Получение тонких пленок в вакууме является повседневной задачей для различных областей науки и техники. Например, в электронике при изготовлении огромного числа полупроводниковых приборов и

Получение тонких пленок в вакууме является повседневной задачей для различных областей науки и техники. Например, в электронике при изготовлении огромного числа полупроводниковых приборов и интегральных микросхем в той или иной степени применяется тонкопленочная технология.

Классифицируют по методу получения направленного потока частиц – термическое испарение (ТИ) и ионное распыление (ИР).

ТИ – нагреваем образец – получаем поток частиц, которые при осаждении на подложку образуют пленку (образец подальше надо только поставить – 20 см). Образец нагреваем или резистивно – пускаем ток через вольфрамовую проволоку, которая греется и которой обаматываем сосуд (тигель) с гранулами нужного вещества или нагреваем электронным лучом – вольфрамовый катод, эмитирует электроны, которые локально разогревают образец и образуется направленный потом частиц материала.

Рисунок 1. Электронно-лучевой испаритель: 1 – полюсный наконечник; 2 – электромагнит; 3 – водоохлаждаемый тигель; 4 – испаряемый материал; 5 – поток наносимого материала; 6 – термокатод; 7 – фокусирующая система; 8 – электронный луч; 9 – тонкая пленка; 10 – подложка.

В целом – простой и удобный метод, но пленки получаются не очень однородные, что связано с большими флуктуациями частиц по энергии (что в т.ч. приводит к локальному разогреву подложки).э

ИР – бомбардируем мишень ионами аргона – на выходе имеем ионы материала мишени. Здесь 2 основных разновидности – диодное и магнетронное распыления. Диодное показано на картинке 2. Магнетрон – картинка 3. Диодная система – откачиваем камеру, запускаем туда аргон до сотен Па, внутри есть катод, есть анод – прикладываем 3-5 кВ и получаем эмиссию электронов. Электроны на пути к аноду ионизируют аргон, который притягивается к катоду, но на пути встречает мишень и выбивает из нее ионы. Эти ионы мишени летят в сторону подложки и осаждаются на ней. Вот и вся схема.

Рисунок 2. Схема диодной системы ионного распыления: 1 – высоковольтный ввод, 2 – вакуумная камера, 3 – экран, 4 – катод, 5 – пластина (мишень), 6 – темное катодное пространство, 7 – положительный столб, 8 – подложка, 9 – анод, 10 – патрубок к вакуумной системе, 11 – осаждаемые частицы, 12 – ионы, 13 – натекатель.

Единственное отличие магнетронной схемы – внутрь всунуты магниты, в результате чего на электроны, эмитируемые с катода действует еще и магнитное поле. Поэтому из-за силы (Лоренца кажется) электроны движутся в прикатодной области и эффективно ионизируют там газ -> нужно давление всего 1 Па в камере.

Рисунок 3. Принципиальная схема установки магнетронного распыления: 1 – изолятор; 2 – магнитопровод; 3 – система охлаждения; 4 – корпус катодного узла; 5 – постоянный магнит; 6 – стенка вакуумной камеры; 7 – силовые линии магнитного поля; 8 – кольцевой анод; 9 – зона эрозии распыляемого материала.

Для напыления диэлектриков используют высокочастотные диодные схемы (если для диэлектриков использовать обычную схему – положительные ионы не нейтрализуются, покроют мишень, создадут на ее поверхности + заряд и распыление быстро закончится. ВЧ схема представлена на рисунке. Все просто.

Для напыления всяких соединений типа SiO₂ и прочего – используют реактивное распыление, смысл которого – вводить в камеру нужный нам химически активный газ (в ограниченном количестве).

Молекулярная пучковая эпитаксия (МПЭ) = Молекулярная лучевая эпитаксия (МЛЭ)

В данном методе материал доставляется на поверхность подложки с помощью пучков атомов или молекул, т.е. напылением. При этом в ходе роста температура на подложке поддерживается такая, чтобы атомы могли по ней мигрировать, но не могли перемешиваться между растущими слоями.

Схема установки показана на рисунке ниже. Подложка крепится в нагреваемом держателе и повернута к источникам (эффузионные ячейки Кнудсена – из которых газ выходит через маленький отверстия – аналогия с моделькой абсолютно черного тела). У каждого источника есть заслонка, которую оператор может открыть\закрыть, что позволяет почти сразу начать и прервать напыления. Для контроля структуры обычно используют методы дифракции быстрых электронов

Схема дифракции быстрых электронов

Дата добавления: 2015-08-27