Методы получения тонких пленок реферат

Описание[ править править код ] Тонкие плёнки могут быть твёрдыми или жидкими реже — газообразными. Состав, структура и свойства тонких плёнок могут отличаться от таковых для объемной фазы, из которой образовалась тонкая плёнка. К твёрдым тонким плёнкам относятся оксидные плёнки на поверхности металлов и искусственные плёночные покрытия, формируемые на различных материалах с целью создания приборов микроэлектроники , предотвращения коррозии , улучшения внешнего вида и т. Жидкие тонкие плёнки могут возникать самопроизвольно между зернами в поликристаллических твёрдых телах, если поверхностная энергия границы зерна превышает поверхностное натяжение на границе твёрдой и жидкой фаз более, чем вдвое условие Гиббса—Смита. Газообразные тонкие плёнки с заметным временем жизни могут возникнуть между каплей и объемной жидкостью в условиях испарения.

Список литературы Введение Один из современныхспособов модификаций изделий машиностроения и приборостроения — уменьшениегеометрических размеров их элементов. Многие из них включают в себятонкопленочные покрытия, характеристики которых можно менять, варьируя ихтолщину. По функциональному назначению такие покрытия связаны практически совсеми разделами физики: механикой, электричеством, магнетизмом, оптикой, а вкачестве материалов для них используется большинство элементов Периодическойсистемы. В отрасляхпромышленности, производящих электронные, в том числе микроэлектронныеустройства, используют разнообразные технологические процессы, в которыхисходные материалы и полуфабрикаты преобразуются в сложные изделия, выполняющиеразличные радио-, опто- или акустоэлектрические функции. При изготовлении всехвидов полупроводниковых приборов и ИМС в том или ином объеме используетсятехнологический процесс нанесения тонких пленок в вакууме — тонкопленочнаятехнология. В данной работепредставлены основные методы получения тонких пленок, их схемы работы, а так жедостоинства и недостатки этих методов.

Способы нанесения тонких пленок

Гольдаде, Н. Скорины 2015 2 УДК 076. Крень; доктор технических наук О. Федосенко ; М-во образования РБ, Гом. Гомель: ГГУ им. Скорины, с. В практическом руководстве изложены основные данные о методах получения тонких пленок: термовакуумное напыление, ионно-плазменные и ионно-лучевые методы. УДК 076. При изготовлении всех видов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем в том или ином объеме используется технологический процесс нанесения тонких пленок в вакууме тонкопленочная технология.

Технология тонких плёнок является одной из наиболее интенсивно развивающихся областей техники. Тонкие пленки нашли широкое применение в машино- и приборостроении, микроэлектронике, лазерной технике и медицине.

Корпускулярно-фотонные и ионно-лучевые технологии тонких плёнок позволяют получать эффективные приборы, инструменты и механизмы, обладающие уникальными свойствами. Изучение технологии получения тонких плёнок является неотъемлемой частью современного образования специалиста в области новых материалов и технологий. Целью настоящего пособия является овладение студентами знаниями в области физических свойств и технологий тонких плёнок.

В электронике наибольшее применение получили следующие методы нанесения тонких пленок: термовакуумное напыление, ионноплазменные и ионно-лучевые методы, вакуумное лазерное напыление. Ниже кратко рассмотрены основные методы получения тонких пленок, их схемы работы, а также достоинства и недостатки этих методов. Сущность метода термовакуумного напыления можно пояснить с помощью упрощенной схемы установки, представленной на рисунке 1.

В вакууме, который создается внутри камеры специальными насосами, молекулы испаренного вещества свободно и быстро распространяются в окружающее пространство, достигая, в частности, поверхности подложки 2. Если температура подложки не превышает критического значения, происходит конденсация вещества на подложке, т.

На начальном этапе испарения во избежание загрязнения пленки за счет примесей, адсорбированных поверхностью испаряемого вещества, а также для вывода испарителя на рабочую температуру используется заслонка 4, временно перекрывающая поток вещества на подложку.

В зависимости от функционального назначения пленки в процессе осаждения контролируется время напыления, толщина, электрическое сопротивление или какойлибо другой параметр. По достижении заданного значения параметра заслонка вновь перекрывает поток вещества, и процесс роста пленки прекращается. Нагрев подложки с помощью нагревателя 3 перед напылением способствует десорбции адсорбированных на ее поверхности атомов, а в процессе осаждения создает условия для улучшения 5 6 структуры растущей пленки.

Непрерывно работающая система откачки поддерживает вакуум порядка 10-4 Па. Если требуется получить пленку из многокомпонентного вещества, то используют несколько испарителей. Поскольку скорости испарения у различных компонентов разные, то обеспечить воспроизводимость химического состава получаемых многокомпонентных пленок довольно сложно.

