Методы получения тонких пленок реферат

Обновлено: 28.06.2024

Один из современных способов модификаций изделий машиностроения и приборостроения - уменьшение геометрических размеров их элементов. Многие из них включают в себя тонкопленочные покрытия, характеристики которых можно менять, варьируя их толщину. По функциональному назначению такие покрытия связаны практически со всеми разделами физики: механикой, электричеством, магнетизмом, оптикой, а в качестве материалов для них используется большинство элементов Периодической системы.

В отраслях промышленности, производящих электронные, в том числе микроэлектронные устройства, используют разнообразные технологические процессы, в которых исходные материалы и полуфабрикаты преобразуются в сложные изделия, выполняющие различные радио-, опто- или акустоэлектрические функции. При изготовлении всех видов полупроводниковых приборов и ИМС в том или ином объеме используется технологический процесс нанесения тонких пленок в вакууме – тонкопленочная технология.

В данной работе представлены основные методы получения тонких пленок, их схемы работы, а так же достоинства и недостатки этих методов.

Физические вакуумные методы

Физические методы осаждения различных материалов хорошо известны и достаточно подробно обсуждаются в научной литературе. Можно сказать, что все эти технологии возможны для получения оксидных пленок. Ниже приведен краткий обзор этих методов получения пленок в вакууме.

Термовакуумный метод получения тонких пленок основан на нагреве в вакууме вещества до его активного испарения и конденсации испаренных атомов на поверхности подложки. К достоинствам метода осаждения тонких пленок термическим испарением относятся высокая чистота осаждаемого материала (процесс проводится при высоком и сверхвысоком вакууме), универсальность (наносят пленки металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков) и относительная простота реализации. Ограничениями метода являются нерегулируемая скорость осаждения, низкая, непостоянная и нерегулируемая энергия осаждаемых частиц.

Сущность метода термовакуумного напыления можно пояснить с помощью упрощенной схемы установки, представленной на рис.1.

Рис. 1 Схема установки термовакуумного испарения

Вещество, подлежащее напылению, помещают в устройство нагрева (испаритель) 1, где оно при достаточно высокой температуре интенсивно испаряется. В вакууме, который создается внутри камеры специальными насосами, молекулы испаренного вещества свободно и быстро распространяются в окружающее пространство, достигая, в частности, поверхности подложки 2. Если температура подложки не превышает критического значения, происходит конденсация вещества на подложке, то есть рост пленки. На начальном этапе испарения во избежание загрязнения пленки за счет примесей, адсорбированных поверхностью испаряемого вещества, а также для вывода испарителя на рабочую температуру используется заслонка 4, временно перекрывающая поток вещества на подложку. В зависимости от функционального назначения пленки в процессе осаждения контролируется время напыления, толщина, электрическое сопротивления или какой-либо другой параметр. По достижении заданного значения параметра заслонка вновь перекрывает поток вещества и процесс роста пленки прекращается. Нагрев подложки с помощью нагревателя 3 перед напылением способствует десорбции адсорбированных на ее поверхности атомов, а в процессе осаждения создает условия для улучшения структуры растущей пленки. Непрерывно работающая система откачки поддерживает вакуум порядка 10 -4 Па.

Разогрев испаряемого вещества до температур, при которых оно интенсивно испаряется, осуществляют электронным или лазерным лучом, СВЧ-излучением, с помощью резистивных подогревателей (путем непосредственного пропускания электрического тока через образец из нужного вещества или теплопередачей от нагретой спирали). В целом метод отличается большим разнообразием как по способам разогрева испаряемого вещества, так и по конструкциям испарителей.

Если требуется получить пленку из многокомпонентного вещества, то используют несколько испарителей. Поскольку скорости испарения у различных компонентов разные, то обеспечить воспроизводимость химического состава получаемых многокомпонентных пленок довольно сложно. Поэтому метод термовакуумного напыления используют в основном для чистых металлов.

