Испаритель с изменяемой геометрией для вакуумного нанесения тонких пленок

Полезная модель относится к устройствам для изготовления тонких пленок металлов и полупроводников и может быть использована при вакуумном нанесении пленок из Al, Ti, Ni, Fe, V, Со, Cr, Cu, Au, Pd, Pt и Ge, Si.
Известны устройства для вакуумного нанесения тонких пленок различных веществ (см. например, 1) Заявка JP 56-116873 А, (МКИ С23С 13/12, С23С 7/00), опубл. 12.09.1981; 2) RU №2507304 (Int. Cl. 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, описанный в патент 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 ограниченный диапазон материала навесок напыляемого материала из-за низкой химической чистоты, получаемых тонких пленок вследствии взаимодействия навесок напыляемого материала например - металлов: Al, Ti, Ni, Fe, V, Со и Si с углеродом при высоких температурах испарения с образованием высокотемпературных карбидов этих элементов.
Технической задачей, заявляемого решения является исключения химического взаимодействия материала из которого изготовлен испаритель и навесок напыляемого материала, а также обеспечение устойчивого размещения навесок напыляемого материала в испарителе при стабильном поведении в процессе напыления.
Техническим результатом заявляемого решение является расширения диапазона материала навесок напыляемых материалов и стабильность процесса напыления.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен испаритель для вакуумного нанесения тонких пленок металлов и полупроводников выполненный из электропроводящего материала с высокой температурой плавления и испарения, согласно решения, испаритель выполнен из проволочных элементов каждый из которых содержит центральную область U-образной формы и концевые участки, при этом концевые участки, зафиксированы в токоподводящих крепежных элементах с регулируемой степенью фиксации, с возможность осевого вращения при ослаблении фиксации, крепежные элементы с регулируемой степенью фиксации выполнены медными, проволочные элементы выполнены из вольфрамовой или молибденовой проволоки диаметром 0,8÷1 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1, а) показан вид сбоку испарителя и его поперечный разрез (по плоскости А-А) в области токоподводящего крепежного элемента.
На фиг 1, б) - показан вид сверху испарителя в примере его конкретного выполнения с четырьмя проволочными элементами при испарении малых навесок испаряемого вещества и его поперечное сечение (по плоскости В-В).
На фиг 1, в) - показан вид сверху испарителя в примере его конкретного выполнения с четырьмя проволочными элементами при испарении навесок испаряемого вещества с массой 0,2÷0,4 грамма.
Испаритель с изменяемой геометрией для вакуумного нанесения тонких пленок металлов и полупроводников выполнен из электропроводящего материала с высокой температурой плавления и испарения, содержит не менее трех проволочных элементов - 1, каждый из которых выполнен с центральной областью U-образной формы и концевыми участками, а концевые участки, зафиксированы в токоподводящих крепежных элементах - 2 с регулируемой степенью фиксации, с возможность осевого вращения при ослабления фиксации, крепежные элементы с регулируемой степенью фиксации выполнены медными, проволочные элементы выполнены из вольфрамовой или молибденовой проволоки диаметром 0,8÷1 мм
В первом примере выполнения заявляемого вакуумного испарителя для нанесения тонких пленок металлов и полупроводников, изображенного на фиг. 1, а и фиг. 1, б, используемого для получения тонких пленок Al, Ti, Ni, Fe, V, Со, Cr, Au, Pd, Pt и Ge, Si с толщинами от 10 до 30 нм, испаритель содержит четыре проволочных элемента - 11 длиной 60÷80 мм, при этом каждый из проволочных элементов - 1 имеет линейные концевые участки, между которыми расположена центральная область U-образной формы с длиной 10÷12 мм и глубиной 8÷10 мм. Линейные концевые участки проволочных элементов 1 зафиксированы токоподводящими крепежными элементами - 2 длиной 8÷9 мм, выполненными в виде 2÷3 слоев медной фольги, имеющей, соответственно, толщину 0,3÷0,2 мм. Проволочные элементы - 1 выполнены из вольфрамовой проволоки диаметром 0,8 мм, при этом два средних проволочных элемента - 1 расположены в центральной области испарителя на 0,4÷0,5 мм ниже крайних элементов - 1.
Во втором примере выполнения заявляемого вакуумного испарителя (изображенного на фиг. 1, а и фиг. 1, в), используемого для получения тонких пленок А1 с толщинами от 300 до 500 нм, проволочные элементы - 1 выполнены из вольфрамовой проволоки диаметром 0,8÷1 мм, при этом между проволочными элементами - 1 в центральной области испарителя выполнены зазоры 0,8÷1 мм, формируемые путем поворота проволочных элементов - 1 относительно оси линейных концевых участков этих элементов, зафиксированы токоподводящими крепежными элементами - 2.
При получении тонких пленок Си с толщинами от 200 до 400 нм проволочные элементы 1 выполнены из молибденовой проволоки диаметром 0,8÷1 мм. Остальные конструктивные данные заявляемого испарителя во втором примере его выполнения аналогичны данным, приведенным выше в первом примере его выполнения.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы испаритель устанавливают в вакуумной камере, при этом токоподводящие крепежные медные элементы - 2 испарителя помещают в контактные зажимы, обеспечивающих пропускание по испарителю электрического тока величиной 100÷250 А. Перед фиксированием токоподводящих крепежных элементов - 2 испарителя(показанного на фиг. 1, а и фиг. 1, б) сближают его проволочные элементы - 1 в центральных областях, затем стягивают токоподводящие медные элементы - 2 винтами контактных зажимов, обеспечивая одновременную фиксацию, как проволочных элементов, так и токоподводящих контактов.
Перед зажимом токоподводящих крепежных медных элементов - 2 винтами контактных зажимов во втором примере выполнения испарителя (показанного на фиг. 1, а и фиг. 1, в) формируют зазоры 0,8÷1 мм между проволочными элементами - 1 в центральной области испарителя путем поворота элементов -1 относительно оси линейных концевых участков этих элементов, затем стягивают токоподводящие медные элементы - 2 винтами контактных зажимов, обеспечивая одновременную фиксацию, как проволочных элементов, так и токоподводящих контактов.
-3
-4
-3
-4
После установки вакуумного испарителя в вакуумной камере выполняют его вакуумный отжиг в течение 4÷5 минут при давлении (10÷10) Па и температуре проволочных элементов - 1 в интервале 1200÷1300°С. Затем охлаждают испаритель до температуры 100÷150°С, размещают на центр испарителя навеску одного из материалов: Al, Ti, Ni, Fe, V, Co, Cr, Cu, Au, Pd, Pt или Ge, Si в первом примере выполнения испарителя, или навеску Al или Cu во втором примере выполнения испарителя, откачивают воздух из вакуумной камеры до давления (10÷10) Па, производят нагрев навески до температуры ее плавления, при этом расплав навески смачивает проволочные элементы - 1, затем увеличивают температуру проволочных элементов - 1 испарителя до температуры испарения расплава навески и производят испарение расплавленной навески. При этом на поверхности подложки, расположенной над испарителем, формируется тонкая пленка испаренного вещества.
Таким образом, заявляемое решение позволяет расширить диапазон материалов навесок напыляемых материалов: Al, Ti, Ni, Fe, V, Со, Cr, Cu, Au, Pd, Pt и Ge, Si при одновременном повышении стабильности процесса напыления.