Испаритель для вакуумного нанесения тонких гибридных пленок металлов и полупроводников

Полезная модель относится к устройствам для изготовления тонких пленок металлов и полупроводников и может быть использована при вакуумном нанесении пленок из Au, Ag, и сплава Au - Ge или Ge.
Известны устройства для вакуумного нанесения тонких пленок различных веществ (см. например, 1) JP 56-116873 А, 12.09.1981; 2) RU №2 507304 (Int. CI. С23С 14/24), опубл. 20.02.2014. Бюл. №5).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятым за прототип является испаритель для вакуумного нанесения тонких пленок металлов и полупроводников, описанный в патенте РФ №2507304. Испаритель выполнен в виде углеродного стержня с продольной канавкой для размещения напыляемого материала, имеющей в поперечном сечении вид трапеции, при этом в канавке размещен объемный элемент в виде отрезка проволоки из W, или Мо, или Та.
Недостатком указанного испарителя является неоднородность распределения толщины осаждаемой пленки металла или полупроводника по площади подложки, а также невозможность получения многокомпонентных -гибридных пленок.
Технической задачей заявляемого решения является - уменьшение неоднородности распределения толщины осаждаемой пленки металла или полупроводника по площади подложки за счет использования нескольких центров испарения, а также получения многокомпонентных - гибридных пленок за счет использование нескольких центров испарения размещенных на одной продольной канавке испарителя.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение однородности толщины осаждаемой моно или гибридной пленки.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен испаритель для вакуумного нанесения тонких гибридных пленок металлов и полупроводников, выполненный в виде углеродного стержня с продольной канавкой для размещения напыляемого материала, имеющей в поперечном сечении вид трапеции, при этом в канавке размещена, смачиваемая расплавом напыляемого материала вставка цилиндрического объемного элемента заданной длины из тугоплавкого металла, отличающийся тем, что он содержит дополнительные вставки цилиндрических объемных элементов для размещения напыляемого материала из заданных объемных элементов металлов и полупроводников, размещенные внутри вдоль канавки так, что расстояние между центрами объемных элементов лежит в интервале 4÷6 см.
max
max
max
max
max
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны в увеличенном масштабе продольный разрез (по плоскости В-В) заявляемого испарителя и его поперечный разрез (по плоскости А-А) в области объемного элемента; на фиг 2 представлены графики зависимости относительного изменения толщины [h-h(х)]/h тонкой пленки от расстояния х от рассматриваемой точки с толщиной пленки h(x) до точки с максимальным значением толщины h для прототипа (график 1) и предлагаемой полезной модели (график 2) с расстоянием а=6 см между центрами объемных элементов; на фиг 3 представлены графики аналогичной зависимости [h-h(x)]/h для прототипа (график 1) и предлагаемой полезной модели (график 2) с расстоянием а=4 см между центрами объемных элементов.
Испаритель (изображенный на фиг. 1) для вакуумного нанесения тонких пленок металлов и полупроводников выполнен в виде углеродного стержня 1 с продольной канавкой 2 для размещения напыляемого материала, имеющей в поперечном сечении вид трапеции, при этом в канавке размещены два объемных элемента 3 в виде отрезков проволоки из W, илиMo, или Та, расположенных вдоль канавки, причем расстояние между центрами объемных элементов 3 лежит в интервале 4÷6 см.
В примере конкретного выполнения испарителя, использованного для получения тонких пленок Au или Ag с толщинами от 10 до 30 нм на поверхности стеклянной подложки с размерами 48×60 мм, расстояние от центра испарителя до центра подложки равно 150 мм. Испаритель (фиг. 1) выполнен в виде цилиндрического стержня 1 с диаметром 6 мм и длиной 100 мм из спектрально чистого углерода, продольная канавка 2 длиной 80 мм сформирована с поперечным сечением, имеющем вид трапеции с высотой 3 мм и основанием 2 мм, в канавке 2 размещены (симметрично относительно центра испарителя) два объемных элемента 3 длиной 10 мм, которые выполнены из проволоки W диаметром 0,8 мм, при этом расстояние а между центрами объемных элементов 3 равно 60 мм.
-3
-4
Испаритель для вакуумного нанесения тонких пленок металлов и полупроводников работает следующим образом. Перед началом работы установленного в вакуумной камере испарителя 1 внутри канавки 2 на объемные элементы 3, выполненные из тугоплавких материалов W или Мо или Та, сверху размещают навески одного из материалов Au или Ag или сплава Au - Ge, или Ge, откачивают воздух из вакуумной камеры до давления (10÷10) Па, производят нагрев навесок до температуры их плавления, при этом расплав навесок смачивает объемные элементы 3, затем увеличивают температуру испарителя до температуры испарения расплава навесок и производят испарение расплавленных навесок. При этом на поверхности подложки, расположенной над испарителем, формируется тонкая пленка испаренного вещества. Толщину пленки металла, полученной с помощью испарителя-прототипа, можно приближенно вычислить по формуле (приведенной в книге: Технология тонких пленок: справочник / под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга. -Т. 1.-М: Советское радио, 1977, стр. 77-78):
Е
mах
Е
2
где М - масса испаренной навески металла, р - плотность металла, L -расстояние от центра подложки до источника пара с малой площадью поверхности испарения, х - расстояние от центра подложки до рассматриваемой точки на поверхности подложки, при этом максимальная толщина h=М/πρL пленки имеет место в центре подложки при х=0.
Е
При испарении навесок с одинаковой массой М с поверхности двух объемных элементов 3, расположенных в канавке 2 симметрично относительно центра испарителя-полезной модели на расстоянии а между центрами объемных элементов 3, толщину пленки металла, полученной с помощью полезной модели, можно приближенно вычислить по формуле:
Е
max
где М - масса навески металла, испаренной с каждого объемного элемента 3, ρ - плотность металла, L - расстояние от центра подложки до центра испарителя-полезной модели, а - расстояние между центрами объемных элементов 3, х - расстояние от центра подложки до рассматриваемой точки на поверхности подложки, при этом максимальная толщина h пленки
имеет место в центре подложки при х=0.
Представленные на фиг. 2 и 3 графики зависимостей  относительного изменения толщины пленки от расстояния х от центра подложки до рассматриваемой точки на подложке расчитаны с
использованием формул (1) и (2) для значения L=150 мм. Из этих графиков следует, что толщина пленки уменьшается от центра подложки к ее краям, при этом величина  на полученных с помощью полезной модели пленках на 30% меньше по сравнению с пленками, полученными с использованием испарителя-прототипа, что свидетельствует об увеличении однородности распределения толщины пленки, осаждаемой с помощью заявляемого решения, по площади подложки.
Кроме этого, наличие не менее двух вставок цилиндрическиобразных объемных элементов позволяет не только увеличить площадь испарения, скорость осаждения и чистоту пленки, массу загружаемого в испаритель испаряемого вещества, но и получать гибридные пленки при использовании различных материалов навесок, размещаемых на смачиваемых расплавом материала вставках: первого, второго и N-того цилидрического объемного тугоплавкого элемента.