En vakuumenhed er i det væsentlige det samme system, der består af et vist antal komponenter. Hvert af elementerne i en sådan installation udfører specifikke funktioner. En af de vigtigste komponenter i vakuuminstallationer er en vakuumpumpe, som der kan være et enormt antal af. Ofte er en enhed bygget på en sådan måde, at alle komponenterne interagerer inde i den. Kun i tilfælde af en sådan situation vil det være muligt at opnå virkelig højtydende indikatorer. Hvad angår hovedopgaven for sådanne installationer, så er der uden tvivl skabelsen af ​​et dybt teknisk vakuum.

Sådanne processer spiller en særlig vigtig rolle, når det kommer til at pumpe luft eller gasblandinger. Men gå ikke glip af det øjeblik, hvor vakuuminstallationer effektivt kan bruges ikke kun i industrien, men også derhjemme. Ved husholdningsopgaver fungerer vakuumenheder uden nogen mærkbar belastning og er i stand til at levere enestående ydeevneindikatorer.

Hvad angår efterspørgslen efter virksomheder i sådanne installationer, er der absolut ingen tvivl om dette. I øjeblikket viser et stort antal producenter interesse for produkter til dette formål. Mange producenter er endda villige til at betale for meget for at være de første til at modtage sådanne installationer.

Nu vil vi overveje de industrier, hvor vakuuminstallationer allerede er blevet en integreret del af systemet:

• Tekstilindustrien
• Maskiningeniør
• Metallurgi
• Fødevareindustri
• Kemisk industri
• Maskiningeniør
• Lægemidler

Men dette er langt fra hele listen over industrier, der har brug for udstyr af denne type. Men selv ser man på denne liste, ser det ud til, at dette faktisk er en af ​​de mest praktiske muligheder blandt alt udstyr af denne type.

Hvis standardkonfigurationen af ​​vakuumenheden ikke er nok for brugeren, kan han købe ekstra udstyr uden problemer. Det har til formål at gøre processen lettere og samtidig effektiv. Mange brugere nyder godt af disse privilegier og køber ekstra udstyr for i høj grad at forenkle arbejdsgangen og gøre den mere pålidelig.

Hovedopgaverne for vakuuminstallationer kan kaldes skabelse og vedligeholdelse af høje og ultrahøje vakuumniveauer i systemet. Men dette er langt fra hele listen over mulighederne for sådanne installationer. De kan også være meget effektive til at skabe forskellige dele, hvilket er deres største fordel. Men stadig, oftest købes sådanne installationer for at danne et ultrahøjt vakuum, da andre installationer ikke kan klare dette.

Men på trods af at alle roser hovedelementerne i sådanne systemer, er der også et betydeligt antal sekundære elementer, der også spiller en særlig rolle. Efter alt at modtage maksimal effekt fra vakuuminstallationer er kun mulig, hvis alle elementer i systemet aktivt vil interagere med hinanden. Ellers vil effekten af ​​sådant udstyr simpelthen ikke være.

Hovedelementerne i vakuumenheden:

• En vakuummåler er en enhed til at måle trykket inde i systemet og overvåge de nøgleprocesser, der er forbundet med det.
• Vakuumcylindre er et af nøgleelementerne, der er vigtige i processen med at skabe et vakuum inde i systemet.
• Vakuumrørledninger er snarere ekstraudstyr, der tillader bevægelse af alle væsker i visse dele af installationen.
• Vakuumpumper er en grundlæggende del af installationen, som udfører næsten alle funktioner, og uden hvilke dannelsen af ​​et vakuum inde i systemet ville være fuldstændig umuligt.

Det moderne vakuummarked giver os et stort udvalg af lignende produkter. Busch er en af ​​de førende virksomheder på markedet. Denne virksomhed har længe formået at erklære sig selv og opretholder den dag i dag sit omdømme på et højt niveau.

En af hovedfordelene ved Busch planter er kvaliteten, som er på det højest mulige niveau. Nu på markedet kan du se flere serier af produkter fra dette firma på én gang.

• Vakuum installationer
• Blæsere
• Vakuum pumper

På nuværende tidspunkt har virksomheden ingen lige på alle ovenstående områder. Denne producent kunne faktisk indtage en betydelig markedsniche og derved bevise, at det er hans produkter, der opfylder alle standarder og fortjener at tage den første position på markedet.

UVN vakuum sprøjteenheder

UVN vakuumsprøjteenheden er en enhed med hele linjen funktionelle funktioner... Alligevel er det vigtigste punkt anvendelsesområdet for sådant udstyr. Installationer af denne type bruges aktivt i næsten alle industrier, hvorfor det er meget problematisk at nævne en af ​​dem.

En af klare fordele lignende installationer, er tilstedeværelsen af ​​fire aftagelige teknologiske moduler. Hver af dem udfører visse funktioner, som faktisk giver dig mulighed for at opnå højtydende indikatorer.

UVN-1M er en af ​​de mest praktiske modeller af sådanne installationer, som på trods af dens gennemsnitlige omkostninger var i stand til at rumme et stort antal positive kvaliteter. Denne enhed kan prale af ikke kun højtydende indikatorer, men også høj kvalitet, stabilitet og bredt spændvidde Ansøgning.

Vedrørende udseende lignende installationer, er det ikke så enkelt og har stadig visse tilføjelser. Oftest lukkes moduler af sådanne systemer med et specielt glasvakuumkammer. Dette værktøj giver dig mulighed for at beskytte moduler mod forskellige trusler.

Men dette er ikke hele listen over fordele, for blandt andet er der en lang række aspekter, der indikerer, at sådanne installationer virkelig er meget effektive.

Vakuumstøbeanlæg

Et af hovedformålene med sådanne installationer er støbning af dentale legeringer. Med en lignende opgave klarer vakuuminstallationer af denne type ret godt. Derfor begyndte mange at købe lignende udstyr til dets lignende operation.

Det er værd at bemærke, at sådanne installationer har aktiv køling, som gør det muligt for installationen ikke at bukke under for overophedning, hvilket også spiller en vigtig rolle. En inert gas kan betragtes som en nøglekomponent i sådanne installationer, hvilket gør det muligt at betjene enheden mest pålideligt og undgå oxidation af forskellige slags legeringer.

Sådanne installationer bruges oftest inden for dentalområdet. Hvis det ønskes, kan de bruges i andre brancher, men det vil være ret problematisk at få særlig gavn af det.

Installation af vakuummetallisering

Påføring af kvalitetsbelægninger på produkter er langt fra den nemmeste proces. For at resultatet af en sådan procedure skal være af høj kvalitet, skal der anvendes specialudstyr til dette. Vakuummetalliseringsenheden er den bedste i dette. Selve metalliseringsprocessen er påføringen af ​​en tynd film, der beskytter materialet mod virkningerne af forskellige faktorer.

En af de bedst sælgende varianter af disse enheder er muligheden for vertikal dør. Med hensyn til bekvemmelighed, denne mulighed væsentligt bedre end konventionelt materiale, da lastning og losning af materiale er meget lettere.

Materialer behandlet i vakuummetalliseringsanlæg:

• Glas
• Plast
• Metal
• Keramik

Producenter af vakuumanlæg

Producentens rolle er også langt fra den sidste. Det er bedst at købe sådanne installationer fra betroede leverandører, som kan give dig alle garantier for produktkvalitet og pålidelighed.

De mest pålidelige producenter af vakuumsystemer:

• Edwards
• Becker
• Atlas copco

Alle de ovennævnte producenter er så pålidelige som muligt, og du kan stole på dem. Dette kan forstås af indikatorerne for deres salg, da alle disse virksomheder er inkluderet i top fem af højeste kvalitet og lovende virksomheder til salg af vakuuminstallationer.

Overfladebehandling ved metalvakuumaflejring gør det muligt at forbedre de positive egenskaber af produkter fra forskellige materialer. Metaldele er beskyttet mod korrosion, leder elektricitet bedre og bliver mere æstetisk tiltalende. Metalliseringen af ​​plastprodukter gør det muligt at opnå højkvalitets og smukke dele fra lettere og billigere materialer. Dette gælder især for bilindustrien, fordi metalliseringen af ​​plastkomponenter kan reducere vægten af ​​køretøjer betydeligt. En metalliseret pels giver pelsen eksklusivitet, originalitet og er en ny trend i sæsonen.

I Alfa-K-virksomheden kan du bestille vakuummetalsprøjtning til produkter fremstillet af forskellige materialer, herunder pels.

Metoder

Essensen af ​​teknologien ligger i det faktum, at under vakuumforhold, på specialudstyr, overføres de mindste metalpartikler til arbejdsemnets arbejdsflade. Under dannelsen af ​​belægninger fordamper ophavsmetallet, kondenserer, absorberer og krystalliserer til gas miljø, hvilket skaber en langtidsholdbar belægning. Forskellige effekter opnås afhængigt af typen af ​​emne, metalfilmens egenskaber og den valgte sprøjtetilstand. Næsten ethvert metal kan sprøjtes: aluminium, nikkel, krom, kobber, bronze, guld, titanium osv. Under hensyntagen til de specifikke egenskaber og karakteristika kræver hvert metal forskellige tilstande og teknikker. For eksempel kræver en speciel teknologi på grund af lav slidstyrke vakuumaflejring af aluminium. Derfor arbejder kun højt kvalificerede og erfarne specialister i vores virksomhed. Metallisering udføres på forskellige måder.

Vakuum-plasma

I sådanne systemer, under et vist gastryk, skabes en metalliseret belægning ved stærk opvarmning af metalkilden, som et resultat af hvilken den fordamper, og partiklerne sætter sig på emnet. Kammeret kan være af metal, glas, altid med et vandkølingssystem. Til opvarmning af det sprøjtede element bruges følgende fordampere:

• direkte opvarmet tråd eller tape wolfram eller molybdæn fordamper;
• elektron-radial, hvilket skaber opvarmning ved hjælp af elektrisk bombardement.

I overensstemmelse med grundmetallet eller legeringen, der skal sprøjtes på delen, indstilles varmetemperaturen i varmeveksleren, den kan nå 20 tusinde ° C. Hvis det metal, der skal sprøjtes, ikke hæfter særlig godt til emnematerialet, påføres først et primært lag af metal med højere vedhæftningsegenskaber.

Ionisk vakuum

Den største fordel ved denne metode anses for at være fraværet af behovet for meget opvarmning af fordamperen. Metallet sprøjtes ved bombardement med negativt ladede gasioner. Oprettelsen af ​​et sådant miljø er mulig på grund af specielle udledninger inde i arbejdskammeret. Til dette bruger udstyret et magnetisk kølesystem. En glødeudladning til sprøjtning af det sprøjtede element skabes mellem 2 elektroder ved at påføre en højspænding på op til 4 kV. Et gasformigt medium med et tryk på op til 0,6 Pascal dannes i arbejdskammeret. Et lignende princip bruges også til vakuum-ion-plasma-sprøjtning ved hjælp af specialudstyr.

Overflader egnet til sprøjtning

Alle genstande, der kan modstå opvarmning op til 80 ° C og virkningerne af specialiserede lakker. Fordelen ved teknologien er, at for at give produkterne effekten af ​​kobberbelægninger, spejlforkromning, forgyldning, fornikling, er det ikke nødvendigt at forpolere overfladerne. Oftere er dele lavet af plast, glas, metallegeringer, forskellige polymer- og keramiske produkter belagt ved vakuummetallisering. Sjældnere, men alligevel bruges teknologien til blødere materialer som træ, tekstiler, pels.

På grund af den gode kompatibilitet af basen og belægningerne kræver behandlingen af ​​metalemner og produkter fra metallegeringer ikke brug af yderligere forbrugsstoffer. Hvorimod polymerer skal grundes med beskyttende og klæbende forbindelser. For at forhindre deformation af polymeremner og reducere stress i arbejdsmiljøet under vakuummetallisering, anvendes specielle modificerende komponenter og materialediffusionstilstande.

Plating stadier

Den teknologiske proces med metalvakuumaflejring på forskellige produkter omfatter flere sekventielle faser:

• Del forberedelse. Det er vigtigt, at emnet har maksimum simpel form uden vanskeligt tilgængelige steder for kondens.
• Anvendelse af beskyttelse. En anti-diffusionsbelægning skal påføres polymersubstrater, der indeholder fyldstoffer med lav molekylvægt.
• Tørring. I 3 timer tørres delene ved 80 grader Celsius, hvilket fjerner den optagne fugt.
• Affedtning. Arbejdsemnet affedtes i et vakuumkammer ved hjælp af en glødeudledning. Dette har en særlig god effekt på strukturen af ​​polymerer.
• Aktiveringsbehandling. Forarbejdningsmetoden vælges afhængigt af produktets materiale, det er nødvendigt at øge vedhæftningen af ​​overfladen før metallisering.
• Metalsprøjtning. Kondens danner et metalliseret lag på emnet.
• Belægningskvalitetskontrol. De dekorative dele inspiceres for ensartethed og holdbarhed. Tekniske produkter testes desuden med klæbebånd, ultralydsvibrationer, friktion mv.

