Ім'я файлу: Курсова_робота_ст_гр_МТ_42_Вонса_Миколи 2.docx
Розширення: docx
Розмір: 1108кб.
Дата: 27.04.2022
скачати
Розширення: docx
Розмір: 1108кб.
Дата: 27.04.2022
скачати
Рисунок 2.2.2.1 – Електронна пушка
В електронній гарматі з поверхні катода відбувається емісія вільних електронів і їх формування під дією прискорюючих і фокусуючих електростатичних і магнітних полів в пучок, який подається в робочу камеру через вихідний отвір. Для підведення електронного пучка до тиглю з випаровуваним матеріалом і забезпечення його необхідних параметрів використовуються головним чином магнітні фокусуючі лінзи і відхиляючі системи. Безперешкодне проходження такого пучка до об'єкта можливо тільки в високому вакуумі. Внаслідок бомбардування поверхні електронним пучком, матеріал нагрівається до температури, при якій відбувається його випаровування з необхідною швидкістю. В утворений потік поміщається підкладка, на яку конденсується випаровувана речовина. Випаровуючий пристрій доповнюється засобами вимірювання і контролю, які особливо важливі для управління електронним пучком в процесі напилення[11].
У найпростішому випадку електронний пучок направляється на випаровуваний матеріал прямо зверху або під нахилом до поверхні. Для фокусування пучка і отримання на поверхні матеріалу необхідної питомої потужності використовуються довгофокусні генератори електронних пучків. Істотні недоліки такого розташування - можливість утворення плівки на деталях електронно-оптичної системи, що призводить до зміни параметрів електронного променя, і обмеження корисної площі для розміщення підкладки через затінення частини технологічної камери гарматою. Зазначених недоліків можна уникнути, розміщуючи гармату горизонтально, а відхилення електронного пучка на випаровуваний матеріал здійснювати за допомогою систем, що забезпечують поворот пучка на кут до 270 °.
Як правило, електронно-променевий випаровувач (рис. 2.2.2.2) складається з трьох основних частин: електронної гармати, відхиляючої системи і водоохолодженого тигля різної ємності. Це забезпечує безперервну роботу без додавання матеріалу, який випаровується, який, крім того, в розплавленому стані не контактує з мідними стінками тигля. У загальному випадку можливе використання сформованого за розміром тигля матеріалу (безтигельне випаровування) або застосування спільно зі спеціальними тиглями порошкового матеріалу[11].
Рисунок 2.2.2.2 – Схема електронно-променевого випаровувача
У виробництві широко використовуються електроннопроменеві випаровувачі, що дають можливість отримання тонких плівок металів, сплавів і діелектриків. Хороше фокусування електронного пучка дає змогу отримувати більшу концентрацію потужності (до 5 · 108 Вт / см2) і високу температуру, забезпечуючи можливість випаровування з великою швидкістю навіть найбільш тугоплавких матеріалів. Швидке переміщення нагрітої зони в результаті відхилення потоку електронів, регулювання і контроль потужності нагріву і швидкості осадження створюють передумови для автоматичного управління процесом. У методі ефективно реалізується автотигельне випаровування матеріалу, тому він забезпечує високу чистоту і однорідність напилення.
Імпульсне лазерне осадження
Імпульсно-лазерне осадження - інша техніка фізичного осадження для нанесення тонкоплівкового шару покриття. Під час процесу осадження тонкої плівки лазерний промінь використовується для нанесення матеріалу для осадження тонких плівок всередині вакуумної камери, як показано на малюнку 2.2.3.1.
Рисунок 2.2.3.1 – Схема установки для імпульсного лазерного напилення
Для даного методу використовуються різні види лазерних джерел. Найпоширенішими лазерами є Nd-YAG, KrF (248 нм) та XeCl (308 нм). Коли
лазерний промінь вражає цільовий матеріал, він створює шлейф, який може осідати на різних підкладках. Створений шлейф може містити нейтронні, звичайні атоми та іонізовані частинки[12]. Що стосується тонких плівок оксиду металів, для осадження оксидів металів використовується кисень. Якість плівки залежить від різних параметрів, таких як довжина хвилі лазера, енергія, атмосферний тиск, тривалість імпульсу та відстань цілі до підкладки. Даний метод має деякі переваги перед іншими системами фізичного осадження через швидкий час осадження та сумісність з киснем та іншими інертними газами[12].
Золь-гелевий метод
Хоча виробництво тонких плівок фізичними методами, як описано раніше, дає хорошу якість та функціональні властивості, воно є дуже дорогим і вимагає великої кількості цільового матеріалу. Оскільки є необхідність виготовлення високоякісних тонких плівок із низькою економічною вартістю, методи хімічного осадження широко застосовуються у всьому світі. Ці методи дозволяють виробляти дешеві тонкі плівки. Більшість із них не потребує дорогого обладнання. Хімічне осадження сильно залежить від хімії розчинів, значення рН, в'язкості тощо. Найбільш поширене хімічне осадження було отримано золь-гелевим способом, хімічним осадженням у ванні, електроосадженням, хімічним осадженням пари та методом розпилювального піролізу. Цей розділ стосується лише методів осадження оль-гелів та хімічних ванн, оскільки вони можуть утворювати хорошу якість плівки з низькими вимогами до обладнання.
