ИДЗ_1

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

“ЛЭТИ”

Индивидуальное домашнее задание № 1

по теме:

«Термическое вакуумное напыление»

16 вариант

Выполнил: Помазков С.С.

Факультет РТ

Группа № 4182

Преподаватель: Туральчук П.А.

Санкт-Петербург

2015

Задание:

Рассчитать зависимость толщины напыляемой пленки d от расстояния от центра подложки L для испарителя малой площади и для точечного испарителя и отношение толщины пленки в центре подложки d0 к толщине пленки d на удалении L от центра в соответствии с данными по индивидуальному заданию, сравнить и сделать выводы.

Дано:

Решение:

1) Зависимость толщины напыляемой пленки d от расстояния от центра подложки L для испарителя малой площади рассчитывается по формуле:

где p - плотность напыляемого материала; Me - общее количество испаренного вещества, h – диаметр подложки, L – расстояние испарителя до подложки.

(м)

(м)

2) Зависимость толщины напыляемой пленки d от расстояния от центра подложки L для точечного испарителя рассчитывается по формуле:

(м)

(м)

3) Отношение толщины пленки в центре подложки d0 к толщине пленки d на удалении L от центра для испарителя малой площади рассчитывается по формуле:

.

4) Отношение толщины пленки в центре подложки d0 к толщине пленки d на удалении L от центра для точечного испарителя рассчитывается по формуле:

.

Вывод: Чем больше расстояние от центра подложки L, тем меньше толщина напыляемой пленки.

Вопросы

1. Что такое флуктуационное преодоление потенциального барьера на границе раздела твердое тело-вакуум?

Процесс испарения твёрдого тела.

2. Чем определяется вероятность флуктуационного процесса при определённой температуре Т?

Вероятность такого процесса при температуре Т определяется фактором Больцмана exp(-U/KT), где U – величина потенциального барьера, K – постоянная Больцмана.

3. Чем отличается процесс аДсорбции от процесса аБсорбции?

Адсорбция — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз.

Абсо́рбция — поглощение сорбата всем объёмом сорбента.

4. С помощью какого уравнения оценивают интенсивность испарения мате-риала из расплава?

Интенсивность испарения материала из расплава оценивают с помощью уравнения Герца - Кнудсена:

5. Какие величины связывает уравнение Герца - Кнудсена?

- число молекул на единицу площади в единицу времени; m - молекулярная (атомная) масса; - постоянная Больцмана; Т - температура поверхности источника (К); - равновесное давление пара испаряемого вещества.

6. Может ли скорость испарения при фиксированной температуре превышать значение, определяемое формулой Герца, и если да, то насколько?

При фиксированной температуре скорость испарения не может превышать некоторое значение, определяемое формулой Герца, вне зависимости от количества подводимого тепла, что говорит о необходимости соблюдения теплового баланса

7. Каким законом будет описываться плотность потока пара при испарении из точечного источника?

Плотность потока пара будет описываться выражением:

где Ф(a) - плотность потока в направлении, составляющим с нормалью к поверхности угол a; - его плотность при a = 0. Это уравнение представляет собой косинусоидальный закон распределения.

8. Происходит ли испарение вещества в методе термического вакуумного напыления равномерно во всех направлениях?

Испарение вещества происходит не равномерно во всех направлениях.

9. Какие направления при испарении вещества в методе термического вакуумного напыления являются преимущественными?

Преимущественно в направлениях, близких к нормали к испаряемой поверхности (кратчайшее расстояние от испарителя до подложки), где имеет максимальное значение.

10. От чего зависит масса испаряемого вещества, приходящегося на единицу поверхности подложки?

Масса испаряемого вещества, приходящегося на единицу поверхности подложки, зависит от расстояния от центра подложки.

11. Насколько равномерно по толщине адсорбируется тонкая пленка по всей поверхности подложки в методе термического вакуумного напыления?

Чем дальше от центра подложки, тем тоньше плёнка.