Pletteringsanlæg er ret komplekst og dyrt udstyr, der forbruger meget elektricitet. For at skabe en kompleks teknologisk cyklus kræves et ret rummeligt værelse, da flere multifunktionelle enheder skal placeres. Hovedkomponenterne i vakuumsystemet:

• Strømforsyning og kontrolenhed i forbindelse med en kilde til kondenserbare metaller.
• Et gasdistributionssystem, der skaber et vakuumrum og regulerer gasstrømmene.
• Arbejdskammer til vakuummetallisering.
• Termisk kontrolenhed, kontrol af tykkelse og sprøjtehastighed, belægningsegenskaber.
• Transportenheden er ansvarlig for at ændre positionen af ​​emnerne, tilføre dem og fjerne dem fra kammeret.
• Nodeblokerende enheder, gasfiltre, dæmpere og andet hjælpeudstyr.

Magnetron- og ion-plasma-vakuumudstyr kan være af forskellige størrelser, fra små, med kamre på flere liter til meget store, med kamre på flere kubikmeter.

Alpha-K har tilstrækkelig produktionskapacitet og passende udstyr til at give forskellige metoder til vakuumaflejring. Du kan bestille ion-plasma-belægning af produkter fra alle materialer med sådanne metaller som titanium, kobber, aluminium, messing, krom, forskellige legeringer osv. Vi garanterer arbejde af høj kvalitet og loyale priser.

ZENKO PLASMA tilbyder i samarbejde med FHR Anlagenbau GmbH (Tyskland) vakuumaflejringssystemer til mikroelektronik, fotovoltaik, sensorer, optik, MEMS, organiske displays (OLED) til produktion af arkitektonisk glas. FHR er kendetegnet ved den højeste tyske byggekvalitet, sin egen flåde af udstyr til demonstrationsprocesser, evnen til at lave næsten ethvert system på bestilling og mere end 20 års erfaring i produktion af højteknologisk udstyr. Samtidig er FHR en del af Сentrotherm photovoltaics AG holding - en af ​​verdens førende inden for produktion af udstyr til fotovoltaik, mikroelektronik og halvlederproduktion. ZENKO PLAZMA yder rådgivning, levering, idriftsættelse, garanti og service efter garantiperioden.

Følgende serie af vakuumaflejringssystemer tilbydes:

Rul-til-rulle- industrielle systemer til magnetron- eller termisk sprøjtning af metal-, oxid- og nitridlag på polymer- og metalfilm (ifølge roll-to-roll-princippet) op til 2400 mm (2,4 m) bred. Disse systemer bruges til forarbejdning af valsede materialer baseret på tynde metal- og polymerfilm, i fødevareindustrien, til fremstilling af fleksibel (organisk) elektronik, fleksible solceller (tyndfilmsteknologier CIGS, CdTe, a-Si), til afsætning af optiske belægninger med høj reflektivitet, barriere, ledende, isolerende lag. Følgende teknologiske processer understøttes: magnetronforstøvning (DC, MF, RF-tilstande), overfladerensning med en ionstråle, tørætsning, termisk sprøjtning, termisk udglødning, plasmakemisk aflejring (PECVD). Afhængigt af processen kan et design med en vakuumladningssluse er mulig.

Linje- industrielle vakuumaflejringssystemer med horisontal eller vertikal bearbejdning af glas- eller metalsubstrater op til 2,2 m i bredden og op til 4 m i længden. De bruges hovedsageligt til afsætning af transparente ledende oxider (TCO) ved fremstilling af tyndfilm solceller; i produktionen af ​​arkitektonisk glas for at forbedre varmeoverførselskoefficienten, lystransmission; i produktion af skærme (inklusive OLED), i påføring af beskyttende belægninger. In-line behandlingslinjen giver den højeste ydeevne og kvalitet på sprøjtefilm. Individuel konfiguration er mulig afhængig af størrelsen af ​​substratet, produktivitet og parametre for sprøjteprocessen.

Stjerne- denne serie er en klynge type systemer med enkelt behandling til småskala produktion og R&D inden for mikroelektronik, optik, MEMS, sensorer. Giver dig mulighed for at arbejde med en enkelt læsning af plader med en diameter på op til 300 mm, og med kassetter. Den centrale robot flytter substratet mellem systemets teknologiske moduler. Kan udstyres med en plateloading gateway, teknologiske moduler: ætsning (PE, RIE), termisk fordampning, elektronstrålefordampning, termisk udglødning (RTP / FLA), magnetronforstøvning, plasma kemisk aflejring (PECVD, CVD), atomlagsdeponering ( ALD) ... Systemer i denne serie er relevante, når det er nødvendigt at have flere teknologiske processer inden for en installation. Installation i renrumsforhold gennem væggen er mulig.

Boxx- Sprøjtesystemer i denne serie giver gruppebearbejdning af substrater til fremstilling af små partier optiske systemer, MEMS og sensorer. Systemer kan udstyres med en vakuumladningslås. Substraterne fyldes manuelt på en roterende tromle inde i arbejdskammeret. Når tromlen roterer, passerer substraterne gennem forskellige sektioner af magnetronforstøvning (DC, RF), hvilket gør det muligt at sputtere flere materialer i én proces. Plasma overfladerensningssektion installeres efter behov. Eventuelt er det muligt at installere op til flere sådanne tromler, bruge en slusefyldning og også sørge for opvarmning af substraterne under sprøjteprocessen. Installation i renrumsforhold gennem væggen er mulig.

Mikro- Sprøjteenheder i denne serie er hovedsageligt beregnet til forskning, udvikling og småskalaproduktion. Enhederne er designet til enkeltbearbejdning af substrater op til 200 mm i diameter, inklusive kvadratiske og rektangulære. Installationerne tillader sputtering af både metal- og dielektriske lag. Magnetronsputtering og termiske fordampningssystemer er tilgængelige. Systemerne udmærker sig ved deres kompakthed, fleksible konfiguration, lette installation, brug og vedligeholdelse.

Vi tilbyder muligheden for at fremstille mål til magnetronforstøvningsinstallationer. Moderne produktionsteknologier gør det muligt at fremstille både plane og cylindriske mål, herunder ikke-standardiserede i henhold til tegninger. Følgende typer materialer er tilgængelige: metal, legeringer (Al, Cr, Ti, Ni, In), borider, carbider, nitrider, oxider, silicider, sulfider, tellurider. Fortæl os dine krav, og vi vil levere en passende løsning.

Mari Statens Tekniske Universitet

Institut for Design og Produktion af Radioudstyr

Vakuum sprøjtning

FORKLARENDE NOTE

til kursusarbejdet på disciplinen

Grundlæggende om faststoffysik og mikroelektronik

Udviklet af: elevgruppe EVS-31

Kolesnikov

Konsulteret: lektor

Igumnov V.N.

Yoshkar-Ola 2003

Introduktion

1. Termisk vakuumsprøjtning

1.1 Resistiv sputtering

1.2 Induktionssputtering

1.4 Lasersprøjtning

1.5 Elektrisk lysbuesprøjtning

2. Sputtering ved ionbombardement

2.1 Katodisk sputtering

2.2 Magnetronsputtering

2.3 Højfrekvent sputtering.

3. Teknologi af tynde film på orienterende underlag

Konklusion

Litteratur

INTRODUKTION

Vakuum tynde film er meget udbredt til fremstilling af diskrete halvlederenheder og integrerede kredsløb (IC'er).

At opnå tyndfilmlag af høj kvalitet, der kan reproduceres med hensyn til elektrofysiske parametre, er en af ​​de vigtigste teknologiske processer til dannelse af strukturer af både diskrete dioder og transistorer såvel som aktive og passive IC-elementer.

Således er pålideligheden og kvaliteten af ​​mikroelektroniske produkter, det tekniske niveau og økonomiske indikatorer deres produktion.

Tyndfilmsteknologi er baseret på komplekse fysiske og kemiske processer og brugen af ​​forskellige metaller og dielektrika. Så tyndfilmsmodstande, kondensatorelektroder og sammenkoblinger udføres ved aflejring af metalfilm, og mellemlagsisolering og beskyttende belægninger er dielektriske.

Et vigtigt trin er kontrollen af ​​parametrene for tynde film (hastigheden af ​​deres påføring, tykkelse og dens ensartethed, overflademodstand), som udføres ved hjælp af specielle enheder, både under udførelsen af ​​individuelle teknologiske operationer og ved slutningen af ​​hele processen.

Metoderne til ion-plasma og magnetronforstøvning er meget udbredt i moderne mikroelektronik. Høje aflejringshastigheder og energien af ​​atomer, der falder ind på substratet under aflejring, gør det muligt at bruge disse metoder til at opnå film af forskellige sammensætninger og strukturer, og især til lavtemperaturepitaksi.

Der er i øjeblikket stor interesse for forskning på dette område.

Formålet med dette semesteropgave er overvejelsen af ​​de vigtigste metoder til sprøjtning og sprøjtning i vakuum, fysiske og kemiske processer, samt beskrivelse og drift af de installationer, der anvendes i disse metoder.

Processen med at påføre tynde film i et vakuum består i at skabe (generere) en strøm af partikler rettet mod det substrat, der behandles, og deres efterfølgende koncentration med dannelsen af ​​tynde filmlag på overfladen, der skal coates.

For at modificere egenskaberne af overfladen af ​​et fast stof, anvendes forskellige måder for ionbehandling. Processen med interaktion af en ionstråle med en overflade er reduceret til forløbet af indbyrdes forbundne fysiske processer: kondensering, sputtering og implantation. Forekomsten af ​​en eller anden fysisk effekt bestemmes hovedsageligt af energien E 1 fra de bombarderende ioner. Ved E 1 = 10-100 eV råder kondens over sputtering, derfor sker aflejring af belægningen. Med en stigning i ionenergien til 10 4 eV begynder sputteringsprocessen at dominere med den samtidige indføring af ioner i metallet. En yderligere stigning i energien af ​​bombarderende ioner (E 1 > 10 4 eV) fører til et fald i sputteringskoefficienten og etableringen af ​​en ionimplantationsmåde (iondoping).

Den teknologiske proces med påføring af tyndfilmsbelægninger i et vakuum omfatter 3 hovedfaser:

Generering af en strøm af partikler af det aflejrede stof;

Overførsel af partikler i et fordærvet rum fra kilden til substratet;

Aflejring af partikler ved at nå substratet.

Der er 2 metoder til påføring af vakuumbelægninger, som adskiller sig i mekanismen til generering af strømmen af ​​aflejrede partikler: termisk sprøjtning og sputtering af materialer ved ionbombardement. De fordampede og sputterede partikler overføres til substratet gennem et vakuummedium (eller en atmosfære af reaktive gasser, hvorved de indgår i plasmakemiske reaktioner). For at øge graden af ​​ionisering af strømmen af ​​det deponerede stof kan specielle kilder til ladede partikler (for eksempel en varm katode) eller elektromagnetisk stråling indføres i vakuumkammeret. Yderligere acceleration af bevægelsen af ​​ioner til den behandlede overflade kan opnås ved at påføre en negativ spænding på den.

De generelle krav til hver af disse metoder er reproducerbarheden af ​​egenskaberne og parametrene for de resulterende film og tilvejebringelsen af ​​pålidelig adhæsion (adhæsion) af film til substrater og andre film.

For at forstå de fysiske fænomener, der opstår under aflejring af tynde film i vakuum, er det nødvendigt at vide, at processen med filmvækst på et substrat består af to faser: indledende og sidste. Lad os overveje, hvordan de aflejrede partikler interagerer i et vakuumrum og på et substrat.

De stofpartikler, der har forladt kildens overflade, bevæger sig gennem vakuum (sjældent) rum med høje hastigheder (i størrelsesordenen hundreder og endda tusinder af meter i sekundet) til substratet og når dets overflade, hvilket giver det en del af deres energi ved sammenstød. Jo højere substrattemperaturen er, jo lavere er fraktionen af ​​den overførte energi.

Mens den bevarer et vist overskud af energi, er en partikel af stof i stand til at bevæge sig (migrere) over overfladen af ​​substratet. Når den migrerer over overfladen, mister partiklen gradvist sin overskydende energi, og tenderer til termisk ligevægt med substratet, og følgende kan ske. Hvis partiklen på vej af bevægelse mister sit overskud, sin energi, er den fikseret på substratet (kondenserer). Efter at have mødt en anden migrerende partikel (eller en gruppe af partikler) på vej til bevægelse, vil den indgå i en stærk binding (metallisk) med den, hvilket skaber en adsorberet dublet. Med en tilstrækkelig stor aggregering mister sådanne partikler fuldstændig deres evne til at migrere og fikseres på substratet og bliver et krystallisationscenter.

Krystallitter vokser omkring individuelle krystallisationscentre, som efterfølgende vokser sammen og danner en kontinuerlig film. Væksten af ​​krystallitter sker både på grund af partikler, der migrerer over overfladen, og som følge af direkte aflejring af partikler på krystallitoverfladen. Dannelsen af ​​dubletter i vakuumrummet er også mulig, når to partikler kolliderer, som i sidste ende adsorberes på substratet.

Den indledende fase af processen ender med dannelsen af ​​en kontinuerlig film. Da kvaliteten af ​​substratoverfladen fra dette øjeblik ophører med at påvirke egenskaberne af den påførte film, er den indledende fase af afgørende betydning for deres dannelse. I sidste fase vokser filmen til den nødvendige tykkelse.