Весь процесс термовакуумного напыления можно разбить на три стадии: испарение атомов вещества, перенос их к подложке и конденсация. Испарение вещества с поверхности имеет место, вообще говоря, при любой температуре, отличной от абсолютного нуля. Если допустить, что процесс испарения молекул (атомов) вещества протекает в камере, стенки которой достаточно сильно нагреты и не конденсируют пар (отражают молекулы), то процесс испарения становится равновесным, то есть число молекул, покидающих поверхность вещества, равно числу молекул, возвращающихся в вещество. Давление пара, соответствующее равновесному состоянию системы, называется давлением насыщенного пара, или его упругостью.

Практика показывает, что процесс осаждения пленок на подложку происходит с приемлемой для производства скоростью, если давление насыщенного пара примерно равно 1,3 Па. Температура вещества, при которой р и = 1,3 Па (р и – давление насыщенного пара при температуре испарения), называют условной температурой Т усл . Для некоторых веществ условная температура выше температуры плавления Т пл , для некоторых – ниже. Если Т усл пл , то это вещество можно интенсивно испарять из твердой фазы (возгонкой). В противном случае испарение осуществляют из жидкой фазы. Зависимости давления насыщенного пара от температуры для всех веществ, используемых для напыления тонких пленок, представлены в различных справочниках в форме подробных таблиц или графиков.

Вторая стадия процесса напыления тонких пленок – перенос молекул вещества от испарителя к подложке. Если обеспечить прямолинейное и направленное движение молекул к подложке, то можно получить высокий коэффициент использования материала, что особенно важно при осаждении дорогостоящих материалов. При прочих равных условиях это повышает также и скорость роста пленки на подложке.

По мере испарения вещества интенсивность потока и диаграмма направленности для большинства типов испарителей постепенно меняются. В этих условиях последовательная обработка неподвижных подложек приводит к разбросу в значениях параметров пленки в пределах партии, обработанной за один вакуумный цикл. Для повышения воспроизводимости подложки устанавливаются на вращающийся диск-карусель. При вращении карусели подложки поочередно и многократно проходят над испарителем, за счет чего нивелируются условия осаждения для каждой подложки и устраняется влияние временной нестабильности испарителя. Третьей стадией процесса напыления тонких пленок является стадия конденсации атомов и молекул вещества на поверхности подложки. Эту стадию условно можно разбить на два этапа: начальный этап – от момента адсорбции первых атомов (молекул) на подложку до момента образования сплошного покрытия, и завершающий этап, на котором происходит гомогенный рост пленки до заданной толщины.

1.2 Ионно-плазменные методы получения тонких пленок

Ионно-плазменные методы получили широкое распространение в технологии электронных средств благодаря своей универсальности и ряду преимуществ по сравнению с другими технологическими методами. Универсальность определяется тем, что с их помощью можно осуществлять различные технологические операции: формировать тонкие пленки на поверхности подложки, травить поверхность подложки с целью создания на ней заданного рисунка интегральной микросхемы, осуществлять очистку поверхности. К преимуществу ионно-плазменных методов относится высокая управляемость процессом; возможность получения пленок тугоплавких материалов, а также химических соединений и сплавов заданного состава; лучшая адгезия пленок к поверхности и так далее.

Основными участниками процесса нанесения пленки являются кристаллическая подложка, которая должна удовлетворять ряду требований (например, возможности эпитаксиального роста продукта на ней), и источник паров целевого продукта или исходных компонентов (тогда одновременно с осаждением на подложке будет происходить и химическая реакция).

Работа содержит 1 файл

методы получения тонких плёнок.doc

Методы получения тонких пленок

Получение качественных тонких пленок — сложная многопараметрическая задача. В качестве основных управляющих параметров процесса следует указать на кристаллографическую ориентацию подложки и качество ее поверхности, температуру подложки, скорость нанесения пленки, которая зависит как от величины пересыщения пара, так и от газодинамических особенностей реактора.

