Характер распределения испаряемого вещества в пространстве

 

Характер распределения испаряемого вещества в пространстве над испа­рителем определяется двумя основными параметрами: рабочим давлением в ва­куумной камере и плотностью потока испаряемых ато­мов и молекул.

Если давление в вакуум­ной камере порядка 10^-3 - 10^-4 Па и менее, молекулы и атомы испаряемого вещества достигают поверхности подложки без столкновений между со­бой и с молекулами остаточ­ных газов. В этом случае говорят, что реализуется молекулярный режим испа­рения и конденсации, для кото­рого справедливы законы Ламберта - Кнудсена:

- распределение в пространстве потока вещества, испаренного с плоской поверхности, пропорционально ( -угол между нап­равлением распро­странения паров и нормалью к поверхности);

- число частиц, попадающих на поверхность подложки, обратно пропор­ционально квадрату расстояния между испарителем и подлож­кой.

В соответствии с законом Ламберта - Кнудсена испарение ве­щества проис­ходит неравномерно во всех направлениях, а преиму­щественно в направлениях, близких к нормали к испаряемой поверх­ности, где имеет максимальную величину.

Количество вещества, которое осаждается на противолежащую по­верх­ность, зависит также от положения этой поверхности относитель­но испарителя. Как видно из рис. 2.1, количество вещества, испа­ренного в пределах про­странственного угла dω, осаждается на площади, величина которой возрастает с увеличением как расстояния до испарителя, так и угла падения. Площадь эле­мента подложки для данных dω, r и θ определяется по формуле

. (2.2)

Следовательно, масса вещества, осажденного на единицу площади опреде­ляется как

, (2.3)

где М_е - количество испаренного вещества.

 

Рис.2.1. Испарение из испарителя с малой площадью dAe на элемент поверх­ности подложки dAr

При испарении материала точечным испарителем скорость испарения по массе не зависит от направления. Для элемента подложки dA_r, заключенного внутри пространственного угла dω, зависимость dA_r от расстояния до испарителя и направления испарения является такой же, как и для испарителя с малой поверхностью, т.е. dA_r=r²·dω/cosθ (рис.2.2). Тогда количество массы вещества, осажденного от точечного испарителя, можно представить в виде

. (2.4)

 

Для получения от точечного испарителя пленки однородной толщины необходимо испаритель помещать в центр подложки в виде сферы, так чтобы cosθ=1 и r = const.

Большую роль в формировании молекулярных пучков играют отражатели и диафрагмы. Отражающая поверхность, нагретая до температуры, близкой к температуре испарителя, становится вторичным испарителем, так как независимо от угла падения отражает молекулы по закону косинуса. Придание отражающей поверхности соответствующей формы позволяет увеличить интенсивность потока в полезном направлении.

Диафрагмы дают возможность «вырезать» из общего потока пучок нужного сечения и направленности и избежать бесполезного распыления вещества.

Рис.2.2. Испарение из точечного испарителя площадью dAe на элемент по­верхности подложки dAr