лекция7
.pdf
Получение пленок методом распылительной сушки
Список основных характеристик качества пленки
1.Чистота. В большинстве случаев требуется высокочистая пленка для модификации электрических, магнитных, механических или оптических свойств. Загрязнения приводят к значительному ухудшению требуемых свойств.
2.Микроструктура. В зависимости от области применения необходимо получения аморфной, пористой, монокристаллической, ориентированной или поликристаллической пленки.
3.Морфология. Морфология зависит от метода получения пленки, возможны варианты образования различных граней, ступенек, шероховатостей на атомном уровне, выходов дислокаций и появления элементов симметрии невозможных для трехмерной структуры.
4.Стехиометрия. В большинстве случаев химический состав пленки достаточно сложный. Различное соотношение компонентов пленки приводит к образованию фаз различного состава. Контроль фазового состава и точное определение требуемой фазы необходимо для изготовления пленки.
5.Однородность. Для пленок важна однородность толщины и состава по всей поверхности.
6.Адгезия. Для всех вариантов применения адгезия пленки к подложке крайне важна.
7.Качество покрытия. Вне зависимости от качества подложки, необходимо полное покрытие всей поверхности подложки пленкой.
8.Гомогенность. Фазовый состав пленки является предметом всестороннего изучения. Пленка требуется строго определенного одно или многофазного состава.
9.Сложность получения. Технический параметр позволяющий оценить доступность данной пленки для производства
10.Степень осаждения. Выход полезного продукта по отношению к количеству затраченного сырья.
11.Воспроизводимость. Технический параметр позволяющий определить пригодность данного метода получения пленки в серийном производстве.
Осаждение частиц на подложку при условиях отсутствия роста частиц в процессе движения
Направление газового потока при приближении к подложке при начальной скорости 1 см/сек, число Рейнольдса =4
Направление движения частиц в газовом потоке при приближении к подложке, начальная скорость 1 см/сек, число Рейнольдса = 4
До 50% частиц не оседает на поверхности подложки
Осаждение твердых частиц или капель жидкости на подложку с учетом изменения их размеров
Траектории движения испаряющихся капель с размером 1 мкм (а) и 5 мкм (b)
Химическое осаждение тонких пленок с использованием метода аэрозольного распыления Режимы осаждения испаряющихся капель с исходными реагентами
Осаждение реагентов тонкой пленки при полном |
Капли, содержащие летучий прекурсор, при |
испарении жидкости, неполном испарении жидкости |
химическом осаждении в случае частичного испарения |
и при предварительном испарении частиц |
|
|
Формирование пленки с учетом механизмов диффузии
Формирование пленки GaAs при условиях образования частиц арсенида галлия в газовом потоке
Пиролитическое получение пленок
Преимущества метода:
Простота и дешевизна исполнения Большой выбор жидких прекурсоров
Широкий выбор многокомпонентных продуктов Производится большое количество ориентированных пленок (ZnO, SnO2, YBa2Cu3O7, CuInSe2)
Высокая скорость нанесения пленки (0.1-1 мкм/мин)
Основные недостатки
Формирование пористых пленок Низкая чистота в ряде случаев
Ограниченное количество продуктов: оксиды, сульфиды, фосфаты…
Химическое осаждение пленок
|
|
Система исследования формирования частиц во время |
|
Образование частиц на горячей стенке при вакуумном испарении |
|||
|
химического вакуумного осаждения |
||
|
|
|
|
|
|
|
Химическое осаждение с распылительной сушкой
Схема процесса химического осаждения совмещенного с распылительной сушкой
Преимущества метода:
Осаждение многокомпонентных пленок Контролируемая стехиометрия Простота аппаратной части Широкий выбор материалов
Возможность роста ориентированных или эпитаксиальных пленок Высокая скорость осаждения
Богатый выбор прекурсоров Большие варианты термической стабильности для летучих компонентов
Возможности для допирования пленок Высокая степень воспроизводимости, постоянные условия для многокомпонентных систем
Недостатки метода
Требуется высокое парциальное давление в реакторе, чтобы капли не оседали на стенках реактора Сложная совместимость растворителя с компонентами подложки и материала реактора Возможность реакции прекурсоров с образованием нерастворимых частиц
Значительное количество частиц остается после испарения сольвента и загрязняет пленку
Осаждение пленок в сверхкритических условиях
Образование пленок при сверхкритическом осаждении
Схема экспериментальной установки для получения тонких пленок методом сверхкритического осаждения
Преимущества метода:
Могут быть использованы прекурсоры нерастворимые при обычных условиях Можно использовать термочувствительные прекурсоры Возможность получения уникальных фаз Сравнительно низкие температуры синтеза
Недостатки метода
Высокое давление Сложное аппаратное оформление