Vakuuminio garinimo dengimo principas
1. Vakuuminio garinimo dengimo įranga ir fizinis procesas
Vakuuminio garinimo dengimo įranga daugiausia sudaryta iš vakuuminės kameros ir išsiurbimo sistemos. Vakuuminės kameros viduje yra garinimo šaltinis (t. y. garinimo šildytuvas), substratas ir substrato rėmas, substrato šildytuvas, išmetimo sistema ir kt.
Dangos medžiaga dedama į vakuuminės kameros garinimo šaltinį ir, esant aukštam vakuumui, kaitinama garinimo šaltinio, kad išgaruotų. Kai vidutinis garų molekulių laisvasis diapazonas yra didesnis už vakuuminės kameros linijinį dydį, plėvelės garų atomai ir molekulės, ištrūkę iš garinimo šaltinio paviršiaus, retai susiduria su kitomis molekulėmis ar atomais ir tiesiogiai pasiekia dengiamo pagrindo paviršių. Dėl žemos pagrindo temperatūros plėvelės garų dalelės kondensuojasi ant jo ir sudaro plėvelę.
Siekiant pagerinti garavimo molekulių ir substrato sukibimą, substratą galima aktyvuoti tinkamai kaitinant arba valant jonais. Vakuuminio garinimo metu dengiant atliekami šie fizikiniai procesai: nuo medžiagos išgarinimo, transportavimo iki nusodinimo į plėvelę.
(1) Naudojant įvairius būdus kitoms energijos formoms paversti šilumine energija, plėvelės medžiaga kaitinama, kad išgaruotų arba sublimuotųsi į dujines daleles (atomus, molekules arba atomų grupes) su tam tikru energijos kiekiu (nuo 0,1 iki 0,3 eV).
(2) Dujinės dalelės palieka plėvelės paviršių ir tam tikru greičiu, iš esmės be susidūrimų, tiesia linija transportuojamos į pagrindo paviršių.
(3) Dujinės dalelės, pasiekiančios substrato paviršių, susijungia ir sudaro branduolį, o tada išauga į kietos fazės plėvelę.
(4) Plėvelę sudarančių atomų reorganizavimas arba cheminis sujungimas.
2, garinimo šildymas
(1) Atsparus kaitinimas garuojant
Atsparus kaitinimas garinimu yra paprasčiausias ir dažniausiai naudojamas kaitinimo metodas, paprastai taikomas dengimo medžiagoms, kurių lydymosi temperatūra žemesnė nei 1500 ℃. Aukštos lydymosi temperatūros metalai vielos arba lakšto pavidalu (W, Mo, Ti, Ta, boro nitridas ir kt.) paprastai gaminami į tinkamos formos garinimo šaltinį, pripildomi garinimo medžiagomis, per džaulio šilumą elektros srovės lydymui, garinimui arba sublimacijai dengimo medžiagai. Garinimo šaltinio forma daugiausia apima daugiagrandę spiralę, U formos, sinusoidę, ploną plokštę, valtį, kūginį krepšelį ir kt. Tuo pačiu metu metodas reikalauja, kad garinimo šaltinio medžiaga turėtų aukštą lydymosi temperatūrą, mažą sočiųjų garų slėgį, stabilias chemines savybes, chemiškai nereaguotų su dengimo medžiaga aukštoje temperatūroje, būtų atspari karščiui, mažai keistųsi galios tankis ir kt. Jis naudoja didelę srovę per garinimo šaltinį, kad jis įkaistų ir išgarintų plėvelės medžiagą tiesiogiai kaitinant, arba plėvelės medžiaga dedama į tiglį, pagamintą iš grafito ir tam tikrų aukštai temperatūrai atsparių metalų oksidų (pvz., A202, B0) ir kitų medžiagų, skirtų netiesioginiam kaitinimui, kad išgaruotų.
Varžinio kaitinimo garinimo danga turi trūkumų: ugniai atsparių metalų garų slėgis yra mažas, todėl sunku pagaminti ploną plėvelę; kai kuriuos elementus lengva suformuoti lydiniu su kaitinimo viela; nėra lengva gauti vienodos lydinio plėvelės sudėtį. Dėl paprastos struktūros, mažos kainos ir paprasto varžinio kaitinimo garinimo metodo taikymo, jis yra labai dažnas.
