Een vacuüminstallatie is in wezen hetzelfde systeem dat uit een bepaald aantal componenten bestaat. Elk van de elementen van een dergelijke installatie vervult bepaalde functies. Een van de belangrijkste onderdelen van vacuüminstallaties is een vacuümpomp, en dat kunnen er enorm veel zijn. Vaak is een apparaat zo gebouwd dat alle componenten erin samenwerken. Alleen in een dergelijk scenario is het mogelijk om echt hoge prestatie-indicatoren te bereiken. Wat betreft de hoofdtaak van dergelijke installaties, dan is het ongetwijfeld het creëren van een diep technisch vacuüm.

Dergelijke processen spelen een bijzonder belangrijke rol bij het wegpompen van lucht- of gasmengsels. Maar vergeet niet dat u vacuüminstallaties niet alleen in de industrie, maar ook thuis effectief kunt gebruiken. Bij huishoudelijke taken werken vacuüminstallaties zonder enige tastbare belasting en kunnen ze geweldige prestaties leveren.

Wat betreft de vraag naar bedrijven in dergelijke installaties, daar bestaat geen enkele twijfel over. Op dit moment toont een groot aantal fabrikanten interesse in producten met dit doel. Veel fabrikanten zijn zelfs bereid te veel te betalen om als eerste dergelijke installaties te ontvangen.

Nu zullen we die industrieën beschouwen waar vacuüminstallaties al een integraal onderdeel van het systeem zijn geworden:

• Textielindustrie
• machinebouw
• Metallurgie
• voedselindustrie
• Chemische industrie
• machinebouw
• farmaceutica

Maar dit is niet de hele lijst van industrieën die apparatuur van dit type nodig hebben. Maar zelfs als je naar deze lijst kijkt, krijg je de indruk dat dit inderdaad een van de meest praktische opties is van alle apparatuur van dit type.

Als de standaardconfiguratie van de vacuümunit niet voldoende is voor de gebruiker, kan hij zonder problemen ook extra apparatuur aanschaffen. Het is bedoeld om het proces eenvoudiger en tegelijkertijd efficiënter te maken. Veel gebruikers maken gebruik van deze privileges en kopen extra hardware om hun workflow veel eenvoudiger en betrouwbaarder te maken.

De belangrijkste taken van vacuüminstallaties kunnen het creëren en onderhouden van een hoog en ultrahoog vacuümniveau in het systeem worden genoemd. Maar dit is niet de hele lijst met mogelijkheden van dergelijke installaties. Ze kunnen ook behoorlijk effectief zijn in het maken van verschillende onderdelen, wat hun belangrijkste voordeel is. Maar toch worden dergelijke installaties meestal gekocht om een ​​ultrahoog vacuüm te vormen, aangezien andere installaties dit niet aankunnen.

Maar ondanks dat iedereen de hoofdelementen van dergelijke systemen prijst, zijn er ook een flink aantal secundaire elementen die ook een bijzondere rol spelen. Immers, om te ontvangen maximaal effect van vacuüminstallaties is alleen mogelijk als alle elementen van het systeem actief met elkaar samenwerken. Anders zal het effect van dergelijke apparatuur eenvoudigweg niet zijn.

De belangrijkste elementen van de vacuüminstallatie:

• Een vacuümmeter is een apparaat voor het meten van de druk in het systeem en het regelen van de belangrijkste processen die ermee samenhangen.
• Vacuümcilinders zijn een van de belangrijkste elementen die belangrijk zijn bij het creëren van een vacuüm in het systeem.
• Vacuümleidingen zijn eerder extra uitrustingen die de verplaatsing van alle vloeistoffen door bepaalde delen van de installatie mogelijk maken.
• Vacuümpompen vormen een fundamenteel onderdeel van de installatie, die bijna alle functies vervult en zonder welke de vorming van een vacuüm in het systeem volledig onmogelijk zou zijn.

De moderne vacuümmarkt biedt ons een enorme selectie van dergelijke producten. Een van de leidende bedrijven in de markt is Busch. Dit bedrijf is er al lang in geslaagd zich te profileren en houdt tot op de dag van vandaag zijn reputatie op een hoog niveau.

Een van de belangrijkste voordelen van Busch-planten is de kwaliteit, die van het hoogst mogelijke niveau is. Nu op de markt kunt u verschillende series producten van dit bedrijf tegelijk zien.

• Vacuüminstallaties
• blazers
• Vacuum pompen

Op alle bovengenoemde gebieden heeft het bedrijf momenteel geen gelijke. Deze fabrikant zou echt een belangrijke marktniche kunnen bezetten, die door te bewijzen dat zijn producten aan alle normen voldoen en waardig zijn, de eerste positie in de markt inneemt.

Vacuüm spuitunits UVN

Vacuümdepositie unit UVN is een unit met hele regel functionele kenmerken. Maar toch, het belangrijkste punt is de reikwijdte van dergelijke apparatuur. Installaties van dit type worden actief gebruikt in bijna alle industrieën, daarom is het erg problematisch om er een te noemen.

Een van de duidelijke voordelen van dergelijke installaties is de aanwezigheid van vier verwijderbare technologische modules. Elk van hen voert bepaalde functies uit, waardoor u in feite hoge prestatie-indicatoren kunt behalen.

UVN-1M is een van de meest praktische modellen van dergelijke installaties, die ondanks de gemiddelde kosten een groot aantal positieve eigenschappen kon huisvesten. Dit apparaat biedt niet alleen hoge prestaties, maar ook hoge kwaliteit, stabiliteit en brede reikwijdte toepassingen.

Betreft verschijning dergelijke installaties, het is niet zo eenvoudig en heeft nog steeds bepaalde toevoegingen. Meestal zijn de modules van dergelijke systemen gesloten met een speciale glazen vacuümkamer. Met dit apparaat kunt u modules beschermen tegen verschillende bedreigingen.

Maar dit is niet de hele lijst met voordelen, want er zijn onder andere een groot aantal aspecten die aangeven dat dergelijke installaties echt heel effectief zijn.

Vacuümgietinstallaties

Een van de belangrijkste doelen van dergelijke installaties is het gieten van tandheelkundige legeringen. Met een vergelijkbare taak kunnen vacuüminstallaties van dit type het redelijk goed aan. Dat is de reden waarom velen dergelijke apparatuur begonnen te kopen voor een vergelijkbare operatie.

Het is vermeldenswaard dat dergelijke installaties actieve koeling hebben, waardoor de installatie niet bezwijkt voor oververhitting, wat ook een belangrijke rol speelt. Een inert gas kan worden beschouwd als een belangrijk onderdeel van dergelijke installaties, waardoor het apparaat zeer betrouwbaar kan worden gebruikt en de oxidatie van verschillende soorten legeringen kan worden voorkomen.

Dergelijke installaties worden het meest gebruikt in de tandheelkunde. Desgewenst kunnen ze in andere industrieën worden gebruikt. Maar het zal behoorlijk problematisch zijn om er speciale voordelen uit te halen.

Vacuüm metallisatie-installatie

Het aanbrengen van een hoogwaardige coating op producten is verre van het gemakkelijkste proces. Om ervoor te zorgen dat het resultaat van een dergelijke procedure van hoge kwaliteit is, is het noodzakelijk om hiervoor speciale apparatuur te gebruiken. De vacuüm metallisatie unit is hierin het beste. Het metallisatieproces zelf is het aanbrengen van een dunne film, waarmee u het materiaal kunt beschermen tegen de effecten van verschillende factoren.

Een van de best verkochte varianten van dergelijke installaties is de versie met verticale deuren. Op het gebied van gemak, deze optie aanzienlijk superieur aan het gebruikelijke, omdat het laden en lossen van materiaal veel eenvoudiger is.

Materialen verwerkt in vacuüm metallisatie-installaties:

• Glas
• Plastic
• Metaal
• keramiek

Fabrikanten van vacuümsystemen

De rol van de fabrikant is ook verre van de meest recente. Het is het beste om dergelijke installaties te kopen bij vertrouwde leveranciers die u alle garanties van productkwaliteit en betrouwbaarheid kunnen bieden.

De meest betrouwbare fabrikanten van vacuümsystemen:

• Edwards
• Becker
• Atlas Copco

Alle bovenstaande fabrikanten zijn het meest betrouwbaar en kunnen worden vertrouwd. Dit kan worden begrepen door de indicatoren van hun verkoopbaarheid, aangezien al deze bedrijven tot de top vijf van de hoogste kwaliteit behoren en veelbelovende bedrijven voor de verkoop van vacuümsystemen.

Oppervlaktebehandeling door vacuümdepositie met metalen maakt het mogelijk om de positieve eigenschappen van producten uit verschillende materialen te versterken. Metalen onderdelen worden beschermd tegen corrosie, geleiden elektriciteit beter en worden esthetischer. Metallisering van kunststofproducten stelt u in staat om hoogwaardige en mooie onderdelen te krijgen van lichtere en goedkopere materialen. Dit geldt met name voor de auto-industrie, omdat het metalliseren van kunststofcomponenten het gewicht van auto's aanzienlijk kan verminderen. een gemetalliseerde vacht geeft de bontjas exclusiviteit, originaliteit en is de nieuwe trend van het seizoen.

In het bedrijf "Alfa-K" kunt u vacuümmetaalspuiten bestellen voor producten van verschillende materialen, waaronder bont.

Methoden:

De essentie van de technologie ligt in het feit dat onder vacuümomstandigheden de kleinste metaaldeeltjes met speciale apparatuur naar het werkoppervlak van het werkstuk worden overgebracht. Tijdens de vorming van coatings verdampt het moedermetaal, condenseert, absorbeert en kristalliseert tot: gasvormige omgeving het creëren van een duurzame coating. Afhankelijk van het type werkstuk, de eigenschappen van de metaalfilm en de geselecteerde depositiemodus wordt een grote verscheidenheid aan effecten verkregen. Vrijwel elk metaal kan worden gespoten: aluminium, nikkel, chroom, koper, brons, goud, titanium, enz. Rekening houdend met de specifieke eigenschappen en kenmerken, vereist elk metaal verschillende modi en technieken. Zo vereist een speciale technologie vanwege de lage slijtvastheid vacuümdepositie van aluminium. Daarom werken in ons bedrijf alleen hooggekwalificeerde en ervaren specialisten. Metalliseren wordt op verschillende manieren uitgevoerd.

Vacuüm plasma

In dergelijke systemen ontstaat onder een bepaalde gasdruk een gemetalliseerde coating door een metaalbron sterk te verhitten, waardoor deze verdampt, en de deeltjes bezinken op het werkstuk. De camera kan van metaal zijn, van glas, noodzakelijkerwijs met een waterkoelsysteem. Om het gespoten element te verwarmen worden de volgende verdampers gebruikt:

• draad of band wolfraam of molybdeen direct verwarmde verdamper;
• elektron-radiaal, het creëren van verwarming met behulp van elektrisch bombardement.

In overeenstemming met het bronmetaal of de legering die op het onderdeel moet worden gespoten, wordt de verwarmingstemperatuur in de warmtewisselaar ingesteld, deze kan 20 duizend ° C bereiken. Indien het te spuiten metaal niet erg goed hecht aan het werkstukmateriaal, wordt eerst een primaire laag metaal met hogere hechteigenschappen aangebracht.

Ionenvacuüm

Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het niet nodig is om de verdamper zeer sterk te verwarmen. Het metaal wordt onder invloed van beschieting met negatief geladen gasionen opgespoten. Het creëren van een dergelijke omgeving is mogelijk dankzij speciale ontladingen in de werkkamer. Hiervoor maakt de apparatuur gebruik van een magnetisch systeem met koeling. Door het aanleggen van een hoogspanning tot 4 kV wordt tussen 2 elektroden een glimontlading gecreëerd voor het sputteren van het gespoten element. In de werkkamer wordt een gasvormig medium gecreëerd met een druk tot 0,6 Pascal. Volgens een soortgelijk principe wordt vacuüm-ion-plasma-spuiten ook uitgevoerd op gespecialiseerde apparatuur.

Oppervlakken geschikt om te spuiten

Alle items die bestand zijn tegen hitte tot 80 ° C en blootstelling aan gespecialiseerde vernissen. Het voordeel van de technologie is dat om de producten het effect van kopercoating, spiegelverchromen, vergulden, vernikkelen te geven, het niet nodig is om de oppervlakken vooraf te polijsten. Vaker worden onderdelen gemaakt van plastic, glas, metaallegeringen, verschillende polymere en keramische producten gecoat door vacuümmetallisatie. Minder vaak, maar toch, wordt de technologie gebruikt voor zachtere materialen zoals hout, textiel en bont.

Vanwege de goede compatibiliteit van de basis en coatings, vereist de verwerking van metalen onbewerkte producten en producten van metaallegeringen geen gebruik van extra verbruiksartikelen. Terwijl polymeren eerst moeten worden geprimed met beschermende en hechtende verbindingen. Om vervorming van polymeerblanks te voorkomen en stress in de werkomgeving tijdens vacuümmetallisatie te verminderen, worden speciale modificerende componenten en materiaaldiffusiemodi gebruikt.

Stadia van metallisatie

Het technologische proces van vacuümafzetting van metaal op verschillende producten omvat verschillende opeenvolgende fasen:

• Gedetailleerde voorbereiding. Het is belangrijk dat het werkstuk de maximale makkelijke vorm, zonder moeilijk bereikbare plaatsen waar condensaat kan bezinken.
• Bescherming toepassen. Het is noodzakelijk om een ​​anti-diffusiecoating aan te brengen op polymeerbasissen die vulstoffen met een laag molecuulgewicht bevatten.
• Drogen. Gedurende 3 uur worden de onderdelen gedroogd bij 80 graden Celsius, waardoor je het opgenomen vocht kunt verwijderen.
• Ontvetten. In een vacuümkamer wordt het werkstuk ontvet met behulp van een glimontlading. Dit is vooral goed voor de structuur van polymeren.
• activatie verwerking. De verwerkingsmethode wordt gekozen afhankelijk van het materiaal van het product, het is noodzakelijk om de hechting van het oppervlak vóór metallisatie te vergroten.
• Metaal spuiten. Door condensatie ontstaat er een gemetalliseerde laag op het werkstuk.
• Kwaliteitscontrole van de coating. Decoratieve delen worden gecontroleerd op uniformiteit van het spuiten en de sterkte ervan. Technische producten worden bovendien getest met plakband, ultrasone trillingen, wrijving, enz.

