Физико-химические основы процессов

формирования тонких слоев и покрытий на твердых подложках

Способы формирования тонких слоев и покрытий на твердых подложках подразделяются на три основные группы:

1. Формирование в газовой фазе, обычно в вакууме, путем испарения, сублимации или распыления одного или нескольких, химически не взаимодействующих простых или сложных веществ и прямой конденсации частиц газовой фазы на поверхности подложки в результате только физического взаимодействия (методы физического осаждения паров - Physical Vapour Deposition, PVD). К этим методам относится также осаждение (эпитаксия) молекулярных пучков (Molecular Beam Epitaxy).

2. Формирование в газовой фазе из нескольких простых или сложных веществ, которые в результате химического взаимодействия или и/или разложения образуюn осаждающееся на поверхности подложки необходимое вещество (методы химического осаждения паров - Сhemical Vapour Deposition, CVD). При этом также возможно образование газообразных побочных продуктов реакции, выносимых из камеры с потоком газа.

3. Формирование из жидкой фазы (истинного или коллоидного раствора исходных компонентов) с последующим удалением растворителя и образованием необходимого вещества в результате химических превращений компонентов (растворы полимеров или преполимеров и золь-гелевая технология).

2.1. Процессы физического осаждения из газовой фазы (PVD).

Основными стадиями этих процессов являются:

1. Генерация потока или пучка осаждаемого вещества - создание газа (пара) из частиц (атомов, молекул или их агрегатов - кластеров) осаждаемых материалов путем их испарения (evaporation), абляции (ablation) или распыления (sputtering), а также сочетанием этих процессов;

2. Перенос частиц к субстрату;

3. Конденсация частиц или осаждение (эпитаксия) молекулярных пучков на субстрате и формирование слоя или покрытия

Классификация методов физического осаждения обычно базируется на процессе, протекающем на первой стадии:

· термическое испарение резистивным нагревом;

· испарение электрической дугой;

• электронно-лучевое испарение;
• импульсное лазерное испарение;
• ионно-лучевое и ионно-плазменное распыление;
• катодное распыление;
• магнетронное распыление;
• распыление под воздействием высокочастотного электромагнитного поля;
• молекулярно-лучевая эпитаксия.

Преимуществами таких процессов генерации потока осаждаемого вещества являются:

• возможность перевода в газообразное состояние (пар) практически любых металлов (в том числе тугоплавких) и сплавов, неорганических полупроводниковых и диэлектрических материалов;
• простота реализации;
• высокая скорость испарения вещества и возможность регулирования ее в широких пределах;
• возможность получения покрытий, практически свободных от загрязнения.

1.1. Резистивный нагрев.

В сверхвысоком вакууме (≤1,3·10^–8 Па) вещество термически нагревается до температуры испарения или сублимации, после чего его атомы и молекулы конденсируются на подложке. Нагрев резистивным способом обеспечивается за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока непосредственно через напыляемый материал или через испаритель, в котором он помещается. Конструктивно резистивные испарители подразделяются на проволочные, ленточные и тигельные и изготавливаются из тугоплавких металлов (вольфрама, тантала, платины) или графита. Способ применяется при напылении материалов, температура нагрева которых для испарения не превышает 1500 °С. Этот метод испарения имеет несколько других существенных недостатков: загрязнение напыляемого материала от нагревателя или тигля, ограничения по мощности нагревательных элементов. Это не позволяет использовать его для нанесения чистых пленок из материалов с высокой температурой плавления.

Дата добавления: 2014-12-25