Основные типы, области применения и материалы тонкопленочных покрытий

В качестве подложки могут использоваться практические любые твердые материалы: полупроводники, металлы, сплавы, полимеры, стекло, керамика, камень, дерево, ткани, порошковые материалы и т.д.

Технологический маршрут нанесения тонкопленочных покрытий состоит из следующих операций:

1) проверки работоспособности оборудования (наличия рабочих материалов, газов, герметичности вакуумных камер);

2) загрузки подложки из атмосферы в вакуум и ее перемещения в рабочую (технологическую) камеру;

3) подготовки поверхности подложки (нагрева, очистки, активации);

4) выхода на заданные режимы работы источников нанесения тонкопленочного покрытия;

5) напуска рабочего газа (если необходимо);

6) осаждения тонкой пленки;

7) стабилизации и контроля параметров пленки (нагрев, отжиг и др.);

8) выгрузки обработанных изделий.

Осаждение тонких пленок в вакууме включает три этапа: генерацию атомов или молекул, перенос их к подложке и рост пленки на поверхности подложки. Состав и структура пленки зависят от исходных материалов, метода и режимов нанесения, обеспечивающих необходимый энергомассоперенос материала.

В Табл.6 представлена классификация методов нанесения тонких пленок в вакууме, в основу которой положены физические принципы генерации и переноса потоков атомов или молекул, способы реализации этих принципов и конструктивное исполнение.

Основными технологическими режимами нанесения тонких пленок в вакууме являются: давление в рабочей камере p_вак (остаточных газов - вакуума) и p_р.г. (рабочего газа - инертного, химически активного, смеси газов), Па; температура подложки (изделия) T_п, К; максимальная скорость осаждения пленки V_оmax, мкм/с; энергия осаждающихся атомов, молекул, ионов и кластеров E, эВ; доля ионизированных частиц K_и.

В приведенных в Табл.6 формулах использованы также следующие обозначения: p_нас - давление насыщенного пара, Па; M - молекулярная масса испаряемого материала, кг/кмоль; T_исп - температура испарения, К; F_и,р - площадь поверхности испарения или распыления, м²; d - расстояние от источника до подложки, м; r - плотность осаждаемого материала, кг/м³; j_и - плотность ионного тока, А/м²; S - коэффициент распыления, атом/ион; q_доп - допустимая плотность потока энергии на поверхность конденсации, Вт/см²; E_опт - оптимальная энергия осаждающихся частиц, эВ; p_i, r_i и M_i - соответственно парциальное давление (Па), плотность (кг/м³) и молекулярная масса (кг/кмоль) осаждающихся из газовой смеси компонентов n.

Условные обозначения методов приняты с целью использования их в базах данных и автоматизированных экспертных системах, необходимых для повышения уровня информационного обеспечения разработок и исследований в области технологии тонких пленок.

Осаждение тонких пленок в вакууме методом термического испарения D0 осуществляется путем подведения к веществу энергии резистивным D00 (прямым D000 - D002 и косвенным D003) и высокочастотным D01 нагревом, электронной бомбардировкой D02, электронно-лучевым нагревом D03 и нагревом с помощью лазерного излучения D04. При температуре вещества равной, либо превышающей T_исп частицы покидают испаритель, переносятся в вакууме на подложку и конденсируются на ее поверхности в виде тонкой пленки.

Если помимо физических процессов, происходящих во время осаждения тонкой пленки, при напуске в рабочую камеру реактивного газа, в пространстве между источником и подложкой или на поверхности подложки протекает химическая реакция, то соответствующий метод называется реактивным D___R. Например, для получения пленок нитрида титана 2Ti + N₂ = 2TiN.