Metallisatie-installaties zijn vrij complexe en dure apparatuur die veel elektriciteit verbruikt. Om een ​​complexe technologische cyclus te creëren, is een vrij ruime kamer vereist, omdat er meerdere multifunctionele apparaten moeten worden geplaatst. De belangrijkste onderdelen van het vacuümsysteem:

• Voedings- en besturingseenheid in combinatie met een bron van gecondenseerde metalen.
• Gasverdeelsysteem dat een vacuümruimte creëert en gasstromen regelt.
• Werkkamer voor vacuümmetallisatie.
• Blok van thermische controle, controle van depositiedikte en snelheid, eigenschappen van coatings.
• De transporteenheid is verantwoordelijk voor het veranderen van de positie van de werkstukken, hun aan- en afvoer uit de kamer.
• Knoop blokkerende apparaten, gasfilters, dempers en andere hulpapparatuur.

Magnetron- en ion-plasma-vacuümapparatuur kan van verschillende afmetingen zijn, van kleine, met kamers van enkele liters tot zeer grote, met kamervolumes van enkele kubieke meters.

Alfa-K heeft voldoende productiecapaciteit en geschikte apparatuur om verschillende methoden van vacuümdepositie te bieden. Wij kunnen ion-plasma coatings bestellen van producten uit alle materialen met metalen zoals titanium, koper, aluminium, messing, chroom, diverse legeringen, etc. Wij garanderen kwalitatief hoogstaand werk en loyale prijzen.

ZENKO PLASMA biedt in samenwerking met FHR Anlagenbau GmbH (Duitsland) vacuümdepositiesystemen voor micro-elektronica, fotovoltaïsche systemen, sensoren, optica, MEMS, organische displays (OLED), voor de productie van architectonisch glas. FHR onderscheidt zich door de hoogste Duitse bouwkwaliteit, een eigen vloot van apparatuur voor demonstratieprocessen, de mogelijkheid om vrijwel elk systeem op bestelling te maken en meer dan 20 jaar ervaring in de productie van hightech apparatuur. Tegelijkertijd maakt FHR deel uit van de holding Centrotherm photovoltaics AG, een van de wereldleiders in de productie van apparatuur voor fotovoltaïsche, micro-elektronica en halfgeleiderproductie. ZENKO PLASMA biedt advies, levering, inbedrijfstelling, garantie en service na de garantie.

Vacuümdepositiesystemen worden aangeboden in de volgende series:

Rollen om te rollen- industriële systemen voor magnetron- of thermische depositie van metaal-, oxide- en nitridelagen op polymeer- en metaalfilms (volgens het roll-to-roll principe) tot 2400 mm (2,4 m) breed. Deze systemen worden gebruikt bij de verwerking van rolmaterialen op basis van dunne metaal- en polymeerfilms, in de voedingsindustrie, bij de productie van flexibele (organische) elektronica, flexibele zonnecellen (CIGS, CdTe, a-Si dunnefilmtechnologieën), voor het afzetten van sterk reflecterende optische coatings. , barrière, geleidende, isolerende lagen. De volgende technologische processen worden ondersteund: magnetron sputteren (DC, MF, RF modi), ionenstraal oppervlaktereiniging, droog etsen, thermisch spuiten, thermisch gloeien, plasma-chemische depositie (PECVD). Afhankelijk van het proces, een ontwerp met vacuüm laadslot mogelijk.

lijn– industriële vacuümdepositiesystemen met horizontale of verticale verwerking van glazen of metalen substraten tot 2,2 m breed en tot 4 m lang Hoofdzakelijk gebruikt voor depositie van transparante geleidende oxiden (TCO) bij de productie van dunnefilmzonnecellen; bij de productie van architectonisch glas om de warmteoverdrachtscoëfficiënt, lichttransmissie te verbeteren; in de productie van displays (o.a. OLED), op het gebied van het aanbrengen van beschermende coatings. De in-line verwerkingslijn levert de hoogste prestaties en kwaliteit van de gespoten films. Een individuele configuratie is mogelijk afhankelijk van de grootte van het substraat, productiviteit en parameters van het depositieproces.

ster- Deze serie is een clusterachtig systeem met enkele verwerking voor kleinschalige productie en R&D op het gebied van micro-elektronica, optica, MEMS, sensoren. Hiermee kunt u zowel met een enkele belading van platen met een diameter tot 300 mm als met cassettes werken. De centrale robot zorgt voor de beweging van het substraat tussen de technologische modules van het systeem. Kan worden uitgerust met een wafer loading gateway, technologische modules: etsen (PE, RIE), thermische verdamping, elektronenstraalverdamping, thermisch uitgloeien (RTP / FLA), magnetron sputteren, plasma chemische depositie (PECVD, CVD), atomaire laagdepositie ( ALD). Systemen van deze serie zijn relevant wanneer het nodig is om meerdere technologische processen binnen één installatie te hebben. Installatie in de omstandigheden van cleanrooms door een muur is mogelijk.

Boxx– sputtersystemen van deze serie zorgen voor batchverwerking van substraten bij de productie van kleine batches optische systemen, MEMS en sensoren. Systemen kunnen worden uitgerust met een vacuümbeladingsslot. Substraten worden handmatig op een roterende trommel in de werkkamer geladen. Tijdens de rotatie van de trommel gaan de substraten door verschillende secties van magnetronafzetting (DC, RF), waardoor meerdere materialen in één proces kunnen worden afgezet. De sectie voor het reinigen van plasma-oppervlakken wordt indien nodig geïnstalleerd. Optioneel is het mogelijk om tot meerdere van deze trommels te plaatsen, sluisbelading toe te passen en tevens voor verwarming van de substraten te zorgen tijdens het depositieproces. Installatie in de omstandigheden van cleanrooms door een muur is mogelijk.

Micro– spuitunits van deze serie zijn voornamelijk bedoeld voor onderzoek, ontwikkeling en kleinschalige productie. De units zijn ontworpen voor enkelvoudige verwerking van substraten met een diameter tot 200 mm, inclusief vierkante en rechthoekige. Installaties maken afzetting van zowel metalen als diëlektrische lagen mogelijk. Magnetron sputter- en thermische verdampingssystemen zijn beschikbaar. De systemen onderscheiden zich door hun compactheid, flexibele configuratie, installatiegemak, gebruik en onderhoud.

Wij bieden de mogelijkheid om targets voor magnetron sputterinstallaties te vervaardigen. Moderne productietechnologieën maken het mogelijk om zowel vlakke als cilindrische doelen te vervaardigen, inclusief niet-standaard doelen volgens tekeningen. De volgende soorten materialen zijn beschikbaar: metaal, legeringen (Al, Cr, Ti, Ni, In), boriden, carbiden, nitriden, oxiden, siliciden, sulfiden, telluriden. Laat ons uw wensen weten en wij zorgen voor een passende oplossing.

Technische Universiteit Mari State

Afdeling ontwerp en productie van radioapparatuur

Vacuüm coating

TOELICHTING

naar de cursus werken aan de discipline

Grondbeginselen van vastestoffysica en micro-elektronica

Ontwikkeld door: leerling van de EVS-31 groep

Kolesnikov

Geadviseerd: Universitair hoofddocent

Igumnov V.N.

Yoshkar-Ola 2003

Invoering

1. Thermisch vacuüm spuiten

1.1 Resistief sputteren

1.2 Inductiespuiten

1.4 Laserdepositie

1.5 Boogspuiten

2. Sputteren door ionenbombardement

2.1 Kathodisch sputteren

2.2 Magnetron sputteren

2.3 Hoogfrequent spuiten.

3. Technologie van dunne films op oriënterende substraten

Conclusie

Literatuur

INVOERING

Dunne films die in vacuüm worden afgezet, worden veel gebruikt bij de productie van discrete halfgeleiderinrichtingen en geïntegreerde schakelingen (IC's).

Het verkrijgen van hoogwaardige en reproduceerbare in termen van elektrische parameters dunne-filmlagen is een van de belangrijkste technologische processen voor de vorming van structuren van zowel discrete diodes als transistors, en actieve en passieve elementen van het IC.

Dus de betrouwbaarheid en kwaliteit van micro-elektronische producten, het technische niveau en economische indicatoren hun productie.

Dunne-filmtechnologie is gebaseerd op complexe fysische en chemische processen en het gebruik van verschillende metalen en diëlektrica. Dus dunnefilmweerstanden, condensatorelektroden en onderlinge verbindingen worden gemaakt door afzetting van metaalfilms, en tussenlaagisolatie en beschermende coatings worden gemaakt door diëlektrische.

Een belangrijke fase is de controle van de parameters van dunne films (snelheid van hun afzetting, dikte en uniformiteit, oppervlakteweerstand), die wordt uitgevoerd met behulp van speciale apparaten, zowel tijdens individuele technologische bewerkingen als aan het einde van het hele proces.

De methoden van ion-plasma en magnetron sputteren worden veel gebruikt in de moderne micro-elektronica. Hoge depositiesnelheden en de energie van atomen die tijdens de depositie op het substraat invallen, maken het mogelijk om deze methoden te gebruiken om films van verschillende samenstellingen en structuren te verkrijgen, en in het bijzonder voor epitaxie bij lage temperatuur.

Momenteel bestaat er veel belangstelling voor onderzoek op dit gebied.

Deze termijn papier is een overzicht van de belangrijkste methoden van depositie en sproeien in vacuüm, fysische en chemische processen, evenals een beschrijving en werking van de installaties die bij deze methoden worden gebruikt.

Het proces van het aanbrengen van dunne films in een vacuüm bestaat uit het creëren (genereren) van een stroom van deeltjes gericht op het behandelde substraat, en hun daaropvolgende concentratie met de vorming van dunne filmlagen op het te coaten oppervlak.

Er worden verschillende manieren van ionenbehandeling gebruikt om de eigenschappen van een vast oppervlak te wijzigen. Het proces van interactie van een ionenbundel met een oppervlak wordt gereduceerd tot de stroom van onderling gerelateerde fysieke processen: condensatie, sputteren en binnendringen. De prevalentie van een of ander fysiek effect wordt voornamelijk bepaald door de energie E 1 van de bombarderende ionen. Bij E 1 =10-100 eV prevaleert condensatie boven sputteren, waardoor de afzetting van de coating plaatsvindt. Naarmate de ionenenergie toeneemt tot 104 eV, begint het sputterproces te overheersen met de gelijktijdige introductie van ionen in het metaal. Een verdere toename van de energie van de bombarderende ionen (E 1 > 104 eV) leidt tot een verlaging van de sputtercoëfficiënt en de instelling van een ionenimplantatiemodus (iondotering).

Het technologische proces van het aanbrengen van dunnefilmcoatings in vacuüm omvat 3 hoofdfasen:

Genereren van een stroom deeltjes van de afgezette stof;

Overdracht van deeltjes in ijle ruimte van de bron naar het substraat;

Afzetting van deeltjes bij het bereiken van het substraat.

Er zijn 2 methoden voor het aanbrengen van vacuümcoatings, die verschillen in het mechanisme van het genereren van de stroom van afgezette deeltjes: thermisch sproeien en sputteren van materialen door ionenbombardement. Verdampte en gesputterde deeltjes worden via een vacuümmedium (of een atmosfeer van reactieve gassen) naar het substraat overgebracht, waardoor ze in plasmachemische reacties terechtkomen. Om de ionisatiegraad van de afgezette stofstroom te verhogen, kunnen speciale bronnen van geladen deeltjes (bijvoorbeeld een hete kathode) of elektromagnetische straling in de vacuümkamer worden gebracht. Extra versnelling van de beweging van ionen naar het behandelde oppervlak kan worden bereikt door er een negatieve spanning op aan te leggen.

De algemene vereisten voor elk van deze methoden zijn de reproduceerbaarheid van de eigenschappen en parameters van de verkregen films en het voorzien in betrouwbare hechting (adhesie) van films op substraten en andere films.

Om de fysische verschijnselen te begrijpen die optreden tijdens de afzetting van dunne films in een vacuüm, is het noodzakelijk om te weten dat het proces van filmgroei op een substraat uit twee fasen bestaat: aanvankelijk en definitief. Laten we eens kijken hoe afgezette deeltjes interageren in vacuümruimte en op een substraat.

Materiedeeltjes die het oppervlak van de bron hebben verlaten, bewegen zich met hoge snelheden (in de orde van honderden en zelfs duizenden meters per seconde) door vacuüm (geraffineerde) ruimte naar het substraat en bereiken het oppervlak, waardoor het een deel van hun energie krijgt op botsing. De fractie van de overgedragen energie is hoe kleiner, hoe hoger de substraattemperatuur.

Met behoud van een zekere overmaat aan energie kan het stofdeeltje bewegen (migreren) over het oppervlak van het substraat. Wanneer het over het oppervlak migreert, verliest het deeltje geleidelijk zijn overtollige energie, waardoor het tot thermisch evenwicht met het substraat neigt, en het volgende kan gebeuren. Als het deeltje onderweg zijn overtollige energie verliest, wordt het op het substraat gefixeerd (condenseert). Als het onderweg een ander migrerend deeltje (of een groep deeltjes) heeft ontmoet, zal het er een sterke binding (metalen) mee aangaan, waardoor een geadsorbeerd doublet ontstaat. Met een voldoende grote associatie verliezen dergelijke deeltjes het vermogen om te migreren volledig en worden ze gefixeerd op het substraat en worden ze het centrum van kristallisatie.

Rond individuele kristallisatiecentra groeien kristallieten, die vervolgens samensmelten en een continue film vormen. De groei van kristallieten vindt zowel plaats door deeltjes die over het oppervlak migreren als door directe afzetting van deeltjes op het oppervlak van kristallieten. Het is ook mogelijk om in een vacuümruimte doubletten te vormen bij botsing van twee deeltjes, die uiteindelijk op het substraat worden geadsorbeerd.

De vorming van een continue film beëindigt de beginfase van het proces. Aangezien vanaf dit moment de kwaliteit van het substraatoppervlak de eigenschappen van de aangebrachte film niet meer beïnvloedt, is de beginfase van beslissend belang bij de vorming ervan. In de laatste fase groeit de film tot de vereiste dikte.

Onder andere constante omstandigheden verhoogt een verhoging van de substraattemperatuur de energie, d.w.z. de mobiliteit van geadsorbeerde moleculen, wat de kans vergroot om migrerende moleculen te ontmoeten en leidt tot de vorming van een film met een grofkorrelige structuur. Bovendien neemt met een toename van de dichtheid van de invallende bundel de kans op de vorming van doubletten en zelfs polyatomaire groepen toe. Tegelijkertijd draagt ​​een toename van het aantal kristallisatiecentra bij aan de vorming van een film met een fijn kristallijne structuur.