Поэтому метод термовакуумного напыления используют в основном для чистых металлов. Весь процесс термовакуумного напыления можно разбить на три стадии: испарение атомов вещества, перенос их к подложке и конденсация. Испарение вещества с поверхности имеет место, вообще говоря, при любой температуре, отличной от абсолютного нуля. Если допустить, что процесс испарения молекул атомов вещества протекает в камере, стенки которой достаточно сильно нагреты и не конденсируют пар отражают молекулы , то процесс испарения становится равновесным, то есть число молекул, покидающих поверхность вещества, равно числу молекул, возвращающихся в вещество.

Давление пара, соответствующее равновесному состоянию системы, называется давлением насыщенного пара, или его упругостью. Практика показывает, что процесс осаждения пленок на подложку происходит с приемлемой для производства скоростью, если давление насыщенного пара р н примерно равно 1,3 Па.

Для некоторых веществ условная температура выше температуры плавления Т пл, для некоторых ниже. В противном случае испарение осуществляют из жидкой фазы. Зависимости давления насыщенного пара от температуры для всех веществ, используемых для напыления тонких пленок, представлены в различных справочниках в форме подробных таблиц или графиков. Вторая стадия процесса напыления тонких пленок перенос молекул вещества от испарителя к подложке. Если обеспечить прямолинейное и направленное движение молекул к подложке, то можно получить высокий коэффициент использования материала, что особенно важно при осаждении дорогостоящих материалов.

При прочих равных условиях это повышает также и скорость роста пленки на подложке. По мере испарения вещества интенсивность потока и диаграмма направленности для большинства типов испарителей постепенно меняются. В этих условиях последовательная обработка неподвижных подложек приводит к разбросу в значениях параметров пленки в пределах партии, обработанной за один вакуумный цикл.

Для повышения 6 7 воспроизводимости результатов подложки устанавливают на вращающийся диск карусель. При вращении карусели подложки поочередно и многократно проходят над испарителем, за счет чего нивелируются условия осаждения для каждой подложки и устраняется влияние временной нестабильности испарителя. Третьей стадией процесса напыления тонких пленок является стадия конденсации атомов и молекул вещества на поверхности подложки. Эту стадию условно можно разбить на два этапа: начальный этап от момента адсорбции первых атомов молекул на подложку до момента образования сплошного покрытия, и завершающий этап, на котором происходит гомогенный рост пленки до заданной толщины.

Термовакуумный метод напыления тонких пленок отличается большим разнообразием как по способам разогрева испаряемого вещества, так и по конструкциям испарителей. Разогрев вещества до температур, при которых оно интенсивно испаряется, осуществляют электронным или лазерным лучом, СВЧ-излучением, с помощью резистивных нагревателей теплопередачей от нагретой спирали или путем непосредственного пропускания электрического тока через образец из нужного вещества.

При этом, как правило, используют переменный ток. Достоинства резистивного нагрева низкая стоимость оборудования, безопасность в работе низкое напряжение на зажимах и малые габаритные размеры, а также возможность нанесения покрытий из металлов, диэлектриков, полупроводников, возможность осаждения покрытий с высокой скоростью и её регулирования в широких пределах.

Факторами, ограничивающими применение испарителей с резистивным нагревом, являются возможность загрязнения наносимой пленки материалом нагревателя, трудность, а в ряде случаев невозможность получения покрытий из тугоплавких металлов, высокая инерционность процесса испарения, невысокая адгезия и сплошность осаждаемых покрытий, а также малый ресурс работы из-за старения разрушения нагревателя, что требует его периодической иногда довольно частой замены.

Материалы, используемые для изготовления испарителей, должны отвечать следующим требованиям. Испаряемость материала испарителя при температуре испаряемого вещества должна быть пренебрежимо малой. Для хорошего теплового контакта материал испарителя должен хорошо смачиваться расплавленным испаряемым веществом.

Между материалом испарителя и испаряемым веществом не должны происходить никакие химические реакции, а также образовываться легкоиспаряемые сплавы, так как это приводит к загрязнению наносимых пленок и разрушению испарителей.

Для изготовления испарителей промышленных установок используют тугоплавкие металлы вольфрам, тантал, молибден. Резистивные испарители в зависимости от их конструкции разделяют на проволочные, ленточные и тигельные. Проволочные испарители характеризуются простотой конструкции и технологии изготовления. В качестве материала испарителя, как правило, используются тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, тантал и др.

Форма испарителя может быть различной. Некоторые наиболее часто встречающиеся на практике варианты конструкций проволочных испарителей приведены на рисунке 2.

