Звіт з виробничої практики "Методи одержання тонкоплівкових матеріалів"

Швидкість нанесення плівки в діодних системах становить близько 0, 5 нм/с. Катод і анод можуть охолоджуватися для запобігання від перегріву [1].

Переваги катодної системи: велика площа розпилюючої мішені, що забезпечує ефективну площу реалізації, велика енергія конденсуюючих атомів забезпечує високу адгезію плівки до підкладки, рівномірність товщини плівки. До недоліків слід віднести необхідність підтримки високого розряду відносно високого тиску аргону, що підвищує ймовірність осадження газу на підкладці, складність у використанні вільних масок викликана ефектом підпилення, невисока швидкість процесу [5].

Катодне розпилення поступово витісняється більш досконалими процесами високочастотного і магнетронного розпилення. Для збільшення швидкості розпилення необхідно збільшити інтенсивність іонного бомбардування мішені, тобто щільність іонного струму на поверхні мішені. З цією метою використовують магнітне поле В, силові лінії якого паралельні розпилюючій поверхні і перпендикулярні силовим лініям електричного поля Е.

Катод (мішень) поміщений в схрещені електричне (між катодом і анодом) і магнітне поле, створюване магнітною системою. Наявність магнітного поля у розпилюючої поверхні мішені дозволяє локалізувати плазму аномального тліючого розряду безпосередньо біля мішені. Дуги силових ліній В замикаються між полюсами магнітної системи. Поверхня мішені, розташована між місцями входу і виходу силових ліній В і інтенсивно розпорошується, має вигляд замкнутої доріжки, геометрія якої визначається формою полюсів магнітної системи. При подачі постійної напруги між мішенню і анодом виникає неоднорідне електричне поле і збуджується аномальний тліючий розряд. Емітовані з катода під дією іонного бомбардування електрони захоплюються магнітним полем і потрапляють в пастку, створювану, з одного боку магнітним полем, що повертає електрони на катод, а з іншого боку – поверхнею мішені, відбиваючою електрони. У результаті електрони здійснюють складний циклоїдальних рух біля поверхні катода. У процесі цього руху електрони зазнають численні зіткнення з атомами аргону, забезпечуючи високий ступінь іонізації, що призводить до збільшення інтенсивності іонного бомбардування мішені і відповідно значного зростання швидкості розпилення.

До основних достоїнств магнетронних розпилювальних систем слід віднести: високі швидкості розпилення при низьких робочих напругах (≈ 500 В) і невеликих тисках робочого газу, низькі радіаційні дефекти і відсутність перегріву підкладок, малу ступінь забрудненості плівок сторонніми газовими включеннями, можливість отримання рівномірних по товщині плівок на великій площі підкладок [1].

Іонно-плазмовий метод. У цьому методі третє джерело виконує функцію термоемісійного катода, тим самим збільшуючи концентрацію електронів, а отже, і іонізованих атомів робочого газу, причому збільшення кількості іонів аргону можливо при зменшенні його тиску до 10-1-10-2 Па, що забезпечує нанесення плівок, не забруднення сторонніми домішками. Наявність термокатоду дозволяє наблизити мішень до підкладки, що збільшує швидкість нанесення плівки.

 

Рис. 1. 7. Схема установки для нанесення покриттів іонно-плазмовим розпиленням: 1 – катод-мішень; 2 – підкладка; 3 – анод; 4 – термокатод [4]

 

Робочу камеру попередньо відкачують до тиску 10-4 Па. Потім подають струм накалу на вольфрамовий термокатодом. Напруга між катодом і анодом дорівнює 200 В, а тиск аргону в робочій камері 10-1-10-2 Па. Електрони, що випускаються термокатодом, іонізують молекули аргону, які після подачі від’ємного потенціалу на катод-мішень, бомбардують і розпорошують її поверхню. Особливість тріодних джерел: розпилення після зняття потенціалу миттєво припиняється, можливість іонного очищення поверхонь мішені і підкладки без вбудовування спеціальної системи електродів, система вимагає охолодження (на мішені виділяється велика кількість теплоти) [4].

Високочастотне напилення застосовують коли виникає необхідність отримання діелектричної плівки. Для того щоб забезпечити розпорошення діелектричної мішені, доводиться нейтралізувати позитивний заряд на її поверхні подачею високочастотного змінного потенціалу. У промислових установках розпорошення ведеться на єдиній дозволеній частоті 13, 56 МГц, що знаходиться в діапазоні радіозв'язку, тому високочастотне розпилення часто називають радіочастотним.

Реактивне розпилення застосовують для отримання плівок хімічних сполук (оксидів, нітридів і т. д.). Необхідну хімічну сполуку отримують підбираючи матеріал розпилюючої мішені і робочий газ. Недоліком є можливість осадження сполук на катоді, що істотно зменшує швидкість росту плівки. Щоб реактивні процеси проходили на підкладці, кількість реактивного газу не повинно перевищувати 10%, інше становить аргон [7].

 

 

 

Вакуумний універсальний пост призначений для одержання плівок із різних матеріалів методами термічного, магнетронного та електронно-променевого розпилення, а також для підготовки об’єктів, які вивчаються за допомогою електронного мікроскопа або інших аналітичних приладів. Пристрій виготовлений одним стояком.

 

Рис. 2. 1. Зовнішній вигляд ВУП-5М [8]

 

На рисунку 2. 1. зображено зовнішній вигляд високовакуумної установки ВУП – 5М, стояк розділений перегородкою на дві частини, в одній з яких розміщена вакуумна система (форвакуумний насос 5, високовакуумний насос 6, форвакуумний балон 7) з електромагнітними клапанами для її комутації, перетворювачі ПМТ-4 або ПМТ-2, ПМІ-2 для контролю вакууму й автоматичного керування вакуумною системою, вентиль п'єзоелектричний і балон з аргоном. В іншій частині стійки 4 розміщені блоки живлення пристроїв і приставок і трансформатори розжарення випарників, касета із друкованими платами. Робочий об’єм 1; вакуумна система, призначена для одержання необхідного режиму в робочому обсязі; блоки живлення пристроїв і приставок і пульти