УСТАНОВКА НАНЕСЕНИЯ ПАССИВИРУЮЩЕГО ДИЭЛЕКТРИКА

Установка предназначена для получения защитного пассивирующего покрытия на поверхности полупроводника теллурида кадмия-ртути (КРТ) посредством термического вакуумного нанесения диэлектрика теллурида кадмия. Установка может применяться также для получения эпитаксиальных и буферных слоев теллурида кадмия и других полупроводниковых соединений, которые испаряются конгруэнтно (т.е. без нарушения стехиометричности состава источника) и имеют достаточно высокие давления паров, например сульфида свинца, теллурида свинца и сульфида кадмия.
Установки для термического вакуумного напыления широко представлены на рынке технологического оборудования. В качестве аналога принят вакуумный универсальный пост ВУП-5 производства предприятия Selmi (Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.950.122ТО, заводской №259, книга 2, 1989 г.), снабженный устройством для термического испарения с резистивных испарителей и держателем для закрепления подложки.
ВУП-5 может применяться для напыления различных диэлектрических покрытий в лабораторных условиях. Установка выполнена на базе одной стойки, на которой размещаются рабочая камера, имеющая вид «колпака» или «колокола», и пульт управления и индикации режимов работы. В одной части стойки размещена вакуумная система, в другой - блоки питания различных устройств, приставок и трансформаторы накала испарителей.
Наиболее близким аналогом заявляемой установки является установка нанесения диэлектрика, известная под названием «горячая стенка» (A.Lopez-Otero, L.D.Haas. High mobility as-grown PbTe films prepared by the hot wall technique. Thin Solid Films, vol.23 (1974), p.1-6).
Известная установка содержит высоковакуумный модуль, высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя, рабочую камеру, в которой размещены источник, подложка с держателем, крышка и стакан, изготовленный из кварцевого стекла.
При напылении слоев теллурида кадмия в установке-прототипе источник CdTe нагревается до 570-600°С, стенки стакана - до 570-610°С, подложка - до 480-500°С. Источник размещается на дне стакана, подложка с держателем - в верхней его части. Процесс проходит в рабочей камере, имеющей форму «колокола», в вакууме при непрерывной откачке.
-1
2
Внутри стакана создается паровая фаза давлением порядка 10 Пa, состоящая из молекул Cd и Тe, которая конденсируется благодаря пересыщению. Процесс роста проходит на подложке при не очень большом отклонении от равновесия, и, следовательно, носит термодинамический характер.
2
В установке-прототипе проводится напыление теллурида кадмия на BaF и другие подложки, выдерживающие значительный нагрев. Нагрев КРТ в вакууме выше 200-250°С нежелателен, так как приводит к деградации характеристик материала. В связи с этим для нанесения теллурида кадмия на поверхность КРТ в известной установке необходимо значительно понизить температуру подложки, что приводит к качественному изменению характера процесса и необходимости изменения конструкции установки.
Недостатком известной конструкции является то, что при ее применении для нанесения пассивирующего диэлектрика на КРТ необходимо значительно увеличить расстояние между источником и подложкой, т.е. длину стакана, а, следовательно, размеры рабочей камеры, что в случае камеры «колоколообразной» формы потребует значительного увеличения мощности высоковакуумного модуля, приведет к значительному увеличению габаритов установки, ее веса и потребляемой электроэнергии.
Задачей заявляемой полезной модели является нанесение CdTe на поверхность КРТ при температуре подложки до 200-250°С, что приводит к
качественному изменению характера процесса и необходимости изменения конструкции установки, поскольку процесс напыления принимает неравновесный кинетический характер со следующими особенностями:
-2
- давление компонентов пара падает ниже 10 Па, чему соответствует длина свободного пробега около 70 см;
- указанная длина значительно превышает диаметр стакана, определяющийся размерами подложки (порядка 5 см);
- вследствие этого рассеяние молекул друг на друге происходит менее интенсивно, чем рассеяние на стенках стакана, и поток вещества источника принимает молекулярный характер;
- конденсация паровой фазы в значительной степени происходит на стенках стакана, и только небольшая часть молекул долетает до подложки.
Для формирования однородного направленного молекулярного потока вещества источника, долетающего до сравнительно холодной подложки и обеспечивающего приемлемую скорость напыления порядка несколько микрометров в час, необходимо, чтобы молекулы на пути к подложке испытали многократное рассеяние (адсорбцию и реиспарение) на стенках стакана.
