stringtranslate.com

Испарение (осаждение)

Термическое испарение в резистивной нагреваемой лодке

Испарение является распространенным методом осаждения тонких пленок . Исходный материал испаряется в вакууме . Вакуум позволяет частицам пара перемещаться непосредственно к целевому объекту (подложке), где они конденсируются обратно в твердое состояние. Испарение используется в микропроизводстве и для изготовления макромасштабных продуктов, таких как металлизированная пластиковая пленка.

История

Впервые осаждение испарением было обнаружено в лампах накаливания в конце девятнадцатого века. Проблема почернения колбы была одним из главных препятствий для создания ламп с длительным сроком службы и получила большое количество исследований Томаса Эдисона и его компании General Electric , а также многих других, работающих над своими собственными лампочками. Впервые это явление было адаптировано к процессу вакуумного осаждения Полем и Прингсхаймом в 1912 году. Однако оно находило мало применения до 1930-х годов, когда люди начали экспериментировать со способами изготовления зеркал с алюминиевым покрытием для использования в телескопах . Алюминий был слишком реактивным, чтобы его можно было использовать в методах химического мокрого осаждения или гальванопокрытия . Джон Д. Стронг успешно изготовил первые алюминиевые зеркала для телескопов в 1930-х годах с помощью осаждения испарением. Поскольку он создает аморфное (стеклообразное) покрытие, а не кристаллическое, с высокой однородностью и точным контролем толщины, впоследствии он стал распространенным процессом для производства тонкопленочных оптических покрытий из различных материалов, как металлических, так и неметаллических (диэлектрических), и был принят для многих других целей, таких как покрытие пластиковых игрушек и автомобильных деталей, производство полупроводников и микрочипов , а также майларовых пленок, которые используются в конденсаторах и для терморегулирования космических аппаратов . [1]

Физический принцип

Островки серебра толщиной в один атом, нанесенные на поверхность палладия (111) путем термического испарения. Подложка, даже если она была отполирована в зеркальном направлении и подвергнута вакуумному отжигу, выглядит как ряд террас. Калибровка покрытия достигалась путем отслеживания времени, необходимого для завершения полного монослоя с помощью туннельной микроскопии (СТМ), и по появлению состояний квантовых ям, характерных для толщины серебряной пленки, в фотоэмиссионной спектроскопии (ARPES). Размер изображения составляет 250 нм на 250 нм. [2]

Испарение включает в себя два основных процесса: горячий источник испаряет материал, и он конденсируется на более холодной подложке, которая находится ниже точки плавления. Это напоминает знакомый процесс, при котором жидкая вода появляется на крышке кипящей кастрюли. Однако газообразная среда и источник тепла (см. «Оборудование» ниже) отличаются. Жидкости , такие как вода, не могут существовать в вакууме, поскольку им требуется некоторый уровень внешнего давления, чтобы удерживать атомы и молекулы вместе. В вакууме материалы сублимируются (испаряются), расширяются наружу и при контакте с поверхностью конденсируются обратно в твердое тело ( осаждаясь ), никогда не проходя через жидкое состояние. Таким образом, по сравнению с водой, этот процесс больше похож на образование инея на окне.

Испарение происходит в вакууме, т. е. пары, отличные от исходного материала, почти полностью удаляются до начала процесса. В высоком вакууме (с большой длиной свободного пробега ) испаренные частицы могут перемещаться непосредственно к мишени осаждения, не сталкиваясь с фоновым газом. (Напротив, в примере с кипящим горшком водяной пар выталкивает воздух из горшка, прежде чем он успевает достичь крышки.) При типичном давлении 10−4 Па частица размером 0,4 нм имеет длину свободного пробега 60 м. Горячие объекты в испарительной камере, такие как нагревательные нити, производят нежелательные пары, которые ограничивают качество вакуума.

Испаренные атомы, которые сталкиваются с посторонними частицами, могут реагировать с ними; например, если алюминий осаждается в присутствии кислорода, он образует оксид алюминия. Они также уменьшают количество пара, достигающего подложки, что затрудняет контроль толщины.

Испаренные материалы осаждаются неравномерно, если подложка имеет шероховатую поверхность (как это часто бывает с интегральными схемами). Поскольку испаренный материал атакует подложку в основном с одного направления, выступающие элементы блокируют испаренный материал с некоторых участков. Это явление называется «затенением» или «ступенчатым покрытием».

Когда испарение осуществляется в условиях низкого вакуума или близкого к атмосферному давлению, полученное осаждение обычно неоднородно и не имеет тенденции быть сплошной или гладкой пленкой. Скорее, осаждение будет выглядеть размытым.

Оборудование

Термический испаритель с молибденовой лодочкой, закрепленной между двумя массивными медными вводами, охлаждаемыми водой.

Любая система испарения включает в себя вакуумный насос . Она также включает в себя источник энергии, который испаряет осаждаемый материал. Существует много различных источников энергии:

Некоторые системы монтируют подложку на планетарный механизм вне плоскости. Механизм вращает подложку одновременно вокруг двух осей, чтобы уменьшить затенение.

Оптимизация

Приложения

Испарительная машина, используемая для металлизации на технологическом предприятии LAAS в Тулузе, Франция.

Важным примером испарительного процесса является производство алюминизированной упаковочной пленки из ПЭТ в рулонной системе . Часто слой алюминия в этом материале недостаточно толстый, чтобы быть полностью непрозрачным, поскольку более тонкий слой может быть нанесен дешевле, чем толстый. Основное назначение алюминия — изолировать продукт от внешней среды, создавая барьер для прохождения света , кислорода или водяного пара.

Испарение обычно используется в микропроизводстве для нанесения металлических пленок.

Сравнение с другими методами осаждения

Ссылки

  1. ^ Основы технологии вакуумного покрытия Автор: DM Mattox -- Springer 2004 Страница 37
  2. ^ Trontl, V. Mikšić; Pletikosić, I.; Milun, M.; Pervan, P.; Lazić, P.; Šokčević, D.; Brako, R. (2005-12-16). "Экспериментальное и ab initio исследование структурных и электронных свойств субнанометровых толстых пленок Ag на Pd(111)". Physical Review B. 72 ( 23): 235418. doi :10.1103/PhysRevB.72.235418.
  3. ^ Кузмичев, Анатолий; Цыбульский, Леонид (2011-02-14). Грундас, Станислав (ред.). "Испарители с индукционным нагревом и их применение". InTech. doi : 10.5772/13934 . ISBN 978-953-307-522-8. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Внешние ссылки