Med andre forhold uændrede øger en stigning i substrattemperaturen energien, dvs. mobiliteten af ​​adsorberede molekyler, hvilket øger sandsynligheden for mødet af migrerende molekyler og fører til dannelsen af ​​en film af en grovkrystallinsk struktur. Derudover, med en stigning i tætheden af ​​den indfaldende stråle, øges sandsynligheden for dannelsen af ​​dubletter og endda polyatomiske grupper. Samtidig fremmer en stigning i antallet af krystallisationscentre dannelsen af ​​en film med en finkrystallinsk struktur.

Gassens sparsomme tilstand, dvs. den tilstand, hvor gastrykket i et lukket forseglet volumen er under atmosfærisk, kaldes vakuum.

Vakuumteknologi spiller en vigtig rolle i produktionen af ​​IC-filmstrukturer. For at skabe et vakuum i arbejdskammeret skal gasser evakueres fra det. Et ideelt vakuum kan ikke opnås, og en vis mængde restgasser er altid til stede i de evakuerede arbejdskamre i teknologiske installationer, hvilket bestemmer trykket i det evakuerede kammer (dybde eller vakuumgrad).

Essensen af ​​denne proces med aflejring af tynde film ligger i opvarmningen af ​​et stof i et vakuum til en temperatur, ved hvilken den kinetiske energi af stoffets atomer og molekyler, der stiger med opvarmning, bliver tilstrækkelig til deres løsrivelse fra overfladen og udbredelse i det omkringliggende rum. Dette sker ved en temperatur, hvor trykket af stoffets iboende damp overstiger trykket af de resterende gasser med flere størrelsesordener. I dette tilfælde forplanter atomstrømmen sig retlinet og ved kollision med overfladen, de fordampede atomer, og molekylerne kondenserer på den.

Fordampningsprocessen udføres af den sædvanlige ordning: fast fase - flydende fase - gasformig tilstand. Nogle stoffer (magnesium, cadmium, zink osv.) går over i en gasformig tilstand og går uden om væskefasen. Denne proces kaldes sublimering.

Hovedelementerne i vakuumaflejringsinstallationen, hvis forenklede diagram er vist i fig. 1, er: 1 - en vakuumhætte lavet af af rustfrit stål; 2 - dæmper; 3 - rørledning til vandopvarmning eller afkøling af klokken; 4 - nålelækage til tilførsel af atmosfærisk luft til kammeret; 5 - substratvarmer; 6 - en substratholder med et substrat, hvorpå stencilen kan placeres; 7 - en tætningspakning lavet af vakuumgummi; 8 - en fordamper med et stof og en varmelegeme (resistiv eller elektronstråle) placeret i den.

Processen med at udføre operationen med vakuumaflejring inkluderer følgende trin. I den øverste position af hætten fjernes de behandlede substrater fra substratholderen, og nye installeres. Emhætten sænkes, og systemet er tændt vakuumpumper(først for præliminært vakuum, derefter højvakuum). For at accelerere desorptionen af ​​luft fra de indre overflader og reducere pumpetiden tilføres varmt rindende vand til rørledningen. Når trykket inde i kammeret er nået i størrelsesordenen 10 -4 Pa (styring af en trykmåler), tændes fordamperens og substraternes varmelegemer. Ved opnåelse af driftstemperaturerne (kontrol ved hjælp af termoelementer) fjernes lukkeren til siden, og stoffets dampe når substratet, hvor de kondenserer og filmen vokser. Det automatiske kontrolsystem til filmvækst registrerer enten tykkelsen af ​​filmen (for dielektrikum af filmkondensatorer) eller overflademodstand (for modstande) eller aflejringstiden (ledere og kontakter, beskyttende belægninger). Signalet, der genereres i dette tilfælde omkring slutningen af ​​sprøjtning, efter forstærkning, virker på spjældets solenoide og blokerer dampstrømmen af ​​den. Derefter slukkes fordamperens og substraternes varmeapparater, pumpesystemet slukkes, og koldt rindende vand tilføres rørledningen. Efter afkøling af underdækslets anordninger kommer atmosfærisk luft jævnt ind gennem lækagen. Udligning af trykket i og uden for emhætten gør det muligt at hæve den og starte den næste behandlingscyklus.

Processen med termisk vakuumaflejring er karakteriseret ved temperaturen på fordamperen t ° er, lufttrykket i arbejdskammeret P 0, opvarmningstemperaturen af ​​substraterne t ° s. 1-2 minutter. Samtidig fører en for høj intensitet til dannelsen af ​​en finkornet ustabil struktur i filmen, hvilket vil blive diskuteret nedenfor.

Det er praktisk at karakterisere fordampningshastigheden ved damptryk (damptryk ved mætning) P S. Damptrykket for et givet stof afhænger kun af temperaturen

hvor A og B er koefficienter, der karakteriserer materialetypen;

T er stoffets absolutte temperatur, K.

Den optimale fordampningshastighed anses for at være den hastighed, hvormed damptrykket er ~ 1,3 Pa. Fordampningstemperaturen svarende til denne elasticitet kaldes betinget og kan beregnes ud fra (1.1). Så for aluminium er det 1150 ° C, for krom - 1205 ° C, for kobber - 1273 ° C, for guld - 1465 ° C osv.

Lavt lufttryk P 0 i arbejdskammeret er nødvendigt for:

Sikring af fri diffusion af atomer af stoffet i fordamperen ind i arbejdskammerets volumen;

Retlineær bevægelse af stofatomer uden kollision med resterende luftmolekyler og ubrugelig spredning af materiale i kammerets volumen;

Undtagelser fra den kemiske interaktion mellem det sprøjtede stof og luftmolekyler.

De anførte betingelser er tilvejebragt ved et resttryk på P 0 ​​ 10 -4 Pa. Et sådant vakuum opnås relativt let ved at bruge en mekanisk forlinjepumpe og en højvakuumdiffusionspumpe forbundet i serie.

Temperaturen af ​​substratet under aflejring har en betydelig effekt på filmens struktur og følgelig på stabiliteten af ​​dets elektrofysiske egenskaber under drift.

Et stofs atomer kommer ind i substratet med en energi på kT (k = 8,63 × 10 -5 eV / K er Boltzmann-konstanten; K er den absolutte temperatur) og hastigheder i størrelsesordenen 1000 m / s. I dette tilfælde overføres en del af energien til substratets overfladeatomer, og den resterende energi tillader dem at migrere i nogen tid i overfladepotentialefeltet. Jo højere temperatur på substratet, jo højere er fraktionen af ​​den resterende energi. I migrationsprocessen kan et atom enten forlade substratet (på en potentiel bakke af feltet) eller delvist slukke energien ved at interagere med et andet migrerende atom. Kun en polyatomisk gruppe, som bliver et af krystallisationscentrene, kan fuldstændig miste evnen til at migrere og fiksere på et opvarmet substrat (kondensere). Ved en lav atomfluxtæthed, dvs. moderat temperatur på fordamperen, antallet af krystallisationscentre pr. arealenhed er lille, og når der dannes en kontinuerlig film omkring dem, når store krystaller at vokse.

Et fald i substrattemperaturen og en stigning i fluxtætheden fører til en tidligere dannelse af krystallisationscentre, en stigning i deres antal pr. arealenhed og dannelsen af ​​en finkrystallinsk struktur. Under driften af ​​elektronisk udstyr, når det udsættes for periodisk opvarmning og langsomme afkølingscyklusser, omkrystalliseres den finkrystallinske struktur gradvist til en groftkrystallinsk struktur. I dette tilfælde ændres de elektrofysiske egenskaber irreversibelt, og filmen "ældes". I resistive film, for eksempel, observeres et fald i resistivitet over tid.

Så for dannelsen af ​​tynde film, der er stabile under drift, er det nødvendigt at opvarme substratet og ikke at tvinge aflejringsprocessen ved at øge temperaturen på fordamperen.

Ved fremstilling af tyndfilmstrukturer, som i tilfældet med halvlederstrukturer, anvendes gruppesubstrater. Gruppesubstrater har rektangulær form med dimensioner 60x48 mm eller 120x96 mm, lavet af isoleringsmateriale (sitall, polycor, glas) og er designet til samtidig fremstilling af op til flere tiere af identiske moduler. Egenskaberne for den sprøjtede film skal således være de samme over hele området af gruppesubstratet.

I den første tilnærmelse er fluxen af ​​atomer fra fordamperen til substratet en divergerende stråle, og derfor er fluxtætheden i substratets plan ikke ensartet: i midten af ​​substratet er den maksimal og falder fra midten til substratet. periferien. Dette betyder, at når en film aflejres på et stationært substrat, dannes en tykkere film i det centrale område af substratet end ved kanterne af substratet. For eksempel vil modstande dannet i centrale moduler have lavere modstande sammenlignet med tilsvarende modstande i perifere moduler.

Under hensyntagen til ovenstående er produktionsinstallationer til termisk vakuumsprøjtning udstyret med roterende anordninger (skiver, tromler), der bærer flere substrater (6, 8 eller 12). Substraterne passerer sekventielt og gentagne gange over den stationære fordamper (fig. 2), og opnår gradvist den nødvendige filmtykkelse. Som et resultat bliver den centrale "høj", der kunne være dannet på det stationære substrat, sløret til en ryg, der er forlænget i substratets bevægelsesretning. For at udligne tykkelsen af ​​filmen i den tværgående retning anvendes en korrigerende membran, som er installeret mellem fordamperen og substratet i umiddelbar nærhed af den. Membranprofilen er beregnet på baggrund af en undersøgelse af filmrelieffer opnået ved sprøjtning på et stationært og bevægeligt underlag. Som et resultat af forskellen i bestrålingstiden for de centrale og perifere zoner af substratet, øges ensartetheden af ​​filmtykkelsen over hele området af gruppesubstratet og er inden for ± 2% (for 60x48 mm substrater).

De vigtigste fordele ved denne generationsmetode er:

Evnen til at påføre film af metaller (inklusive ildfaste), legeringer, halvlederforbindelser og dielektriske film;

Nem implementering;

Høj fordampningshastighed af stoffer og evnen til at regulere den over et bredt område ved at ændre den strøm, der leveres til fordamperen;

Steriliteten af ​​processen, som gør det muligt i nærvær af et højt (og om nødvendigt ultrahøjt) vakuum at opnå belægninger praktisk talt fri for forurening.

Alle fordampere adskiller sig i den måde, de opvarmer det fordampede stof på. På dette grundlag klassificeres opvarmningsmetoder som følger: resistiv, induktion, elektronstråle, laser og elektrisk lysbue.

1.1 Resistiv sputtering

Det er den første vakuum-tyndfilm-belægningsmetode og har været den mest udbredte indtil for nylig. Dens karakteristiske træk er teknisk enkelhed, let kontrol og regulering af fordamperens driftstilstande og muligheden for at opnå belægninger af forskellige kemiske sammensætninger.

I resistive fordampere genereres termisk energi til opvarmning af det fordampede stof ved frigivelse af Joule-varme gennem passagen af ​​en elektrisk strøm gennem varmeren.

Følgende krav stilles til de materialer, der anvendes til fremstilling af modstandsfordampere.

1. Damptrykket af varmelegemematerialet ved fordampningstemperaturen for det aflejrede stof bør være ubetydeligt.

2. Varmelegemematerialet skal være godt befugtet af det smeltede fordampede stof, da dette er nødvendigt for at sikre god termisk kontakt mellem dem.

3. Mellem varmelegemematerialet og det fordampede stof bør der ikke forekomme kemiske reaktioner, og der bør dannes meget flygtige legeringer af disse stoffer, ellers opstår der kontaminering af de aflejrede film og ødelæggelse af varmelegemerne.

Til afsætning af belægninger ved den resistive metode anvendes forskellige designs og metoder til fordampning af metaller og legeringer. De mest udbredte er wire, strip, digel og auto-digel diskrete fordampere.

Trådviklede fordampere, hvis største fordel ligger i enhedens enkelhed og høje effektivitet, er lavet af tråd af ildfaste metaller (W, Mo, Ta) og fås i en lang række forskellige former (i form af en løkke, en cylindrisk spiral, en konisk spiral, V-form og osv.). De bruges til at fordampe stoffer, der fugter varmelegemet. I dette tilfælde holdes det smeltede stof i form af en dråbe af overfladespændingskræfterne på trådvarmeren. Den anvendte ledning (normalt med en diameter på 0,5 til 1,5 mm) skal have samme tværsnit i hele sin længde, ellers vil ensartetheden af ​​det resulterende lag blive forstyrret på grund af lokal overophedning, og desuden vil ledningen blive forstyrret hurtigt brænde ud. Ved god befugtning af varmelegemematerialet med det fordampede metal sker der altid mere eller mindre aktiv interaktion mellem dem, hvilket i sidste ende fører til ødelæggelse af fordamperen og et fald i renheden af ​​den påførte belægning. Med wire vaporizers kan det foregå i fast kul op til 4 P.

Strip-fordampere er lavet af tynde plader af ildfaste metaller og har specielle fordybninger (i form af riller, både, kopper eller kasser), hvori materialet, der skal fordampes, placeres. De bruges til fordampning af pulvermaterialer og uorganiske forbindelser. Disse fordampere er ligesom trådene enkle i design, men i sammenligning med sidstnævnte bruger de mere strøm på grund af betydelige tab på grund af termisk stråling. Strip-fordampere har en stor fordampningsretning, og deres praktisk talt maksimalt mulige fordampningsområde er begrænset af en rumvinkel på 2 P.