De ijle toestand van het gas, d.w.z. een toestand waarin de druk van een gas in een bepaald gesloten hermetisch volume lager is dan de atmosferische druk, wordt een vacuüm genoemd.

Vacuümtechnologie neemt een belangrijke plaats in bij de productie van IC-filmstructuren. Om een ​​vacuüm in de werkkamer te creëren, moeten gassen eruit worden gepompt. Een ideaal vacuüm kan niet worden bereikt en in de geëvacueerde werkkamers van technologische installaties is er altijd een bepaalde hoeveelheid restgassen, die de druk in de geëvacueerde kamer (diepte, of mate van vacuüm) bepaalt.

De essentie van dit proces van afzetting van dunne films bestaat uit het verwarmen van de stof in vacuüm tot een temperatuur waarbij de kinetische energie van de atomen en moleculen van de stof, die toeneemt met verwarming, voldoende wordt om ze los te maken van het oppervlak en zich te verspreiden in de omringende ruimte. Dit gebeurt bij een temperatuur waarbij de druk van de eigen dampen van de stof enkele ordes van grootte hoger is dan de druk van de restgassen. In dit geval plant de atoomstroom zich in een rechte lijn voort en bij botsing met het oppervlak condenseren verdampte atomen en moleculen erop.

Het verdampingsproces wordt uitgevoerd het gebruikelijke patroon: vaste fase - vloeibare fase - gasvormige toestand. Sommige stoffen (magnesium, cadmium, zink, enz.) gaan over in de gasvormige toestand en omzeilen de vloeibare fase. Dit proces wordt sublimatie genoemd.

De belangrijkste elementen van de vacuümdepositie-installatie, waarvan een vereenvoudigd diagram wordt getoond in Fig. 1, zijn: 1 - een vacuümkap gemaakt van van roestvrij staal; 2 - demper; 3 - pijpleiding voor waterverwarming of -koeling van de dop; 4 - naaldlekkage voor het toevoeren van atmosferische lucht in de kamer; 5 - substraatverwarmer; 6 - substraathouder met een substraat waarop een sjabloon kan worden geplaatst; 7 - afdichtingspakking van vacuümrubber; 8 - een verdamper met daarin een substantie en een verwarming (resistief of elektronenstraal).

Het proces van het uitvoeren van de bewerking van vacuümafzetting omvat de volgende stappen. In de bovenste positie van de dop worden de bewerkte substraten uit de substraathouder verwijderd en worden nieuwe geplaatst. De dop wordt neergelaten en het systeem is ingeschakeld vacuum pompen(eerst voor voorvacuüm, daarna hoogvacuüm). Om de desorptie van lucht van de interne oppervlakken te versnellen en de pomptijd te verkorten, wordt warm stromend water aan de pijpleiding toegevoerd. Bij het bereiken van de druk in de kamer in de orde van grootte van 10-4 Pa (manometerregeling), worden de verwarmers van de verdamper en de substraten ingeschakeld. Bij het bereiken van de bedrijfstemperaturen (regeling met behulp van thermokoppels) wordt de demper opzij gezet en bereiken de dampen van de stof het substraat, waar ze condenseren en de film groeit. Het automatische filmgroeicontrolesysteem bepaalt ofwel de filmdikte (voor het diëlektricum van filmcondensatoren), of de oppervlakteweerstand (voor weerstanden), of de afzettingstijd (geleiders en contacten, beschermende coatings). Het signaal dat in dit geval wordt gegenereerd rond het einde van de afzetting na versterking, werkt op de dempersolenoïde en blokkeert daarmee de stoomstroom. Vervolgens worden de verwarmers van de verdamper en substraten uitgeschakeld, wordt het pompsysteem uitgeschakeld en wordt koud stromend water aan de pijpleiding toegevoerd. Nadat de dopinrichtingen zijn afgekoeld, wordt atmosferische lucht soepel door de lekklep naar binnen gelaten. Gelijkstelling van de druk binnen en buiten de kap maakt het mogelijk deze te verhogen en de volgende verwerkingscyclus te starten.

Het proces van thermische vacuümafzetting wordt gekenmerkt door de temperatuur op de verdamper t° Uc, de luchtdruk in de werkkamer Po, de verwarmingstemperatuur van de substraten t° t° n. 1-2 minuten. Tegelijkertijd leidt een te hoge intensiteit tot de vorming van een fijnkorrelige onstabiele structuur in de film, die hieronder zal worden besproken.

De verdampingssnelheid wordt gemakkelijk gekarakteriseerd door dampdruk (dampdruk in de verzadigingstoestand) Ps. De dampdruk voor een bepaalde stof is alleen afhankelijk van de temperatuur.

waarbij A en B coëfficiënten zijn die het type materiaal karakteriseren;

T is de absolute temperatuur van de stof, K.

De optimale intensiteit van verdamping wordt beschouwd als de intensiteit waarbij de dampdruk ~ 1,3 Pa is. De verdampingstemperatuur die overeenkomt met deze elasticiteit wordt voorwaardelijk genoemd en kan worden berekend uit (1.1). Dus voor aluminium is het 1150°C, voor chroom - 1205°C, voor koper - 1273°C, voor goud - 1465°C, enz.

Een lage luchtdruk Р 0 in de werkkamer is nodig voor:

Zorgen voor vrije diffusie van atomen van de verdampersubstantie in het volume van de werkkamer;

Rechtlijnige beweging van atomen van materie zonder botsing met moleculen van resterende lucht en nutteloze verspreiding van materiaal in het volume van de kamer;

Uitsluiting van chemische interactie van de vernevelde stof met luchtmoleculen.

De bovenstaande omstandigheden worden geleverd bij een restdruk Р 0 10 -4 Pa. Een dergelijk vacuüm is relatief eenvoudig te bereiken met behulp van een voorvacuüm mechanische en in serie geschakelde hoogvacuümdiffusiepompen.

De substraattemperatuur tijdens het depositieproces heeft een significant effect op de structuur van de film en bijgevolg op de stabiliteit van zijn elektrofysische eigenschappen tijdens bedrijf.

Materieatomen komen het substraat binnen met energie kT (k=8,63×10 -5 eV/K - Boltzmann-constante; K - absolute temperatuur) en snelheden in de orde van grootte van 1000 m/s. In dit geval wordt een deel van de energie overgedragen naar de oppervlakte-atomen van het substraat, en de resterende energie stelt hen in staat om enige tijd in het oppervlaktepotentiaalveld te migreren. De fractie restenergie is hoe hoger, hoe hoger de substraattemperatuur. Tijdens het migratieproces kan een atoom ofwel het substraat verlaten (op een potentiële heuvel van het veld) of de energie gedeeltelijk doven door interactie met een ander migrerend atoom. Alleen een polyatomaire groep, die een van de kristallisatiecentra wordt, kan het vermogen om te migreren en te fixeren op een verwarmd substraat volledig verliezen (condenseren). Bij een lage atomaire fluxdichtheid, d.w.z. temperatuur op de verdamper, is het aantal kristallisatiecentra per oppervlakte-eenheid klein, en tegen de tijd dat er een continue film omheen wordt gevormd, hebben grote kristallen tijd om te groeien.

Een afname van de substraattemperatuur en een toename van de fluxdichtheid leidt tot een eerdere vorming van kristallisatiecentra, een toename van hun aantal per oppervlakte-eenheid en de vorming van een fijnkorrelige structuur. Tijdens de werking van elektronische apparatuur, wanneer deze wordt onderworpen aan periodieke cycli van verwarming en langzame afkoeling, herkristalliseert de fijnkorrelige structuur geleidelijk tot een grofkorrelige. In dit geval veranderen de elektrofysische eigenschappen onomkeerbaar en treedt de film "veroudering" op. In resistieve films wordt bijvoorbeeld in de loop van de tijd een afname van de soortelijke weerstand waargenomen.

Om dunne films te vormen die tijdens bedrijf stabiel zijn, is het dus noodzakelijk om het substraat te verwarmen en het afzettingsproces niet te forceren door de temperatuur op de verdamper te verhogen.

Bij de productie van dunne-filmstructuren, zoals in het geval van halfgeleiderstructuren, worden groepssubstraten gebruikt. Groepssubstraten hebben rechthoekige vorm met afmetingen van 60x48 mm of 120x96 mm, gemaakt van isolatiemateriaal (sitall, polycor, glas) en ontworpen voor de gelijktijdige productie van maximaal enkele tientallen identieke modules. De eigenschappen van de afgezette film moeten dus hetzelfde zijn over het hele gebied van het groepssubstraat.

In de eerste benadering is de stroom van atomen van de verdamper naar het substraat een divergente bundel, en daarom is de fluxdichtheid in het vlak van het substraat niet uniform: deze is maximaal in het midden van het substraat en neemt af van het midden naar de periferie. Dit betekent dat wanneer een film wordt afgezet op een vast substraat, een dikkere film wordt gevormd in het centrale gebied van het substraat dan aan de randen van het substraat. Zo zullen weerstanden gevormd in de centrale modules lagere weerstanden hebben dan vergelijkbare weerstanden in randmodules.

Met het oog op het voorgaande zijn productie-installaties voor thermische vacuümdepositie uitgerust met roterende apparaten (schijven, trommels) die meerdere substraten dragen (6, 8 of 12). De substraten gaan achtereenvolgens en herhaaldelijk over de stationaire verdamper (Fig. 2), waarbij ze geleidelijk de vereiste filmdikte verkrijgen. Als resultaat wordt de centrale "heuvel" die zich op het onbeweeglijke substraat zou hebben gevormd, geërodeerd tot een richel die zich uitstrekt in de richting van de substraatbeweging. Om de laagdikte in de dwarsrichting gelijk te maken, wordt een corrigerend membraan gebruikt, dat in de directe omgeving tussen de verdamper en het substraat wordt geïnstalleerd. Het diafragmaprofiel wordt berekend op basis van de studie van filmreliëfs verkregen door depositie op een stilstaand en bewegend substraat. Als gevolg van het verschil in de bestralingstijd van de centrale en perifere zones van het substraat, neemt de uniformiteit van de filmdikte over het gehele gebied van het groepssubstraat toe en ligt binnen ±2% (voor substraten 60x48 mm).

De belangrijkste voordelen van deze generatiemethode zijn:

Mogelijkheid om films van metalen (inclusief vuurvaste), legeringen, halfgeleiderverbindingen en diëlektrische films aan te brengen;

Gemak van implementatie;

Hoge verdampingssnelheid van stoffen en het vermogen om deze over een breed bereik te regelen door het aan de verdamper geleverde vermogen te veranderen;

De steriliteit van het proces waardoor, in aanwezigheid van hoog (en eventueel ultrahoog) vacuüm, coatings nagenoeg contaminatievrij kunnen worden verkregen.

Alle verdampers verschillen van elkaar door de manier waarop de verdampte stof wordt verwarmd. Op basis hiervan worden verwarmingsmethoden als volgt geclassificeerd: resistief, inductie, elektronenstraal, laser en elektrische boog.

1.1 Resistief sputteren

Dit is de eerste methode van dunnefilmcoating in vacuüm, die tot voor kort de meest gebruikte methode was. De onderscheidende kenmerken zijn technische eenvoud, gemak van controle en regeling van de werkingsmodi van de verdamper en de mogelijkheid om coatings met verschillende chemische samenstellingen te verkrijgen.

In resistieve verdampers wordt thermische energie voor het verwarmen van de verdampte substantie gegenereerd door het vrijkomen van Joule-warmte door een elektrische stroom door de verwarmer te leiden.

De volgende eisen worden gesteld aan de materialen die worden gebruikt voor de vervaardiging van weerstandsverdamperverwarmers.

1. De dampdruk van het verwarmingsmateriaal bij de verdampingstemperatuur van de afgezette stof moet verwaarloosbaar klein zijn.

2. Het verwarmingsmateriaal moet goed worden bevochtigd door de gesmolten verdampende stof, omdat dit nodig is om een ​​goed thermisch contact tussen hen te garanderen.

3. Er mogen geen chemische reacties optreden tussen het verwarmingsmateriaal en de verdampte stof en er mogen geen vluchtige legeringen van deze stoffen ontstaan, anders worden de aangebrachte films verontreinigd en worden de verwarmingselementen vernietigd.

Om coatings volgens de resistieve methode aan te brengen, worden verschillende ontwerpen en methoden voor verdamping van metalen en legeringen gebruikt. De meest gebruikte zijn draad-, tape-, smeltkroes- en auto-kroesverdampers met discrete actie.

Draadverdampers, waarvan het belangrijkste voordeel ligt in de eenvoud van het apparaat en het hoge rendement, zijn gemaakt van draad van vuurvaste metalen (W, Mo, Ta) en worden geproduceerd in een grote verscheidenheid aan vormen (in de vorm van een lus, een cilindrische spiraal, een conische spiraal, V vorm en etc.). Ze worden gebruikt om stoffen te verdampen die het verwarmingsmateriaal nat maken. In dit geval wordt de gesmolten substantie vastgehouden door oppervlaktespanningskrachten in de vorm van een druppel op een draadverwarmer. De gebruikte draad (meestal met een diameter van 0,5 tot 1,5 mm) moet over de gehele lengte dezelfde doorsnede hebben, anders zal door plaatselijke oververhitting de uniformiteit van de resulterende laag worden verstoord en bovendien zal de draad snel burn-out. Bij een goede bevochtiging van het verwarmingsmateriaal door het verdampte metaal vindt er altijd een min of meer actieve interactie tussen hen plaats, wat uiteindelijk leidt tot de vernietiging van de verdamper en een afname van de zuiverheid van de aangebrachte coating. Met behulp van draadverdampers kan in een ruimtehoek tot 4 P optreden.

Tapeverdampers zijn gemaakt van dunne platen vuurvaste metalen en hebben speciale uitsparingen (in de vorm van groeven, bootjes, kopjes of dozen) waarin het verdampte materiaal wordt geplaatst. Ze worden gebruikt om poedermaterialen en anorganische verbindingen te verdampen. Deze verdampers zijn, net als draadverdampers, eenvoudig van ontwerp, maar in vergelijking met de laatste verbruiken ze meer stroom door aanzienlijke verliezen door warmtestraling. Bandverdampers hebben een grote verdampingsrichting en hun praktisch maximaal mogelijke verdampingsoppervlak wordt beperkt door een ruimtehoek van 2 P.

