6 Особливості випаровування сплавів та хімічних сполук

Із експериментальних результатів відомо, що лише невелика кількість сполук та сплавів випаровується без зміни свого складу. Загалом же, складові твердого тіла чи рідини мають різний тиск насиченої пари, і, як результат цього, склад конденсату відрізнятиметься від складу початкового матеріалу. В зв'язку з цим були розроблені спеціальні методи одержання плівок хімічних сполук та сплавів: реактивне випаровування, випаровування з двох джерел, метод спалаху. Ці методи дозволяють контролювати склад металевої пари і в деяких випадках є єдиними методами виготовлення плівок.

При випаровуванні металів основним видом частинок у газовій фазі є одиничні атоми і лише близько 0,1% - двоатомні молекули (лише в семи елементів (C, S, Se, Te та ін.) пара складається із багатоатомних молекул). Експериментальні дослідження безпосередньо в мас-спектрометрі дозволили встановити, що випаровування сполук, як правило, супроводжується дисоціацією або асоціацією молекул. Таким чином, осадження плівок із одного випарника можливе лише в тому разі, якщо речовина переходить у газовий стан у вигляді нерозкладених молекул. В інших випадках необхідно використовувати два чи більше випарники.

З огляду на те, що без дисоціації, з дисоціацією або з асоціацією випаровуються не метали, а халькогеніди та окисли, ці методи ми не будемо розглядати, а більш детально зупинимося на випаровуванні металевих сплавів. Складові сплавів випаровуються подібно до чистих металів незалежно одна від іншої. Проте завжди найважливішою проблемою при конденсації плівок сплавів є їх стехіометрія. Прямими методами її визначення є мас-спектроскопічний аналіз, хімічний мікроаналіз тощо. Непрямими методами, які можна використовувати для аналізу, є електронографія, рентгенографія, колориметрія та ін. Для з’ясування питання стехіометрії можна здійснювати випаровування окремих компонентів із різних випарників (термічний, електронно-променевий нагрів) або з одного випарника, в якому сплав може перебувати у твердій або рідкій фазі (в даному випадку більш ефективним є індукційне нагрівання, оскільки при цьому відбувається інтенсивне перемішування компонентів). В останньому випадку необхідно робити велике завантаження випарника, інколи в більшій кількості менш летючого компонента.

7 Методи контролю товщини плівок

Товщина плівкового зразка є найважливішою характеристикою. В одних випадках вона є структурним, а в інших –термодинамічним параметром. Незважаючи на те, що цьому питанню приділяли значну увагу на всіх етапах розвитку технології тонких плівок, визначення товщини залишається серйозною методичною проблемою.

На даний момент відомо ряд прямих та непрямих методів, які гарантують різну точність.

Історично першим був розроблений ваговий метод, суть якого полягає у визначенні за кількістю випаровуваної речовини маси плівки та площі, яку вона займає. Вважаючи, що густина плівки така ж, як і масивного зразка, товщину можна знайти за відношенням об'єму плівки до її площі.

7.1 Мікрозважування

Розглянемо більш детально, як визначається маса плівки в методі мікрозважування, який є різновидом вагового методу. Основним робочим елементом пристрою є крутильні мікротерези, що дозволяють визначати вагу моноатомної плівки площею ~1см². Плівка осаджується на слюдяну фольгу, яка підвішується вертикально на нитці. У результаті осадження плівки приводиться в рух невелике дзеркальце, зв'язане з коромислом терезів, на яке потрапляє промінь світла. За зміщенням світлового зайчика на шкалі можна визначити зміщення коромисла, тобто визначити масу. Як правило, в мікротерезах передбачена компенсація зміщення коромисла за допомогою електромагніту. У цьому випадку терези можуть використовуватися як прилад з нульовим відліком.