- •Технологія одержання і застосування плівКових матеріалів
- •Проценко і.Ю., Шумакова н.І.
- •© І.Ю.Проценко, н.І Шумакова, 2008
- •Передмова...................................................................................... 7
- •Конструкції термовипарників та їх застосування……… 19
- •Передмова
- •1 Основи термодинаміки та кінетичної теорії газів
- •Рівноважний тиск пари
- •1.2 Розподіл атомів пари за швидкостями
- •1.3 Механізми випаровування рідин та твердих тіл
- •2 Конструкції термовипарників та їх застосування
- •2.1 Загальна інформація
- •2.2 Випаровування із дротів та металевої фольги
- •2.3 Випаровування із тиглів, матеріали тиглів
- •2.4 Випаровування матеріалів електронно-променевими методами
- •3 Вакуумно-плазмова технологія
- •4 Плазмові випарники
- •4.1 Випарники з випаровуванням матеріалу катода
- •4.2 Вакуумно-дугові випарники
- •4.3 Випарники з випаровуванням матеріалу анода
- •4.4 Електронно-променеві випарники
- •5 Метод іонного та реактивного розпилення
- •5.1 Іонне розпилення
- •5.2 Реактивне розпилення
- •6 Особливості випаровування сплавів та хімічних сполук
- •7 Методи контролю товщини плівок
- •7.1 Мікрозважування
- •7.2 Метод кварцового резонатора
- •7.3 Оптичні методи
- •7.4 Інші методи
- •8 Характеристика елемента карбону
- •9 Класифікація алотропів карбону
- •10 Фізичні властивості алотропів карбону
- •11 “Метастабільність алмазу” та шляхи його одержання
- •12 Хімічний синтез алмазу
- •13 До історії розвитку хімічного синтезу алмазу
- •14 Методи одержання алмазоподібних плівок
- •14.1 Термохімічні методи осадження
- •14.2 Електророзрядні методи
- •14.3 Комбіновані розряди
- •14.4 Методи одержання апп на атмосфері
- •15 Методи одержання гідрогенезованих
- •16 Методи одержання ультрадисперсних алмазів (уда) і наноалмазів (на)
- •17 Методи одержання
- •18 Хімічний склад і кристалічна структура
- •18.1 Нітрид титану
- •18.2 Карбід вольфраму
- •Задачі та вправи
- •19 Уявлення про адатом, кластер та критичний зародок
- •20 Залежність розміру критичного зародка від матеріалу плівки та підкладки
- •21 Механізми конденсації плівок, їх узагальнена діаграма
- •22 Чотири стадії росту плівки
- •22.1 Утворення острівців
- •22.2 Коалесценція острівців
- •22.3 Утворення каналів
- •22.4 Утворення суцільної плівки
- •23 Критична товщина і критична температура конденсації
- •24 Утворення дефектів у процесі росту плівки
- •24.1 Дислокації
- •24.2 Межі зерен
- •24.3 Шорсткість та пористість конденсатів
- •25 Епітаксіальний ріст плівок
- •25.1 Зародження епітаксіальних частинок
- •25.2 Механізми епітаксіального росту
- •26 Змінювання параметра решітки, псевдоморфний ріст плівок
- •27 Види спряжень кристалів при епітаксіальному рості
- •28 Субструктура полікристалічних плівок
- •29 Нанокристалічні та аморфні матеріали
- •30 Внутрішні макронапруження в конденсатах
- •30.1 Вплив температури підкладки
- •30.2 Причина виникнення макронапружень у
- •30.3 Вплив товщини плівок, швидкості конденсації та термообробки
- •30.4 Розрахунок величини st
- •30.5 Методи вимірювання s
- •Вплив іонного бомбардування підкладки на властивості плівок
- •32 Процес старіння в тонких плівках
- •Датчики температури із платини та нікелю
- •Термопари
- •Терморезистори із від’ємним і додатним
- •Кремнієві датчики
- •37 Датчики на основі металевої плівки
- •38 Термокондуктометричні та термохімічні
- •39 Тонкоплівкові газові датчики
- •40 Датчики вологості
- •41 Уявлення про тензоефект
- •42 Перетворення деформації тензорезистором
- •43 Передача деформації чутливому елементу
- •44 Металеві тензодатчики
- •45 Напівпровідникові та полімерні тензорезистори
- •46 Магніторезистивні датчики
- •47 Датчики Холла
- •Технологія одержання і застосування плівкових матеріалів
5.2 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
Рисунок 1.13 - Залежність концентрації атомів аргону в плівках нікелю від тиску
потрібної сполуки (SіO, TaO, Ta2O5, Cu2O, TaN, SіN та ін.). Такий метод конденсації плівок одержав назву реактивного розпилення.
Вузлове питання реактивного розпилення полягає у визначенні тієї частини вакуумної камери, в якій відбувається реакція:
реакція відбувається в газовому середовищі;
хімічно активний газ утворює шар окислів, нітридів та сульфідів на поверхні катода (мішені), після чого молекули цієї сполуки розпиляються;
реакція відбувається безпосередньо на підкладці.
Експериментальні результати свідчать на користь останнього механізму, хоча інколи спостерігається інший механізм.
Залежно від умов розпилення можна одержувати різні хімічні сполуки. У роботах Г.Перні з колегами було показано, що конкретний тип сполуки залежить як від процентного вмісту активного газу, так і від параметра конденсації, який назвивать зведеним полем, що визначається за співвідношенням
Е* = Uк ( l pr )-1, (1.14)
де Uк - напруга на катоді; l - відстань катод-анод; pr - тиск реактивного газу. На рисунку 1.14 на прикладі конденсатів міді показано, як залежить їх фазовий склад від величини Е* та концентрації кисню в атмосфері розпилення (Ar+O2).
Рисунок 1.14 - Фазова діаграма для конденсатів міді в координатах зведене поле - концентрація кисню
Для пояснення того факту, що при великих концентраціях кисню утворюється не CuO, а Cu2O, Г.Перні запропонував феноменологічну теорію, згідно з якою утворення матеріалу плівки відбувається в газовій фазі на дуже малій відстані від підкладки (цей приповерхневий шар він назвав "віртуальною" тонкою плівкою). У зв'язку з тим, що енергія зв'язку Ев атомів Cu і Cu більша порівняно з атомами Cu і O, то під час бомбардування плівки CuO нейтральними атомами чи іонами в ній буде зменшуватися саме концентрація кисню, що й зумовить утворення Cu2O. Але в рамках цієї концепції залишається незрозумілим, чому при тих самих концентраціях кисню, але при більших значеннях Е*, утворюється CuO. Таким чином, роль зведеного поля залишається і досі незрозумілою.
Насамкінець підкреслимо, що зведене поле принципово не відрізняється від іонного. До того ж зауважимо, що поряд із розглянутими методами конденсації плівок було розроблена велика кількість інших. Назвемо деякі з них. Наприклад, метод високочастотного розпилення був розроблений у зв'язку з тим, що у звичайній системі іонного розпилення на постійному струмі не можна одержати плівки із діелектриків. Це обумовлено тим, що на поверхні діелектричної мішені швидко утворюється поверхневий заряд позитивних іонів, який перешкоджає подальшому іонному бомбардуванню. Широке застосування мають хімічні методи осадження плівок, такі як анодування, полімеризація, термічне вирощування, осадження з парової фази тощо.