Kroesverdampers kunnen worden gebruikt om materialen te verdampen die niet reageren met het kroesmateriaal en er geen legeringen mee vormen. Ze zijn gemaakt van vuurvaste metalen (W, Mo, Ta) van metaaloxiden (Al 2 O 3 , BeO, ZrO 2 , ThO 2 enz.) en grafiet. Vuurvast glas en kwartskroezen kunnen ook worden gebruikt om materialen met een lage verdampingstemperatuur af te zetten.

Kroezen van aluminiumoxide worden gebruikt voor metalen waarvan de verdampingstemperatuur lager is dan 1600 ° C (Cu, Mn, Fe, Sn); kroezen van berylliumoxide kunnen worden gebruikt tot een temperatuur van 1750 o C, thoriumoxide - tot 2200 o C. Bij het verdampen van materialen bij temperaturen in de orde van grootte van 2500 o C worden grafietkroezen gebruikt. Veel materialen reageren echter bij hoge temperaturen met koolstof om carbiden te vormen en kunnen daarom niet uit dergelijke smeltkroezen worden verdampt (bijvoorbeeld Al, Si, Ti). Be, Ag, Sr worden efficiënt verdampt uit grafietverdampers. Veel oxiden worden actief gereduceerd door koolstof, wat het mogelijk maakt om metalen te zuiveren met grafietkroezen.

Het grote voordeel van kroesverdampers is dat ze kunnen worden gebruikt om een ​​grote hoeveelheid stoffen te verdampen. Vergeleken met draad- en bandverdampers zijn ze meer inert, omdat de lage thermische geleidbaarheid van de materialen geen snelle verwarming van het verdampte materiaal mogelijk maakt. Bovendien laten oxidekroezen geen snelle verwarming toe vanwege het risico van vernietiging door thermische schokken. De nadelen van smeltkroesverdampers moeten ook zijn dat met hun hulp slechts een smalle straal van de verdampte stof kan worden verkregen.

Discontinue oppervlakteverdampers worden gebruikt voor het verdampen van legeringen en stoffen met een complexe samenstelling (bijvoorbeeld keramiek-metaalmengsels), die bestaan ​​uit componenten met sterk verschillende verdampingssnelheden. Ze gebruiken de explosieve verdampingsmethode. De temperatuur van het oppervlak van de verdamper, waarop de fijne deeltjes vallen, wordt zo gekozen dat alle vallende deeltjes van de complexe stof direct verdampen. De toevoer van fijne deeltjes naar een heet oppervlak wordt uitgevoerd met een snelheid verschillende snelheid verdamping van deeltjes van deze stof, die zorgt voor de productie van films met de vereiste samenstelling.

De zogenaamde auto-crucible verdampers, waarbij een druppel of bad van gesmolten metaal in contact komt met hetzelfde metaal in vaste toestand, zullen wijdverbreid worden. Deze methode maakt het mogelijk om hoogfrequente coatings te verkrijgen.

Om coatings te verkrijgen die worden gekenmerkt door een hoge uniformiteit van structuur en chemische samenstelling door verdamping van poedermaterialen, is het eerst noodzakelijk om de processen van scheiding en screening van het poeder in fracties uit te voeren, grondige mechanische menging bij gebruik van poeders met verschillende chemische samenstellingen, ontgassing van het poeder en verwijdering van vrijgekomen gassen uit het volume van de vacuümkamer.

De methode van resistieve verdamping heeft nadelen die de reikwijdte van het gebruik ervan aanzienlijk verminderen. De belangrijkste nadelen van de methode zijn de afwezigheid van merkbare ionisatie van dampen van het verdampte materiaal, problemen bij het regelen van de belangrijkste parameters van de stroom en hoge traagheid van de verdampers.

1.2 Inductiespuiten

Inductieverdamping wordt gebruikt om de ongewenste effecten die samenhangen met de interactie tussen de verdamper en de verdamper te elimineren en om zeer zuivere coatings te verkrijgen.

Het werkingsprincipe van een kietel met inductieverwarming wordt getoond in Fig.3. Tijdens het smelten stijgt de metaalmassa (1) onder invloed van de krachten van het elektromagnetische veld gecreëerd door de spoel (2) zodanig dat het contactoppervlak van het tot hoge temperatuur verwarmde metaal met de smeltkroes (3) minimaal is. Hierdoor worden de chemische reacties tussen het verdampte metaal en de kroes afgezwakt.

De nadelen van de inductieverwarmingsmethode zijn de onmogelijkheid van directe verdamping van diëlektrica en de noodzaak om speciale

Inductoren voor de verdamping van verschillende metalen, evenals het lage rendement van de installatie.

1.3 Sputteren van elektronenstralen

In industriële omstandigheden worden veel elektronenstraalverdampers gebruikt, die het mogelijk maken om dunne films van metalen, legeringen en diëlektrica te verkrijgen. Een goede focussering van de elektronenbundel in deze verdampers maakt het mogelijk een hoge vermogensconcentratie (tot 5·10 8 W/cm 2 ) en een hoge temperatuur te verkrijgen, waardoor het mogelijk is zelfs de meest vuurvaste materialen in een hoog tempo te verdampen . De snelle beweging van de verwarmde zone als gevolg van de afbuiging van de elektronenstroom, de mogelijkheid om het verwarmingsvermogen en de depositiesnelheid te regelen en te regelen, creëren de voorwaarden voor automatische procesbesturing. De methode maakt het mogelijk om een ​​hoge zuiverheid en uniformiteit van de afgezette film te verkrijgen, aangezien autocrucible verdamping van het materiaal wordt gerealiseerd.

Het werkingsprincipe van een elektronenstraalverdamper is als volgt. In het elektronenkanon worden vrije elektronen uitgezonden vanaf het kathodeoppervlak en gevormd tot een bundel onder invloed van versnellende en focusserende elektrostatische en magnetische velden. Door de uitlaat van het pistool wordt de straal in de werkkamer geleid. Om de elektronenbundel met het verdampte materiaal naar de smeltkroes te geleiden en de voor dit technologische proces vereiste bundelparameters te leveren, worden voornamelijk magnetische focusseerlenzen en magnetische afbuigsystemen gebruikt. De ongehinderde doorgang van een elektronenbundel naar een object is alleen mogelijk in een hoog vacuüm. Geïnstalleerd in de verdamperkamer bedrijfsdruk ongeveer 10 -4 Pa. Het verdampte materiaal wordt door het bombarderen van het oppervlak met een elektronenstraal verwarmd tot een temperatuur waarbij verdamping met de vereiste snelheid plaatsvindt. In de resulterende stoomstroom wordt een substraat geplaatst waarop condensatie optreedt. De verdamperinrichting is aangevuld met meet- en regelmiddelen, die vooral van belang zijn voor het regelen van de elektronenbundel tijdens het depositieproces.

De belangrijkste parameters die haalbaar zijn in elektronenstraalverdampers: 10 4 -10 5 W/cm 2 ; specifieke verdampingssnelheid - 2·10 -3 -2·10 -2 g/(cm2s); de efficiëntie van het verdampingsproces (voor koper) - 3·10 -6 g/J; energie van gegenereerde deeltjes - 0,1-0,3 eV; de afzettingssnelheid van deeltjes op het substraat is 10-60 nm/s.

In het eenvoudigste geval wordt de elektronenbundel verticaal of schuin op het oppervlak op het te corrigeren materiaal gericht. In dit geval worden elektronenstraalgeneratoren met lange focus gebruikt om de bundelfocussering te verzekeren en het vereiste specifieke vermogen op het oppervlak van het verdampte materiaal te verkrijgen. Aanzienlijke nadelen van deze opstelling zijn de mogelijkheid van de vorming van films op de details van het elektronen-optische systeem, wat leidt tot een verandering in de parameters van de elektronenstraal, en de beperking bruikbare oppervlakte om het substraat op te nemen vanwege de schaduw van een deel van de proceskamer door het pistool. Deze tekortkomingen kunnen worden vermeden door het kanon horizontaal te plaatsen en de elektronenstraal af te buigen op het te verdampen materiaal met behulp van verschillende systemen die zorgen voor een rotatie van de draagraket onder een hoek van maximaal 270°.

De nadelen van de elzijn onder meer:

De behoefte aan een hoge versnellingsspanning (ongeveer 10 kV);

Lage energie-efficiëntie van installaties vanwege energieverbruik voor de vorming van secundaire elektronen (tot 25% van de energie van de primaire bundel) verwarming van de smeltkroes, röntgen- en ultraviolette straling;

Gasafgifte in het werkvolume als gevolg van secundair elektronenbombardement van het substraat, technologische apparatuur en kamerwanden;

Opwekking van stralingsdefecten in afgezette dunne films tijdens hun bombardement met secundaire elektronen;

Geen merkbare ionisatie van de afgezette materiestroom;

Slechte hechting van dunne films op het substraat vanwege de lage energie van de afgezette deeltjes.

1.4 Laserdepositie

In laserverdampers wordt de verdampende stof die in een vacuüm is geplaatst, verwarmd met behulp van gerichte straling van een optische kwantumgenerator (OQG) die zich buiten de vacuümkamer bevindt. Filmafzetting met een laser is mogelijk dankzij de volgende eigenschappen van de bundel: nauwkeurige focussering van straling en dosering van de energie ervan, hoge energiefluxdichtheid (108 - 10 10 J/cm 2).

De belangrijkste voordelen van de pulsed laser deposition (PLS) methode zijn:

Extreem schone omstandigheden van vacuümverdamping (de energiebron voor de verdamping van een stof bevindt zich buiten het vacuümvolume, verdamping wordt uitgevoerd vanuit de "eigen smeltkroes");

De mogelijkheid om films van de meest vuurvaste materialen te verkrijgen en de stoichiometrische samenstelling van multicomponentverbindingen te behouden (de hoge energiefluxdichtheid van laserstraling en de korte duur ervan maken het mogelijk om hoge temperaturen te bereiken - tot tienduizenden graden, waarbij alle componenten verdampen in dezelfde mate);

Een hoge onmiddellijke depositiesnelheid (103-105 nm/s) en een geïmplementeerd pitloos filmgroeimechanisme, die de continuïteit van de lagen verzekeren met een dikte die bijna monomoleculair is. Dit maakt het mogelijk om ILN te gebruiken om ultradunne films en superroosters te verkrijgen;

Het gebruik van alleen het laagenergetische deel van het plasma, dat bijdraagt ​​aan de productie van defectvrije films, komt qua parameters in de buurt van films die zijn verkregen door moleculaire bundelepitaxie. Een pulserende laser is een zeer succesvol type verdamper voor MBE, daarom kan laserdepositie organisch passen in de apparatuur van de MBE-methode;

De stabiliteit van in 1 puls gedeponeerde lagen met een dikte van 0,1 - 10,0Å/puls maakt het mogelijk om de afzetting van films van strikt gecontroleerde dikte te programmeren;

Hoge prestaties en maakbaarheid.

Momenteel worden krachtige CO 2 -gaslasers (λ = 10,6 m) of solid-state robijn (λ = 0,6943 m) en neodymium (λ = 1,06 m) lasers gebruikt voor ILN. Voor de verdamping van diëlektrica wordt het gebruik van CO 2 -lasers aanbevolen, omdat diëlektrica langegolfstraling beter absorberen. De beste resultaten bij het verkrijgen van dunne en ultradunne films, in het bijzonder films van verbindingen, zijn verkregen met behulp van neodymiumlasers.

Om een ​​betere reproduceerbaarheid van filmeigenschappen te garanderen en om het technologische proces te controleren, controleren en automatiseren, wordt de frequentie ILN-methode gebruikt, die bestaat uit het achtereenvolgens neerslaan van een film in vacuüm in kleine porties (minder dan een monolaag per 1 puls), na elke andere met een bepaalde frequentie. Voor metalen en legeringen was de optimale modus f = 50 Hz, τ = 10 ns, het vermogen dat vrijkwam op het doeloppervlak was q = 5 10 8 - 5 10 9 W / cm 2 en voor halfgeleiders en diëlektrica 10 kHz, 200 ns en 107 - 108 W/cm2 respectievelijk.

Om de uniformiteit en reproduceerbaarheid van filmmonsters en structuren te verbeteren, wordt ofwel het scannen van de laserstraal langs een stationair doel of het verplaatsen in de vacuümkamer van de opstelling gebruikt.

De belangrijkste fysieke en technologische parameter van de lasermethode voor het verkrijgen van films, die de temperatuur en duur van verdamping, de samenstelling en toestand van de verdampte substantie bepaalt, en daardoor de snelheid en het condensatiemechanisme, de structuur en eigenschappen van de afgezette laag, is de bedrijfsmodus van de laser. De SI-modus (tweede puls) maakt het bijvoorbeeld mogelijk om te verdampen zonder dissociatie, zelfs complex organische bestanddelen MI (milliseconde puls) geeft een poreuze fase met een diverse set moleculaire fragmenten-complexen, in de NI-modus (nanoseconde puls) worden zeer hoge temperaturen bereikt - tot tienduizenden graden, wat leidt tot volledige dissociatie van de damp en zijn sterke ionisatie. Gepulseerde OCG wordt in de regel gebruikt in de MI (q=106 - 107 W/cm2) en NI (q≥109 W/cm2) modi. Elektronenmicroscopisch werd gevonden dat de films verkregen in de MI-modus (q=5 10 5 W/cm 2) uniform van dikte zijn, terwijl NI-condensaten (q=108 – 109 W/cm 2) ongeacht de materiaal van de film, het substraat en de dikte van de film vertoonden "ruwheid" met een karakteristieke grootte van ~50 nm.

Een van de belangrijke mogelijkheden van laserverdamping is de efficiëntie - de verhouding van de massa m i verdampt per puls tot de energie van de laserpuls Ei:β = mi /Ei.

Als resultaat van NI wordt de interactie van damp met straling en damp met het doelwit significant. Op het eerste moment schermt de damp het doeloppervlak af en absorbeert het intensief laserstraling. Dan begint de re-emissie van de geabsorbeerde energie. Secundaire straling, interactie met het doelwit, leidt tot zijn verdamping. Door de verandering in het verdampingsmechanisme in de NI-modus, wordt het grootste deel van de laserpulsenergie besteed aan het verwarmen van de damp en veel minder aan de vorming ervan, dus de efficiëntie β, als andere dingen gelijk blijven, is veel lager (in een volgorde van magnitude) dan in de MI-modus. De karakteristieke waarden voor de efficiëntie van verdamping zijn de volgende waarden: β MI = 0,1 mg/J, β NI = 0,01 mg/J. De verdampingsefficiëntie kan sterk worden beïnvloed door de afname van de thermische geleidbaarheid en de toename van de absorptie, die worden gerealiseerd wanneer poederdoelen worden gebruikt.

