ИДЗ 7
.docxСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет
кафедра ФЭТ
Дисциплина
«Технология материалов и элементов электронной техники»
Расчет по заданию №7
Выполнил студент группы 5207
Иванов А.Д.
Преподаватель:
профессор Шаповалов В.И.
Санкт - Петербург
2018 г.
Цель работы: определить скорость роста пленки меди методом резистивного испарения в центре подложки подложки из поверхностного и точечного источников.
Резистивное испарение
При заданной толщине пленки определяют:
-температуру испарения, которую задают током испарителя;
-количество испаряемого материала.
1. Температура процесса. Температура испарения Tисп должна быть такой, чтобы давление насыщенного пара рабочего материала p0 было значительно больше давления остаточных газов pост. Для выполнения этого условия в высоком вакууме достаточно принять p0 = (1–10) Па.
2. Количество испаряемого материала. Обозначим массу рабочего вещества, которое необходимо испарить для изготовления пленки заданной толщины L, через M0. Задача определения величины M0 актуальна в том случае, когда вещество расходуется полностью в одном технологическом цикле. Анализ источников многократного использования выполним ниже.
Для определения способа вычисления M0 необходимо учесть особенности осаждения пленки в рамках модели. В реальных условиях, когда давление в системе не превышает 10–3 Па, средняя длина свободного пробега частиц в области переноса превысит 6.0 м (см. формулу (1.10)) и, следовательно, будет намного больше расстояния источник–подложка, равное обычно 0.1–0.2 м. Таким образом, испаряемые частицы переносятся от источника к подложке без столкновений и рассеяния по прямолинейным траекториям. Следовательно, к потоку частиц можно применить законы Ламберта–Кнудсена, согласно которым число частиц, достигших поверхности подложки в единицу времени, зависит от угла падения и обратно пропорционально квадрату расстояния испаритель–подложка h, а интенсивность потока обусловлена потоком источника.
Рассмотрим влияние геометрической формы испарителей на равномерность пленки. Их конструкции приводят к моделям поверхностного или точечного источника. Поверхностный источник создает поток рабочего вещества только в верхнюю полусферу (рис. 3.17, а). От точечного источника поток распространяется равномерно по всем направлениям (рис. 3.17, б). В основу всех моделей положен закон эффузии, который описывает испарение вещества из идеальной ячейки Кнудсена.
Методика определения массы осаждаемого вещества на элементе dAr при испарении из эффузионной ячейки, была применена и для точечного источника (рис. 3.17, б). Он представляет собой сферу с бесконечно малым диаметром и площадью поверхности dA0. Испарение из него происходит равномерно по всем направлениям.
Скорость роста пленки vпл для поверхностного источника при переносе в высоком вакууме является функцией координаты точки на подложке l
где максимальная скорость роста пленки на оси системы
при l = 0, м/с; ρ – плотность материала источника, кг/м3 ; Jm – массовая плотность потока в плоскости источника, кг/(м2∙с); A – площадь поверхности источника, м2.
Для точечного источника скорость роста пленки определяют по выражению
Дано:
Cu
T = 1800 K, pост = 10-4 Торр; h = 0.05…0.1 м, Sточ = 0.4 мм2, dпов = 10 мм,
ρ = 8930 кг/м3
Найти: v(h) из поверхностного и точечного источников
Решение
-
Убедимся, что испаряемые частицы переносятся от источника к подложке без столкновений и рассеяния по прямолинейным траекториям:
Для воздуха:
C = 112,
средний диаметр молекулы газа в воздухе
-
Определим плотность потока в плоскости источника:
-
Построим зависимости роста пленки для поверхностного (1) и точечного источников (2):
Рисунок 1 – Скорость роста пленки из поверхностного источника
Рисунок 2 – Скорость роста пленки из точечного источника
Вывод: при почти одинаковой площади испарения для поверхностного источника скорость роста пленки на несколько порядков выше. Это связано с тем, что точечный источник больше половины своего потока отправляет в сторону от подложки, в то время как поверхностный источник большую часть испаряет на подложку. Отсюда следует применение точечного источника: его удобно использовать, если надо напылять материал сразу на несколько подложек, расположенных по всей сфере.