Чтобы образовалось покрытие на поверхности твердотельной подложки, частицы осаждаемого материала должны пролететь через среду-носитель и вступить в непосредственный контакт с подложкой. После попадания на поверхность значительная часть частиц должна адсорбироваться на ней либо за счет химической реакции с поверхностью образовать новое соединение, которое останется на поверхности. Эти частицы могут быть атомами, молекулам, ионами атомов, ионизированными молекулами или маленькими кусочками материала, как заряженными, так и незаряженными. Средой-носителем могут быть твердое вещество, жидкость, газ или вакуум.

Таким образом, характеризовать процессы осаждения могут ׃

Среда-носитель (твердая, жидкая, газообразная, вакуум).
Тип осаждаемых частиц (атом, молекула, ион, небольшие зерна материала).
Метод введения осаждаемого материала в среду-носитель (перемешивание или растворение материала, введение перемешанного материала в виде осадка, испарение, электрохимическая реакция на поверхности электрода-источника, бомбардировка его поверхности частицами).
Реакция на поверхности подложки (конденсация материала, химическая реакция осаждаемых компонентов на поверхности подложки, испарение жидкого носителя, электрохимическая реакция на поверхности, имплантация).
Механизм переноса осаждаемых частиц от источника к подложке (свободный полет, диффузия в газе, диффузия в жидкости).

Основные методы получения тонких пленок подразделяют следующим образом:

физические методы осаждения :

- термическое испарение за счет резистивного нагрева;

электронно-лучевое испарение
лазерное испарение;
ионно-лучевое распыление.
катодное распыление
магнетронное распыление

химические методы осаждения

осаждение из газовой фазы
метод распылительного-пиролиза
жидкофазная эпитаксия
электролиз
золь –гель метод

1. Испарение в сверхвысоком вакууме

Напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы обозначает группу методов напыления тонких плёнок в вакууме , в которых покрытие получается путём прямой конденсации пара. Проблемы, связанные с загрязнениями в среде-носителе при получении пленок, легко решаются при использовании методов осаждения в сверхвысоком вакууме (при давлении менее 10 -6 Па). Метод термического испарения заключается в нагреве исходных материалов с помощью какого-либо источника энергии до температуры испарения, и конденсации паров на поверхности твердого тела в виде тонких пленок и покрытий. В зависимости от температуры испарения материал нагревают резистивным способом, воздействием высокочастотного электромагнитного поля, бомбардировкой ускоренными электронами, лучем лазера и с помощью электрического разряда.

Преимущества метода генерации потока осаждаемого вещества термическим испарением.

возможность нанесения пленок металлов (в том числе тугоплавких), сплавов, полупроводниковых соединений и диэлектрических материалов
простота реализации
высокая скорость испарения вещества и возможность регулирования ее в широких пределах
возможность получения покрытий, практически свободных от загрязнения

Резистивный нагрев,

Нагрев резистивным способом обеспечивается за счет тепла, выделяемого при прохождении электрического тока непосредственно через напыляемый материал или через испаритель, в котором он помещается. Конструктивно резистивные испарители подразделяются на проволочные, ленточные и тигельные. Способ применяется при испарении материалов, температура нагрева которых не превышает 1500 ° С

Резистивный нагрев используемый во многих испарительных установках, имеет несколько существенных недостатков: загрязнение от нагревателя, тигля, ограничения по относительно низкой мощности нагревательных элементов. Это не позволяет напылять чистые пленки и испарять материалы с высокой температурой плавления.

Материалы испарителя должны удовлетворять следующим требованиям:

давление пара материала испарителя при температуре испарения должно быть пренебрежимо мало по сравнению с упругостью пара напыляемого вещества
материал испарителя должен хорошо смачиваться расплавленным напыляемым металлом с целью обеспечения хорошего теплового контакта и равномерного потока пара
химическое взаимодействие между контактирующими материалами, обуславливающее загрязнение покрытий и разрушение испарителей, должно отсутствовать

Лодочки, или держатели для резистивного нагрева изготавливаются из тугоплавких металлов, которые могут нагреваться при прохождении через них электрического тока - это вольфрам, тантал, платина, графит.

