УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к устройствам, применяемым для лазерно-плазменного напыления тонких пленок, а именно, для эпитаксиального выращивания пленок металлов, полупроводников и диэлектриков.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для лазерно-плазменного напыления, содержащее импульсный лазер, объектив, мишень, механизм смены мишеней, подложку с напыляемой пленкой, нагреватель подложки и устройство сепарации напыляемых частиц (свидетельство на полезную модель РФ №14405 от 20.03.2000 г., МПК-6: H01L 21/00; С23С 14/46, опубликованному 20.07.2000 г.).
К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие возможности полной сепарации напыляемых частиц, большие габариты и высокую скорость вращения сепаратора, связанную с устройством механической сепарации.
Общими признаками прототипа и полезной модели технического решения являются: наличие импульсного лазера, объектива, мишени, механизм смены мишеней, подложки с напыляемой пленкой, нагревателя подложки и устройства сепарации напыляемых частиц.
Метод лазерно-плазменного напыления широко применяется для вакуумного выращивания тонких металлических и полупроводниковых пленок и многослойных структур. Основной проблемой данного метода является наличие капель и кластеров в плазменном факеле, что приводит к ухудшению морфологии поверхности растущей пленки.
Задачей полезной модели является создание компактного устройства для лазерно-плазменного напыления с механической сепарацией осаждаемых частиц по скорости, позволяющее полностью устранять капли на растущей пленке, наличие которых является главным фактором снижения качества получаемых пленок при лазерно-плазменном напылении.
Технической задачей является создание компактного механического устройства полной сепарации напыляемых частиц по скоростям, так как решение проблемы полного устранения капель с помощью изменения режимов напыления не представляется возможным.
Устройство для лазерно-плазменного напыления поясняется двумя рисунками, где:
1 - импульсный лазер,
2 - лазерное излучение,
3 - объектив,
4 - мишень,
5 - механизм смены мишеней,
6 - плазменный факел,
7 - диск,
8 - лопатка,
9 - привод диска,
10 - подложка,
11 - механизм нагрева и смены подложек,
12 - система синхронизации сепаратора и лазера.
Устройство для лазерно-плазменного напыления состоит из импульсного лазера 1, объектива 3, механизма смены мишеней 5, механизма нагрева и смены подложек 11, устройства сепарации напыляемых частиц и системы синхронизации сепаратора и лазера 12. Подложки 10 для напыления пленок крепятся на механизме смены и нагрева подложек 11, а мишени 4 на механизме смены мишеней.
Устройство сепарации напыляемых частиц выполнено в виде:
1. Диска 7, расположенного параллельно плоскостям подложки 10 и мишени 4, имеющего отверстие на краю, причем конфигурация отверстия соответствует конфигурации подложки. На краях отверстия с внешней и внутренней стороны расположены лопатки 8 (см. рис.1).
2. Диска 7, расположенного перпендикулярно плоскостям подложки 10 и мишени 4, причем перпендикулярно диску 7 радиально расположена лопатка 8 (две и более лопаток). Высота и форма лопатки 8 определяются конфигурацией подложки 10 (см. рис.2).
Возможно решение задачи с помощью размещения на одной оси двух (и более) устройств сепарации напыляемых частиц.
Вращение диска и запуск лазера синхронизованы таким образом, что:
1. Отверстие диска 7 устройства сепарации напыляемых частиц расположено между мишенью 4 и подложкой 10 в момент проекции лазерного излучения 2 на мишень.
2. Окно между мишенью 4 и подложкой 10, образующееся двумя (и более) перпендикулярно расположенными к диску лопатками 8, открыто в момент проекции лазерного излучения 2 на мишень.
Устройство сепарации напыляемых частиц работает следующим образом:
Диск 7 с лопатками 8 приводится в движение приводом диска 9 и вращается с частотой ω вокруг оси, причем так, что генерация лазерного излучения 2 синхронизована с моментом положения отверстия диска 7 между подложкой 10 и мишенью 4 при помощи системы синхронизации сепаратора и лазера 12 (в случае горизонтального расположения диска - синхронизация происходит в момент, когда лопатка 8 располагается перпендикулярно мишени 4 и подложке 10). Лазерное излучение 2 фокусируется с помощью объектива 3 на поверхность мишени 4 напыляемого материала, в результате чего на поверхности мишени образуется плазма 6, которая распространяется в некотором телесном угле Θ перпендикулярно поверхности мишени. Так как скорости ионно-атомарной составляющей плазменного факела 6 на два-три порядка превышает скорость капельной составляющей, то, подбирая скорость вращения диска 7 с лопатками 8 ω можно добиться, чтобы капельная составляющая отсекалась устройством сепарации напыляемых частиц. Скорость отсекаемых частиц определяется соотношением:
1. ν≤2πRω(L-l)/d,
где L - расстояние между мишенью 4 и диском 7, l - линейный размер лопатки 8, d - линейный размер отверстия, R - радиус диска 7.
В случае горизонтального расположения диска 7:
1
2. ν≤(l+δ)2πRω)/d,
1
где δ - расстояние между мишенью 4 и диском 7, d - расстояние между лопатками 8.