Wanneer een stof wordt verdampt door laserpulsen van nanoseconden, vindt een geëcheleerd karakter van de uitzetting (en bijgevolg condensatie op het substraat) plaats: snelle elektronen gaan vooruit, dan ionen met maximale lading (met energieën tot 1000 eV en meer), aan het einde van de ionencomponent, ionen met een minimale lading, en ten slotte, het langzaamste deel van het stel is het neutrale deel (met energie ~ I EV). De geëcheleerde aard van de plasmabundelexpansie leidt tot een in de tijd inhomogeen proces. Het condensatieproces begint met "ion shock" - bombardement van het substraatoppervlak met hoogenergetische ionen met een hoge dichtheid (kan honderden A/cm bereiken). Na de snelle ionen raakt het langzamere deel van de bos het substraat: laaggeladen ionen en neutrale atomen. De gevolgen van "ionenshock" kunnen zijn: reiniging van het substraatoppervlak, verwarming, etsen met het openen van bestaande defecten en de vorming van nieuwe, en doelerosie. Dit heeft op zijn beurt een grote invloed op de eigenschappen van het condensaat, bijvoorbeeld op de verhoogde hechting van de met behulp van de laser verkregen films.

Opgemerkt moet worden dat, ondanks de gepulseerde aard van verdamping, vanwege de dispersie van de expansiesnelheden van de plasmabundelcomponenten, de condensatiesnelheid bijna constant kan zijn als de pulsherhalingssnelheid voldoende hoog is, zodat f> 1 / τc (τc is de condensatietijd).

Verdamping van een stof door een gepulseerde laser vindt plaats onder in wezen niet-evenwichtsomstandigheden, onder intense mechanische effecten veroorzaakt door thermische spanningen, schokgolven, gasdruk, enz. Als gevolg van de vernietiging van het doel, gelijktijdig met damp of plasma, worden vaste en vloeibare microdeeltjes gevormd, die een expansiesnelheid hebben die dicht bij de snelheid van een dampklonter ligt, en het optreden van microdefecten in de gecondenseerde film veroorzaken, de zo -spateffect genoemd. Om het spateffect te verminderen, kunnen verschillende methoden worden gebruikt: het gebruik van een poederdoel met daaropvolgende ontgassing, langzaam (van puls tot puls) of met hoge snelheid (gedurende één puls) scannen.

Een interessant structureel aspect van het probleem van lasercondensatie is de mogelijkheid om continue ultradunne condensaten te verkrijgen, wat gepaard gaat met een hoge damptoevoer naar het substraat en het geïmplementeerde pitloze groeimechanisme. Het concept van "kern" wordt geassocieerd met een stabiele groep atomen, in tegenstelling tot mobiele geadsorbeerde atomen. Met ILN is er geen significante beweging van adatoms tijdens de depositie van een monolaag (10 -5 - 10 -7 s): het adatom heeft geen tijd om een ​​aanzienlijke afstand te verplaatsen voordat een nieuw atoom, een tweede, een derde, enz. ., verschijnt ernaast. Filmgroei wordt pitloos: atomen worden niet vanuit het tweedimensionale gas aan het oppervlak aan de gecondenseerde laag gehecht, maar rechtstreeks vanuit de dampfase. Aangezien ILN als methode voor het verkrijgen van foutloze dunne, en vooral ultradunne films en superroosters, alleen is ontwikkeld in afgelopen jaren, is het tot nu toe alleen geïmplementeerd in onderzoeksfaciliteiten.

1.5 Boogspuiten

Bij de vacuümboogmethode voor het afzetten van dunne films van metalen en hun verbindingen, wordt het genereren van een stofstroom, die de basis vormt van de coating, uitgevoerd als gevolg van de erosie van elektroden door een elektrische boog. In principe is het mogelijk om verschillende vormen van een stationaire vacuümboog te gebruiken (een boog met een koude verbruikbare kathode; een boog met een verdeelde ontlading op een hete verbruikbare kathode; een boog met een niet-verbruikbare holle kathode die brandt in dampen van de anodemateriaal), waarvan het bestaan ​​te wijten is aan een fundamenteel verschillende stroom van zelfconsistente processen van materiegeneratie en elektronenemissie van de kathode. Alleen de eerste vorm van de vacuümboog heeft echter een brede toepassing gevonden.

Een elektrische boog met een koude verbruikbare kathode wordt gerealiseerd in het drukbereik van honderden atmosfeer tot willekeurig laag en is een laagspanning (U = 10-30V) hoge stroom (I = 10 1 - 10 4 A) ontlading die inbrandt dampen van kathodemateriaal. In dit geval wordt het genereren van het kathodemateriaal uitgevoerd door de kathodevlekken van de vacuümboog. In kathodevlekken treden ook lokale processen van intense elektronenemissie op. Het aantal kathodespots is evenredig met de boogstroom, de stroomdichtheid in de spot is zeer hoog en bedraagt ​​10 5 - 107 A/cm 2 , de energieconcentratie in de kathodespot is 107 - 108 W/cm 2 .

Verdamping van het kathodemateriaal uit het gebied van de kathodevlek (met karakteristieke afmetingen van 10 -4 - 10 -2 cm) wordt uitgevoerd onder invloed van een laagspannings-ionenbundel. In dit geval wordt een deel van de verdampingsproducten teruggevoerd in de vorm van een ionenstroom naar de kathode (ondersteunt de processen van generatie en emissie van elektronen), en de rest van hun fractie komt het volume van het systeem binnen en vormt plasma, dat vormt een effectief generatieproduct. Generatieproducten, waarvan de fasesamenstelling voornamelijk wordt bepaald door het type kathodemateriaal, bevatten microdruppeltjes (deeltjesgroottes vanaf enkele microns en kleiner), damp en geïoniseerde fasen (ionen met verschillende veelvoud). Op vuurvaste metalen is het aandeel van de druppelfase minder dan 1% van het totale verbruik, op smeltbare metalen - tientallen procenten. Deze methode is vooral effectief bij het genereren van plasma's van vuurvaste metalen.

Bij gebruik van een elektrische boogverdamper van metalen in coaxiaal ontwerp: kathodevlekken hebben de neiging om naar het zijoppervlak van de kathode te gaan (naar het gebied waar de afstand tot de anode minimaal is). Dit sluit de mogelijkheid uit van filmafzetting op substraten die zich boven (onder) het eindoppervlak van de kathode bevinden. Om kathodevlekken op het eindoppervlak van de kathode vast te houden, worden 2 soorten structuren gebruikt.

1. Verdampers met elektrostatische retentie van kathodevlekken. Bij constructies van dit type wordt het zijoppervlak van de kathode, dat niet aan verdamping onderhevig is, bedekt door een van de verdamperelektroden geïsoleerd scherm. De kathodevlek, die op het zijoppervlak van de kathode (onder het scherm) valt, houdt op te bestaan, aangezien de plasmastroom, die als stroomgeleider tussen de kathodevlek en de anode dient, wordt onderbroken. Voor normaal bedrijf van de verdamper met een elektrostatisch scherm, moet de boogstroom worden verhoogd, zodat er tegelijkertijd ten minste twee kathodevlekken op het kathodeoppervlak bestaan. In dit geval, wanneer één plek gedoofd is, wordt het branden van de boog ondersteund door andere. In veel gevallen is een toename van de boogstroom ongewenst, aangezien dit leidt tot een toename van het gehalte aan druppelfase van het kathodemateriaal in de aangebrachte coatings, wat hun kwaliteit vermindert. Daarom hebben constructies van het tweede type de breedste toepassing gevonden.

2. Verdampers met magnetische retentie van kathodevlekken.

Het vasthouden van kathodevlekken op het verdampingsoppervlak van de kathode wordt uitgevoerd met behulp van een magnetisch veld. Wanneer de kathodevlek de neiging heeft om naar het zijoppervlak van de kathode te gaan, de radiale component van de kracht die voortkomt uit de interactie van de stroom met degene die er onder een hoek mee is gericht magnetisch veld, houdt kathodevlekken op het verdampingsoppervlak. Een ernstig probleem dat men tegenkomt bij de boogverdamping van een koude kathode is de erosie van druppeltjes vanaf de kathodevlek, wat het verschijnen van microdefecten in de gecondenseerde film veroorzaakt en kan leiden tot een vermindering van de prestatie van coatings. De vorming van een druppelfase hangt samen met de kathodische processen van een vacuümboog en hangt zowel af van de thermofysische eigenschappen van het kathodemateriaal (specifieke warmtecapaciteit, thermische diffusie, smelttemperatuur, soortelijke smeltwarmte, kookpunt, druk verzadigde dampen), de toestand van het werkoppervlak (aanwezigheid van microruwheden, scheuren) en intern volume (aanwezigheid van gasinsluitingen), en op de technologische parameters van coatingafzetting) boogstroom, biasstroom, partiële gasdrukken in de installatiekamer).

Volgens de huidige ideeën vindt de emissie van vloeistofdruppels door de kathodevlek van een vacuümboog plaats wanneer erosiekraters worden gevormd op het kathodeoppervlak en is het gevolg van het effect van plasmadruk op het vloeibare metaaloppervlak. Dit mechanisme van vorming van de druppelfase maakt het niet mogelijk om de experimenteel vastgestelde afhankelijkheid van het gehalte aan microdruppeltjes in de coating van het gehalte aan gasinsluitingen in de kathode te verklaren (met name het feit van de volledige afwezigheid van microdruppeltjes in de coatings bij gebruik van kathoden met een gasgehalte van minder dan 10 -6%). Er moet ook worden opgemerkt dat tijdens het proces van smelten en uitwassen van de vloeistoffilm van het zijoppervlak van de erosiekrater, de uitzetting van druppels voornamelijk onder een kleine hoek met het kathodeoppervlak moet plaatsvinden. Ondertussen worden in de coatings in de regel druppeltjes gefixeerd, die zich in de richting van de normaal op het kathodeoppervlak verspreiden. Hun vorming wordt volgens de auteurs geassocieerd met de processen van volumetrische verdamping (bubbelkoken) in de kathodevlek.

Op basis van dit mechanisme kunnen de volgende fysisch belangrijke parameters van het vormingsproces van microdruppels worden onderscheiden: de concentratie van gasinsluitingen in de kathode N 0 (bepaalt het aantal verdampingscentra die het koken van het nucleïnezuur veroorzaken), de energieconcentratie in de kathodevlek q (bepaalt de dikte van de smeltlaag, de levensduur van de bel in de smelt en de straal van de bel die overeenkomt met de duur van zijn bestaan), de snelheid van de kathodevlek (beperkt het tijdsbestek van het proces).

De belangrijkste parameters die kenmerkend zijn voor installaties voor het aanbrengen van coatings volgens de vacuüm-elektrische boogmethode:

Specifieke verdampingssnelheid - 2 10 -4 -5 10 -3 g / (cm 2 s);

De efficiëntie van het verdampingsproces is 2·10 -6 -10 -5 g/J;

De mate van ionisatie - 10-90%;

Energie van gegenereerde deeltjes – 10 – 100 eV;

Afzettingssnelheid ~ 5 nm/s.

De belangrijkste voordelen van dunnefilmafzetting door vacuüm elektrische boogverdamping zijn de volgende:

Mogelijkheid om de snelheid van coating nauwkeurig te regelen door de boogstroom te veranderen;

Het vermogen om de samenstelling van de coating te regelen met behulp van verschillende kathoden gemaakt van verschillende materialen of composiet (multicomponent) kathoden;

De hoge energie van de plasmastraal, die bijdraagt ​​aan het verkrijgen van hoge hechting; coatings;

Hoge mate van ionisatie, die bijdraagt ​​aan de effectieve agglomeratie van kernen en de vorming van continue films met een minimaal mogelijke dikte;

Mogelijkheid om dunne films van metaalverbindingen te verkrijgen door het reactiegas in de kamer te brengen;

Maakbaarheid van het depositieproces, waardoor het gebruik van computers mogelijk is om het proces te besturen.

elektronenstraal sputterende epitaxie

Thermische vacuümdepositie heeft een aantal nadelen en beperkingen, waarvan de belangrijkste de volgende zijn:

Het afzetten van films uit vuurvaste materialen (W, Mo, Si02, A1203, etc.) vereist hoge temperaturen op de verdamper, waarbij vervuiling van de stroming met het verdampermateriaal onvermijdelijk is;

Wanneer legeringen worden afgezet, leidt het verschil in de verdampingssnelheid van afzonderlijke componenten tot een verandering in de samenstelling van de film in vergelijking met de oorspronkelijke samenstelling van het materiaal dat in de verdamper wordt geplaatst;

De traagheid van het proces, dat de introductie van een demper met een elektromagnetische aandrijving in de werkkamer vereist;

Ongelijke laagdikte, waardoor het gebruik van substraatverplaatsende apparaten en corrigerende diafragma's wordt geforceerd.

De eerste drie nadelen zijn te wijten aan de noodzaak om de substantie op hoge temperatuur te verwarmen, en de laatste is te wijten aan het hoge vacuüm in de werkkamer.

Het werkingsprincipe van ionensputterapparaten is hierop gebaseerd: fysieke verschijnselen, als ionisatie van gasdeeltjes, glimontlading in vacuüm en sputteren van stoffen door beschieting met versnelde ionen.

Ionisatie is het proces waarbij neutrale gasdeeltjes (atomen en moleculen) worden omgezet in positief geladen ionen. De essentie van dit proces is als volgt. Het gas tussen twee elektroden bevat altijd enkele vrije elektronen. Als tussen de elektroden anode en kathode - create elektrisch veld, zal dit veld vrije elektronen versnellen. Bij het ontmoeten van een neutraal gasdeeltje, slaat het versnelde primaire elektron een secundair elektron eruit, waardoor het neutrale gasdeeltje in een positief geladen ion verandert. Als gevolg van de aanrijding is dus nieuw paar geladen deeltjes: een uitgeschakeld secundair elektron en een positief geladen ion.