Электронно-лучевое испарение

Принципиальная схема электронно-лучевого испарения в вакууме дана на рис Испарение электронным лучом лишено недостатков присущих резистивному нагреву .

Механизм электронно-лучевого испарения : посредством нагрева нити накала которая служит катодом, происходит термоэмиссия электронов, причем нить накала располагается не на одной линии с подложкой, таким образом, устраняется появление в пленке примесей от материала катода.

Лучшие результаты при напылении получаются, если испаряемый материал разместить в небольшом углублении охлаждаемого водой медного нагревателя. Электронный ток силой 100—500 мА эмитируется вольфрамовой нитью накала, находящейся вне поля прямого видения со стороны испаряемого вещества, и ускоряется высоким напряжением 3— 10 кВ. Электронный луч с помощью магнитного поля направляется на маленький участок испаряемого вещества, которое локально плавится (рис). Некоторые соединения перед испарением подвергаются диссоциации и от испарителя в первую очередь отделяется компонент, который имеет более высокое давление пара. Для преодоления этого эффекта различные компоненты соединения испаряются из отдельных источников со скоростями, соответствующими молекулярному составу конденсата.

Испарение электронным лучом с ионным ассистированием

В некоторых методах испарения используют обработку ионным лучом подложки для улучшения качества пленки (рис. ). В этом случае ионная пушка, генерирующая ионы с энергией порядка нескольких кэВ, прменяется в сочетании с испарительным источником. В основном используются ионы инертных газов (например, Ar + или О + ₂), которые при контакте с поверхностью модифицируют пленочную структуру и состав, делая пленку более прочной и устойчивой.

Лазерная абляция

Лазерное излучение обеспечивает самую высокую плотность энергии на распыляемой поверхности. Это ставит метод лазерной абляции практически безальтернативным методом получения сложных оксидных систем, в состав которых входят элементы с различными коэффициентами распыления. Этот метод успешно применяется для получения многокомпонентных оксидных систем. Данная методика получения различного рода сложных пленочных структур приобрела популярность после первого удачного ее применения для роста тонких пленок сверхпроводников в 1987 г.

Ла́зерная абля́ция - метод удаления вещества с поверхности лазерным импульсом.

При низкой мощности лазера вещество испаряется или сублимируется в виде свободных молекул, атомов и ионов, т.е. над облучаемой поверхностью образуется слабая плазма , обычно не светящаяся (этот режим часто называется лазерной десорбцией ). При плотности мощности лазерного импульса, превышающей порог режима абляции, происходит микровзрыв с образованием кратера на поверхности образца и светящейся плазмы вместе с разлетающимися твёрдыми и жидкими частицами ( аэрозоля ). Режим лазерной абляции иногда также называется лазерной искрой.

Схема установки для проведения лазерной абляции изображена на рис . Мощный лазер располагается снаружи установки. При помощи оптической системы лазерный луч направляется в камеру и фокусируется на мишени. Говоря простыми словами, лазерная абляция – это процесс быстрого плавления и испарения материала мишени, при использовании высокоэнергетического лазерного излучения, с последующим переносом материи от мишени к подложке в вакууме. Глубина проникновения лазерного луча в поверхность мишени мала (приблизительно 10 нм). Это означает, что только тонкий поверхностный слой материала подвержен воздействию излучения в то время, как оставшаяся часть мишени остается незатронутой. Таким образом, лазерная абляция является неравновесным процессом. Говоря о ее достоинствах, можно отметить, что лазерная абляция – один из наиболее быстрых методов получения тонкопленочных покрытий, он предоставляет четко ориентированное направление распространения плазмы, наряду со стехиометрическим переносом материи от мишени к подложке.