Digelfordampere kan bruges til at fordampe materialer, der ikke reagerer med digelmaterialet og ikke danner legeringer med det. De er lavet af ildfaste metaller (W, Mo, Ta) fra metaloxider (Al 2 O 3, BeO, ZrO 2, ThO 2 osv.) og grafit. Ildfaste glas- og kvartsdigler kan også bruges til at afsætte materialer med lav fordampningstemperatur.

Digler lavet af aluminiumoxid bruges til metaller, hvis fordampningstemperatur er under 1600 ° C (Cu, Mn, Fe, Sn); berylliumoxid-digler kan bruges op til en temperatur på 1750 ° C, thoriumoxid - op til 2200 ° C. Når materialer fordampes ved temperaturer på omkring 2500 ° C, anvendes grafitdigler. Imidlertid reagerer mange materialer ved høje temperaturer med kulstof til dannelse af karbider og kan derfor ikke fordampes fra sådanne digler (f.eks. Al, Si, Ti). Be, Ag, Sr. fordamper effektivt fra grafitfordampere. Mange oxider reduceres aktivt af kulstof, hvilket gør det muligt at rense metaller ved hjælp af grafitdigler.

Den største fordel ved digelfordampere er, at de kan bruges til at fordampe en stor mængde stoffer. Sammenlignet med lednings- og strimmelfordampere er de mere inertielle, da materialernes lave varmeledningsevne ikke tillader hurtig opvarmning af det fordampede materiale. Derudover tillader oxiddigler ikke hurtig opvarmning på grund af risikoen for deres ødelæggelse ved termisk chok. Ulemperne ved digelfordampere bør også omfatte det faktum, at kun en smal stråle af det fordampede stof kan opnås med deres hjælp.

Til fordampning af legeringer og stoffer med kompleks sammensætning (for eksempel cermetblandinger), som består af komponenter med skarpt forskellige fordampningshastigheder, anvendes diskrete overfladefordampere. De bruger den eksplosive fordampningsmetode. Temperaturen på fordamperoverfladen, hvorpå fine partikler falder, er valgt således, at alle faldende partikler af et komplekst stof øjeblikkeligt fordamper. Fine partikler tilføres en varm overflade med en hastighed forskellig hastighed fordampning af partikler af dette stof, hvilket sikrer produktionen af ​​film med den nødvendige sammensætning.

De såkaldte autodigelfordampere, hvor en dråbe eller et bad af smeltet metal kommer i kontakt med det samme metal i fast tilstand, vil blive udbredt. Denne metode gør det muligt at opnå højfrekvent dækning.

For at opnå belægninger karakteriseret ved høj homogenitet af struktur og kemisk sammensætning, fordampning af pulvermaterialer, er det nødvendigt først at udføre separation og screening af pulver med fraktioner, grundig mekanisk blanding ved brug af pulvere af forskellig kemisk sammensætning, afgasning af pulveret og fjernelse af udviklede gasser fra volumenet af vakuumkammeret.

Metoden til resistiv fordampning har ulemper, der væsentligt reducerer anvendelsesområdet. De vigtigste ulemper ved metoden omfatter fraværet af mærkbar ionisering af dampe af det fordampede materiale, vanskeligheden ved at kontrollere hovedstrømningsparametrene og den høje inerti af fordamperne.

1.2 Induktionssputtering

Induktionsfordampning bruges til at eliminere de uønskede konsekvenser forbundet med interaktionen mellem det fordampede stof og fordamperen og for at opnå belægninger med høj renhed.

Funktionsprincippet for en induktionsopvarmet kildle er vist i fig. 3. Under smeltning stiger metallets masse (1) under påvirkning af kræfterne fra det elektromagnetiske felt skabt af spolen (2) på en sådan måde, at metallets kontaktflade opvarmes til en høj temperatur med diglen (3) ) viser sig at være minimal. Som følge heraf er der en svækkelse af kemiske reaktioner mellem det fordampede metal og diglen.

Ulemperne ved induktionsopvarmningsmetoden omfatter umuligheden af ​​direkte fordampning af dielektrikum og behovet for at bruge specielle

Induktorer til fordampning af forskellige metaller samt lav installationseffektivitet.

1.3 Elektronstrålesprøjtning

Under industrielle forhold anvendes elektronstrålefordampere i vid udstrækning, hvilket gør det muligt at opnå tynde film af metaller, legeringer og dielektriske stoffer. God fokusering af elektronstrålen i disse fordampere gør det muligt at opnå en høj effektkoncentration (op til 5 · 10 8 W / cm 2) og en høj temperatur, hvilket gør det muligt at fordampe selv de mest ildfaste materialer med høj hastighed. Den hurtige bevægelse af den opvarmede zone som følge af afbøjningen af ​​elektronstrømmen, evnen til at regulere og styre varmeeffekten og aflejringshastigheden skaber forudsætningerne for automatisk styring af processen. Metoden gør det muligt at opnå høj renhed og ensartethed af den aflejrede film, da autodigelfordampning af materialet realiseres.

Princippet for drift af en elektronstrålefordamper er som følger. En elektronkanon udsender frie elektroner fra katodeoverfladen og danner dem til en stråle under påvirkning af accelererende og fokuserende elektrostatiske og magnetiske felter. Strålen føres ud i arbejdskammeret gennem pistolens udløb. Hovedsageligt magnetiske fokuslinser og magnetiske afbøjningssystemer bruges til at lede elektronstrålen til diglen med det fordampede materiale og sikre de stråleparametre, der kræves til den givne teknologiske proces. Uhindret passage af elektronstrålen til objektet er kun mulig i et højt vakuum. Installeret i fordamperkammeret driftstryk omkring 10-4 Pa. Materialet, der skal fordampes, opvarmes ved at bombardere dets overflade med en elektronstråle til en temperatur, hvor fordampningen sker med den nødvendige hastighed. I den resulterende dampstrøm anbringes et substrat, hvorpå der opstår kondens. Fordampningsapparatet er suppleret med måle- og kontrolapparater, som er særligt vigtige for styringen af ​​elektronstrålen under deponeringsprocessen.

De vigtigste parametre, der kan opnås i elektronstrålefordampere: 10 4 -10 5 W / cm 2; specifik fordampningshastighed - 2 · 10 -3 -2 · 10 -2 g / (cm 2 · s); effektiviteten af ​​fordampningsprocessen (for kobber) - 3 · 10 -6 g / J; energien af ​​de genererede partikler er 0,1-0,3 eV; afsætningshastigheden af ​​partikler på substratet er 10-60 nm/s.

I det enkleste tilfælde er elektronstrålen rettet mod materialet, der skal korrigeres ovenfra, lodret eller i en skrå vinkel i forhold til overfladen. I dette tilfælde, for at sikre fokuseringen af ​​strålen og opnå den nødvendige specifikke effekt på overfladen af ​​det fordampede materiale, anvendes langfokusgeneratorer af elektronstråler. Væsentlige ulemper ved dette arrangement er muligheden for dannelse af film på delene af det elektro-optiske system, hvilket fører til en ændring i elektronstrålens parametre og begrænsningen nyttigt område til placering af substratet på grund af skyggen af ​​en del af det teknologiske kammer med en pistol. Disse ulemper kan undgås ved at placere pistolen vandret og afbøje elektronstrålen på det fordampede materiale ved hjælp af forskellige systemer, der roterer affyringen i en vinkel på op til 270 °.

Ulemperne ved elektronstrålefordampningsmetoden omfatter:

Behovet for en høj accelerationsspænding (ca. 10 kV);

Lav energieffektivitet af installationer på grund af energiforbrug til dannelse af sekundære elektroner (op til 25% af den primære stråleenergi) digelopvarmning, røntgen og ultraviolet stråling;

Gasudvikling i arbejdsvolumenet på grund af bombardementet af substratet, teknologisk udstyr og kammervægge med sekundære elektroner;

Generering af strålingsdefekter i aflejrede tynde film, når de bombarderes med sekundære elektroner;

Fravær af mærkbar ionisering af den aflejrede stofstrøm;

Dårlig vedhæftning af tynde film til underlaget på grund af den lave energi af de aflejrede partikler.

1.4 Lasersprøjtning

I laserfordampere opvarmes det fordampede stof, der er placeret i et vakuum, ved hjælp af fokuseret stråling fra en optisk kvantegenerator (LQG) placeret uden for vakuumkammeret. Afsætning af film med en laser er mulig på grund af strålens følgende egenskaber: præcis fokusering af stråling og dosering af dens energi, høj energifluxtæthed (10 8 - 10 10 J / cm 2).

De vigtigste fordele ved metoden med pulseret laseraflejring (LLL) er:

Ekstremt rene forhold for vakuumfordampning (energikilden til fordampning af stoffet er uden for vakuumvolumenet, fordampningen udføres fra "egen digel");

Muligheden for at opnå film af de mest ildfaste materialer og opretholde den støkiometriske sammensætning af multikomponentforbindelser (høj energifluxtæthed af laserstråling og dens korte varighed gør det muligt at nå høje temperaturer - op til titusindvis af grader, hvor alle komponenter fordampe i samme omfang);

Høj øjeblikkelig aflejringshastighed (10 3 –10 5 nm/s) og den realiserede embryonale filmvækstmekanisme, som sikrer kontinuiteten af ​​lag i en tykkelse tæt på monomolekylær. Dette gør det muligt at bruge ILI til at opnå ultratynde film og supergitter;

Brugen af ​​kun lavenergidelen af ​​plasmaet, som bidrager til produktionen af ​​defektfrie film, tætter i deres parametre på filmene opnået ved metoden med molekylær stråleepitaksi. En pulserende laser er en meget vellykket type fordamper til MBE, derfor kan lasersputtering organisk passe ind i udstyret med MBE-metoden;

Stabiliteten af ​​0,1 - 10,0 Å / pulslag aflejret i 1 puls tillader programmering af aflejring af film med strengt kontrolleret tykkelse;

Høj ydeevne og fremstillingsevne.

På nuværende tidspunkt anvendes højeffekt CO 2 gaslasere (λ = 10,6 µm) eller solid state rubin (λ = 0,6943 µm) og neodym (λ = 1,06 µm) lasere til LII. Til fordampning af dielektrikum anbefales det at bruge CO 2 - lasere, da dielektrika absorberer langbølget stråling bedre. De bedste resultater med at opnå tynde og ultratynde film, især sammensatte film, er opnået med neodymlasere.

For at sikre bedre reproducerbarhed af filmegenskaber og for at kontrollere, styre og automatisere den teknologiske proces, anvendes frekvens ILI-metoden, som består i sekventiel påføring af en film i vakuum i små portioner (mindre end et monolag pr. puls) efter hinanden. med en vis hyppighed. For metaller og legeringer viste den optimale tilstand sig at være f = 50 Hz, τ = 10 ns, den frigivne effekt på måloverfladen er q = 5 10 8 - 5 10 9 W / cm 2, og for halvledere og dielektrika 10 kHz, 200 ns og 10 7 - 10 8 W/cm 2 hhv.

For at forbedre homogeniteten og reproducerbarheden af ​​filmprøver og strukturer bruges enten scanning af en laserstråle over et stationært mål eller bevægelse i opstillingens vakuumkammer.

Den vigtigste fysiske og teknologiske parameter for lasermetoden til fremstilling af film, som bestemmer temperaturen og varigheden af ​​fordampningen, sammensætningen og tilstanden af ​​det fordampede stof og gennem dem - kondensationshastigheden og -mekanismen, strukturen og egenskaberne af det fordampede stof. aflejret lag, er laserens driftstilstand. Så SI-tilstanden (anden puls) giver dig mulighed for at fordampe uden dissociation, selv kompleks organiske forbindelser, MI (millisekund puls) giver en porefase med et varieret sæt af molekylære fragmenter-komplekser; i NI (nanosekund puls) tilstand nås meget høje temperaturer - op til titusindvis af grader, hvilket fører til fuldstændig dissociation af damp og dens stærke ionisering. Pulserende laser anvendes som regel i MI-tilstandene (q = 10 6 - 10 7 W / cm 2) og NI (q ≥ 10 9 W / cm 2). Det blev fundet elektronmikroskopisk, at filmene opnået i MI-tilstanden (q = 5 × 10 5 W / cm 2) er ensartede i tykkelse, mens NI kondenserer (q = 10 8 - 10 9 W / cm 2), uanset materialet af filmen, substratet og tykkelsen af ​​filmen udviste "ruhed" med en karakteristisk størrelse på ~ 50 nm.

En af vigtige egenskaber laserfordampning er dens effektivitet - forholdet mellem den fordampede puls af massen m i og laserpulsenergien Ei: β = mi / Ei.

Som et resultat af NI bliver vekselvirkningen af ​​damp med stråling og damp med et mål væsentlig. I det første øjeblik skærmer dampen overfladen af ​​målet og absorberer laserstråling intensivt. Så begynder genudsendelsen af ​​den absorberede energi. Sekundær stråling, interaktion med målet, fører til dets fordampning. På grund af ændringen i fordampningsmekanismen i NI-tilstanden bruges det meste af laserpulsenergien på at opvarme dampen og meget mindre på dens dannelse; derfor er effektiviteten β, alt andet lige, meget lavere (efter en ordre). af størrelse) end i MI-tilstand. De karakteristiske værdier for fordampningseffektiviteten er følgende værdier: β MI = 0,1 mg / J, β MI = 0,01 mg / J. Fordampningseffektiviteten kan være stærkt påvirket af et fald i termisk ledningsevne og en stigning i absorption, som realiseres, når pulvermål anvendes.