Проволочные испарители имеют следующие основные недостатки: не позволяют испарять порошки; атомы испаряемого вещества распространяются по всем направлениям, что обусловливает низкий коэффициент полезного использования испаряемого материала.

Они имеют на поверхности специальные углубления, в которые помещается испаряемое вещество рисунок 3 , просты по своей конструкции и испаряют атомы металла в широком телесном угле. Вместе с тем они менее экономичны по сравнению с проволочными испарителями. Тигель может быть изготовлен из материала, который не проводит электрический ток. В этом случае для достижения необходимой температуры испарения используют отдельный нагревательный элемент.

С помощью тигельных испарителей можно наносить толстые покрытия без применения специальных систем подачи испаряемого материала в зону испарения. В настоящее время разработано большое число конструкций испарителей подобного типа. Основной недостаток их в том, что газовые потоки вынуждены проходить сквозь объем расплавленного металла, так как температура наиболее высокая у стенок тигля. В результате при высоких температурах испарения скорости испарения в газовых потоках содержится капельная фаза.

При осаждении капель металла на поверхность подложки резко снижаются физико-механические свойства покрытий. Устранить этот недостаток позволяет индукционный нагрев испаряемого материала или материала тигля токами высокой частоты. Нагрев осуществляется под действием электромагнитного поля индуктора, спираль которого, конструктивно выполненная в виде металлического трубопровода, охлаждается проточной водой. На рисунке 4 изображён керамический тигель с индукционным нагревом. При плавлении масса металла 1 под действием сил электромагнитного поля, создаваемого катушкой 2, поднимается таким образом, что поверхность соприкосновения нагретого до высокой 9 10 температуры металла с тиглем 3 оказывается минимальной.

В результате происходит ослабление химических реакций между испаряемым металлом и тиглем. Рисунок 4 Схема индукционного нагревателя Достоинства метода индукционного нагрева заключаются в отсутствии контакта с испарителем, что предотвращает разрушение испарителя при эксплуатации. К недостаткам метода следует отнести высокую стоимость оборудования и низкий электрический КПД что обусловливает необходимость применения преобразователей частоты , а также невозможность непосредственного испарения диэлектриков для этого приходится применять промежуточные нагреватели и невозможность в практических условиях изменять частоту генератора, что приводит к необходимости использования специальных индукторов для испарения различных материалов.

Кроме того, данный метод нанесения покрытий не обеспечивает высокую адгезию покрытия. Определенные трудности имеет процесс получения покрытий из сплавов и соединений сложного состава.

Покрытия из сплавов можно наносить двумя основными способами: путем нагрева и испарения сплава, и нанесением покрытия путем испарения компонентов из отдельных испарителей.

В ряде технологических решений при испарении сплавов с целью обеспечения сохранения стехиометрического состава покрытия и достижения более высоких физико-механических показателей применяют методы взрывного испарения тепловой вспышки. В этом случае температуру испарителя устанавливают значительно выше температуры начала испарения вещества.

При высокой температуре испарения образуются потоки высокой плотности, характеризующиеся высокой степенью ионизации. Такие испарители имеют систему дискретной либо непрерывной подачи вещества в зону испарения рисунок 5. Ограничениями метода являются нерегулируемая скорость осаждения, а также низкая, непостоянная и нерегулируемая энергия осаждаемых частиц. В этом методе разогрев испаряемого материала осуществляется электронной бомбардировкой.

Таким методом получают покрытия из сплавов металлов, полупроводников и даже диэлектриков. В устройствах, основанных на принципе нагрева электронной бомбардировкой, используют электронные пушки.

В качестве источника электронов обычно используют катод из вольфрамовой проволоки. Электроны, эмиттированные из катода, необходимо ускорить до потенциала в несколько киловольт. Различают четыре основных типа электронно-лучевых испарителей. Простейшая конструкция этого типа так называемая система подвешенной капли. Испарители такого типа предназначены для испарения веществ, имеющих большое поверхностное натяжение расплава.

Длиннофокусные пушки такого типа работают как в импульсном, так и в непрерывном режиме, применяются для испарения тугоплавких материалов с температурой испарения более 3000 о С. С помощью испарителя данного типа возможно испарение почти всех материалов с высокими промышленными скоростями. Траекторию электронного луча искривляют наложением поперечного магнитного поля. Использование искривлённых траекторий электронов позволяет эффективно разделить на малом расстоянии электронную пушку и источник паров.