Золь - це дисперсія твердих частинок у рідині, де лише броунівський рух впливає на частинки. Суспензія частинок лінійного розміру між 1нм та 1 мкм називаються колоїдами, які утворюються гідролізом і поліконденсацією реакції алкоксидів металів, таких як оксиди Si та Ti. Ці оксиди Si та Ті називають попередниками. Попередник - це сполука, яка бере участь у хімічній реакції для отримання іншого з'єднання. Численні металеві попередники, в тому числі алкоксиди, карбоксилати, дикетонати та різні органічні солеві розчини
використовуються для формування металевих комплексних сполук, але з комерційної точки зору, алкоксиди більшості металів можуть бути синтезованими та є зручними вихідними матеріалами завдяки розповсюдженості та вартості.
Гель - це стан, коли і рідина, і тверда речовина знаходяться в дисперсії між собою, який представляє собою міцне з’єднання, що містить рідкі компоненти. Гель - пориста дерево-подібна пов’язана між собою напівтверда сполука, яка стабільно розширюється протягом усього рідкого середовища і обмежується розміром ємності в якій знаходиться. Гель вважають колоїдним розчином, якщо тверда сполука готується з використанням колоїдних золевих частинок. Рідина присутня між сіткою твердої сполуки, з якої складається гель не витікає спонтанно і знаходиться в термодинамічній рівновазі з твердим тілом сполуки[13]. Метод золь-гелю складається з чотирьох наступних етапів:
Необхідні колоїдні частинки одночасно дисперсуються в рідині з утворенням золю.
Осадження розчину золю утворює покриття на підкладках шляхом розпилення або спринцювання або обертання. Частинки в золі полімеризуються через видалення загальнозміцнюючих компонентів і утворюється гель в стані нерозривної сполуки.
Кінцеві термічні обробки піролізують решту органічного або неорганічного компоненти і утворюють аморфний шар, який може перетворюватися на кристалічний методом відпалу.
Тонкі плівки з золя можна осаджувати наступними методами:
покриття зануренням;
покриття обертанням;
обприскування.
Тонкі плівки готують шляхом нанесення розчинів-попередників на різні підкладки. Аморфні гелеві плівки піролізуються при відносно низьких температурах (300 C…700 C) з утворенням аморфних або кристалічних оксидів з подальшим відпалом при відносно високій температура для забезпечення кристалізації[14].
Покриття зануренням
Техніка занурення застосовується для виготовлення прозорих шарів оксидів на прозорій підкладці з високим ступенем планарності та якості поверхні. Також можна використовувати інші підкладки. Можна чітко визначити товщину плівки до 1 мкм. Можна накладати кілька шарів.Рисунок 2.2.5.1 – Схема нанесення тонких плівок методом занурення Скривен описав процес нанесення покриття зануренням на п’ять етапів:
занурення, запуск реакції, осадження, дренаж та випаровування[15]. Отже, випаровування зазвичай супроводжує етапи пуску, осадження та осушення, як показано на рисунку 2.2.5.1.
2.2.7. Метод хімічного осадження у ванні
Метод хімічного осадження у ванні також відомий як техніка росту розчину або контрольованого осадження. Це найдавніший спосіб нанесення плівок на підкладку. Техніка росту розчинів в основному використовується для приготування плівок халькогенідів, а також плівок оксиду металу. Також осадження можна проводити при більш низьких температурах[16]. У даному способі росту затравний розчин іонів металів повинен бути насичений лігандами. Комплексний розчин одержують з розчином аміаку, триетаноламіну, етилендіамін-тетраоцтової кислоти, лимонної кислоти, тощо. Коли насичення закінчено, має відбуватися додавання аніонів. Ці аніони походять із розчинів тіомочевини, тіоацетаміду, тіосульфату та натрію, сульфіду натрію як джерела аніонів сірки або селенуреї та селеносальфату натрію для аніонів селену для депонування халькогенідів. Підкладку кладуть у вертикальне, або горизонтальне положення всередині розчину і залишають до отримання бажаної товщини плівки. Осадження оксидних плівок зовсім інше, ніж халькогенідів. Після здійснення насичення, контролюючи значення рН, підкладку занурюють у розчин при бажаній температурі, що змінюється в межах 60…100 °С для осадження, в більшості випадків, плівок гідроксиду металу. Потім плівка гідроксиду може бути передана оксиду методом відпалу. На малюнку 2.2.7.1 представлений простий спосіб осадження хімічної ванни. Існує багато оглядів та літератури, де описано осадження хімічної ванни як для плівок халькогеніду, так і для оксидів[17].
1 2 3 4 5 6 7