Når et stof fordampes af nanosekunders laserimpulser, finder en ekeleret karakter af ekspansion (og følgelig kondensation på substratet) sted: hurtige elektroner bevæger sig foran, derefter ioner med maksimal ladning (med energier op til 1000 EV og mere), i slutningen af ​​den ioniske komponent - ioner med minimal ladning, og endelig er den langsomste del af bundtet neutral (med en energi på ~ I eV). Den eshelerede natur af plasmabundt-ekspansionen fører til en proces, der er uensartet i tid. Kondensationsprocessen begynder med "ionchok" - bombardementet af substratoverfladen med højenergi-ioner ved en høj tæthed (kan nå hundredvis af A/cm). Efter de hurtige ioner flyver den langsommere del af bundtet ind på underlaget: lavladede ioner og neutrale atomer. Konsekvenserne af "ionchok" kan være: rengøring af overfladen af ​​substratet, opvarmning af det, ætsning med åbning af eksisterende defekter og dannelse af nye og erosion af målet. Dette har igen stor indflydelse på kondensatets egenskaber, for eksempel på den øgede vedhæftning af film opnået ved hjælp af laseren.

Det skal bemærkes, at på trods af fordampningens pulserende karakter, på grund af spredningen af ​​ekspansionshastighederne af plasmabundkomponenterne, kan kondensationshastigheden være praktisk talt konstant, hvis pulsgentagelseshastigheden er høj nok, således at f> 1 / τ k (τ k er kondensationstiden).

Fordampningen af ​​stof med en pulserende laser sker under i det væsentlige ikke-ligevægtsforhold, under intense mekaniske påvirkninger forårsaget af termiske spændinger, stødbølger, gastryk osv. Som et resultat af ødelæggelsen af ​​målet, samtidig med dampen eller plasmaet, dannes der faste og flydende mikropartikler, som har en ekspansionshastighed tæt på hastigheden af ​​en dampbundt og forårsager fremkomsten af ​​mikrodefekter i den kondenserede film - dvs. -kaldet stænkeffekt. For at reducere stænkeffekten kan du bruge forskellige teknikker: Brug af et pulvermål efterfulgt af afgasning, langsom (fra puls til puls) eller højhastighedsscanning (under én puls).

Et interessant strukturelt aspekt af problemet med laserkondensering er muligheden for at opnå kontinuerlige ultrafine kondensater, som er forbundet med en høj hastighed af damptilførsel til substratet og den implementerede kernefri vækstmekanisme. Selve begrebet "embryo" er forbundet med en stabil gruppe af atomer, i modsætning til mobile adsorberede atomer. Med ILI sker der ingen signifikant bevægelse af adatomer under aflejringen af ​​et monolag (10 -5 - 10 -7 s): adatomet når ikke at bevæge sig en væsentlig afstand før et nyt atom, et andet, et tredje osv. vises ved siden af. Væksten af ​​filmen bliver kernefri: Fastgørelsen af ​​atomer til det kondenserede lag udføres ikke fra overfladens todimensionelle gas, men direkte fra dampfasen. Da ILI som metode til at opnå fejlfri tynde, og især ultratynde film og supergitter, kun blev udviklet i de sidste år, er det hidtil kun blevet implementeret i forskningsfaciliteter.

1.5 Elektrisk lysbuesprøjtning

I vakuumbuemetoden til aflejring af tynde film af metaller og deres forbindelser udføres genereringen af ​​en strøm af stoffet, der danner grundlaget for belægningen, på grund af erosion af elektroderne af en elektrisk lysbue. I princippet er det muligt at anvende forskellige former for en stationær vakuumbue (en lysbue med en kold forbrugs katode; en lysbue med en fordelt udladning på en varm forbrugsbar katode; en lysbue med en ikke-forbrugelig hul katode, der brænder i dampe fra anodemateriale), hvis eksistens skyldes fundamentalt forskellige selvkonsistente processer for stofdannelse og elektronemission fra katoden. Imidlertid fandt kun den første form for vakuumbuen udbredt brug.

En elektrisk lysbue med en kold forbrugs katode er realiseret i trykområdet fra hundredvis af atmosfærer til vilkårligt lav og er en lavspændings (U = 10-30V) højstrøms (I = 10 1 - 10 4 A) udladning, der brænder ind dampen fra katodematerialet. I dette tilfælde udføres genereringen af ​​katodematerialet af katodepunkterne i vakuumbuen. Lokale processer med intens elektronemission forekommer også i katodepletterne. Antallet af katodespots er proportionalt med lysbuestrømmen, strømtætheden i pletten er meget høj og udgør 10 5 - 10 7 A/cm 2, effektkoncentrationen i katodespotten er 10 7 - 10 8 W/cm 2.

Fordampning af katodematerialet fra katodeplettens område (med en karakteristisk størrelse på 10 -4 - 10 -2 cm) udføres under påvirkning af en lavspændingsionstråle. I dette tilfælde vender en del af fordampningsprodukterne tilbage i form af en ionstrøm til katoden (understøtter processerne for generering og emission af elektroner), og resten af ​​dem kommer ind i systemets volumen og danner et plasma, som udgør et effektivt generationsprodukt. Generationsprodukter, hvis fasesammensætning hovedsageligt bestemmes af typen af ​​katodemateriale, indeholder mikrodråber (partikelstørrelser fra flere mikrometer og derunder), damp og ioniserede faser (ioner af forskellig mangfoldighed). På ildfaste metaller er andelen af ​​dråbefasen mindre end 1% af det samlede forbrug, på lavtsmeltende metaller - titusindvis af procent. Denne metode især effektiv til at generere plasmaer af ildfaste metaller.

Ved drift af den elektriske lysbuefordamper af metaller i koaksialt design katodepletterne har en tendens til at gå til sideoverfladen af ​​katoden (til det område, hvor afstanden til anoden er minimal). Dette udelukker muligheden for at afsætte film på substrater placeret over (under) endeoverfladen af ​​katoden. For at holde katodepletterne på katodens endeflade anvendes 2 typer strukturer.

1. Fordampere med elektrostatisk tilbageholdelse af katodepletter. I konstruktioner af denne type er katodens sideflade, som ikke er udsat for fordampning, dækket af en skærm isoleret fra fordamperelektroderne. Katodepletten, der falder på katodens sideoverflade (under skærmen), ophører med at eksistere, da plasmastrømmen afbrydes, som fungerer som en strømleder mellem katodepletten og anoden. For normal drift af en fordamper med elektrostatisk skærm skal lysbuestrømmen øges, så der er mindst to katodepunkter samtidigt på katodeoverfladen. I dette tilfælde, når en plet er slukket, opretholdes buen af ​​andre. I mange tilfælde er en stigning i lysbuestrømmen uønsket, da dette fører til en stigning i indholdet af dråbefasen af ​​katodematerialet i de påførte belægninger, hvilket reducerer deres kvalitet. Derfor har strukturer af den anden type fundet den mest udbredte anvendelse.

2. Fordampere med magnetisk tilbageholdelse af katodepletter.

Tilbageholdelsen af ​​katodepletter på katodefordampningsoverfladen udføres ved hjælp af et magnetfelt. Når katodepletten har en tendens til at bevæge sig til katodens laterale overflade, vil den radiale komponent af kraften, der opstår ved vekselvirkningen af ​​strømmen med en vinkel rettet mod den. magnetfelt, holder katodepletter på fordampningsoverfladen. Et alvorligt problem, som man skal stå over for under den elektriske lysbuefordampning af en kold katode, er erosion af dråber fra katodepletten, hvilket forårsager fremkomsten af ​​mikrodefekter i den kondenserede film og kan føre til et fald i belægningernes ydeevne. Dannelsen af ​​en dråbefase er forbundet med katodiske processer af en vakuumbue og afhænger både af katodematerialets termofysiske karakteristika (specifik varmekapacitet, termisk diffusivitet, smeltepunkt, specifik smeltevarme, kogepunkt, tryk mættede dampe), tilstanden af ​​dens arbejdsflade (tilstedeværelsen af ​​mikroruheder, revner) og det indre volumen (tilstedeværelsen af ​​gasindeslutninger), såvel som fra de teknologiske parametre for belægning), lysbuestrømmen, forspændingsstrømmen, gassernes partialtryk i installationskammeret).

Ifølge de nuværende koncepter opstår emissionen af ​​væskedråber fra katodepletten i en vakuumbue, når der dannes erosionskratere på katodeoverfladen og er forårsaget af virkningen af ​​plasmatryk på den flydende metaloverflade. Denne mekanisme for dannelsen af ​​dråbefasen tillader ikke at forklare den eksperimentelt etablerede afhængighed af indholdet af mikrodråber i belægningen af ​​indholdet af gasindeslutninger i katoden (især det faktum, at der er fuldstændigt fravær af mikrodråber i belægningerne, når ved anvendelse af katoder med et gasindhold på mindre end 10 -6 %). Det skal også bemærkes, at når processen med smeltning-udvaskning af en væskefilm fra sideoverfladen af ​​et erosionskrater udføres, bør dråber hovedsageligt spredes ud i en lille vinkel til katodeoverfladen. I mellemtiden er dråber som regel fastgjort i belægningerne, der spredes i retning af normalen til katodeoverfladen. Deres dannelse er, efter forfatternes mening, forbundet med processerne med volumetrisk fordampning (nukleatkogning) i katodepletten.

Baseret på denne mekanisme kan følgende fysisk signifikante parametre for mikrodråbedannelsesprocessen skelnes: koncentrationen af ​​gasindeslutninger i katoden N 0 (bestemmer antallet af fordampningscentre, der forårsager nukleatkogning), effektkoncentrationen i katodepletten q ( bestemmer smeltelagets tykkelse, boblens levetid i smelten og bobleradius svarende til varigheden af ​​dets eksistens), katodeplettens bevægelseshastighed (begrænser processens tidsramme).

De vigtigste parametre, der karakteriserer installationer til påføring af belægninger ved vakuum elektrisk lysbuemetode

Specifik fordampningshastighed - 2 · 10 -4 –5 · 10 -3 g / (cm 2 · s);

Effektivitet af fordampningsprocessen - 2 · 10 -6 –10 -5 g / J;

Ioniseringsgraden er 10-90%;

Energien af ​​de genererede partikler er 10 - 100 eV;

Aflejringshastighed ~ 5 nm/s.

De vigtigste fordele ved metoden til påføring af tynde film ved vakuumelektrisk lysbuefordampning omfatter følgende:

Evnen til nøjagtigt at kontrollere belægningshastigheden ved at variere lysbuestrømmen;

Evnen til at kontrollere sammensætningen af ​​belægningen ved hjælp af flere katoder af forskellige materialer eller sammensatte (multikomponent) katoder;

Højenergi plasmastråle, der bidrager til produktionen af høj vedhæftning belægninger;

Høj grad af ionisering, der bidrager til effektiv agglomeration af kerner og dannelsen af ​​kontinuerlige film af den mindst mulige tykkelse;

Muligheden for at opnå tynde film af metalforbindelser ved at indføre en reaktionsgas i kammeret;

Fremstillingsevne af aflejringsprocessen, hvilket gør det muligt at bruge computere til at styre processen.

elektronstråleforstøvningsepitaksi

Termisk vakuumaflejring har en række ulemper og begrænsninger, hvoraf de vigtigste er følgende:

Afsætningen af ​​film fra ildfaste materialer (W, Mo, SiO 2, Al 2 O 3 osv.) kræver høje temperaturer på fordamperen, ved hvilke flowet uundgåeligt er forurenet med fordamperens materiale;

Ved sprøjtning af legeringer fører forskellen i fordampningshastigheden af ​​individuelle komponenter til en ændring i sammensætningen af ​​filmen i sammenligning med den oprindelige sammensætning af materialet, der er placeret i fordamperen;

Processens inerti, der kræver indførelse af en elektromagnetisk dæmper i arbejdskammeret;

Ujævnheden af ​​filmtykkelsen, tvinger brugen af ​​enheder til at flytte substraterne og korrigerende membraner.

De første tre ulemper skyldes behovet for højtemperaturopvarmning af stoffet, og den sidste skyldes højt vakuum i arbejdskammeret.

Princippet om drift af ionforstøvningsanordninger er baseret på sådanne fysiske fænomener som ionisering af gaspartikler, glødeudladning i vakuum og sputtering af stoffer ved bombardement med accelererede ioner.

Ionisering er processen med at omdanne neutrale gaspartikler (atomer og molekyler) til positivt ladede ioner. Essensen af ​​denne proces er som følger. Gassen mellem to elektroder indeholder altid flere frie elektroner. Hvis mellem elektroderne anoden og katoden - skabe elektrisk felt, vil dette felt accelerere frie elektroner. Når den møder en neutral gaspartikel, slår en accelereret primær elektron en sekundær elektron ud fra den og omdanner en neutral gaspartikel til en positivt ladet ion. Som følge af sammenstødet, nyt par ladede partikler: en udslået sekundær elektron og en positivt ladet ion.