Het gereflecteerde primaire elektron en het secundaire elektron kunnen op hun beurt worden versneld door een elektrisch veld en vormen bij interactie met neutrale gasdeeltjes elk een paar geladen deeltjes. Zo ontwikkelt zich een lawine-achtig proces van het verschijnen van twee soorten geladen deeltjes in een gasvormig medium, en het gas, dat onder normale omstandigheden een elektrische isolator is, wordt een geleider.

Moderne ideeën over het proces van interactie dat tot sputteren leidt, suggereren dat als gevolg van de penetratie van een ion in een materiaal, een cascade van binaire elastische botsingen van verplaatste atomen ontstaat, waarbij energie en momentum worden uitgewisseld tussen atomen. De gemiddelde tijd voor het ontstaan ​​van een cascade van botsingen is ongeveer 2·10 -13 s. Het eindresultaat van een cascade van botsingen kan de overdracht zijn naar een oppervlakte-atoom (in een laag van ~1 nm dik) van voldoende energie en het noodzakelijke momentum van de gewenste richting (in de richting van het vast-vacuüm-interface) om zijn bindende krachten op het oppervlak, wat leidt tot sputteren.

Het sputterproces door ionenbombardement is een "koud" proces, omdat: de atomaire stroom van materie op het substraat wordt gecreëerd door het oppervlak van een vast monster (doel) te bombarderen met inerte gasionen en door het atomaire oppervlak te exciteren tot een energie die de bindingsenergie met naburige atomen overschrijdt. De daarvoor benodigde ionenstroom ontstaat in een elektrische gasontlading, waarbij de gasdruk in de werkkamer binnen 0,1 × 10 Pa moet liggen, d.w.z. enkele ordes van grootte hoger dan in de kamer van de thermische vacuümdepositie-installatie.

De laatste omstandigheid leidt tot verspreiding van de stroom van atomen van het doelwit en een toename van de uniformiteit van de dikte van de afgezette film tot ±1%, en zonder het gebruik van extra apparaten.

De ionensputtermethode is gebaseerd op het bombarderen van een doel gemaakt van een neergeslagen materiaal met snelle deeltjes. De deeltjes die door het bombardement uit het doel worden geslagen, vormen een stroom neergeslagen materiaal, dat in de vorm van een dunne film wordt afgezet op substraten die zich op enige afstand van het doel bevinden.

Een belangrijke factor die de operationele kenmerken en het ontwerp van ionensputterinstallaties bepaalt, is de methode voor het genereren van ionen die het doelwit bombarderen. Dienovereenkomstig zijn ionensputterinstallaties uitgerust met een eenvoudig twee-elektroden- of magnetronsysteem.

2.1 Kathodisch sputteren

Manieren van kathode sputteren.

Figuur 6a toont de stroom-spanningskarakteristiek van de ontlading. Wanneer een constante spanning van enkele kilovolts wordt aangelegd, treedt een doorslag van de tussenelektrodespleet op, een snelle toename van de stroom en een spanningsval in de ontlading (ontladingsontstekingsgebied I). Met een toename van de ontlaadstroom als gevolg van een afname van de weerstand Rn, neemt het gebied van het kathode-doel dat door de ontlading wordt bedekt toe, blijven de ontlaadstroomdichtheid en de ontlaadspanning constant en laag, en is de sputtersnelheid laag (normaal glimontladingsgebied II). In gebied III wordt het gehele doelgebied bedekt door de ontlading, en een toename van de ontlaadstroom leidt tot een toename van de ontlaadstroomdichtheid, ontlaadspanning en sputtersnelheid. Gebied W, het gebied van abnormale glimontlading genoemd, wordt gebruikt als werkgebied bij kathodesputterprocessen. Om de overgang naar het boogontladingsgebied (gebied IV) te voorkomen, wordt het doel intensief watergekoeld en is de voeding beperkt in vermogen.

Op afb. 6b wordt het werkgebied III van de CVC gemarkeerd. De steilheid van de karakteristiek in dit gebied hangt af van de druk van het werkgas, in ons geval argon. Het werkpunt dat de verwerkingsmodi kenmerkt - gasdruk P, stroom J p en spanning Up van de ontlading, ligt op de belastingskarakteristiek van de stroombron

(2.1)

waarbij U p - voedingsspanning.

Aan de andere kant is de beoogde sputtersnelheid W g/cm 2 × s

(2.2)

waarbij C een coëfficiënt is die het type gespoten materiaal en het type werkgas karakteriseert;

U nk - normale kathodespanningsval (regio II CVC);

j p - ontlaadstroomdichtheid;

d TP is de breedte van de donkere kathoderuimte.

Uit (2.2) volgt dat de maximale sputtersnelheid wordt bereikt bij maximale kracht toegewezen in de kwijting. Volgens de belastingskarakteristiek (2.1)

(2.3)

In dit geval wordt de optimale waarde van de druk van het werkgas ondubbelzinnig bepaald. De keuze van de waarden van U n en R n zou, zoals gezegd, de overgang naar het gebied van de boogontlading moeten voorkomen, waarin grote deeltjes uit het doel worden uitgeworpen en de afzetting van een dunne film van uniforme dikte wordt onmogelijk.

2.2 Magnetron sputteren

De beperkingen en nadelen van het kathodesputterproces zijn onder meer:

Mogelijkheid om alleen geleidende materialen te sputteren die elektronen in de ontlading kunnen emitteren, die argonmoleculen ioniseren en de ontlading brandend houden;

Lage filmgroeisnelheid (eenheden nm/s) door significante verspreiding van gesputterde materiaalatomen in het volume van de werkkamer.

Een verscheidenheid aan methoden op basis van glimontlading is magnetronsputteren. Magnetronionen sputtersystemen behoren tot diode-type sputtersystemen waarin atomen van het gesputterde materiaal van het doeloppervlak worden verwijderd wanneer het wordt gebombardeerd met werkende gasionen (meestal argon) die worden gegenereerd in het abnormale glimontladingsplasma. Om de sputtersnelheid te verhogen, is het noodzakelijk om de intensiteit van het ionenbombardement van het doel te verhogen, d.w.z. de dichtheid van de ionenstroom op het doeloppervlak. Hiervoor wordt een magnetisch veld B gebruikt, waarvan de krachtlijnen evenwijdig aan het bespoten oppervlak en loodrecht op de krachtlijnen staan elektrisch veld e.

De kathode (target) wordt geplaatst in een gekruist elektrisch (tussen de kathode en anode) en magnetisch veld gecreëerd door het magnetische systeem. De aanwezigheid van een magnetisch veld nabij het gesputterde doeloppervlak maakt het mogelijk om het plasma van de afwijkende glimontlading direct op het doel te lokaliseren. De bogen van veldlijnen B zijn gesloten tussen de polen van het magnetische systeem. Het doeloppervlak, gelegen tussen de in- en uitgangen van veldlijnen B en intensief gesputterd, heeft de vorm van een gesloten baan, waarvan de geometrie wordt bepaald door de vorm van de polen van het magnetische systeem. Wanneer een constante spanning wordt aangelegd tussen het doel (negatieve potentiaal) en de anode (positieve of nulpotentiaal), ontstaat een inhomogeen elektrisch veld en wordt een abnormale glimontlading opgewekt. De elektronen die door de kathode worden uitgezonden onder invloed van ionenbombardement worden gevangen door het magnetische veld en bevinden zich als het ware in een val die enerzijds wordt gecreëerd doordat het magnetische veld de elektronen terugstuurt naar de kathode, en anderzijds anderzijds doordat het doeloppervlak de elektronen afstoot. Dientengevolge voeren de elektronen een complexe cycloïde beweging uit nabij het kathodeoppervlak. Tijdens deze beweging ondergaan elektronen talrijke botsingen met argonatomen, waardoor een hoge mate van ionisatie wordt verkregen, wat leidt tot een toename van de intensiteit van het ionenbombardement op het doelwit en bijgevolg tot een aanzienlijke toename van de sputtersnelheid.

Belangrijkste parameters van magnetron-ionen sputtersystemen:

Specifieke sproeisnelheid - (4-40) 10 -5 g/(cm2 s);

De efficiëntie van het generatieproces (voor koper) - 3·10 -6 g/J;

Energie van gegenereerde deeltjes - 10-20 eV;

De energie van afgezette deeltjes is 0,2-10,0 eV;

Neerslagsnelheid 10-60 nm/s;

Werkdruk - (5-50) 10 -2 Pa.

De belangrijkste voordelen van magnetron sputtersystemen zijn onder meer:

Hoge spuitsnelheden bij lage bedrijfsspanningen (≈500 V) en lage werkgasdrukken;

Lage stralingsdefecten en geen oververhitting van het substraat;

Een kleine mate van verontreiniging van de films met vreemde gasinsluitingen;

De mogelijkheid om films van uniforme dikte te verkrijgen op groot gebied substraten.

2.3 Hoogfrequente spray

Hoogfrequent sputteren begon te worden gebruikt wanneer het nodig was om diëlektrische middelen toe te passen. Metalen en halfgeleidermaterialen worden meestal met een constante spanning op het doel gesputterd. Als het doelmateriaal een diëlektricum is, stopt het sputteren bij een constante spanning op de doelelektrode snel, omdat het oppervlak van het diëlektricum een ​​positieve potentiaal krijgt tijdens ionenbombardement, waarna het bijna alle positieve ionen reflecteert. Om het proces van diëlektrisch sputteren uit te voeren, is het noodzakelijk om de positieve lading erop periodiek te neutraliseren. Voor dit doel wordt een RF-spanning met een frequentie van 1-20 MHz toegepast op een metalen plaat die zich direct achter het gesputterde diëlektrische doel bevindt (de frequentie van 13,56 MHz, die is toegestaan ​​voor industrieel gebruik, wordt het meest gebruikt voor RF-sputteren ).

Met een negatieve halve golf van spanning op het diëlektrische doel (kathode), treedt gewoon kathodeverstuiving op. Gedurende deze periode wordt het doeloppervlak geladen met positieve ionen, waardoor het ionenbombardement van het doel stopt. Bij een positieve halve golf van spanning wordt het doelwit gebombardeerd met elektronen, die de positieve lading op het oppervlak van het doelwit neutraliseren, waardoor sputteren in de volgende cyclus mogelijk wordt.

De belangrijkste parameters die haalbaar zijn in HF-spuitmaterialen:

Specifieke sputtersnelheid - 2·10 -7 - 2·10-6 g/(cm2 s);

De efficiëntie van het spuitproces (voor koper) - 6·10 -7 g/J;

Energie van gegenereerde deeltjes - 10-200 eV;

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

De energie van afgezette deeltjes is 0,2-20 eV;

De werkdruk in de installatiekamer is 0,5-2,0 Pa.

2.4 Sputteren van plasma-ionen in een niet-zelfvoorzienende gasontlading

Bij dit soort sputtersystemen wordt de verbranding van de gasontlading ondersteund door een extra bron (magnetisch veld, RF-veld, thermische kathode). Figuur 7 toont een sputtersysteem met drie elektroden waarin een thermische kathode wordt gebruikt als een extra elektronenbron.

De hete kathode (1) zendt elektronen uit naar de anode (3). Deze stroom ioniseert het restgas, waardoor de ontlading blijft branden. Op het gesputterde doel (2) wordt een hoge negatieve potentiaal aangelegd, waardoor positieve plasma-ionen (4) op het doel worden gezogen en het oppervlak ervan bombarderen, waardoor het doelmateriaal wordt gesputterd. De steunen (5) bevinden zich tegenover het doel en het gesputterde materiaal wordt daarop afgezet.

Het gebruik van een niet-zelfvoorzienende gasafvoer maakt het mogelijk om coatings aan te brengen bij een lage werkdruk in de installatiekamer (5 10 -2 Pa), wat ook zorgt voor een afname van de concentratie van gassen die in de film zijn opgesloten. als een toename van de gemiddelde energie van afgezette deeltjes als gevolg van een afname van het aantal botsingen van opgespoten deeltjes met gasmoleculen langs de weg naar het substraat.

De sputtersnelheid in het beschouwde 3-elektrodensysteem wordt geregeld door de thermische kathode-emissiestroom, de druk in de opstellingskamer en de doelspanning en kan over een breed bereik variëren (1-1000 A/min).

De voordelen van triode-sputtersystemen in vergelijking met standaard diode-sputtersystemen omvatten dus: hogere afzettingssnelheden; het verminderen van de porositeit en het verhogen van de zuiverheid van afgezette films; toenemende hechting van films aan substraten.

De klassieke methode voor het verkrijgen van schone oppervlakken voor veel materialen is verdamping en condensatie in ultrahoog vacuüm. Dunne films van metalen of elementaire halfgeleiders verkregen door vacuümverdamping zijn gewoonlijk polykristallijn of amorf, d.w.z. een duidelijke kristallografische oriëntatie van het oppervlak is daarin onmogelijk.

De technologie van meerlaagse structuren moet zorgen voor de hoge kwaliteit van de groei van materialen van gelaagde structuren en de perfectie van de interfaces tussen deze materialen. Alleen in dit geval kunnen de potentiële mogelijkheden die inherent zijn aan halfgeleidersuperroosters en meerlaagse magnetische structuren worden gerealiseerd.

Om dunne films van hoge kwaliteit en meerlagige structuren te verkrijgen, worden de mechanismen van epitaxiale groei van het filmmateriaal op het overeenkomstige monokristallijne substraat meestal gebruikt. De meest gebruikte methode is moleculaire bundelepitaxie (MBE), die het mogelijk maakt om perfecte monokristallijne lagen van verschillende materialen te vormen onder ultrahoog vacuüm. Deze methode is met succes gebruikt om dunne films van halfgeleiders, metalen, diëlektrica, magnetische materialen, hoge-temperatuur-supergeleiders en vele andere stoffen te laten groeien. Tot op heden is een vrij groot deel van zowel theoretisch onderzoek als praktisch werk op dit gebied, dus de MBE-technologie is de meest gebruikelijke methode voor het verkrijgen van halfgeleidersuperroosters en meerlaagse magnetische structuren.

In de afgelopen jaren is de technologie van groei vanuit de gasfase met behulp van organometaalverbindingen (RGF MOS) steeds wijdverbreid geworden voor het kweken van halfgeleidersuperroosters. Deze methode maakt ook gebruik van het proces van epitaxiale groei van materialen op een verwarmd substraat tijdens de thermische ontleding van organometaalverbindingen. De groeimechanismen in de RHF MOS-methode zijn niet zo diep bestudeerd als in MBE; de meeste A III B V-, A II B IV- en A IV B VI-halfgeleiderverbindingen worden echter met succes met deze methode gekweekt.