2. Получение тонких пленок распылением материалов ионной бомбардировкой.

Распыление – это явление передачи момента импульса от налетающей частицы частицам поверхности мишени с последующим отрывом атомов или молекул и переводом их в вакуум.

Ионное распыление – метод вакуумного напыления, в котором осаждаемый атомарный поток получают в результате бомбардировки ускоренными ионами поверхности исходного напыляемого материала и последующей инжекции распыленных атомов в газовую фазу.

Характер взаимодействия бомбардирующих ионов с поверхностью твердого тела определяется их энергией. При энергиях меньших 5 эВ, взаимодействие ограничивается физически и химически адсорбированными слоями, вызывая их десорбцию и обуславливая протекание различных химических реакций. При кинетических энергиях, превышающих энергию связи атомов в кристаллической решетке, бомбардировка вызывает разрушение приповерхностного слоя и выброс атомов в газовую фазу (распыление). Минимальная энергия ионов, приводящая к выбиванию атомов с поверхности, называется пороговой энергией распыления. Значение ее находится в интервале энергий от 15 до 30 эВ.

Характеристикой процесса ионного распыления служит коэффициент распыления, определяемый количеством атомов, выбитых с бомбардируемой поверхности падающим ионом. При возрастании энергии бомбардирующих ионов свыше 100 эВ коэффициент распыления резко увеличивается и в области 5-10 кэВ выходит на насыщение. Дальнейшее повышение кинетической энергии свыше 100 кэВ приводит к снижению распыления, вызванному радиационными эффектами и внедрениями ионов в кристаллическую решетку. Распыление вызывается, в основном, передачей импульса энергии от бомбардирующей частицы атомам кристаллической решетки в результате серии последовательных столкновений. Передача импульса от падающих ионов происходит в первых атомных слоях решетки. Например, при бомбардировке поверхности поликристаллической меди ионами аргона с энергией 1000 эВ глубина проникновения равнялась трем атомным слоям.

Наибольшее распространение в качестве источника бомбардирующих ионов получил инертный газ аргон, имеющий массу, достаточную для распыления, и характеризующийся относительно малой стоимостью. В установках поток распыленных атомов создается либо в результате бомбардировки ионами плазменного разряда поверхности исходного напыляемого материала, находящегося под отрицательным потенциалом или являющегося катодом тлеющего разряда (ионно-плазменное распыление, разновидностями которого являются катодное, магнетронное распыления), либо за счет бомбардировки ускоренными ионами, эмитированными автономным источником (ионно-лучевое распыление).

1 Физические вакуумные методы

1.1 Термовакуумное напыление

Рис. 1 Схема установки термовакуумного испарения

Практика показывает, что процесс осаждения пленок на подложку происходит с приемлемой для производства скоростью, если давление насыщенного пара примерно равно 1,3 Па. Температура вещества, при которой р_и = 1,3 Па (р_и – давление насыщенного пара при температуре испарения), называют условной температурой Т_усл. Для некоторых веществ условная температура выше температуры плавления Т_пл, для некоторых – ниже. Если Т_усл < Т_пл, то это вещество можно интенсивно испарять из твердой фазы (возгонкой). В противном случае испарение осуществляют из жидкой фазы. Зависимости давления насыщенного пара от температуры для всех веществ, используемых для напыления тонких пленок, представлены в различных справочниках в форме подробных таблиц или графиков.