При отклонении электронного пучка на угол до 270 о можно избежать таких недостатков, как образование плёнок на деталях электронно-оптических систем. Рассмотрим принцип действия электронно-лучевого испарителя. В электронной пушке происходит эмиссия свободных электронов с поверхности катода и формирование из них пучка под действие ускоряющих и фокусирующих электростатических и магнитных полей.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок 415. Интерференция в тонких пленках

Ниже кратко рассмотрены основные методы получения тонких пленок, их схемы работы, а также достоинства и недостатки этих методов. 4. Рассмотрены основные методы получения тонких пленок: физические методы осаждения: термическое испарение за счет резистивного нагрева;.

Гольдаде, Н. Скорины 2015 2 УДК 076. Крень; доктор технических наук О. Федосенко ; М-во образования РБ, Гом. Гомель: ГГУ им. Скорины, с. В практическом руководстве изложены основные данные о методах получения тонких пленок: термовакуумное напыление, ионно-плазменные и ионно-лучевые методы. УДК 076. При изготовлении всех видов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем в том или ином объеме используется технологический процесс нанесения тонких пленок в вакууме тонкопленочная технология. Технология тонких плёнок является одной из наиболее интенсивно развивающихся областей техники. Тонкие пленки нашли широкое применение в машино- и приборостроении, микроэлектронике, лазерной технике и медицине. Корпускулярно-фотонные и ионно-лучевые технологии тонких плёнок позволяют получать эффективные приборы, инструменты и механизмы, обладающие уникальными свойствами. Изучение технологии получения тонких плёнок является неотъемлемой частью современного образования специалиста в области новых материалов и технологий. Целью настоящего пособия является овладение студентами знаниями в области физических свойств и технологий тонких плёнок. В электронике наибольшее применение получили следующие методы нанесения тонких пленок: термовакуумное напыление, ионноплазменные и ионно-лучевые методы, вакуумное лазерное напыление. Ниже кратко рассмотрены основные методы получения тонких пленок, их схемы работы, а также достоинства и недостатки этих методов.

Технология тонких пленок на ориентирующих подложках 3. Получение высококачественных и воспроизводимых по электрофизическим параметрам тонкопленочных слоев является одним из важнейших технологических процессов формирования структур как дискретных диодов и транзисторов, так и активных и пассивных элементов ИМС.

Используют модифицированный висмутом халькогенидный полупроводниковый материал тройного состава GeSbTeУпомянутый материал подвергают механической активации. Осуществляют неравновесное высокочастотное ионно-плазменное распыление материала в атмосфере рабочего газа смеси газа аргона и водорода при соотношении 90:10. Осаждение осуществляют на диэлектрический слой в условиях среднего вакуума при давлении в камере от 0,5 до 1,0 Па и высокочастотном напряжении поля амплитудой от 400 до 470 В.

Тонкие плёнки

Испарение в сверхвысоком вакууме Напыление конденсацией из паровой газовой фазы обозначает группу методов напыления тонких плёнок в вакууме , в которых покрытие получается путём прямой конденсации пара. Проблемы, связанные с загрязнениями в среде-носителе при получении пленок, легко решаются при использовании методов осаждения в сверхвысоком вакууме при давлении менее 10-6 Па. Метод термического испарения заключается в нагреве исходных материалов с помощью какого-либо источника энергии до температуры испарения, и конденсации паров на поверхности твердого тела в виде тонких пленок и покрытий. В зависимости от температуры испарения материал нагревают резистивным способом, воздействием высокочастотного электромагнитного поля, бомбардировкой ускоренными электронами, лучем лазера и с помощью электрического разряда. Преимущества метода генерации потока осаждаемого вещества термическим испарением.

Способы нанесения тонких пленок

Ионно-плазменные методы получения тонких пленок. Конструктивные особенности установки катодного распыления. Характеристики и применение тонких пленок, полученных методом ионного распыления, последовательность процесса. Достоинства и недостатки метода. Методики измерения диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь сегнетоэлектрической пленки, напыленной на диэлектрическую подложку. Измерения емкости в планарных структурах. Требования, предъявляемые к анодным электродам. Методы формирования функциональных слоев микротвердооксидных топливных элементов.

Основные методы производства и модификации пленок. Многообразие видов применяемых пленок определяет разнообразие методов их производства.

Список литературы Введение Один из современных способов модификаций изделий машиностроения и приборостроения - уменьшение геометрических размеров их элементов. Многие из них включают в себя тонкопленочные покрытия, характеристики которых можно менять, варьируя их толщину.

Методы получения тонких пленок

.

Обзор методов получения пленок и их свойств

.

Please turn JavaScript on and reload the page.

.

Реферат - Методы получения тонких пленок - файл 1.doc

.

Курсовая работа: Методы получения тонких пленок

.

Курсовая работа: Вакуумное напыление

.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Электрическая прочность тонких плёнок
Похожие публикации