ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 13
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
"САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ЛЭТИ""
ИМ. В.И.УЛЬЯНОВА(ЛЕНИНА)
Кафедра МИТ
ОТЧЕТ
По индивидуальному домашнему заданию №5
Тема: Термическое вакуумное напыление
Вариант 8
Студент группы 1104: Кадол Г.Ю.
Преподаватель: Рассадина А.А.
Санкт-Петербург
2022
Задание №1: Рассчитать зависимость толщины напыляемой пленки d от расстояния от центра подложки L для испарителя малой площади и для точечного испарителя и отношение толщины пленки в центре подложки d0 к толщине пленки d на удалении L от центра в соответствии с данными по индивидуальному заданию, сравнить и сделать выводы.
Дано: Распыляемый материал-Al
Масса материала-0.25г
Диаметр подложки- 100 мм
Расстояние испарителя-подложки- 300 мм
Решение: Получение тонких пленок является одной из основных задач технологии изготовления микросхем, а метод термического вакуумного напыления (ТВН) одним из самых распространенных даже до настоящего времени. Известен он еще с 1857 г. благодаря экспериментам Фарадея с взрывающимися проволочками и состоит из следующих основных этапов: нагреве в вакууме наносимого вещества до температуры испарения, транспортировке парогазового облака через вакуум от испарителя до подложки и конденсации пара на поверхности подложки.
Исследования процессов испарения твердых тел, начатые классическими работами Герца, Кнудсена и Лэнгмюра дали к настоящему времени весьма обширную информацию о плотности паров практически всех элементов и большого числа различных соединений. Скорость испарения, в основном, определяется давлением пара испаряемого вещества. Для вакуумного напыления большинства веществ приемлемые скорости испарителя достигаются при давлении пара
мм рт.ст. . Использование современных экспериментальных методов исследования (масс-спектрометрия, изотопный анализ, атомно-адсорбционная спектрометрия и др.) открыло возможности для экспериментального изучения процесса испарения отдельных компонентов сложных систем, влияния различных факторов на эти процессы. Обычно процесс испарения связан с плавлением материала, хотя температура испарения может отличаться от температуры плавления на сотни градусов. К примеру, температура плавления для алюминия, золота и марганца 961, 1063 и 1244 градусов Цельсия, а температура испарения 1150, 1465 и 980 градусов Цельсия соответственно. Марганец начинает интенсивно испаряться (сублимировать) раньше, чем плавиться. Поэтому за температуру испарения принимают температуру, при которой парциальное давление паров испаряемого вещества составляет приблизительно 1,3 Па.
Физически процесс испарения твердого тела связан с флуктуационным преодолением отдельными атомами или молекулами потенциального барьера на границе твердое тело-газ или твердое тело-вакуум. Вероятность такого процесса при температуре Т определяется фактором Больцмана exp(-U/KT), где U – величина потенциального барьера, K – постоянная Больцмана. Это означает, что температурная зависимость давления пара над поверхностью твердого тела определяется уравнением:
(1)где a и b представляют собой характеристики конкретной системы, при этом величина b пропорциональна энергии испарения.
Для создания покрытия значительная часть частиц должна адсорбироваться на подложке или вследствие химической реакции образовать новое соединение. Поток испарившихся частиц в вакууме образуется в случае, когда давление пара испаряемого материала превышает давление остаточных газов в камере. Для испарения вещества можно использовать электронный или лазерный луч, джоулево тепло, высокочастотное поле. Рассмотрим первую составляющую испарение вещества. Интенсивность испарения материала из расплава оценивают с помощью уравнения Герца Кнудсена:
(2) где Ne число молекул на единицу площади в единицу времени; m моле-кулярная (атомная) масса; KT постоянная Больцмана; Т температура поверхности источника (К); pe равновесное давление пара испаряемого вещества. Это давление пара может быть выражено через скорость потери массы источником на единице площади:
(3)где М масса грамм моля испаряемого вещества, pe давление пара [Па]
Это означает, что при фиксированной температуре скорость испарения не может превышать некоторое значение, определяемое формулой Герца, вне зависимости от количества подводимого тепла, что говорит о необходимости соблюдения теплового баланса. Численные значения скоростей испарения по массе для металлов при различных давлениях паров были табулированы Дэшманом.
Второй этап транспортировка пара от испарителя к подложке. Если считать, что скорости молекул в момент испарения распределены по максвелловскому закону, то тогда от точечного испарителя они будут двигаться во всех направлениях с равной вероятностью. Плотность потока пара будет описываться выражением:
(4)где Ф() плотность потока в направлении, составляющим с нормалью к поверхности угол ; Ф0 его плотность при = 0. Это уравнение представляет собой косинусоидальный закон распределения.
В соответствии с ним испарение вещества происходит не равномерно во всех направлениях, а преимущественно в направлениях, близких к нормали к испаряемой поверхности (кратчайшее расстояние от испарителя до подложки), где cos имеет максимальное значение. При этом масса испаряемого вещества, приходящегося на единицу поверхности подложки, зависит от расстояния от центра подложки вследствие чисто геометрических соображений, как это показано на рис.1. Тогда зависимость толщины напыляемой пленки d от расстояния от центра подложки L для испарителя малой площади (испаритель, у которого размеры поверхности испарения малы по сравнению с расстоянием от этой поверхности до подложки), расположенного на расстоянии h от подложки, будет определяться как:
+
(5)1.1.Для испарителя малой площади:
1.2.Отношение толщины пленки в центре и на удалении:
2.1.Для точечного испарителя:
2.2.Отношение толщины пленки в центре и на удалении:
Вывод: Основываясь на формулах и полученных данных, можно сказать, что чем меньше Расстояние от центра подложки, тем больше толщина напыляемой пленки. Слой напыления для точечного испарителя будет тоньше и более равномерным. Чем меньше диаметр подложки, тем более равномерный будет напыляемый слой. При увеличении расстояния от испарителя до подложки толщина пленки и равномерность напыление слоя буду увеличиваться, а массовая доля вещества уменьшатся.