3.11 Термічне вакуумне напилення.
Метод основан на создании направленного потока пара вещества и последующей конденсации его на подложках, имеющих температуру ниже температуры испаряемого материала. Процесс термовакуумного напыления:
1)образование пара вещества
2)распространения пара от источника к подложке
3)конденсация пара на подложке
4)образование зародышей и рост пленки
1.Образование пара происходит путем испарения вещества или сублимации. Вещества переходят в пар при любой температуре выше 0К. С увеличением температуры повышается средняя кинетическая энергия атомов и увеличивается вероятность разрыва межатомных связей. Температура вещества при котором величина Ps =1,37 Па— условная температура испарения. Удельная скорость испарения = количеству граммов вещества испаряемого за 1 секунду с площади 1см2 определяется
Давление насыщенного пара сильно зависит от температуры. Приращение температуры на 5-10% сверх температуры испарения приводит к увеличению давления насыщенного пара, а следовательно и удельной скоростью испарения.
2.Распространение пара от источника к подложки осуществляется путем диффузии и конвекции на которые сильно влияет степень вакуума. Для обеспечения направленного потока атомов испаряемого вещества к подложке, вакуум в камере должен быть таким, чтобы длина свободного пробега молекул превышала расстояние от испарителя к подложки.
λср=kT/π√2*б2p
где б- эффект диаметр молекулы, р- давление. Из этого выражения следует, что при давлении 0,001Па длина свободного пробега превышает 30 см, что достаточно для промышленных установок. Равномерность доставки частиц к поверхности подложки улучшается с уменьшением отношения линейных размеров поверхности испарителя к расстоянию до подложки.
3.Конденсация пара на поверхности подложки зависит от температуры подложки и плотности атомарного потока. Атомы, достигая подложки, могут отразится(упругое столкновение) от нее, адсорбироваться и через некоторое время отразится от подложки(упругое столкновение), адсорбироваться и отразится от подложки (реиспарение), адсорбироваться и после кратковременного мигрирования остаться на подложке (конденсация). Конденсация атомов происходит, если их энергия связи с атомами подложки больше средней энергии атомов подложки, в противном случаи атомы отражаются. Температура выше которой при данной плотности пара все атомы отражаются наз. критической температурой конденсации. Критическая плотность атомарного потока для заданной температуры подложки — наименьшая плотность потока, при которой конденсируются атомы.
4.Образование зародышей происходит в результате нахождения атомами мест, обладающих наименьшим потенциалом энергией в системе атом-подложка. На этапе образования и роста пленок влияние остаточных газов должно сводится к минимуму.
3,13 Іонне легування. Фізичні основи.
Процесс ионного легирования полупроводника включает две основных операции: собственно внедрение (имплантацию) ионов примеси и отжиг радиационных дефектов. Ионная имплантация – процесс внедрения в твердотельную подложку ионизированных атомов с энергией достаточной для проникновения их в приповерхностные области подложки (от кило- до мегаэлектронвольт) Наиболее общим применением ионной имплантации является процесс ионного легирования материалов, так как технология ионной имплантации позволяет с высокой точностью управлять количеством легирующей примеси. Ионная имплантация характеризуется универсальностью и гибкостью процесса, что позволяет получать необходимые концентрации примеси в случаях, когда другие методы неприемлемы (легирование бором и фосфором в алмазах). Маски при данном методе легирования могут быть изготовлены из фоторезистов, окислов, нитридов, поликристаллического кремния и др. Процесс ионной имплантации может осуществляться при низких температурах (вплоть до комнатных), благодаря чему сохраняются исходные электрофизические свойства кристаллов. Процесс ионного легирования заключается в ионизации и ускорении до больших скоростей атомов примеси. Эффективная масса иона в 103 – 105 больше массы электрона, поэтому при заданной энергии ион имеет импульс, в 102 – 104 раз превышающий импульс электрона. Ускоренные атомы примеси внедряются в кристаллическую решетку полупроводника под воздействием приобретенного импульса. Проникая в кристаллическую решетку, ионизированный атом примеси постепенно теряет кинетическую энергию за счет взаимодействия с электронами и упругих столкновений с атомами полупроводника и примеси, т.е. в результате электронного и ядерного торможения. При точной ориентации направления падения пучка ионов вдоль одной из кристаллографических осей пластины полупроводника, часть ионов движется вдоль атомных рядов, между которыми имеются достаточно широкие каналы, свободные от атомов. Это явление называют каналированием. Попав в канал, ионы испытывают менее сильное торможение и проникают в несколько раз глубже, чем в случае неориентированного внедрения. Если энергия, переданная атому решетки, превышает энергию связи атомов в твердом теле, то атом покидает узел. В результате образуется дефект. После имплантации производят отжиг, задача которого – устранить радиационные нарушения и обеспечить электрическую активацию внедренных атомов.