Данное условие может быть выполнено при большой длине стакана, когда длина его нагретой части значительно - более чем на порядок -превышает диаметр. То есть, при нанесении теллурида кадмия на поверхность КРТ помимо изменения распределения температуры требуется увеличение длины стакана. При диаметре 5 см длина нагретой части стакана должна превышать 0,5 м. С учетом наличия холодной части стакана, примыкающей к подложке, и того, что длина высокотемпературного нагревателя, расположенного в установке-прототипе внутри рабочей камеры, превышает длину стакана, общая длина конструкции должна быть более 1 м. Размещение конструкции таких размеров под «колпаком» камеры «колоколообразного» типа нецелесообразно.
Предлагаемая полезная модель представляет собой промышленно-ориентированную установку эпитаксиального выращивания теллурида кадмия методом «горячей стенки», конструкция которой решает задачу нанесения CdTe на поверхность КРТ с целью ее пассивации.
Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что установка нанесения пассивирующего диэлектрика содержит высоковакуумный модуль, высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя, рабочую камеру, в которой размещены источник, подложка на держателе, крышка, станину, стакан, графитовый элемент, блок питания и управления высокотемпературного модуля, блок системы управления, трубопровод высоковакуумного модуля, длина которого достаточна для соединения и создания высокого вакуума в рабочей камере, причем рабочая камера выполнена из кварцевого стекла, представляет собой цилиндрическую трубу, один конец которой запаян, а другой снабжен фланцем для присоединения к трубопроводу высоковакуумного модуля, в рабочей камере установлен стакан, выполненный из кварцевого стекла, на дне стакана размещен источник, а в верхней части стакана на держателе размещена подложка и крышка, причем расстояние между подложкой и источником не менее чем в десять раз превышает внутренний диаметр стакана, причем рабочая камера установлена в высокотемпературном модуле который установлен на станине с возможностью наклона на угол не более сорока пяти градусов, а блок системы управления и блок питания выполнены с возможностью обеспечения температурного режима высокотемпературного модуля, при котором источник и стакан нагреваются до 500°С, а подложка на держателе нагревается до 250°С; кроме того, число высокотемпературных модулей, реакторных модулей и блоков питания и управления высокотемпературных модулей равно двум или более;
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На Фиг.1 - изображен общий вид общий вид установки сверху;
На фиг.2 - изображен общий вид остановки спереди, где:
1 - высоковакуумный модуль;
2 - высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя;
3 - рабочая камера;
4 - станина;
5 - блок питания и управления высокотемпературного модуля;
6 - блок системы управления;
7 - трубопровод высоковакуумного модуля;
На Фиг.3 - изображен общий вид рабочей камеры, где:
8 - фланец рабочей камеры, который соединяется с трубопроводом высоковакуумного модуля;
9 - подложка;
10 - держатель подложки;
11 - крышка;
12 - стакан,
13 - источник;
14 - графитовый элемент;
На фиг.4 -изображена структурная блок-схема установки нанесения пассивирующего о диэлектрика, где:
1 - высоковакуумный модуль;
2 - высокотемпературный модуль, выполненный в виде многозонного нагревателя;
3 - рабочая камера;
5 - блок питания и управления высокотемпературного модуля;
6 - блок системы управления;
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в установку нанесения пассивирующего диэлектрика, которая содержит высоковакуумный модуль 1, высокотемпературный модуль 2, выполненный в виде многозонного нагревателя, с рабочей камерой 3, в которой установлен стакан 12, который
выполнен из кварцевого стекла, на дне которого размещен источник 13, а в верхней части стакана 12 на держателе 10 установлены подложка 9 и крышка 11, дополнительно введены станина 4, графитовый элемент 14, блок 5 питания и управления высокотемпературного модуля 2, блок 6 системы управления, трубопровод 7 высоковакуумного модуля 1, который имеет длину достаточную для соединения и создания высокого вакуума в рабочей камере 3, которая выполнена из кварцевого стекла и представляет собой цилиндическую трубу, один конец которой запаян, а другой снабжен фланцем 8 для присоединения к трубопроводу 7 высоковакуумного модуля 1, причем длина рабочей камеры 3 и длина стакана 12 таковы, что расстояние между подложкой 9 и источником 13 не менее чем в десять раз превышает внутренний диаметр стакана 12, причем камера 3 установлена в высокотемпературном модуле 2, причем высокотемпературный модуль 2 размещен на станине 4 с возможностью наклона на угол не более сорока пяти градусов, а блок 6 системы управления и блок 5 питания и управления высокотемпературного модуля 2 выполнены с возможностью обеспечения температурного режима высокотемпературного модуля 2, при котором расположенные в рабочей камере 3 источник 13 и стакан 12 нагреваются до 500°С, а подложка 9 на держателе 10 нагревается до 250°С; кроме того, число высокотемпературных модулей 2, рабочих камер 3 и блоков 5 питания и управления высокотемпературных модулей равно двум или более;
2
Наличие между источником и подложкой, которые расположены внутри стакана, размещенного в рабочей камере, расстояния, более чем в 10 раз превышающего диаметр стакана, позволяет при испарении источника получить однородный поток молекул Cd и Те, направленный к подложке КРТ, нагретой до температуры не выше 250°С, и обеспечить скорость напыления покрытия теллурида кадмия не менее нескольких мкм в час.