Den reflekterede primære elektron og den sekundære elektron kan til gengæld accelereres af et elektrisk felt og danner, når de interagerer med neutrale gaspartikler, et par ladede partikler. Sådan udvikles en lavinelignende proces, hvor to typer ladede partikler opstår i et gasformigt medium, og gassen, som er en elektrisk isolator under normale forhold, bliver en leder.

Moderne begreber om interaktionsprocessen, der fører til sputtering, antyder, at der som et resultat af en ions indtrængen i et materiale opstår en kaskade af binære elastiske kollisioner af forskudte atomer, hvor energi og momentum udveksles mellem atomer. Den gennemsnitlige tid for udviklingen af ​​en kaskade af kollisioner er i størrelsesordenen 2 · 10 -13 s. Slutresultatet af kollisionskaskaden kan være overførsel til overfladeatomet (i et lag ~ 1 nm tykt) af tilstrækkelig energi og det nødvendige momentum af den nødvendige retning (i retningen af ​​faststof-vakuum-grænsefladen) for at overvinde dens binding kræfter på overfladen, hvilket fører til sputtering.

Ionbombardementforstøvningsprocessen er en "kold" proces, fordi en atomstrøm af stof på et substrat skabes ved at bombardere overfladen af ​​en fast prøve (mål) med inerte gasioner og excitere overfladen af ​​atomer til en energi, der overstiger bindingsenergien med naboatomer. Strømmen af ​​ioner, der kræves til dette, skabes i en elektrisk gasudledning, for hvilken gastrykket i arbejdskammeret skal være inden for 0,1 × 10 Pa, dvs. flere størrelsesordener højere end i kammeret i den termiske vakuumsprøjteenhed.

Sidstnævnte omstændighed fører til spredning af strømmen af ​​atomer fra målet og en stigning i ensartetheden af ​​tykkelsen af ​​de aflejrede film op til ± 1% og uden brug af yderligere enheder.

Ionforstøvningsmetoden er baseret på bombardement af et mål lavet af et aflejret materiale med hurtige partikler. De partikler, der slås ud af målet som følge af bombardement, danner en strøm af aflejret materiale, som aflejres i form af en tynd film på substrater placeret i en vis afstand fra målet.

En vigtig faktor, der bestemmer de operationelle egenskaber og design af ionforstøvningsinstallationer er metoden til at generere ioner, der bombarderer målet. Følgelig er ionforstøvningsanlæg udstyret med et simpelt to-elektrode- eller magnetronsystem.

2.1 Katodisk sputtering

Metoder til katodisk sputtering.

Figur 6a viser strøm-spændingskarakteristikken for udladningen. Når en konstant spænding på flere kilovolt påføres, opstår der en nedbrydning af interelektrodegabet, en hurtig stigning i strømmen og et spændingsfald i udladningen (udladningstændingsområde I). Med en stigning i udladningsstrømmen på grund af et fald i modstanden Rн, øges området af målkatoden, der er dækket af udladningen, afladningsstrømtætheden og spændingen over udladningen forbliver konstant og lav, og sputteringshastigheden er lav (region af en normalt glødende udledning II). I område III er hele målområdet dækket af udladningen, og en stigning i udladningsstrømmen fører til en stigning i afladningsstrømtætheden, udladningsspændingen og sputteringshastigheden. Område III, kaldet det unormalt glødende udladningsområde, bruges som arbejdsområde i katodeforstøvningsprocesser. For at forhindre overgangen til bueudladningsområdet (region IV) er der tilvejebragt intensiv vandkøling af målet og begrænsning af strømforsyningen med hensyn til strøm.

I fig. 6, b, er arbejdsområdet III af I – V-karakteristikken fremhævet. Hældningen af ​​karakteristikken i dette område afhænger af trykket af arbejdsgassen, i vores tilfælde argon. Driftspunktet, der karakteriserer behandlingstilstandene - gastryk P, strøm J p og spænding Up af udledningen, ligger på strømkildens belastningskarakteristik

(2.1)

hvor U p er forsyningsspændingen.

På den anden side er målforstøvningshastigheden W g/cm 2 s

(2.2)

hvor C er en koefficient, der karakteriserer typen af ​​sprøjtet materiale og typen af ​​arbejdsgas;

U nk - normalt katodespændingsfald (område II af I - V-karakteristikken);

j p er tætheden af ​​udladningsstrømmen;

d TP er bredden af ​​det mørke katoderum.

Det følger af (2.2), at den maksimale sputterhastighed opnås ved maksimal effekt tildelt i dechargen. Ifølge belastningskarakteristikken (2.1)

(2.3)

I dette tilfælde bestemmes den optimale værdi af arbejdsgastrykket entydigt. Valget af værdierne for U n og R n skulle, som det blev sagt, forhindre overgangen til bueudladningsområdet, hvor udstødningen af ​​store partikler fra målet observeres og aflejringen af ​​en tynd film, ensartet i tykkelse, bliver umuligt.

2.2 Magnetronsputtering

Begrænsningerne og ulemperne ved katodesputteringsprocessen omfatter:

Muligheden for kun at sputtere ledende materialer, der er i stand til at udsende elektroner i udladningen, ionisere argonmolekyler og understøtte forbrændingen af ​​udledningen;

Lav filmvæksthastighed (enheder af nm/s) på grund af betydelig spredning af de forstøvede materialeatomer i arbejdskammerets volumen.

En variation af glødeudladningsmetoden er magnetronforstøvning. Magnetronionforstøvningssystemer er forstøvningssystemer af diodetypen, hvor atomer af det sputterede materiale fjernes fra måloverfladen, når det bombarderes af ioner af arbejdsgassen (normalt argon) dannet i plasmaet af en unormal glødeudladning. For at øge sputteringshastigheden er det nødvendigt at øge intensiteten af ​​ionbombardementet af målet, dvs. tætheden af ​​ionstrømmen på måloverfladen. Til dette formål anvendes et magnetfelt B, hvis kraftlinjer er parallelle med den sprøjtede overflade og vinkelret på kraftlinjerne elektrisk felt E.

Katoden (målet) er placeret i et krydset elektrisk (mellem katoden og anoden) og magnetisk felt genereret af det magnetiske system. Tilstedeværelsen af ​​et magnetisk felt ved den sputterede overflade af målet gør det muligt at lokalisere plasmaet af den unormale glødeudladning direkte ved målet. Buerne af kraftlinjerne B er lukket mellem det magnetiske systems poler. Målets overflade, der er placeret mellem ind- og udgangspunkterne for feltlinjerne B og intensivt sprøjtet, har form af et lukket spor, hvis geometri bestemmes af formen af ​​det magnetiske systems poler. Når en konstant spænding påføres mellem målet (negativt potentiale) og anoden (positivt eller nul potentiale), opstår et inhomogent elektrisk felt, og en unormal glødeudladning initieres. Elektroner, der udsendes fra katoden under påvirkning af ionbombardement, fanges af magnetfeltet og befinder sig i en fælde, som på den ene side skabes af et magnetfelt, der returnerer elektroner til katoden, og på den anden side af overfladen. af et mål, der frastøder elektroner. Som et resultat udfører elektronerne en kompleks cykloidal bevægelse ved katodeoverfladen. I løbet af denne bevægelse gennemgår elektroner adskillige kollisioner med argonatomer, hvilket giver en høj grad af ionisering, hvilket fører til en stigning i intensiteten af ​​ionbombardement af målet og følgelig en betydelig stigning i sputterhastigheden.

Hovedparametre for magnetron ion sputtersystemer:

Specifik sprøjtehastighed - (4-40) · 10 -5 g / (cm 2 · s);

Effektiviteten af ​​genereringsprocessen (for kobber) - 3 · 10 -6 g / J;

Energien af ​​de genererede partikler er 10-20 eV;

Energien af ​​de aflejrede partikler er 0,2-10,0 eV;

Aflejringshastighed 10-60 nm/s;

Arbejdstryk - (5-50) · 10 -2 Pa.

De vigtigste fordele ved magnetronforstøvningssystemer inkluderer:

Høje sprøjtehastigheder ved lave driftsspændinger (≈500 V) og lave arbejdsgastryk;

Lave strålingsfejl og ingen overophedning af substrater;

Lav grad af forurening af film med uvedkommende gasindeslutninger;

Muligheden for at opnå film ensartet i tykkelse på stort område substrater.

2.3 Højfrekvent sputtering

Højfrekvent sputtering begyndte at blive brugt, når det var nødvendigt at anvende dielektrisk. Metaller og halvledermaterialer sputteres normalt ved en konstant spænding på et mål. Hvis målmaterialet er et dielektrikum, stopper sputtering hurtigt ved en konstant spænding over målelektroden, da overfladen af ​​dielektrikumet får et positivt potentiale under ionbombardement, hvorefter det reflekterer praktisk talt alle positive ioner. For at udføre processen med at sputtere et dielektrikum er det nødvendigt med jævne mellemrum at neutralisere den positive ladning på den. Til dette formål påføres en RF-spænding med en frekvens på 1-20 MHz til metalpladen placeret direkte bag det dielektriske mål, der skal sputteres (den mest udbredte for RF-sputtering er frekvensen på 13,56 MHz, som er tilladt til industriel brug ).

Med en negativ halvbølge af spændingen over det dielektriske mål (katode) opstår almindelig katodesputtering. I denne periode er måloverfladen ladet med positive ioner, som et resultat af hvilke ionbombardementet af målet stopper. Med en positiv spændingshalvbølge bombarderes målet med elektroner, som neutraliserer den positive ladning på måloverfladen, hvilket tillader sputtering i næste cyklus.

De vigtigste parametre, der kan opnås i HF-materialeforstøvningsinstallationer:

Specifik sprøjtehastighed - 2 · 10 -7 - 2 · 10 -6 g / (cm 2 · s);

Effektiviteten af ​​sprøjteprocessen (for kobber) - 6 · 10 -7 g / J;

Energien af ​​de genererede partikler er 10-200 eV;

Aflejringshastighed - 0,3-3,0 nm / s;

Energien af ​​de aflejrede partikler er 0,2-20 eV;

Arbejdstrykket i installationskammeret er 0,5-2,0 Pa.

2.4 Plasmasputtering i en ikke-selvbærende gasudledning

I sprøjtesystemer af denne type understøttes forbrændingen af ​​en gasudladning af en ekstra kilde (magnetisk felt, HF-felt, varm katode). Figur 7 viser et tre-elektrode-forstøvningssystem, hvori en varm katode anvendes som en yderligere kilde til elektroner.

Den varme katode (1) udsender elektroner mod anoden (3). Denne strøm ioniserer den resterende gas og holder udledningen brændende. Et højt negativt potentiale påføres det sputterede mål (2), som et resultat af hvilket positive plasmaioner (4) trækkes ind på målet og bombarderer dets overflade, hvilket får målmaterialet til at sputtere. Positionerne (5) er placeret overfor målet, og det sputterede materiale afsættes på dem.

Brugen af ​​en ikke-selvbærende gasudledning tillader aflejring af belægninger ved et lavt driftstryk i installationskammeret (5 × 10 -2 Pa), hvilket sikrer et fald i koncentrationen af ​​gasser, der fanges af filmen, samt som en stigning i den gennemsnitlige energi af aflejrede partikler på grund af et fald i antallet af kollisioner af sputterede partikler med gasmolekyler ad stier til substratet.

Sputteringshastigheden i det betragtede 3-elektrodesystem styres af emissionsstrømmen fra den varme katode, trykket i opsætningskammeret og spændingen over målet og kan variere over et bredt område (1-1000 A/min).

Således indbefatter fordelene ved triodespraysystemer i forhold til standarddiodespraysystemer: højere afsætningshastigheder; reduktion af porøsitet og forøgelse af renheden af ​​de aflejrede film; øger vedhæftningen af ​​film til underlag.

Den klassiske metode til at opnå rene overflader til mange materialer er fordampning og kondensering i ultrahøjt vakuum. Tynde film af metaller eller elementære halvledere opnået ved vakuumfordampning er sædvanligvis polykrystallinske eller amorfe, dvs. en bestemt krystallografisk orientering af overfladen er umulig hos dem.

Teknologien til flerlagsstrukturer skal sikre høj kvalitet af væksten af ​​materialer af lagdelte strukturer og perfektion af grænsefladerne mellem disse materialer. Kun i dette tilfælde kan potentialerne i halvledersupergitter og flerlagsmagnetiske strukturer realiseres.

For at opnå tynde højkvalitetsfilm og flerlagsstrukturer anvendes oftest mekanismerne for epitaksial vækst af filmmaterialet på et tilsvarende enkeltkrystalsubstrat. Den mest udbredte metode er molekylær stråleepitaksi (MBE), som gør det muligt at danne perfekte enkeltkrystallag af forskellige materialer under ultrahøjvakuumforhold. Denne metode er med succes brugt til at dyrke tynde film af halvledere, metaller, dielektriske stoffer, magnetiske materialer, højtemperatur-superledere og mange andre stoffer. Til dato er en ret stor mængde af både teoretisk forskning og praktisk arbejde på dette område er MBE-teknologi derfor den mest udbredte metode til at opnå halvledersupergitter og flerlagsmagnetiske strukturer.

