслонка 8 перекрывает поток паров от испарителя к подложке напыление длится в течение времени, когда заслонка открыта.

Нагреватель обычно представляет собой нить или спираль из тугоплавкого металла вольфрам, молибден и др через которую пропускается достаточно большой ток. Источник напыляемого вещества связывается с нагревателем по-разному в виде скобок гусариков, навешиваемых на нить накала в виде небольших стержней, охватываемых спиралью, в виде порошка, засыпанного в тигель, нагреваемый спиралью, и т. п. Вместо нитей накала в последнее время используют нагрев с помощью электронного луча или луча лазера.

На подложке создаются наиболее благоприятные условия для конденсации паров, хотя частично конденсация паров и на стенках колпака. Слишком низкая температура подложки препятствует равномерному распределению адсорбируемых атомов они группируются в островки разной толщины, часто не связанные друг с другом. Наоборот, слишком высокая температура подложки приводит к отрыву только что осевших атомов, к их реиспарению. Поэтому для получения качественной пленки температура подложки должна лежать в некоторых оптимальных пределах обычно 200-400 0С . Скорость роста пленок в зависимости от ряда факторов температура нагревателя, температура подложки, расстояние от испарителя до подложки, тип напыляемого материала и др. лежит в пределах от десяти долей до десятков нанометров в секунду.

Прочность связи - сцепление пленки с подложкой или другой пленкой - называется адгезией. Некоторые распространенные материалы например, золото имеют плохую адгезию с типичными подложками, в том числе с кремнием.

В таких случаях на подложку сначала наносят так называемый подслой, характеризуемый хорошей адгезией, а затем на него напыляют основной материал, у которого адгезия с подслоем тоже хорошая. Например, для золота подслоем могут быть никель или титан. Для того, чтобы атомы газа, летящие от испарителя к подложке, испытали минимальное количество столкновений с атомами остального газа и тем самым минимальное рассеяние, в подколпачном пространстве нужно обеспечивать достаточно высокий вакуум.

Критерием необходимого вакуума может служить условие, чтобы средняя длина свободного пробега в несколько раз превышала расстояние между испарителем и подложкой. Однако этого условия часто недостаточно, так как любое количество остаточного газа чревато загрязнением напыляемой пленки и изменением ее свойств. Поэтому в принципе вакуум в установках термического напыления должен быть как можно более высоким.

В настоящее время вакуум ниже 10-6 мм. рт. ст. считается неприемлемым, а в ряде первоклассных напылительных установок он доведен до 10-11 мм. рт. ст. Главными достоинствами рассмотренного метода являются его простота и возможность получения исключительно чистых пленок при высоком вакууме. Однако у него есть и серьезные недостатки трудность напыления тугоплавких материалов и трудность а иногда невозможность воспроизведения на подложке химического состава испаряемого вещества.

Последнее объясняется тем, что при высокой температуре химические соединения диссоциируют, а их составляющие конденсируются на подложке раздельно. Естественно, имеется вероятность того, что новая комбинация атомов на подложке не будет соответствовать структуре исходной молекулы. 1.5.