Раздел: Коммуникации и связь
Количество знаков с пробелами: 41837
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 7

Содержание
Введение
1 Физические вакуумные методы
1.1 Термовакуумное напыление
1.2 Ионно-плазменныеметоды получения тонких пленок
1.2.1 Катодное распыление
1.2.2 Трехэлектродная система распыления
1.2.3 Высокочастотное распыление
1.2.4 Реактивное распыление
1.2.5 Магнетронное распыление
1.3 Ионно-лучевые методы получения тонких пленок
1.4 Молекулярно-лучеваяэпитаксия
1.5 Лазерное распыление
2 Химические вакуумные методы
2.1 Реактивное катодное распыление
2.2 Газофазная МОС-гидридная эпитаксия с использованиемметаллоорганических соединений
2.3 Жидкофазная эпитаксия
3 Химические вневакуумные методы
3.1 Электрохимическое осаждение покрытий
3.2 Химическая металлизация
Заключение
Список литературы

Введение
Один из современныхспособов модификаций изделий машиностроения и приборостроения — уменьшениегеометрических размеров их элементов. Многие из них включают в себятонкопленочные покрытия, характеристики которых можно менять, варьируя ихтолщину. По функциональному назначению такие покрытия связаны практически совсеми разделами физики: механикой, электричеством, магнетизмом, оптикой, а вкачестве материалов для них используется большинство элементов Периодическойсистемы.
В отрасляхпромышленности, производящих электронные, в том числе микроэлектронныеустройства, используют разнообразные технологические процессы, в которыхисходные материалы и полуфабрикаты преобразуются в сложные изделия, выполняющиеразличные радио-, опто- или акустоэлектрические функции. При изготовлении всехвидов полупроводниковых приборов и ИМС в том или ином объеме используетсятехнологический процесс нанесения тонких пленок в вакууме – тонкопленочнаятехнология.
В данной работепредставлены основные методы получения тонких пленок, их схемы работы, а так жедостоинства и недостатки этих методов.

1 Физические вакуумныеметоды
Физические методыосаждения различных материалов хорошо известны и достаточно подробнообсуждаются в научной литературе. Можно сказать, что все эти технологиивозможны для получения оксидных пленок. Ниже приведен краткий обзор этихметодов получения пленок в вакууме.
1.1 Термовакуумноенапыление
Термовакуумный методполучения тонких пленок основан на нагреве в вакууме вещества до его активногоиспарения и конденсации испаренных атомов на поверхности подложки. К достоинствам метода осаждения тонкихпленок термическим испарением относятся высокая чистота осаждаемого материала(процесс проводится при высоком и сверхвысоком вакууме), универсальность(наносят пленки металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков) иотносительная простота реализации. Ограничениями метода являются нерегулируемаяскорость осаждения, низкая, непостоянная и нерегулируемая энергия осаждаемыхчастиц.
Сущность методатермовакуумного напыления можно пояснить с помощью упрощенной схемы установки,представленной на рис.1.
/>
Рис. 1 Схема установкитермовакуумного испарения

