PVD_method

Теоретические аспекты физического осаждения из газовой фазы

Под физическимосаждениемиз газовой фазы (PVD – PhysicalVapor Deposition) материала понимаетсяпроцесс конденсацииэтого материалав виде атомовили молекулиз газовой фазы с образованиемтонкой пленки на поверхности подложки,причем химический составгазовой фазы и осаждаемойпленки совпадает. Физическоеосаждениеиз газовой фазы может осуществлятьсяследующимиметодами:

1.Термо-вакуумным,при которомматериалтермическииспаряетсяв виде атомов или молекулв условиях высокого вакуумаи затем конденсируетсяна подложке, причем испарениеможет производитьсярезистивным,индукционным,электронно-лучевыми лазернымнагревом;

2.Ионногораспыления, при котором материалвыбиваетсяиз мишенив виде атомовили молекулза счет кинетическойэнергии бомбардирующихмишеньионов и затем конденсируетсяна подложке, причем могут быть использованыкак ионы газоразряднойплазмы, так и ионные пучки, генерируемые в автономныхисточниках.

Метод ионного распыленияпо сравнениюс термо-вакуумнымобладаетследующими преимуществами:

-низкие температурыпроведенияпроцессовосаждения;

-сохранение стехиометриисложных соединенийи сплавов;

-простота автоматизациии интеграции с процессомионнойочистки поверхности подложки;

-длительныйресурс мишеней;

-лучшаяадгезия пленок;

-упрощениеи удешевлениесистем обеспечениявысокой однородностипленок по толщине на подложкахбольшогодиаметра,и в случаереализацииего в магнетронных распылительныхсистемах(МРС) не уступаеттермо-вакуумномупо скорости осаждения.

dNи

pнас и

,

атом

Vи m

dNи

m

pнас и

pнас и

m

;

dt A

2 kTи

dt A

м2с

2 mkT

2 mkT

и

и

D000 – Резистивный нагрев. Проволочный испаритель (для смачиваемых материалов); D001 – Резистивный нагрев. Ленточный испаритель (для несмачиваемых материалов), D002 – Резистивный нагрев. Сублимационный испаритель: 1 – фланец, 2 – токоввод, 3 – сублимируемый материал.

D003 – Резистивный нагрев.

Тигельный испаритель.

	V	583, 10 3	p		M	,	кг
				нас T			м2с
	и
					и

Смачивающая способность жидкости на границе раздела трех фаз: жидкой, твердой и газообразной, определяется величиной краевого угла Θ. Величина краевого угла зависит от природы соприкасающихся сред и не зависит от формы поверхности и силы тяжести. В том случае, если краевой угол Θ 90о, жидкость считаетсянесмачивающей, если Θ90о жидкость считаетсясмачивающей.

Поверхность

жидкости

Стенка

					Поведение
		Жидкость
					смачивающей (а) и
					несмачивающей (б)
					жидкости у стенки
	а)	б)

D010 – Высокочастотный нагрев. Тигельный испаритель.

D011 – Высокочастотный нагрев. Тигельный испаритель со стартовым элементом

	Испарение сплавов (закон Рауля):	pнас,Араст.			xА
		pнас,А		xА	(100 xА )	MА
						MБ

D020 – Электронный нагрев. Тигельный испаритель.

D021 – Электронный нагрев. Проволочный испаритель.

D022 – Электронный нагрев. Штабиковый испаритель.

D030 – Электронно-лучевой нагрев.

Испаритель с пушкой Пирса. D031 – Электронно-лучевой нагрев.

Испаритель с аксиальной пушкой.

T r,t	E0		r2
	3
		exp
	c 4 T t 2		4 T t

T(r) r02 Pe

2r T

T 3 E0Ie

2 qe T R

D032 – Электронно-лучевой нагрев.

Многотиглевый испаритель.

D040 – Лазерный нагрев.

Испаритель с твердотельным или газовым лазером.

dNи			pнас и
dt A
			2 mkT
			и

атом , м2с

D050 – Молекулярно-лучевое испарение.

Эффузионный испаритель (Ячейка Кнудсена): 1 – тигель, 2 – нагреватель, 3 – испаряемый материал, 4 – тепловые экраны, 5 – термопара.

D050 – Молекулярно-лучевое испарение.

Капиллярный испаритель: поток испаряемого материала, 2 – исходный материал, 3 – лодочка испарителя, 4 – крышка лодочки, 5 – капиллярная структура, 6 – токоввод.

Схема молекулярно-лучевой эпитаксии кремния, легированного сурьмой

Tп

р = 10-6 – 10-8 Па λ = 5.10-3/р = 5.104 м

Ea = kTи Tп=673 – 1073 К

Тнагрева

Подложкаиз Si или сапфираAl2O3 (КНС)

или SiO2, Si3N4 (КНИ)

Ячейка Кнудсена

Si Sb