I de senere år er teknologien til vækst fra gasfasen ved hjælp af organometalliske forbindelser (RGF MOC) blevet mere og mere udbredt til dyrkning af halvledersupergitter. Denne metode bruger også processen med epitaksial vækst af materialer på et opvarmet substrat under termisk nedbrydning af organometalliske forbindelser. Vækstmekanismerne i EGF MOS-metoden er ikke blevet undersøgt så dybt som i MBE, men denne metode dyrker med succes de fleste af halvlederforbindelserne A III B V, A II B IV og A IV B VI.

Blandt metoderne til epitaksial vækst kan væskefase-epitaksi, hvor enkeltkrystallag opnås fra overmættede opløsninger i kontakt med substratet, også bruges til at opnå halvledersupergitter. Ved faldende temperatur afsættes en overskydende mængde af halvlederen fra opløsningen på substratet, hvilket er forbundet med et fald i opløseligheden af ​​halvledermaterialet. De bedste resultater opnås ved væskefase-epitaksi for A III B V halvlederforbindelser og deres faste opløsninger. Flerlagshalvlederstrukturer opnås i flerkammerreaktorer til væskefase-epitaksi ved sekventielt at skabe kontakt med forskellige smelter.

Tynde magnetiske film og flerlags magnetiske strukturer kan opnås ved forskellige aflejringsmetoder, herunder højfrekvent og magnetronforstøvning. Disse metoder gør det muligt at opnå lag af næsten enhver sammensætning. Det mener nogle forskere bedste mulighed for teknologien af ​​flerlags magnetiske strukturer giver forskellige metoder elektrolytisk aflejring.

3.1 Mekanismer for epitaksial vækst af tynde film

Spørgsmål relateret til vækstmekanismer bliver ekstremt vigtige i skabelsen af ​​heterostrukturer og flerlagsstrukturer, som kræver den højeste grad af sammensætningshomogenitet ved en tykkelse på mindre end 100 Å.

De vigtigste individuelle atomare processer, der ledsager epitaksial vækst, er som følger:

Adsorption af konstituerende atomer eller molekyler på overfladen af ​​substratet;

Overflademigrering af atomer og dissociation af adsorberede molekyler;

Fastgørelse af atomer til substratets krystalgitter eller tidligere voksede epitaksiale lag;

Termisk desorption af atomer eller molekyler, der ikke er inkorporeret i krystalgitteret.

Kondensationen af ​​et nyt materiale fra gasfasen til substratet bestemmes af hastigheden af ​​kollision mellem atomer eller molekyler med substratet (antallet af partikler, der ankommer pr. tidsenhed pr. arealenhed)

(3.1)

hvor p er damptrykket, M er partiklernes molekylvægt, k er Boltzmann-konstanten, og T er kildens temperatur.

En partikel kondenseret fra gasfasen kan straks forlade substratoverfladen eller diffundere over overfladen. Overfladediffusionsprocessen kan føre til adsorption af en partikel på overfladen af ​​substratet eller den voksende film, eller til processen med overfladeaggregering, ledsaget af dannelsen af ​​en ny krystallinsk fase af det kondenserede materiale på overfladen af ​​kernerne. Adsorptionen af ​​individuelle atomer sker som regel ved væksttrin eller andre defekter. Den atomare proces af interdiffusion, hvor atomerne i filmen og substratet udveksler steder, spiller en vigtig rolle i processen med epitaksial vækst. Som et resultat af denne proces bliver grænsen mellem substratet og den voksende film glattere.

Processerne på overfladen, der ledsager epitaksial vækst i MBE, kan beskrives kvantitativt. Hver af de individuelle atomprocesser betragtet ovenfor er karakteriseret ved sin egen aktiveringsenergi og kan i den første tilnærmelse repræsenteres af en eksponentiel lov. Desorptionshastighed, for eksempel

(3.2)

hvor E d er aktiveringsenergien for desorptionsprocessen, T s er substrattemperaturen.

På det fænomenologiske niveau skelnes der mellem tre hovedtyper af vækst af tynde epitaksiale film:

1. Lag-for-lag vækst. Med denne vækstmekanisme begynder hvert efterfølgende lag af filmen først at dannes efter fuldstændig færdiggørelse vækst af det foregående lag. Denne vækstmekanisme kaldes også Frank-van der Merve (FM) vækst. Lag-for-lag vækst opstår, når interaktionen mellem substratet og laget af atomer er meget større end mellem de nærmeste atomer i laget. En skematisk repræsentation af lag-for-lag filmvækst for forskellige grader af dækning  (i fraktioner af ML monolag) er vist i fig. 8, a.

2. Ø-vækst eller vækst af Volmer-Weber (ø-vækst, Vollmer Weber, VW). Denne mekanisme er det fuldstændige modsatte af lag-for-lag vækst. Betingelsen for dens implementering er overvægten af ​​interaktionen mellem de nærmeste atomer over interaktionen mellem disse atomer og substratet. I tilfældet med ø-vækstmekanismen sætter stoffet sig helt fra begyndelsen på overfladen i form af flerlagskonglomerater af atomer (se fig. 8, b).

3. En mellemting mellem disse to mekanismer er væksten af ​​Stransky-Krastanov (SK, layer-plus-islandgrows), hvor det første lag fuldstændigt dækker overfladen af ​​substratet, og tredimensionelle øer af filmen vokser på det. Mange faktorer kan føre til denne mekanisme, især en ret stor uoverensstemmelse mellem parametrene for filmens og substratets krystalgitre (se fig. 8, c).

Betingelsen, der afgrænser implementeringen af ​​en bestemt vækstmekanisme, kan fås ud fra analysen af ​​sammenhængen mellem overfladespændingskoefficienterne mellem substratet og vakuum  S, mellem filmen og vakuum  F, og mellem substratet og filmen  S / F (fig. 9).

Overfladespændingskoefficienten for en overflade er lig med den frie energi af en enhedsoverflade. Følgelig bestemmer disse koefficienter overfladespændingskræfterne, der virker pr. enhedselement af grænsefladelængden. Ifølge denne definition er kraften dF, der virker på et uendeligt lille element dl af grænsefladen mellem to medier.

Fra ligevægtstilstanden for ethvert element af længden af ​​substratets kontaktlinje, en tredimensionel ø af filmen og vakuum (fig. 9), opnår vi

hvor  er kontaktvinklen, dvs. vinklen dannet af tangenten til overfladen af ​​filmøen og overfladen af ​​substratet.

Hvis kontaktvinklen er nul, så "spreder øen sig ud" tyndt lag over substratoverfladen, hvilket svarer til lag-for-lag vækstmekanismen. Denne tilstand fører til følgende forhold mellem overfladespændingskoefficienterne:

, lag-for-lag vækst (3.4)

Hvis, øens vækstmekanisme er realiseret, hvis tilstand er

øvækst (3,5)

For en mere fuldstændig udledning af betingelserne, under hvilke denne eller hin vækstmekanisme realiseres, er det nødvendigt at tage hensyn til virkningen på ligevægtstilstanden mellem den dannede film og substratet af gasfasen i filmvækstområdet.

En anden vækstmekanisme overvejes ofte i litteraturen - statistisk sedimentation. Med denne mekanisme for filmvækst er atomerne af det aflejrede stof placeret på overfladen i henhold til Poisson-fordelingen, som om de blev smidt ved et uheld, og de ville simpelthen holde fast ved faldstedet.

3.2 Molekylær stråleepitaksi

Molecular beam epitaxy (MBE) er i det væsentlige en udvikling til perfektion af teknologien til vakuumaflejring af tynde film. Dens forskel fra den klassiske teknologi med vakuumaflejring er forbundet med mere højt niveau proces kontrol. I MBE-metoden dannes tynde enkeltkrystallag på et opvarmet enkeltkrystalsubstrat på grund af reaktioner mellem molekylære eller atomare stråler og substratoverfladen. Den høje temperatur af substratet fremmer migration af atomer over overfladen, som et resultat af hvilket atomerne indtager strengt definerede positioner. Dette bestemmer den orienterede krystalvækst af den dannede film på et enkeltkrystalsubstrat. Epitaksiprocessens succes afhænger af forholdet mellem gitterparametrene for filmen og substratet, de korrekt valgte forhold mellem intensiteterne af de indfaldende stråler og substratets temperatur. Når en enkelt krystalfilm vokser på et substrat, der er forskelligt fra filmmaterialet og ikke indgår i kemisk interaktion med det, så kaldes denne proces heteroepitaxy. Når underlaget og filmen er kemisk sammensætning ikke adskiller sig eller adskiller sig lidt fra hinanden, processen kaldes homoepitaxy eller autoepitaxy. Den orienterede vækst af filmlag, som kemisk interagerer med substratmaterialet, kaldes kemoepitaksi. Grænsefladen mellem filmen og substratet har samme krystalstruktur som substratet, men adskiller sig i sammensætning fra både filmmaterialet og substratmaterialet.

Sammenlignet med andre teknologier, der bruges til at dyrke tynde film og flerlagsstrukturer, er MBE først og fremmest kendetegnet ved en lav væksthastighed og en relativt lav væksttemperatur. Fordelene ved denne metode omfatter muligheden for brat afbrydelse og efterfølgende genoptagelse af ankomsten af ​​molekylære stråler af forskellige materialer på substratoverfladen, hvilket er vigtigst for dannelsen af ​​flerlagsstrukturer med skarpe grænser mellem lag. Dannelsen af ​​perfekte epitaksiale strukturer lettes også af muligheden for at analysere strukturen, sammensætningen og morfologien af ​​voksende lag under deres dannelse ved metoden med reflekteret hurtig elektrondiffraktion (RHEED) og Auger elektronspektroskopi (EOS).

Nedenfor i fig. 10. et forenklet diagram over MBE-vækstkammeret er vist.

Fordampning af materialer aflejret i ultrahøjt vakuum på et substrat fastgjort på en manipulator med en varmeanordning udføres ved hjælp af effusionsceller (effusion er en langsom udstrømning af gasser gennem små huller). Effusionscellen er vist skematisk i fig. 11. Effusionscellen er et cylindrisk glas lavet af pyrolytisk bornitrid eller højrent grafit. Over diglen er en varmespiral lavet af tantaltråd og et varmeskjold, normalt lavet af tantalfolie.

Effusionsceller kan fungere ved temperaturer op til 1400 0 С og modstå kortvarig opvarmning op til 1600 0 С. Temperaturen af ​​det fordampede stof styres af et wolfram-rhenium termoelement presset mod diglen. Fordamperen er monteret på en separat flange, der har elektriske ledninger til at drive varmelegemet og termoelementet. Som regel er flere fordampere placeret i et vækstkammer, som hver indeholder hovedkomponenterne i filmene og materialerne af doteringsmidler.

Vækstkamre i moderne MBE-teknologiske komplekser er som regel udstyret med et quadrupol massespektrometer til analyse af den resterende atmosfære i kammeret og overvågning af grundstofsammensætningen gennem hele den teknologiske proces. For at kontrollere strukturen og morfologien af ​​de dannede epitaksiale strukturer er et reflekteret hurtig elektrondiffraktometer også placeret i vækstkammeret. Diffraktometeret består af en elektronkanon, der genererer en velfokuseret elektronstråle med energier på 10 - 40 keV. En elektronstråle falder på et substrat i en meget lille vinkel i forhold til dets plan, spredte elektronbølger giver et diffraktionsmønster på en selvlysende skærm. Ofte vækstkamre eller i multi-kammer MBE-komplekser er en elektronkanon med en energianalysator af sekundære elektroner og en ionkanon til rensning af substraterne ved ionætsning og lag-for-lag analyse af sammensætningen af ​​epitaksiale strukturer placeret i kammeret til fremstilling og analyse af substrater og epitaksiale strukturer.

Den region af vækstkammeret, der er vigtigst for den teknologiske proces, er placeret mellem effusionscellerne og substratet (fig. 10). Dette område kan opdeles i tre zoner, som er angivet i figuren med tallene I, II og III. Zone I er zonen for generering af molekylære stråler, i denne zone skærer de molekylære stråler dannet af hver af effusionscellerne ikke hinanden og påvirker ikke hinanden. I den anden zone (zone II - blandingszone af de fordampede elementer) skærer molekylære stråler hinanden, og blanding af forskellige komponenter forekommer. Zone III — krystallisationszone er placeret i umiddelbar nærhed af substratoverfladen. I denne zone forekommer epitaksial vækst under molekylær stråleepitaksi.

I industrien er forskningslaboratorier, automatiserede multimodulære komplekser til molekylær stråleepitaxi nu meget brugt. Et modul er en del af en installation, kendetegnet ved funktionelle og designmæssige egenskaber. Moduler er opdelt i teknologiske og hjælpemoduler. Hvert teknologisk modul er designet til at udføre en specifik teknologisk proces (rengøring af substrater og analyse af deres overflades tilstand, epitaksi af halvlederfilm, aflejring af metaller og dielektrikum osv.). Hjælpemoduler er for eksempel et modul til på- og aflæsning af underlag, et modul til forpumpning og afgasning af vakuumkamre osv. et modul til et andet uden at bryde vakuumet.