Установка содержитисточник ионов на основе двухкаскадного самостоятельного разряда с холоднымполым катодом 1 и модифицированный вариант источника ионов Кауфмана с открытымторцом 2. Источник ионов 1 служит для распыления пучком ионов аргона с энергией0,8 кэВ и плотностью тока 0,3 мА/см2 мишени 3 чистотой не хуже 99,8%. Понаправлению потока распыляемого материала установлены подложки, закрепленные начетырех позициях вращающегося держателя 4. Поток ионов аргона со среднейэнергий 80 эВ и плотностью тока 0,45 мА/см2 из источника ионов 2 служит дляочистки и активации поверхности рабочей подложки в течение 2 минут переднанесением пленки. Источник ионов 2 во время нанесения пленки отключается,подача аргона через него прекращается, а термокатод используется для нагреваповерхности рабочей подложки.
1.4 Молекулярно-лучевая эпитаксия
В настоящее времясуществуют два основных технологических метода эпитаксии, позволяющиеформировать многослойные структуры со сверхтонкими слоями. Этомолекулярно-лучевая (МЛЭ) и газо-фазная эпитаксия, в том числе с использованиемметаллоорганических соединений (МОС) и гидридов (ГФЭ МОС).
Молекулярно-лучеваяэпитаксия проводится в вакууме и основана на взаимодействии несколькихмолекулярных пучков с нагретой монокристаллической подложкой.
/>Основнымипреимуществами метода являются: низкая температура процесса и высокая точностьуправления уровнем легирования. Снижение температуры процесса уменьшаетдиффузию примеси из подложки и автолегирование. Это позволяет получатькачественные тонкие слои. Легирование при использовании данного метода являетсябезинерционным (в отличие эпитаксии из газовой фазы), что позволяет получатьсложные профили легирования.
/>МЛЭзаключается в осаждении испаренных элементарных компонентов на подогретуюмонокристаллическую подложку. Этот процесс иллюстрируется с помощью рис. 6, накотором приведены основные элементы для получения соединения (GaAs).
/>
Рис. 6 Схема установкимолекулярно-лучевой эпитаксии
Каждый нагревательсодержит тигель, являющийся источником одного из составных элементов пленки.Температура нагревателей подбирается таким образом, чтобы давление паровиспаряемых материалов было достаточным для формирования соответствующихмолекулярных пучков. Испаряемое вещество с относительно высокой скоростьюпереносится на подложку в условиях вакуума. Нагреватели располагаются так,чтобы максимумы распределений интенсивности пучков пересекались на подложке.
Подбором температурынагревателей и подложки получают пленки со сложным химическим составом.Дополнительное управление процессом наращивания осуществляется с помощьюзаслонок, расположенных между нагревателем и подложкой. Использование этихзаслонок позволяет резко прерывать или возобновлять попадание любого измолекулярных пучков на подложку.

1.5 Лазерное распыление
Лазерное напыление –уникальный технологический процесс, позволяющий наносить на поверхность деталейобладающие специальными свойствами материалы (металлы, карбиды и т.п.),добиваясь, таким образом, восстановления геометрии, повышения поверхностнойпрочности, коррозионной устойчивости, снижения трения и прочих эффектов. Вотличие от технологии, использующей тепло электрической дуги или сгорания смесигорючего и кислорода, лазерное напыление обеспечивает меньшее термическоевоздействие и смешивание материала подложки с напыляемым материалом, при болеепрочном их скреплении.
Схема установки лазернымиспарением представлена на рис. 7.
/>
Рис. 7 Схема установкилазерным испарением.
Глубина проникновениялазерного луча в поверхность мишени мала (приблизительно 10 нм). Это означает,что только тонкий поверхностный слой материала подвержен воздействию излученияв то время, как оставшаяся часть мишени остается незатронутой.
Говоря о достоинствахлазерного испарения, можно отметить, что это один из наиболее быстрых методовполучения тонкопленочных покрытий, он предоставляет четко ориентированноенаправление распространения плазмы, наряду со стехиометрическим трансферомматерии от мишени к подложке.