12. От чего зависит толщина напыляемой пленки в методе термического вакуумного напыления?

Толщина напыляемой плёнки зависит от: расстояния от центра подложки L; расстояния от испарителя до подложки h; плотности напыляемого материала ρ; общего кол-ва испарённого в-ва Me.

13. Что такое длина свободного пробега и от чего она зависит?

Длина свободного пробега молекулы — это среднее расстояние , которое частица пролетает за время свободного пробега от одного столкновения до следующего.

Длина свободного пробега зависит от: массы молекулы М; средней квадратичной скорости молекул эффективного диаметра атома(молекулы) напыляемого в-ва δ; давления газа в камере p.

14. За счёт чего падающая частица после соударения с поверхностью на ней удерживается?

Падающая частица после соударения с поверхностью удерживается на ней силами поляризации или химической связи.

15. какую форму могут иметь зародыши или зерна образующейся плёнки и какую форму принято использовать в теоретических расчётах?

Зародыши или зерна вообще могут иметь самую разнообразную форму, однако в теоретических расчетах принимается, что они имеют форму полусферы или диска.

16. В каком случае реализуется островковый режим или режим Фольмера-Вебера?

Островковый режим или режим Фольмера-Вебера реализуется в случае, когда атомы осаждаемого вещества связаны между собою сильнее, чем с подложкой.

17. В каком случае реализуется послойный режим или режим Франка-Ван дер Мерве?

Послойный режим или режим Франка-Ван дер Мерве реализуется в противоположном случае, когда атомы осаждаемого вещества связаны с подложкой более сильно, чем друг с другом

18. В каком случае реализуется промежуточный режим или режим Странского-Крастанова?

В промежуточном режиме, или режиме Странского-Крастанова, вначале реализуется послойный рост, затем, после заполнения одного - двух слоев начинается островковый режим роста. Причин смены механизмов роста несколько. Основная из них - параметр решетки не может оставаться неизменным при заполнении очередного слоя. Его изменение приводит к сильному увеличению энергии поверхности раздела адсорбат - промежуточный слой, которое обеспечивает выполнение критерия островкового режима.

19. Какими двумя основными процессами определяется рост островков новой фазы?

Теоретически и экспериментально показано, что рост островков новой фазы определяется двумя основными процессами - переносом вещества к островку, т.е. собственно процессом диффузии, и переходом атомов через межфазную границу раздела старая фаза - новая фаза, т.е. граничной кинетикой.

20. Совпадает ли температура плавления островков и температура плавления объемного материала?

Температура плавления островков на 2/3 меньше температуры плавления объемного материала.

21. Что такое адгезия и что она определяет при нанесении плёнок?

Одной из основных характеристик получаемых пленок является адгезия (прилипание) - возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных тел или фаз, приведенных в соприкосновение. Адгезия характеризует прочность контакта образовавшегося соединения пленки с подложкой.

22. Какие конструкции испарителей вам известны?

Петля, спираль, корзинка, лодочка, лодочка типа каноэ.

23. Какие материалы применяются в испарителях?

Материалами для испарителей служат тугоплавкие металлы с высокими температурами плавления и низкими давлениям паров. Наиболее широко применяются вольфрам, молибден и тантал.

24. Какие физические методы и процессы могут применяться для расплава материала в методе ТВН, кроме выделения джоулева тепла?

Электронно-лучевое испарение, импульсные методы ТВН.

25. Какие недостатки метода ТВН Вам известны?

1) Большой расход материала - конденсат осаждается не только на подложку, но и по всему объему камеры, что приводит еще и к необходимости ее регулярно чистить и дополнительно обезгаживать.

2) Невысокое качество получаемых пленок, наличие загрязнений и примесей, структурных неоднородностей.

3) Неравномерность получаемых пленок по толщине.

4) Невозможность распыления тугоплавких материалов, сплавов.

5) Невозможность распыления химических соединений.

6) Низкая адгезия получаемых пленок.