Tendenser i udviklingen af ​​udviklingen i retning af at skabe installationer til MBE er forbundet med den stadig bredere brug af indbygget analyseudstyr og automatisering af den teknologiske proces, hvilket gør det muligt at forbedre reproducerbarheden af ​​egenskaberne af dyrkede epitaksiale strukturer og skabe komplekse flerlagsstrukturer. Det analytiske udstyr i komplekset præsenteres i PAP-modulet med et indbygget Auger-spektrometer og en ionpistol til rensning af underlag og Auger-profilering. Hver af EPS- og EPM-enhederne indeholder et massespektrometer til overvågning af resterende gasser og molekylære stråler og et reflekteret hurtig elektrondiffraktometer til overvågning af strukturen og morfologien af ​​epitaksiale lag under vækst. Ud over det vakuummekaniske system omfatter komplekset et automatiseret proceskontrolsystem, der tillader uafhængig og samtidig kontrol af teknologiske processer, både under operatørkontrol og i automatisk tilstand.

Tynde film er meget brugt i teknologi som slid-, korrosionsbestandige, antifriktionsbelægninger, beskyttende-dekorative og andre belægninger. De har fundet bred anvendelse i optik (polariserende filtre, stråledelere, antirefleks og andre belægninger) og i elektronikindustrien til fremstilling af enheder og integrerede kredsløb (ohmske kontakter, strømførende baner, fremstilling af kondensatorer, enheder på magnetiske film, halvlederepitaksiale film).

Litteratur

1. Epifanov G.I., Moma Yu.A. Fysiske grundprincipper design og teknologi REA og EVA: lærebog for universiteter. - M .: Sovjetisk radio, 1979 .-- 352 s.

2. Vakuumaflejring af film i et næsten lukket volumen. M., "Sovjetradio", 1975, 160 s. / Yu. Z. Bubnov, M. S. Lurie, F. G. Staros, G. A. Filaretov.

3. Teknologi af halvlederenheder og mikroelektroniske produkter. I 10 bøger: Lærebog. Manual for erhvervsskoler. Bestil. 6. Anvendelse af film i vakuum / Minaichev VE - M .: Højere. shk., 1989. - 110 s .: ill.

4. Efimov IE og anden mikroelektronik. Fysisk og teknologisk grundlag, pålidelighed. Lærebog. En manual for universiteter. M: "Højere. skole", 1977. - 416 s. med silt

5. Karpenko G.D., Rubinstein V.L. Moderne metoder generering af det aflejrede stof under aflejring af tyndfilmsbelægninger i et vakuum. Minsk: BelNIINTI, 1990 - 36 s.

6. Kostrzhitsky A. I., Lebedinsky. Multikomponent vakuumbelægninger. –M: "Mechanical Engineering", 1987 - 207 s.

7. Butovsky KG, Lyasnikov VN Sprøjtebelægninger, teknologi og udstyr. - Saratov .: "Saratov-stat. tech. Universitet", 1999 - 117 s.

8. Kudinov VV, Bobrov GV Påføring af belægninger ved sprøjtning. Teori, teknologi og udstyr. - M .: "Metallurgi", 1992 - 431 s.

9.O.S. Trushin, V.F. Bochkarev, V.V. Naumov. Modellering af processerne for epitaksial vækst af film under betingelser for ion-plasma-sprøjtning. // Microelectronics, 2000, bind 29, nr. 4, s. 296-309

Vakuumsystemer er et kompleks af indbyrdes forbundne elementer, der sikrer oprettelsen og vedligeholdelsen af ​​et givet vakuum i et bestemt volumen. Alle vakuumsystemer er opdelt efter graden af ​​vakuum i lav-, høj- og ultrahøjvakuumsystemer.

Navigation:

Derudover vakuumsystemer

Hovedkomponenter i vakuumsystemer:

en vakuumpumpe eller installation til udpumpning af et gasmedium;

rørledninger, der forbinder komponenter i vakuumsystemer;

en beholder, beholder eller andet lukket volumen, hvori der skabes et vakuum;

forskellige afspærringsventiler og sikkerhedsanordninger;

et system af sensorer, der transmitterer data om systemets tilstand;

controller, der giver kontrol over hele systemet baseret på informationen modtaget fra sensorerne.

Nogle af ovenstående elementer mangler muligvis, det hele afhænger af de specifikke krav til systemet. Derudover kan nogle eller endda alle elementer duplikeres, hvilket sikrer, at det ønskede vakuum konstant opretholdes. Et fuldautomatisk vakuumsystem er i stand til selvstændigt at forbinde yderligere moduler til driften, styre afspærringsventiler og konstant opretholde den nødvendige grad af vakuum i specificerede volumener.

Tegninger af vakuumsystemer i hvert enkelt tilfælde udvikles under hensyntagen til kundernes krav og skal overholde kravene til teknisk dokumentation. De er en integreret del af ethvert projekt, tager højde for alle variabler og er udviklet af uddannede fagfolk.

Et eksempel er medicinske vakuumsystemer, hvis nedlukning kan være dødelig under kirurgi... Hver sensor i et vakuumsystem af denne type er nødvendigvis duplikeret; fuldstændig redundans af systemet og autonom strømforsyning bruges ofte. Et automatisk vakuumsystem opretholder det nødvendige vakuum ved at tænde og slukke for de pumper, der evakuerer luft i henhold til sensorernes aflæsninger.

Vakuumsystemer bruges hovedsageligt til:

skabe betingelser for kemiske reaktioner i den kemiske industri, olieindustrien og forskningslaboratorier;

produktion af linser i optik;

vakuumpakning af produkter i fødevareindustrien;

afgasning af smelter i metallurgiske smelteovne;

behandling af elektriske kredsløbskort i elektronik;

sikring af driften af ​​blodsugeanordninger og produktion af visse lægemidler inden for medicin;

sprøjtning af materialer af forskellige strukturer og ublandbare materialer i bilindustrien;

skabe et vakuum i malkemaskiner i landbrugsvirksomheder.

Ventiler til vakuumanlæg er opdelt i afspærrings-, sikkerheds- og kontrolventiler. Nogle typer reguleringsventiler kan erstatte afspærringsventiler, hvis det er nødvendigt. TIL afspærringsventiler mest vakuum og kontraventiler, der har 2 positioner og kun giver afskæring (passage) af arbejdsmediet, regulerings- og sikkerhedsanordninger.

En arbejdsmodel af en vakuumenhed, der bruges til undervisning af elever:

Vakuum enhed (sprøjtning)

Vakuuminstallationer, der anvendes til sprøjtning, har periodisk, semi-kontinuerlig og kontinuerlig virkning. Til masse- og seriebehandling af dele bruges vakuuminstallationer med kontinuerlig drift. Anlæg med batch- og semi-kontinuerlig drift kan have flere belastbare arbejdskamre eller et belastet med flere positioner. Sprøjteprocessen kan opdeles i flere operationer:

• belastning af dele og tætning af arbejdskammeret;
• skabe det nødvendige vakuum;
• fordampning eller sprøjtning af det sprøjtede materiale;
• termisk behandling af sprøjtning;

Vakuumsprøjtning bruges til fremstilling af forskellige elektroniske tavler, toning af bilruder og metallisering af nogle plasttyper. Typisk har vakuumsprøjteanlæg følgende elementer i deres design:

• lukket lukket rum (arbejdskammer);
• en kilde til fordampning eller sprøjtning af de sprøjtede materialer;
• skabe et vakuumsystem, som inkluderer pumpen og rørledningerne med alle afspærrings-, kontrol- og sikkerhedsventiler;
• sensorer forbundet til processtyringssystemet;
• transportbånd eller anden fodringsanordning;
• yderligere enheder (filtre, manipulatorer, drev, filtreringsinstallationer).
• Vakuumsprøjtning kan udføres ved hjælp af:
• katodeforstøvning af materialer (en elektrisk strøm påføres sputterkatoden, og da delen fungerer som en anode, sprøjtes det sputterede materiale på den);
• magnetron sputtering;
• ion-plasmasputtering af katoder;

Da når overfladetemperaturen på emnet stiger, afvises de aflejrede partikler, derfor er korrekt organiseret afkøling meget vigtig. Afhængigt af det udstyr, der bruges til at skabe et vakuum, er hele installationen navngivet. For eksempel betyder en væskeringsvakuumenhed brugen af ​​væskeringpumper ved pumpning af gasser fra arbejdskammeret.

Der er mange vakuuminstallationer, der adskiller sig i sprøjteprincippet, typen af ​​anvendte vakuumpumper, automatiseringsgraden, volumen og andre elementer. Vakuuminstallationer UV-24S, UV-947, Bulat-3T, UVN-15, Magna 2M, Oratorio-9 og mange andre baseret på dem kan nævnes som et eksempel.

Skema af en vakuuminstallation til magnetronforstøvning af metaller:

Udstyr til vakuumsystemer (ventiler, flanger, sensorer)

Den mest almindelige fejl i designet af vakuumsystemer er kompleksiteten af ​​projektet og tilstedeværelsen af ​​mange unødvendige elementer. Disse kan være som unødvendige ventiler, hvilket indebar yderligere steder til tætning, sensorer placeret på ubelejlige steder og konstant ødelagt, flanger installeret, hvor det var muligt at gøre med en solid struktur.

Producenter af vakuumudstyr fremstiller i de fleste tilfælde udstyr, der opfylder kundens krav til kapacitet, maksimalt muligt vakuum og pumpehastighed. På højtydende systemer kan installationen af ​​unødvendige elementer forårsage deres trykaflastning og ikke sikre driften af ​​sikkerhedsanordninger. Derfor skal det tages i betragtning, at et vakuumsystem, der er designet uprofessionelt, ikke kun kan være utilfredsstillende for driftsforholdene, men også farligt for driftspersonalet.

Alle fittings, der anvendes til installation af vakuumsystemer, skal fuldt ud overholde driftsbetingelserne og være fremstillet ved hjælp af passende teknologier. Produktionen af ​​vakuumudstyr bør være hovedfokus for virksomheden, der leverer alle elementer i systemet.

Højvakuum sensor:

Vakuum teknologi (vakuum skabelse og vedligeholdelse)

Vakuum- og kompressorteknologi har mange lignende egenskaber. Ganske ofte, producenter kompressor udstyr lave vakuumsystemer og deres elementer. Produktionen af ​​vakuumteknologi er baseret på komplementære metoder behandlingsudstyr, opnå maksimal tætning af systemer.

Teknologien til at skabe og vedligeholde et vakuum har udviklet sig over tid. I øjeblikket gør vakuumvidenskab og -teknologi det muligt at skabe en sjældenhed svarende til et dybt rumvakuum.

Lodrette og horisontale vakuumpumper:

Vakuumpumper (typer og applikationer)

Der bruges flere typer vakuumpumper. Hver af dem har sine egne fordele og ulemper, som giver sit eget omfang.

Vandringpumpen har fået sit navn fra det faktum, at vakuumet i vakuumsystemet skabes ved hjælp af en konstant ring af vand i arbejdsplanet. Pumpeakslen forskydes således, at bladene på den ene side af pumpen passerer tæt på kroppen (uden at røre den), og på den modsatte side er der en betydelig afstand til væggen.

Når løbehjulsbladene roterer, fanger de væske (vand) og vrider det i form af en ring. De friktionskræfter, der i dette tilfælde virker, får væsken til at varme op, så vandet i ringen bliver hele tiden udskiftet med ferskvand. Da gassen suges af ved hjælp af en vandring, filtreres de fleste slibende forureninger i det udpumpede medium fra, og der kommer ren gas ud.

Sådanne pumper er meget nemme at vedligeholde, producerer hurtig evakuering af gasser, er krævende for deres sammensætning, men kan ikke skabe et dybt vakuum, hvilket begrænser deres anvendelse i industrien.

Driftsskemaet for væskeringpumpen:

Hvor punkt H viser stedet for den højeste kompression af den pumpede gas (tilslutning af udløbsrøret), B er indløbet til pumpen, K er vandringen.

Rotorvingepumpen pumper gasser ud på grund af akslen excentrisk placeret i forhold til huset. Akslen har specielle huller, hvori fjedrene er monteret. Under påvirkning af fjedre presses bladene konstant mod kroppen og danner kamre, der er forseglet mod hinanden. Når rotoren roterer, ændrer hvert kammer sit volumen fra minimum (med maksimal kompression af gasserne i det) til maksimum (mens der skabes et vakuum). For at reducere friktionen af ​​pladerne på kroppen, bruges en speciel olie.

Anvendelsesomfanget er begrænset, da der kræves en filtreringsanordning, der garanterer fravær af slibende partikler i de udpumpede gasser, og oliedampe er til stede i de udgående gasser.

Driftsskema for roterende vingepumper:

Støttepumpen kan være af forskellige typer, for eksempel roterende vinge, væskering, spole. Hovedopgaven for sådanne pumper er at skabe et forvakuum (foreløbigt vakuum) så hurtigt som muligt for at sikre driften af ​​pumper, der giver et højt vakuum. Dette skyldes, at nogle pumpemodeller har en lav pumpehastighed ved normalt atmosfærisk tryk og kræver det højest mulige vakuum for at skabe et dybt vakuum.

Turbomolekylære, damp-olie diffuse og andre typer pumper bruges som det andet trin i forline pumper.

Roots pumper pumper gasblandinger ud på grund af tilstedeværelsen af ​​to rotorer, der roterer synkront. En af rotorerne modtager roterende bevægelse fra motoren, og den anden drives af et tandhjul, der sikrer synkroniseret rotation. Designet giver dig mulighed for at skabe selv et højt vakuum, men kræver den obligatoriske rensning af gassen, der kommer ind i arbejdskammeret.

Ordning for drift af 2-lobe (pos. "A") og 3-lobe (pos. "B") Roots pumper.