2 Химические вакуумныеметоды
Метод химическогоосаждения тонких пленок осуществляется при напуске в рабочую камеру смесигазов, содержащей компоненты получаемой пленки. Главными преимуществами методахимического осаждения являются широкий диапазон скоростей осаждения ивозможность получения заданной кристаллической структуры пленки (вплоть домонокристаллов), а основным недостатком — использование токсичных, экологическинебезопасных газовых смесей.
2.1 Реактивное катодноераспыление
В отличие от физическогораспыления реактивное катодное распыление происходит в тлеющем разряде смесиинертного и активного газов. Частицы распыленного катода химическивзаимодействуют с активным газом или образуют с ним твердые соединение, и новоевещество попадает в основу. Чтобы процесс образования вещества пленки, котораянаносится, не проходил на катоде, что очень усложняет горения разряда,применяют смеси аргона с содержанием активных газов не более 10%. Для полученияпленок оксидов распыления проводят в плазме аргон-кислород, нитрид — в плазмеаргон-азот, карбидов в плазме аргон-угарный газ или аргон-метан. При вводе вкамеру различных активных газов, получают пленки различных соединений, которыепрактически невозможно получить термовакуумным напылением.
Реактивное катодноераспыление позволяет не только получить различные по составу пленки, но иуправлять их свойствами, например удельное сопротивление резистивных пленок.Реактивное распыление широко используется для формирования высокоомных резисторов.
Главными техническимитрудностями при реактивном катодном распылении является точное дозированиеактивного газа, подаваемого в вакуумную камеру.
2.2 Газовазная МОС-гидриднаяэпитаксия с использованием металлоорганических соединений (МОСГЭ)
Этот не требуетдорогостоящего оборудования, обладает высокой производительностью.Достоинствами МОСГЭ являются также необратимость химических реакций, лежащих вего основе, и отсутствие в парогазовой смеси химически активных с растущимслоем компонент. Это позволяет проводить процесс эпитаксии при сравнительнонизких температурах роста и осуществлять прецизионную подачу исходных веществ,что позволяет обеспечить контролируемое легирование слоев и получение структурв широком диапазоне составов твердых растворов с резкими концентрационнымипереходами.
К недостаткамМОС-гидридного метода можно отнести высокую токсичность используемых исходныхсоединений, в первую очередь арсина, а также сложность химических процессов,приводящих к образованию слоя GaAs, что затрудняет моделирование условийобразования эпитаксиальных слоев с нужными свойствами.
Особенность методасостоит в том, что в эпитаксиальном реакторе создается высокотемпературнаязона, в которую поступает газовая смесь, содержащая разлагаемое соединение. Вэтой зоне протекает реакция и происходит выделение и осаждение вещества наподложке, а газообразные продукты реакции уносятся потоком газа-носителя.
Для получения соединенийAIIIBV в качестве источника элемента III группы используют металлоорганическиесоединения (например, триметилгаллий (ТМГ) для синтеза GaAs и триметилиндий(ТМИ) для InP или InGaP). В качестве источников элементов V группы служат газыарсин и фосфин.
2.3 Жидкофазная эпитаксия
Жидкофазная эпитаксия восновном применяется для получения многослойных полупроводниковых соединений,таких как GaAs, CdSnP2. Готовится шихта из вещества наращиваемого слоя,легирующей примеси (может быть подана и в виде газа) и металла-растворителя,имеющего низкую температуру плавления и хорошо растворяющий материал подложки(Ga, Sn, Pb). Процесс проводят в атмосфере азота и водорода (для восстановленияоксидных плёнок на поверхности подложек и расплава) или в вакууме(предварительно восстановив оксидные плёнки). Расплав наносится на поверхностьподложки, частично растворяя её, и удаляя загрязнения и дефекты. После выдержкипри максимальной температуре ≈ 1000°С начинается медленное охлаждение.Избытки полупроводника осаждаются на подложку, играющую роль затравки.Существуют три типа контейнеров для проведения эпитаксии из жидкой фазы:вращающийся (качающийся), пенального типа, шиберного типа.

Заключение
У исследователей,заинтересовавшихся в исследовании тонких пленок, имеется широкий выбор методових изготовления. В общем случае, эти методы могут быть разбиты на два класса.Один класс объединяет методы, основанные на физическом испарении или распыленииматериала из источника, например термическое испарение или ионное распыление. Вдругом классе собраны методы, основанные на использовании химических реакций.Сущность реакций в этом классе методов может быть различной: электрическоеразделение ионов, как например при электрохимическом осаждении и анодировании,или использование тепловых объектов, как например при осаждении из паровой фазыи термическом выращивании. В данной работе была предпринята попытка совершитьклассификацию методов получения тонких пленок, основанную на таком принципеподразделения.
После рассмотренияразличных методов получения тонких пленок сделан вывод, что нет оптимальноговыбора метода получения тонких пленок. Выбор метода зависит от типа требуемойпленки, от ограничений в выборе подложек и часто, особенно в случаемногократного осаждения, от общей совместимости различных процессов,протекающих при применении этого метода.

Читайте также: