Вакуумная установка – это по сути та же система, которая состоит из определенного количества компонентов. Каждый из элементов подобной установки выполняет определенные функции. Один из самых главных компонентов вакуумных установок – это вакуумный насос, коих может быть огромное количество. Зачастую, устройство строится таким образом, чтобы внутри него взаимодействовали все компоненты. Лишь в случае подобного расклада, можно будет добиться по-настоящему высоких показателей производительности. Что касается главной задачи подобных установок, то, несомненно – то создание уровня глубокого технического вакуума.

Подобные процессы играют особенно большую роль, если речь идет об откачке воздушных или же газовых смесей. Но не стоит упускать тот момент, что эффективно использовать вакуумные установки можно не только в промышленности, а еще и в домашних условиях. В домашних задачах, вакуумные установки работают без какой-либо ощутимой нагрузки и способны выдавать огромнейшие показатели производительности.

Что касается востребованности предприятий в подобных установках, то в этом и вовсе нет никаких сомнений. На данный момент огромное количество производителей проявляется интерес к продукции подобного предназначения. Многие производители готовы даже переплачивать за то, чтобы первыми получать подобные установки.

Сейчас мы рассмотрим те отрасли, где вакуумные установки уже стали неотъемлемой частью системы:

• Текстильная промышленность
• Машиностроение
• Металлургия
• Пищевая промышленность
• Химическая отрасль
• Машиностроение
• Фармацевтика

Но это еще далеко не весь список отраслей, которые нуждаются в оборудовании подобного типа. Но даже глядя на этот список, создается впечатление, что это действительно один из наиболее практичных вариантов среди всего оборудования подобного типа.

Если же стандартной комплектации вакуумной установки пользователю недостаточно, то он без каких-либо проблем может докупить еще и дополнительное оборудование. Предназначено оно для того, чтобы сделать процесс более легким и в то же время эффективным. Многие пользователи пользуются подобными привилегиями и покупают дополнительное оборудование, дабы значительно упростить рабочий процесс и сделать его более надежным.

Главными задачами вакуумных установок можно назвать создание и поддержку высокого и сверхвысокого уровня вакуума внутри системы. Но это еще далеко не весь список возможностей подобных установок. Они также могут быть весьма эффективными при создании различных деталей, что является их основным преимуществом. Но все-таки чаще всего подобные установки покупают для того, чтобы образовывать сверхвысокий вакуум, так как другие установки справиться с этим не в силах.

Но, несмотря на то, что все нахваливают главные элементы подобных систем, есть еще и немалое количество второстепенных элементов, которые также играют особую роль. Ведь получать максимальный эффект от вакуумных установок можно только в том случае, если все элементы системы будут активно взаимодействовать друг с другом. В ином же случае, эффекта от подобного оборудования попросту не будет.

Главные элементы вакуумной установки:

• Вакуумметр – устройство, для измерения давления внутри системы и контроля ключевых процессов, которые с ним связаны.
• Вакуумные баллоны – один из ключевых элементов, который важен в процессе образования вакуума внутри системы.
• Вакуумные трубопроводы – это скорее дополнительное оборудование, которое позволяет производить движение всех жидкостей по определенным отсекам установки.
• Вакуумные насосы – это фундаментальная часть установки, которая выполняет практически все функции, и без которой образование вакуума внутри системы и вовсе было бы невозможным.

Современный вакуумный рынок предоставляет нам огромный выбор подобной продукции. Одной из лидирующих компаний на рынке является Busch. Данная компания уже давно успела о себе заявить и по сей день держит свою репутацию на высоком уровне.

Одно из главных преимуществ установок компании Busch –это качество, которое находится на максимально высоком уровне. Сейчас на рынке можно увидеть сразу несколько серий продукции данной компании.

• Вакуумные установки
• Воздуходувки
• Вакуумные насосы

Во всех из вышеперечисленных направлений на данный момент компании нету равных. Данный производитель действительно мог занять весомую нишу рынка, чем самым доказав, что именно его продукция соответствует всем стандартам и достойна, занимать первую позицию на рынке.

Установки вакуумного напыления УВН

Установка вакуумного напыления УВН – это агрегат, имеющий целый ряд функциональных особенностей. Но все-таки наиболее главным моментом является сфера применения подобного оборудования. Установки подобного типа активно используются практически во всех отраслях, из-за чего назвать какую-то одну из них весьма проблематично.

Одним из явных преимуществ подобных установок, является наличие четырёх съёмных технологических модулей. Каждый из них выполняет определенные функции, что собственно и позволяет добиваться высоких показателей производительности.

УВН-1М – это одна из наиболее практичных моделей подобных установок, которая, несмотря на свою среднюю стоимость, смогла вместить в себе огромное количество положительных качеств. Данный агрегат может похвастаться не только высокими показателями производительности, а еще и высоким качеством, стабильностью и широкой сферой применения.

Что касается внешнего вида подобных установок, то он не настолько прост и все-таки имеет определенные дополнения. Чаще всего модули подобных систем закрыты специальной вакуумной камерой из стекла. Данное приспособление позволяет защитить модули от различных угроз.

Но это еще далеко не весь список преимуществ, ведь кроме всего прочего есть огромное количество аспектов, которые говорят о том, что подобные установки действительно очень эффективны.

Вакуумные литейные установки

Одно из главных предназначений подобных установок – это литье стоматологических сплавов. С подобной задачей, вакуумные установки данного типа справляются довольно неплохо. Именно поэтому, многие и стали покупать подобное оборудование для его подобной эксплуатации.

Стоит отметить наличие у подобных установок активного охлаждения, которое позволяет установке не поддаваться перегреву, что также играет далеко не самую последнюю роль. Ключевым компонентом подобных установок можно считать инертный газ, который дает возможность работать устройству наиболее надежно и избегать окисления разного рода сплавов.

Подобные установки чаще всего используются именно в стоматологическом направлении. При желании, их можно использовать и в других отраслях., но особой пользы от него будет получить довольно проблематично.

Установка вакуумной металлизации

Нанесение качественного покрытия на изделия – это далеко не самый легкий процесс. Дабы результат подобной процедуры был качественным, для этого надо использовать специальное оборудование. Лучше всего в этом себя проявляет установка вакуумной металлизации. Сам процесс металлизации представляет собой нанесение тонкой пленки, которая позволяет защитить материал от воздействия разных факторов.

Одна из наиболее продаваемых вариаций подобных установок – это вариант с вертикальными дверцами. В плане удобства, данный вариант значительно превосходит обычный, так как загружать и выгружать материал намного проще.

Материалы, обрабатываемые в установках вакуумной металлизации:

• Стекло
• Пластик
• Металл
• Керамика

Производители вакуумных установок

Роль производителя также является далеко не самой последней. Лучше всего покупать подобные установки у проверенных поставщиков, которые могут предоставить вам все гарантии качества и надежности продукции.

Наиболее надежные производители вакуумных установок:

• Edwards
• Becker
• Atlas Copco

Все вышеперечисленные производители являются максимально надежными и им можно доверять. Это можно понять по показателям их продаваемости, так как все эти компании входят в пятерку наиболее качественных и перспективных компаний по продаже вакуумных установок.

Для приобретения товарного вида и определенных технических свойств на современном производстве все готовые изделия покрываются различными материалами. Особенно актуальным этот вопрос является для металлических деталей, где покрытие играет не столько декоративную роль, сколько защищает металл от коррозии и прочих вредных факторов окружающей среды.

Вакуумное напыление

В современном производстве самой продвинутой технологией нанесения покрытий на детали является вакуумное напыление. Технология заключается в прямой конденсации пара наносимого покрытия на поверхность детали. Определяется три основных стадии такого напыления:

Испарение вещества, из которого будет создаваться покрытие;

Перенос созданного пара к поверхности, на которую вещество будет наноситься;

Конденсация пара на поверхность детали и создание покрытия из него.

Установка для хромирования литых дисков

Методы вакуумного напыления

Помимо вакуума, в напылении могут учувствовать и другие физические процессы. Нижеприведенная классификация также будет касаться и веществ, которые будут напыляться на поверхность.

Вакуумно-плазменное напыление

Вакуумно-дуговое нанесение покрытий проводится по следующему механизму. Катодом выступает поверхность, на которую необходимо нанесение пленки, анодом выступает подложка газоразряда. Когда дуга накаляет атмосферу до предельной температуры, происходит переход напылительного материала в газообразную фазу и перенос его к катоду. Затем молекулы напылителя конденсируются на поверхности изделия, образуя однородный слой. Однородность в установках вакуумно-дугового напыления может быть отрегулирована вплоть до получения исходного изделия с разводами напылителя.

Такая сложная технология применяется для нанесения сверхтвердых покрытий на режущие и сверлящие инструменты. Крепкие износостойкие буры для перфораторов создаются с помощью вакуумно-плазменного напыления.

Высокопрочные буры для перфоратора

Ионно-вакуумное напыление

Считается самым экологически чистым способом нанести покрытие на любую металлическую поверхность. Минус заключается в дорогостоящем оборудовании, далеко не каждое предприятие может себе позволить его покупку и установку.

Жесткие требования также предъявляются к чистоте поверхности, однако конечный результат превосходит все ожидания. Нанесенное покрытие отличается высокой однородностью, прочностью и износоустойчивостью, поэтому таким способом напыляют покрытия на детали и механизмы, которые будут эксплуатироваться в жестких климатических условиях. Является последней операцией, после которой дальнейшая обработка деталей не допускается – ни сварки, ни резки быть не должно.

Вакуумное напыление алюминия

Нанесение алюминия считается самым популярным способом металлизации практически любой поверхности. Универсальность алюминия позволяет наносить его на такие необычные поверхности, как пластик и стекло, причем, в отличие от остальных металлов, здесь не нужно дополнительное лаковое покрытие для прочности. Алюминий обычно используется в декоративных целях – им обрабатываются автомобильные аксессуары и отражатели для фар, косметические элементы, ручки шкафов и дверей, швейные принадлежности. Этот металл хоть и не отличается высокой прочностью, однако отработка технологии позволила сильно уменьшить стоимость такого напыления, делав его самым распространенным в мире.

Отражатель автомобильной фары с алюминиевым покрытием

Вакуумное напыление металлов

Помимо алюминия, имеется ряд не менее распространенных металлов для напыления. Благодаря различным физическим и химическим свойствам они нашли применение абсолютно во всех отраслях промышленности. Основные назначения напыленных металлов:

улучшение проводимости;

повышение изоляции;

придание износоустойчивых и антикоррозийных свойств.

Регулирование температуры при нанесении слоя покрытия позволяет придать конечному изделию практически любой оттенок, этим часто пользуются для нанесения покрытий «под золото» (используются никеле-титановые сплавы).

Широкое распространение напыление титана и серебра нашли в медицине. Эти уникальные металлы очень хорошо взаимодействуют с организмом человека и имеют антибактериальные свойства. Имплантаты и хирургические инструменты (а также стоматологические и прочие) практически везде имеют напыление серебра – высокая гарантия прочности и стерильности инструмента.

Вакуумное ионно-плазменное напыление

Под воздействием высоких температур покрытие не просто конденсируется на поверхности детали, оно буквально запекается на нем, что придает конечному изделию очень высокие технические характеристики – износоустойчивость при механическом воздействии и хорошую сопротивляемость жестким погодным условиям.

Установка вакуумного напыления УВН

Приборы типа УВН – современные высокотехнологические установки вакуумного напыления. В зависимости от назначения, может оборудоваться любыми устройствами для испарения вещества и его переноса на поверхность детали. Строение:

Технологическая камера закрытого типа – область, где размещается деталь, которая обрабатывается в процессе вакуумного напыления.

Блок управления – панель с кнопками и регуляторами, которые позволяют задавать все необходимые параметры перед началом работы. Современные варианты установок вакуумного напыления оборудованы цифровыми дисплеями для отображения параметров процесса в реальном времени.

Корпус установки скрывает под собой все важные механические и электронные узлы агрегата, защищая их от случайного и несанкционированного вмешательства, а также обеспечивая безопасность оператору станка. В зависимости от размера машины, комплектуется колесиками (с тормозными колодками, для маленьких моделей), либо устанавливается стационарно (для мощных и производительных камер).