(2) Elektronų pluošto kaitinimo garinimas
Elektronų pluošto garinimas – tai dengimo medžiagos garinimo metodas, bombarduojant ją didelio energijos tankio elektronų pluoštu, įdedant ją į vandeniu aušinamą varinį tiglį. Garinimo šaltinis susideda iš elektronų emisijos šaltinio, elektronų greitinimo maitinimo šaltinio, tiglio (dažniausiai varinio tiglio), magnetinio lauko ritės, aušinimo vandens rinkinio ir kt. Šiame įrenginyje kaitinama medžiaga dedama į vandeniu aušinamą tiglį, ir elektronų pluoštas bombarduoja tik labai nedidelę medžiagos dalį, o didžioji likusios medžiagos dalis, veikiant tiglio aušinimo poveikiui, išlieka labai žemoje temperatūroje, ir tai galima laikyti bombarduojama tiglio dalimi. Taigi, elektronų pluošto kaitinimo garinimui metodas gali padėti išvengti užteršimo tarp dengimo medžiagos ir garinimo šaltinio medžiagos.
Elektronų pluošto garinimo šaltinio struktūrą galima suskirstyti į tris tipus: tiesius garinimo įrenginius (bulinius), žiedinius (elektra nukreiptus) ir elektroninius (magnetu nukreiptus). Garinimo įrenginyje gali būti dedamas vienas ar keli tigliai, kurie gali vienu metu arba atskirai išgarinti ir nusodinti daug skirtingų medžiagų.
Elektronų pluošto garinimo šaltiniai turi šiuos privalumus.
①Didelis elektronų pluošto bombardavimo garinimo šaltinio pluošto tankis gali pasiekti daug didesnį energijos tankį nei varžinio šildymo šaltinis, kuris gali išgarinti aukštos lydymosi temperatūros medžiagas, tokias kaip W, Mo, Al2O3 ir kt.
②Dangos medžiaga dedama į vandeniu aušinamą varinį tiglį, kuris gali išvengti garavimo šaltinio medžiagos išgaravimo ir reakcijos tarp jų.
③Šiluma gali būti tiesiogiai tiekiama į dangos medžiagos paviršių, todėl šiluminis efektyvumas yra didelis, o šilumos laidumo ir šilumos spinduliavimo nuostoliai – maži.
Elektronų pluošto kaitinimo garinimo metodo trūkumas yra tas, kad pirminiai elektronai iš elektronų pistoleto ir antriniai elektronai iš dangos medžiagos paviršiaus jonizuoja garuojančius atomus ir likusias dujų molekules, o tai kartais paveikia plėvelės kokybę.
(3) Aukšto dažnio indukcinio kaitinimo garinimas
Aukšto dažnio indukcinio kaitinimo garinimas – tai tiglio su dengimo medžiaga įdėjimas į aukšto dažnio spiralinės ritės centrą, kad dengimo medžiaga, veikiama aukšto dažnio elektromagnetinio lauko, sukurtų stiprią sūkurinę srovę ir histerezės efektą, dėl kurio plėvelės sluoksnis įkaista, kol išgaruoja. Garinimo šaltinis paprastai susideda iš vandeniu aušinamos aukšto dažnio ritės ir grafito arba keramikos (magnio oksido, aliuminio oksido, boro oksido ir kt.) tiglio. Aukšto dažnio maitinimo šaltinis naudoja nuo dešimties tūkstančių iki kelių šimtų tūkstančių Hz dažnį, įėjimo galia yra nuo kelių iki kelių šimtų kilovatų, kuo mažesnis membranos medžiagos tūris, tuo didesnis indukcijos dažnis. Indukcinės ritės dažnis paprastai gaminamas iš vandeniu aušinamo varinio vamzdžio.
Aukšto dažnio indukcinio kaitinimo garinimo metodo trūkumas yra tas, kad nėra lengva tiksliai reguliuoti įvesties galią, jis turi šiuos privalumus.
①Didelis garavimo greitis
② Garavimo šaltinio temperatūra yra vienoda ir stabili, todėl nėra lengva sukelti dangos lašelių purslų reiškinį, taip pat galima išvengti skylučių susidarymo ant nusodintos plėvelės.
③Garinimo šaltinis įkraunamas vieną kartą, o temperatūrą valdyti gana lengva ir paprasta.
Įrašo laikas: 2022 m. spalio 28 d.