5 Испарители.

В вакуумных установках используют испарители: с прямым и косвенным подогревом. Испарители с прямым подогревом нагреваются до температуры испарения током, пропускаемым через испаритель. Их изготовляют из самого испаряемого вещества. Испарители с прямым подогревом могут быть ленточные и проволочные. Для устранения перегрева на отдельных участках и повышения срока работы они должны иметь неизменную площадь сечения по всей длине. Испарители с прямым нагревом просты в изготовлении и дешевы.

Испарители с косвенным подогревом -делятся на резистивные, индукционные, радиационные, электронно – лучевые, дуговые.

В резистивных испарителях тепло выделяется вследствие прохождения тока через нагреватель. Материал нагревателя должен иметь небольшое давление пара при температурах испарения и не вступать в химические реакции с материалами, которые испаряются. Для нагревателей используются тугоплавкие металлы: вольфрам, тантал, молибден. Испарители изготовляют в форме лент, лодочек, неглубоких тиглей (рис. 9.12). Они позволяют испарять материалы в виде порошков, гранул, провода, ленты и т.п.

Рис. 9.12 -Испарители: а — проволочные; б — лодочные; в - тигельные

Испаритель с радиационным нагревом не имеет непосредственного контакта с нагревателем. Испаряемое вещество помещается в тигель и нагревается проволочным нагревателем, размещенным на некотором расстоянии. Этот тип испарителя используется для напыления диэлектрических материалов с невысокой температурой испарения.

В электронно — лучевых испарителях испаряемое вещество нагревается потоком электронов. Электроны тормозятся в поверхностном слое вещества и нагревают его. Поток электронов фокусируют для получения большой плотности энергии на небольшой площади. Эти испарители применяют для испарения тугоплавких материалов с большой скоростью.

Индукционный испаритель состоит из катушки индуктора, в середине которой помещен тигель из испаряемого вещества. Материал тигля имеет диэлектрические свойства, а испаряемый материал — проводник. По виткам индуктора пропускают высокочастотный ток. Под действием высокочастотного электромагнитного поля в испаряемом веществе возникают вихревые токи, которые нагревают его.

6 Получение вакуума.

Для получения вакуума предварительная откачка проводится форвакуумным насосом и окончательная — диффузионным насосом.

Форвакуумный насос — это механический насос, который откачивает остаточный газ до давления не ниже 1,3310^-1 Па за счет периодического перемещения механических деталей. После предварительной откачки газа из камеры включается диффузионный насос. Молекулы откачиваемого газа диффундируют в струю пара рабочей жидкости, которая вытекает из сопла насоса. Как рабочую жидкость используют силиконовое масло. Диффузионные насосы обеспечивают степень вакуума не выше 1,3310^-3 Па. Чтобы получить выше значения вакуума, между насосами и вакуумной камерой часто устанавливают один или два азотных улавливателя. Улавливатель охлаждается до температуры жидкого азота (77 К) и на его поверхности конденсируется откачиваемый газ.

Процесс напыления

Процесс напыления начинается с загрузки вакуумной камеры: испаряемое вещество помещают в испаритель, подложки устанавливают в держатели, маски — в маскодержатели. Затем камеру герметизируют, откачивают воздух. При закрытой заслонке нагревают испаритель до температуры испарения, а подложку до нужной температуры. Осуществляют ионную очистку подложки. Откачивают остаточный газ. После этого открывают заслонку и осуществляют напыление пленки. Когда толщина пленки достигнет нужной величины, заслонку закрывают, и поток атомов, конденсирующихся на подложке, прекращается. Подложки охлаждают, в камеру напускают воздух и выгружают подложки.

Основным параметры процесса термовакуумного напыления относятся: давление в камере, температура испарителей, температура подложек, время напыления.

Достоинства

Процесс термовакуумного напыления является простейшим процессом нанесения тонких пленок.

Он позволяет получать пленки металлов, диэлектриков, полупроводников, изготовлять пассивные элементы, металлизацию в полупроводниковых структурах и прочее.

Процесс обеспечивает высокие скорости роста пленок,

высокую степень чистоты пленок,

изготовление качественных пленок при относительно низкой температуре подложек.

Сравнительно легкая автоматизация процесса позволяет создавать сложные вакуумные установки и комплексы, управляемые с помошью ЭВМ.

Недостатки процесса термовакуумного напыления

является: трудность формирования однородных по составу пленок в процессе напыления многокомпонентных сплавов и веществ,

недостаточная равномерность толщины пленок по поверхности подложки на подложках больших размеров,

трудность напыления тугоплавких металлов (напыления возможно лишь для материалов с температурой испарения не большее 1800 С),

относительно небольшая адгезия пленок,

большая продолжительность подготовки к процессу напыления (откачка воздуха, которая составляет 1…2ч.), в сравнении с напылением пленки

высокая инерционность при использовании испарителей (после выключения нагрева испарителей парообразование продолжается, поэтому процесс напыления пленки прекращается с помощью механической заслонки), трудность создания испарителей с большим ресурсом работы более 50...100 ч, относительная сложность оборудования.