Кинетика процесса конденсации. Роль подложки
Осаждение пленки начинается при критической плотности молекулярного потока. Адсорбированные молекулы теряют часть своей кинетической энергии на обеспечение связи с подложкой. Мигрируя по поверхности атомы сталкиваясь образуют зародыши, достигая критического радиуса rкр они растут. Рост пленки в начальный период носит островковый характер. Постепенно доля открытой поверхности за счет присоединения атомов с поверхности или из молекулярного пучка уменьшается. Тончайшие пленки представляют собой островки, соединенные мостиками. Рост пленок может носить блочный характер или фрактильный характер.
Различают три разновидности структуры пленки:
аморфная;
мелкозернистая (диаметр кристаллитов меньше 10 нм );
крупнозернистая (диаметр кристаллитов 100 нм и больше).
В процессе напыления на больших скоростях температура пленки может увеличиваться на десятки и сотни градусов по сравнению с начальной из-за выделения скрытой теплоты фазового перехода. Плотность связи пленки с подложкой обеспечивает переходный слой. Его формирование определяется физико-химическими свойствами материала пленки и природой подложки. Большое значение имеет ее химический состав, смачиваемость, химическое сродство с материалом пленки. Для монокристаллических подложек имеет значение ее кристаллографическая ориентация, уровень дефектности. Имеет влияние на качество пленки также близость температурного коэффициента линейного расширения материала пленки и подложки.
Создание вакуума в вакуумных установках
В технологических установках используют следующие устройства откачки воздуха для создания вакуума:
1. Механические форвакуумные насосы.
Механическое компрессирование с масляным уплотнением, осуществляют с помощью механических форвакуумных насосов, которые создают вакуум путем периодического изменения объема рабочей камеры насоса. Качество работы зависит от точности пригонки деталей насоса. Пленка масла в подвижных сочленениях насоса непроницаема для откачиваемого газа. Форвакуумное масло должно иметь низкое давление паров, не окисляться, обладать повышенной вязкостью для создания прочной уплотнительной пленки. Двухступенчатый форвакуумный насос ВН 461М дает разряжение ~ 10-3 мм.рт.ст.
2. Адсорбционные форвакуумные насосы.
Принцип работы - физическая адсорбция. По сути представляют собой безмасляную форвакуумную откачку. Работа основана на поглощении пористыми телами газов и паров. В насосе ЦВН 01 в качестве адсорбента используют цеолит с диаметром пор 5А°. Десорбция газов проводиться нагревом, затем адсорбент охлаждается жидким азотом с использованием сосуда Дьюара. Недостатки - большой расход азота, плохая откачка Ar и H2.
Для создания более глубокого вакуума используют диффузионные насосы. Это уже высоковакуумные насосы. рисунок с. 74
3. Диффузионные насосы.
Принцип работы - захват и вынос молекул газа путем диффузии в струю пара переносчика, который используется в пароструйных высоковакуумных насосах. Для этого используются пар высоковакуумных масел (силикон, ВМ-1, ВМ-5, масла ПФМС-2, ТУ ГКХ КЧ-245-62), марки насосов: Н-2Т, Н-1С-Б, Н-20Т.
Отработанные пары масла конденсируются у выхода насоса на специальных охлаждающих стенках. Конденсат стекает в испаритель, освобождая молекулы газа, которые далее удаляются форвакуумным насосом. Диффузные масляные насосы относительно дешевы и обеспечивают остаточное Р =10-6 Па. Однако для улавливания паров масла требуют вымораживающие ловушки, охлаждение жидким азотом.
4. Гетеро - ионные насосы.
Хемосорбция (активных газов) и блокирование (инертных газов) лежит в основе работы гетеро-ионных насосов. В них масло отсутствует. Поглощающим веществом служит свежеосажденный слой Ti, Ti-Mo сплава или Cr, полученные электронно-лучевым или ионным распылением. Во втором случае насосы называются электроразрядными. Процесс откачки включает ионизацию остаточных молекул газа электронами с катода и ионное распыление титана катода (другие газы). При выключении адсорбированные газы выделяются. Марки насосов: ГИН-05, ГИН-2, ГИН-5. Недостатки: нестабильность работы при Р<10-2Па, приводящая к колебаниям величины вакуума из-за освобождения атома Ar из катода.
Для получения высокого вакуума в вакуумном агрегате объединяют 2-3 насоса с различными характеристиками. Обычно колпак вакуумной камеры имеет значительный объем (h=0.75м, диаметр 0,5 м) В связи с этим насосы должны иметь производительность, обеспечивающую за 10 минут откачку до 10-4 Па.