Van de methoden voor epitaxiale groei kan vloeistoffase-epitaxie, waarbij enkelkristallagen worden verkregen uit oververzadigde oplossingen in contact met het substraat, ook worden gebruikt om halfgeleidersuperroosters te verkrijgen. Naarmate de temperatuur daalt, wordt een overmaat van de halfgeleider vanuit de oplossing op het substraat afgezet, wat gepaard gaat met een afname van de oplosbaarheid van het halfgeleidermateriaal. De beste resultaten worden verkregen door vloeistoffase-epitaxie voor A III B V-type halfgeleiderverbindingen en hun vaste oplossingen. Meerlaagse halfgeleiderstructuren worden verkregen in reactoren met meerdere kamers voor epitaxie in de vloeistoffase door achtereenvolgens contact te maken met verschillende smelten.

Dunne magnetische films en meerlagige magnetische structuren kunnen worden verkregen door verschillende sputtermethoden, waaronder sputteren met hoge frequentie en magnetron. Deze methoden maken het mogelijk om lagen van bijna elke samenstelling te verkrijgen. Sommige onderzoekers geloven dat beste kansen voor de technologie van meerlagige magnetische structuren geven verschillende methoden elektrolytische afzetting.

3.1 Mechanismen van epitaxiale groei van dunne films

Kwesties met betrekking tot groeimechanismen worden uiterst belangrijk bij het maken van heterostructuren en meerlaagse structuren, die de hoogste graad van homogeniteit van de samenstelling vereisen bij een dikte van minder dan 100 Å.

De belangrijkste individuele atomaire processen die epitaxiale groei begeleiden, zijn als volgt:

Adsorptie van samenstellende atomen of moleculen op het substraatoppervlak;

Oppervlaktemigratie van atomen en dissociatie van geadsorbeerde moleculen;

Aanhechting van atomen aan het kristalrooster van het substraat of eerder gegroeide epitaxiale lagen;

Thermische desorptie van atomen of moleculen die niet in het kristalrooster zijn ingebed.

Condensatie op het substraat van een nieuw materiaal uit de gasfase wordt bepaald door de botsingssnelheid van atomen of moleculen met het substraat (het aantal deeltjes dat per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid arriveert)

(3.1)

waarbij p de dampdruk is, M het molecuulgewicht van de deeltjes is, k de Boltzmann-constante is en T de brontemperatuur is.

Een uit de gasfase gecondenseerd deeltje kan het substraatoppervlak onmiddellijk verlaten of over het oppervlak diffunderen. Het proces van oppervlaktediffusie kan leiden tot de adsorptie van een deeltje op het oppervlak van een substraat of een groeiende film, of tot een proces van oppervlakte-aggregatie, vergezeld van de vorming van een nieuwe kristallijne fase van het gecondenseerde materiaal op het oppervlak van de kernen. Adsorptie van individuele atomen vindt in de regel plaats op groeistappen of andere defecten. Het atomaire proces van interdiffusie, waarbij de atomen van de film en het substraat van plaats wisselen, speelt een belangrijke rol in het proces van epitaxiale groei. Als gevolg van dit proces wordt de grens tussen het substraat en de groeifilm gladder.

Oppervlakteprocessen die epitaxiale groei tijdens MBE begeleiden, kunnen kwantitatief worden beschreven. Elk van de hierboven besproken afzonderlijke atomaire processen wordt gekenmerkt door zijn eigen activeringsenergie en kan in de eerste benadering worden weergegeven door een exponentiële wet. Desorptiesnelheid, bijvoorbeeld

(3.2)

waarbij E d de activeringsenergie van het desorptieproces is, T s de substraattemperatuur.

Op fenomenologisch niveau zijn er drie hoofdtypen van groei van dunne epitaxiale films:

1. Laag-voor-laag groei. Met dit groeimechanisme begint elke volgende laag van de film zich pas te vormen nadat volledige voltooiing groei van de vorige laag. Dit groeimechanisme wordt ook wel Frank-van der Merve (FM) groei genoemd. Laag-voor-laag groei treedt op wanneer de interactie tussen het substraat en de laag atomen veel groter is dan tussen de dichtstbijzijnde atomen in de laag. Een schematische weergave van laag-voor-laag filmgroei voor verschillende dekking  (in fracties van monolagen ML) wordt getoond in Fig. 3. 8, een.

2. Eilandgroei of Vollmer-Weber-groei (eilandgroei, Vollmer Weber, VW). Dit mechanisme is precies het tegenovergestelde van laag-voor-laag groei. De voorwaarde voor de implementatie ervan is dat de interactie tussen de dichtstbijzijnde atomen overheerst over de interactie van deze atomen met het substraat. Met het eilandmechanisme van groei bezinkt de stof vanaf het allereerste begin op het oppervlak in de vorm van meerlaagse conglomeraten van atomen (zie figuur 8b).

3. Intermediair tussen deze twee mechanismen is de Stransky-Krastanov (SK, layer-plus-islandgrows) groei, waarbij de eerste laag het substraatoppervlak volledig bedekt en er driedimensionale filmeilanden op groeien. Veel factoren kunnen tot dit mechanisme leiden, met name een vrij grote discrepantie tussen de parameters van de kristalroosters van de film en het substraat (zie figuur 8c).

De voorwaarde die de implementatie van een of ander groeimechanisme afbakent, kan worden verkregen uit een analyse van de relaties tussen de oppervlaktespanningscoëfficiënten tussen het substraat en vacuüm S , tussen de film en vacuüm  F en tussen het substraat en film  S / F (afb. 9).

De oppervlaktespanningscoëfficiënt van een oppervlak is gelijk aan de vrije energie van een eenheidsoppervlak. Dienovereenkomstig bepalen deze coëfficiënten de oppervlaktespanningskrachten die per lengte-eenheid van het grensvlak werken. Volgens deze definitie is de kracht dF die inwerkt op een oneindig klein element dl van het grensvlak tussen twee media gelijk aan

Uit de evenwichtstoestand voor elk element van de lengte van de contactlijn van het substraat, driedimensionaal filmeiland en vacuüm (Fig. 9.) verkrijgen we

waarbij  - contacthoek, d.w.z. de hoek gevormd door de raaklijn aan het oppervlak van het filmeiland en het oppervlak van het substraat.

Als de contacthoek nul is, "spreidt" het eiland zich uit dunne laag over het substraatoppervlak, wat overeenkomt met het laag-voor-laag groeimechanisme. Deze voorwaarde leidt tot de volgende relatie tussen de oppervlaktespanningscoëfficiënten:

, laag-voor-laag groei (3.4)

Als , het eilandgroeimechanisme wordt gerealiseerd, waarvan de voorwaarde is:

groei eilandjes (3.5)

Voor een meer volledige afleiding van de omstandigheden waaronder een of ander groeimechanisme wordt gerealiseerd, is het noodzakelijk rekening te houden met het effect op de evenwichtstoestand tussen de gevormde film en het substraat van de gasfase in het filmgroeigebied.

Vaak wordt in de literatuur een ander groeimechanisme overwogen - statistische neerslag. Met dit mechanisme van filmgroei bevinden de atomen van de afgezette substantie zich op het oppervlak volgens de Poisson-verdeling alsof ze bij toeval zijn weggegooid en ze zouden gewoon op de plaats van impact blijven plakken.

3.2 Moleculaire bundelepitaxie

Moleculaire bundelepitaxie (MBE) is in wezen een ontwikkeling tot in de perfectie van de technologie van vacuümafzetting van dunne films. Het verschil met de klassieke technologie van vacuümafzetting is te wijten aan meer: hoog niveau proces controle. Bij de MBE-methode worden dunne eenkristallagen gevormd op een verwarmd eenkristalsubstraat als gevolg van reacties tussen moleculaire of atomaire bundels en het substraatoppervlak. De hoge temperatuur van het substraat bevordert de migratie van atomen over het oppervlak, waardoor de atomen strikt gedefinieerde posities innemen. Dit bepaalt de georiënteerde kristalgroei van de gevormde film op een enkelkristalsubstraat. Het succes van het epitaxieproces hangt af van de verhouding tussen de roosterparameters van de film en het substraat, correct gekozen verhoudingen tussen de intensiteiten van de invallende bundels en de substraattemperatuur. Wanneer een monokristallijne film groeit op een substraat dat verschilt van het filmmateriaal en er geen chemische interactie mee aangaat, wordt dit proces hetero-epitaxie genoemd. Wanneer het substraat en de film chemische samenstelling niet of nauwelijks van elkaar verschillen, dan wordt het proces homo-epitaxie of auto-epitaxie genoemd. De gerichte groei van filmlagen, die een chemische interactie aangaat met de substraatsubstantie, wordt chemo-epitaxie genoemd. Het grensvlak tussen de film en het substraat heeft dezelfde kristalstructuur als het substraat, maar verschilt in samenstelling van zowel het filmmateriaal als het substraatmateriaal.

Vergeleken met andere technologieën die worden gebruikt voor het kweken van dunne films en meerlaagse structuren, wordt MBE voornamelijk gekenmerkt door een lage groeisnelheid en een relatief lage groeitemperatuur. De voordelen van deze methode omvatten de mogelijkheid van abrupte onderbreking en daaropvolgende hervatting van de toevoer van moleculaire bundels van verschillende materialen naar het substraatoppervlak, wat het belangrijkst is voor de vorming van meerlaagse structuren met scherpe grenzen tussen lagen. De mogelijkheid om de structuur, samenstelling en morfologie van groeiende lagen tijdens hun vorming te analyseren door middel van gereflecteerde hoge-energie-elektronendiffractie (HEED) en Auger-elektronenspectroscopie (AES) draagt ​​ook bij aan het verkrijgen van perfecte epitaxiale structuren.

Hieronder in Fig.10. een vereenvoudigd diagram van de MBE-groeikamer wordt getoond.

Verdamping van materialen die in ultrahoog vacuüm zijn afgezet op een substraat dat op een manipulator met een verwarmingsapparaat is bevestigd, wordt uitgevoerd met behulp van effusiecellen (effusie is een langzame uitstroom van gassen door kleine gaatjes). Het schema van de effusiecel wordt getoond in Fig. 11. De effusiecel is een cilindrisch glas gemaakt van pyrolytisch boornitride of zeer zuiver grafiet. Bovenop de kroes bevinden zich een verwarmingsspiraal van tantaaldraad en een hitteschild, meestal gemaakt van tantaalfolie.

Effusiecellen kunnen werken in het temperatuurbereik tot 1400 ° C en zijn bestand tegen kortstondige verwarming tot 1600 ° C. Om vuurvaste materialen te verdampen die worden gebruikt in de technologie van dunne magnetische films en meerlaagse structuren, wordt het verdampende materiaal verwarmd door elektronenbombardement. De temperatuur van de verdampte stof wordt geregeld door een wolfraam-rhenium thermokoppel dat tegen de smeltkroes wordt gedrukt. De verdamper is gemonteerd op een aparte flens, waarop zich stopcontacten bevinden voor het voeden van de verwarming en het thermokoppel. In de regel bevinden zich meerdere verdampers in één groeikamer, die elk de hoofdcomponenten van de films en doteringsmaterialen bevatten.

Groeikamers van moderne MBE-technologische complexen zijn in de regel uitgerust met een vierpolige massaspectrometer om de resterende atmosfeer in de kamer te analyseren en de elementaire samenstelling gedurende het hele technologische proces te regelen. Om de structuur en morfologie van de gevormde epitaxiale structuren te controleren, bevindt zich ook een diffractometer van gereflecteerde snelle elektronen in de groeikamer. De diffractometer bestaat uit een elektronenkanon dat een goed gefocuste elektronenbundel genereert met energieën van 10-40 keV. De elektronenbundel valt onder een zeer kleine hoek met zijn vlak op het substraat, de verstrooide elektronengolven geven een diffractiepatroon op het luminescentiescherm. Vaak in groeikamers of in MBE-complexen met meerdere kamers, bevat de kamer voor voorbereiding en analyse van substraten en epitaxiale structuren een elektronenkanon met een energieanalysator van secundaire elektronen en een ionenkanon voor het reinigen van substraten door ionenetsing en laag-voor-laaganalyse van de samenstelling van epitaxiale structuren.

Het gebied van de groeikamer dat het belangrijkst is voor het technologische proces, bevindt zich tussen de effusiecellen en het substraat (Fig. 10). Dit gebied kan worden onderverdeeld in drie zones, die in de figuur zijn aangegeven met de nummers I, II en III. Zone I is de zone van het genereren van moleculaire bundels; in deze zone kruisen moleculaire bundels gevormd door elk van de effusiecellen elkaar niet en beïnvloeden ze elkaar niet. In de tweede zone (zone II - de zone van vermenging van verdampte elementen) kruisen moleculaire bundels elkaar en vindt vermenging van verschillende componenten plaats. Zone III, de kristallisatiezone, bevindt zich in de directe nabijheid van het substraatoppervlak. In deze zone vindt epitaxiale groei plaats tijdens moleculaire bundelepitaxie.

In de industrie worden onderzoekslaboratoria, geautomatiseerde multi-module complexen voor moleculaire bundelepitaxie nu op grote schaal gebruikt. Een module is een onderdeel van de installatie en onderscheidt zich door functionele en ontwerpkenmerken. Modules zijn onderverdeeld in technologische en ondersteunende. Elke technologische module is ontworpen om een ​​specifiek technologisch proces uit te voeren (reiniging van substraten en analyse van hun oppervlaktetoestand, epitaxie van halfgeleiderfilms, afzetting van metalen en diëlektrica, enz.). Hulpmodules zijn bijvoorbeeld een module voor het laden en lossen van substraten, een module voor de voorlopige evacuatie en ontgassing van vacuümkamers, enz. Afhankelijk van de technologische taken kan het complex voor MBE worden uitgerust met een ander aantal gespecialiseerde modules die onderling zijn verbonden door gateway-apparaten en een systeem voor het verplaatsen van substraten en monsters van de ene module naar de andere zonder het vacuüm te verbreken.