Выполнение рабочей камеры в виде цилидрической трубы, внутрь которой вставляется стакан с источником и подложкой, позволяет обеспечить расстояние между источником и подложкой не менее чем в 10 раз
превышающее диаметр стакана при минимальном общем объеме рабочей камеры.
Выполнение рабочей камеры из кварцевого стекла позволяет поддерживать минимальный уровень загрязнений и химически протравливать камеру по мере необходимости.
Размещение высокотемпературного модуля снаружи рабочей камеры позволяет уменьшить объем камеры и понизить уровень загрязнений.
Наличие трубопровода позволяет поместить рабочую камеру внутри высокотемпературного модуля и присоединить ее к высоковакуумному модулю при помощи фланца.
При выполнении трубопровода соответствующей формы к одному высоковакуумному модулю может быть присоединено две и более рабочих камер.
Размещение высокотемпературного модуля на станине с возможностью наклона на угол не более 45° позволяет извлекать держатель с подложкой или всю рабочую камеру из высокотемпературного модуля при смене подложек или источника.
Графитовый элемент в форме диска, помещенный между стенками рабочей камеры и стакана, которые выполнены из кварцевого стекла, служит для амортизации.
Блок питания и управления высокотемпературного модуля и блок системы управления позволяют проводить нагрев рабочей камеры по заданной программе, осуществлять контроль над ходом процесса в реальном времени и документировать его.
Блок системы управления позволяет при необходимости работать с двумя и более блоками питания и управления высокотемпературными модулями.
Установка нанесения пассивирующего диэлектрика работает следующим образом.
Внутрь рабочей камеры помещается стакан с порошкообразным источником теллрида кадмия на дне. Высокотемпературный модуль,
-3
расположенный на станине, наклоняется на угол 45, и в него помещается рабочая камера. Подложка КРТ закрепляется на держателе, и вместе с крышкой помещается в рабочую камеру. Высокотемпературный модуль приводится в вертикальное положение, после чего рабочая камера при помощи фланца присоединяется к трубопроводу высоковакуумного модуля. Высоковакуумный модуль, в состав которого входят механический и турбомолекулярный насосы, включается в сеть и проводит откачку рабочей камеры до давления не выше 10 Па. Включаются в сеть блок системы управления и блок питания и управления высокотемпературного модуля. В блок системы управления вводится программа нагреза высокотемпературного модуля, выполненного в виде 5-зонного нагревателя. Программа описывает нагрев каждой из зон в реальном времени и имеет 16 линейных участков, для каждого из которых задано время и конечная температура. Блок системы управления посредством передачи данных по цифровой интерфейсной связи по протоколу RS232C программирует блок питания и управления высокотемпературного модуля, выполненный на основе 5 микропроцессорных регуляторов МИНИТЕРМ 400. Блок питания и управления выполняет программу и проводит нагрев рабочей камеры. По окончании процесса блок системы управления и блок питания и управления высокотемпературного модуля выключаются, и происходит охлаждение рабочей камеры вместе с многозонным нагревателем. После охлаждения до комнатной температуры выключается высоковакуумный модуль, рабочая камера отсоединяется от трубопровода, высокотемпературный модуль переводится в наклонное положение, и из него извлекается держатель с подложкой.