De trends in de ontwikkeling van ontwikkelingen in de richting van het maken van installaties voor MBE hangen samen met het toenemende gebruik van ingebouwde analytische apparatuur en automatisering van het technologische proces, wat het mogelijk maakt om de reproduceerbaarheid van de eigenschappen van gegroeide epitaxiale structuren en complexe meerlaagse structuren te creëren. De analytische apparatuur van het complex wordt in de PAP-module weergegeven door een ingebouwde Auger-spectrometer en een ionenpistool voor het reinigen van substraten en Auger-profilering. Elk van de EPS- en EPM-blokken bevat een massaspectrometer voor het bewaken van restgassen en moleculaire bundels en een gereflecteerde snelle elektronendiffractometer voor het bewaken van de structuur en morfologie van epitaxiale lagen tijdens de groei. Naast het vacuümmechanische systeem omvat het complex een geautomatiseerd procesbesturingssysteem waarmee u zelfstandig en gelijktijdig technologische processen kunt aansturen, zowel onder besturing van een operator als in automatische modus.

Dunne films worden veel gebruikt in de techniek als slijtvaste, corrosiebestendige, wrijvingswerende, beschermende decoratieve en andere coatings. Ze hebben een brede toepassing gevonden in optica (polarisatiefilters, bundelsplitsers, antireflectiecoatings, enz.) films, epitaxiale halfgeleiderfilms).

Literatuur

1. Epifanov G.I., Moma Yu.A. Fysieke fundamenten ontwerp en technologie van REA en EVA: Leerboek voor universiteiten. - M.: Sovjet-radio, 1979. - 352 p.

2. Vacuümafzetting van films in een quasi-gesloten volume. M., "Sovjet Radio", 1975, 160 blz. / Yu. Z. Bubnov, MS Lurie, FG Staros, GA Filaretov.

3. Technologie van halfgeleiderapparaten en micro-elektronische producten. In 10 boeken: Proc. Toeslag voor scholen voor beroepsonderwijs. Boek. 6. Afzetting van films in een vacuüm / Minaichev V.E. - M.: Vyssh. school, 1989. - 110 p.: ziek.

4. Efimov I.E. et al. Micro-elektronica. Fysieke en technologische basis, betrouwbaarheid. Proc. Toelage voor universiteiten. M: "Hoger. school”, 1977. – 416 p. van ziek.

5. Karpenko G.D., Rubinshtein V.L. moderne methoden vorming van de afgezette stof tijdens de afzetting van dunnefilmcoatings in vacuüm. Minsk: BelNIINTI, 1990 - 36 d.

6. Kostrzhitsky A.I., Lebedinsky. Meercomponenten vacuümcoatings. -M: "Engineering", 1987 - 207 d.

7. Butovsky KG, Lyasnikov VN Gespoten coatings, technologie en apparatuur. – Saratov: “Saratov State Court. techniek. Universiteit”, 1999 – 117 p.

8. Kudinov V. V., Bobrov G. V. Aanbrengen van coatings door spuiten. Theorie, technologie en apparatuur. - M.: "Metallurgie", 1992 - 431 d.

9. O.S. Trushin, V.F. Bochkarev, V.V. Naumov. Simulatie van processen van epitaxiale groei van films onder omstandigheden van ion-plasma-afzetting.//Microelectronics, 2000, volume 29, №4, pp. 296-309

Vacuümsystemen zijn een complex van onderling verbonden elementen die zorgen voor het creëren en onderhouden van een bepaald vacuüm in een bepaald volume. Alle vacuümsystemen zijn onderverdeeld naar de mate van verdunning in systemen van laag, hoog en ultrahoog vacuüm.

Navigatie:

Daarnaast vacuümsystemen

Hoofdcomponenten van vacuümsystemen:

vacuümpomp of installatie voor het wegpompen van het gasvormige medium;

pijpleidingen die de componenten van vacuümsystemen verbinden;

container, vat of ander gesloten volume waarin een vacuüm wordt gecreëerd;

diverse afsluiters en veiligheidsinrichtingen;

een systeem van sensoren die gegevens over de toestand van het systeem verzenden;

een controller die het hele systeem aanstuurt op basis van de informatie die van de sensoren wordt ontvangen.

Sommige van de hierboven genoemde items kunnen ontbreken, het hangt allemaal af van de specifieke vereisten voor het systeem. Bovendien kunnen sommige of zelfs alle elementen worden gedupliceerd, waardoor een continu onderhoud van een bepaald vacuüm wordt gegarandeerd. Een volautomatisch vacuümsysteem is in staat om zelfstandig extra modules op het werk aan te sluiten, kleppen te regelen en constant de vereiste mate van vacuüm in gegeven volumes te handhaven.

Tekeningen van vacuümsystemen worden in elk geval ontwikkeld rekening houdend met de eisen van klanten en moeten voldoen aan de eisen van de NTD. Ze zijn een integraal onderdeel van elk project, houden rekening met alle variabelen en worden ontwikkeld door getrainde specialisten.

Een voorbeeld zijn medische vacuümsystemen, waarvan het uitschakelen dodelijk kan zijn tijdens: chirurgische operatie. Elke sensor van dit type vacuümsysteem wordt noodzakelijkerwijs gedupliceerd, volledige redundantie van het systeem en autonome voeding worden vaak gebruikt. Het automatische vacuümsysteem handhaaft het vereiste vacuüm door de pompen in en uit te schakelen die lucht wegpompen volgens de metingen van de sensoren.

Vacuümsystemen worden voornamelijk gebruikt voor:

voorwaarden scheppen voor chemische reacties in de chemie, de olie-industrie en onderzoekslaboratoria;

productie van lenzen in optica;

vacuümverpakking van producten in de voedingsindustrie;

ontgassen van smelten in metallurgische smeltovens;

verwerking van elektrische printplaten in elektronica;

zorgen voor de werking van bloedzuigende apparaten en de productie van bepaalde medicijnen in de geneeskunde;

afzetting van verschillende in structuur en niet-mengbare materialen in de auto-industrie;

het creëren van een vacuüm in de melkmachines van agrarische bedrijven.

Kleppen voor vacuümsystemen zijn onderverdeeld in afsluit-, veiligheids- en regelkleppen. Sommige soorten regelkleppen kunnen indien nodig afsluiters vervangen. NAAR afsluiters is van toepassing op de meeste vacuüm- en keerkleppen, met 2 standen en alleen voorzien in afsnijding (doorgang) van het werkmedium, regel- en veiligheidsinrichtingen.

De werklay-out van de vacuümeenheid die wordt gebruikt voor het onderwijzen van studenten:

Vacuüminstallatie (sputteren)

Vacuüminstallaties die voor het spuiten worden gebruikt, zijn batchgewijs, semi-continu en continu. Voor massa- en seriebewerking van onderdelen worden continue vacuümunits gebruikt. Batch- en semi-continue installaties kunnen meerdere beladen werkkamers hebben of één beladen met meerdere posities. Het spuitproces kan worden onderverdeeld in verschillende bewerkingen:

• onderdelen laden en de werkkamer afdichten;
• het creëren van het nodige vacuüm;
• verdamping of sproeien van het gespoten materiaal;
• thermische behandeling van spuiten;

Vacuümafzetting is gebruikt bij de vervaardiging van verschillende elektronische printplaten, het aanbrengen van tinten op autoruiten en het metalliseren van sommige kunststoffen. Vacuümspuitinstallaties hebben doorgaans de volgende elementen in hun ontwerp:

• afgesloten afgesloten ruimte (werkkamer);
• bron van verdamping of sproeien van gespoten materialen;
• een systeem dat een vacuüm creëert, inclusief een pomp en leidingen met alle afsluit-, regel- en veiligheidskleppen;
• sensoren aangesloten op het procesbesturingssysteem;
• transportband of ander voerapparaat;
• extra apparaten (filters, manipulatoren, aandrijvingen, filtereenheden).
• Vacuümspuiten kan worden uitgevoerd met:
• kathodisch sputteren van materialen (er wordt elektrische stroom toegevoerd aan de sputterkathode en aangezien het onderdeel als een anode werkt, wordt het verstoven materiaal erop afgezet);
• magnetron sputteren;
• ion-plasma sputteren van kathoden;

Omdat bij een toename van de oppervlaktetemperatuur van het werkstuk de aangebrachte deeltjes worden afgestoten, is een goed georganiseerde koeling erg belangrijk. Afhankelijk van de apparatuur die wordt gebruikt om een ​​vacuüm te creëren, krijgt de hele installatie een naam. Een waterringvacuüminstallatie betekent bijvoorbeeld het gebruik van waterringpompen bij het verpompen van gassen uit de werkkamer.

Er zijn veel vacuüminstallaties die verschillen in het principe van spuiten, het type vacuümpompen dat wordt gebruikt, de mate van automatisering, het volume en andere elementen. Vacuümunits UV-24S, UV-947, Bulat-3T, UVN-15, Magna 2M, Oratoriya-9 en vele andere die hierop gebaseerd zijn, kunnen als voorbeeld worden genoemd.

Schema van een vacuüminstallatie voor het sputteren van metalen in de magnetron:

Apparatuur voor vacuümsystemen (fittingen, flenzen, sensoren)

De meest voorkomende fout bij het ontwerpen van vacuümsystemen is de complexiteit van het project en de aanwezigheid van veel onnodige elementen. Het kan zijn als extra kleppen die leiden naar extra plaatsen voor afdichting, sensoren die zich op ongemakkelijke plaatsen bevinden en voortdurend worden vernietigd, flenzen die zijn geïnstalleerd waar een constructie uit één stuk zou kunnen worden weggelaten.

Fabrikanten van vacuümapparatuur produceren in de meeste gevallen apparatuur die voldoet aan de eisen van de klant op het gebied van prestaties, maximaal mogelijke vacuüm en pompsnelheid. Op krachtige systemen kan de installatie van extra elementen ervoor zorgen dat ze drukloos worden en de werking van veiligheidsvoorzieningen niet garanderen. Daarom moet er rekening mee worden gehouden dat een onprofessioneel vacuümsysteem niet alleen onbevredigend kan zijn voor de bedrijfsomstandigheden, maar ook gevaarlijk kan zijn voor het bedienend personeel.

Alle fittingen die worden gebruikt bij de installatie van vacuümsystemen, moeten volledig voldoen aan de bedrijfsomstandigheden en zijn vervaardigd met behulp van geschikte technologieën. De productie van vacuümapparatuur moet de belangrijkste focus zijn van de onderneming die alle elementen van het systeem levert.

Hoogvacuümsensor:

Vacuümtechnologie (technologie voor het creëren en onderhouden van een vacuüm)

Vacuüm- en compressortechnologie hebben veel vergelijkbare eigenschappen. Vaak fabrikanten compressor apparatuur fabricage van vacuümsystemen en hun elementen. De productie van vacuümtechnologie is gebaseerd op: aanvullende methoden verwerkingsapparatuur, waardoor maximale afdichtingssystemen worden bereikt.

De technologieën voor het creëren en onderhouden van een vacuüm zijn in de loop van de tijd verbeterd. Op dit moment maken vacuümwetenschap en -technologie het mogelijk om een ​​verdunning te creëren die overeenkomt met het diepe vacuüm van de ruimte.

Verticale en horizontale vacuümpompen:

Vacuümpompen (types en toepassingen)

Er zijn verschillende soorten vacuümpompen in gebruik. Elk van hen heeft zijn eigen voor- en nadelen, wat het toepassingsgebied ervan biedt.

De waterringpomp dankt zijn naam aan het feit dat het vacuüm in het vacuümsysteem wordt gecreëerd met behulp van een permanente ring van water in het werkvlak. De pompas is verschoven, zodat aan de ene kant van de pomp de schoepen dicht langs de behuizing gaan (zonder deze aan te raken), en aan de andere kant is er een aanzienlijke afstand tot de muur.

Tijdens het draaien vangen de waaierbladen de vloeistof (water) op en draaien deze in de vorm van een ring. De wrijvingskrachten die in dit geval optreden, zorgen ervoor dat de vloeistof opwarmt, zodat het water in de ring constant wordt vervangen door vers water. Omdat gas wordt afgezogen met behulp van een waterring, worden de meeste schurende verontreinigingen van het verpompte medium eruit gefilterd en komt er puur gas uit.

Dergelijke pompen zijn zeer onderhoudsvriendelijk, produceren een snelle verpomping van gassen, stellen weinig eisen aan hun samenstelling, maar kunnen geen diep vacuüm creëren, wat hun gebruik in de industrie beperkt.

Werkingsschema van een waterringpomp:

Waar punt H de plaats van de hoogste compressie van het verpompte gas aangeeft (aansluiting van de uitlaatleiding), is B de inlaat naar de pomp, K is de waterring.

De draaischuifpomp pompt gassen weg dankzij de excentrische as ten opzichte van het huis. Op de as bevinden zich speciale gaten waarin de veren zijn geïnstalleerd. Onder invloed van de veren worden de bladen constant tegen het lichaam gedrukt, waardoor ze onderling afgedichte kamers vormen. Wanneer de rotor draait, verandert elke kamer het volume van het minimum (in dit geval vindt de maximale compressie van de gassen erin plaats) tot het maximum (waardoor een verdunning ontstaat). Om de wrijving van de platen tegen het lichaam te verminderen, wordt een speciale olie gebruikt.

Het toepassingsgebied is beperkt, aangezien een filterinrichting nodig is om de afwezigheid van schurende deeltjes in de verpompte gassen en oliedampen in de uitgaande gassen te garanderen.

Werkingsschema van draaischuifpompen:

De hulppomp kan van verschillende typen zijn, bijvoorbeeld roterende schoep, waterring, spoel. De belangrijkste taak van dergelijke pompen is om zo snel mogelijk het voorvacuüm (voorvacuüm) te creëren om de werking van pompen die hoogvacuüm leveren te garanderen. Dit komt door het feit dat sommige pompmodellen een lage pompsnelheid hebben bij normale atmosferische druk en dat ze het hoogst mogelijke vacuüm nodig hebben om een ​​diep vacuüm te creëren.

Turbomoleculaire, stoom-olie diffuse en andere soorten pompen worden gebruikt als tweede trap in voorvacuümpompen.

Roots pompen pompen gasmengsels weg door de aanwezigheid van twee synchroon draaiende rotoren. Een van de rotoren ontvangt een rotatiebeweging van de motor en de andere wordt aangedreven door een tandwieloverbrenging, die zorgt voor rotatiesynchronisatie. Het ontwerp stelt u in staat om zelfs een hoog vacuüm te creëren, maar vereist verplichte reiniging van het gas dat de werkkamer binnenkomt.

Werkingsschema van Roots-pompen met 2 nokken (pos. "a") en met 3 nokken (pos. "b").