Классическая УВН

Здравствуйте, друзья.

Итак, история началась немного ранее, когда у нас появилась вакуумная камера. Путь её к нам был неблизок и может быть описан отдельным рассказом, но это, как говорится, «совсем другая история». Скажу только, что ещё раньше она приносила людям какую-то пользу в одной из лабораторий Гёттингенского университета.

Первое, на чём мы начали эксплуатировать вакуумную камеру, стало испробывание способа термического осаждения металлов на подложки. Способ прост и стар, как мир. В молибденовый тигель помещается мишень распыляемого металла, например, серебра. Вокруг него размещён нагревательный элемент. Мы использовали проволоку из вольфрамрениевого сплава, которую наматывали в виде спирали.

Полностью устройство для термического напыления выглядит следующим образом:

Оснастка для термического напыления металлов. а. В сборе (защитный экран и задвижка сняты). Обозначения: 1 – тигель, 2 – нагревательный элемент, 3 – паропровод, 4 – токоподвод, 5 – термопара, 6 – рамка для образца.

После пропускания тока (в вакуумную камеру идёт через гермовводы) спираль раскаляется, нагревает лодочку, в которой также нагревается материал мишени и испаряется. Облако металлического пара поднимается по паропроводу и окутывает тело, на которое необходимо осадить металлическую плёнку.

Сам по себе способ простой и хороший, однако есть и минусы: большое энергопотребление, трудно располагать в облаке пара поверхности (тела), на которые нужно осаждать плёнку. Адгезия тоже не самая лучшая. Наносили на разные материалы, в том числе на металлы, стекло, пластик и др. В основном - для исследовательских целей, поскольку мы только осваивали вакуумное оборудование.

Теперь настал черёд рассказать про вакуумную систему. Эксперименты мы проводили в вакуумной камере, оснащенной вакуумной системой, состоящей из роторного форвакуумного и турбомолекулярного насоса и обеспечивающей остаточное давление 9,5 10 -6 – 1,2 10 -5 мм.рт.ст.
Если на первый взгляд кажется, что она не сложная, то на самом деле это не так. Во-первых, сама камера должна иметь герметичность, необходимую для поддержания высокого вакуума. Это достигается применением герметизации всех функциональных фланцев и отверстий. Верхний и нижний фланцы-крышки имеют такие же, по-принципу, резиновые уплотнения, как и самые малые отверстия, предназначенные для установки окон, датчиков, устройств, гермовводов и др. фланцевых крышек, только диаметром гораздо большим. Например, для надежной герметизации такого отверстия

Требуется фланец, прокладка и крепеж, как на этой фотографии.

Вот этим датчиком производится измерение вакуума в камере, сигнал с него поступает на прибор, который показывает уровень высокого вакуума.

Вакуум необходимого уровня (например 10-5 мм.рт.ст.), достигается следующим образом. Вначале форвакуумным насосом откачивается низкий вакуум до уровня 10-2. По достижении этого уровня включается высоковакуумный насос (турбомолекулярный), ротор которого может вращаться со скоростью 40 000 об/мин. При этом форвакуумный насос продолжает работать - он откачивает давление из самого турбомолекулярного насоса. Последний является довольно капризным агрегатом и его «тонкое» устройство и сыграло определенную роль в этом повествовании. Мы используем японский турбомолекулярный насос фирмы Osaka vacuum.

Откачиваемый из камеры воздух с парами масла рекомендуется сбрасывать в атмосферу, поскольку мелкодисперсные капельки масла могут «забрызгать» все помещение.

Разобравшись с вакуумной системой и отработав термическое напыление мы решили опробовать другой способ нанесения пленок - магнетронный. У нас был длительный опыт общения с одной крупной лабораторией, которая нам наносила функциональные нанопокрытия для некоторых наших разработок как раз способом магнетронного напыления. Кроме того у нас имеются довольно тесные связи с некоторыми кафедрами МИФИ, МВТУ и других вузов, которые также помогали нам освоить эту технологию.

Но со временем мы захотели использовать побольше возможностей, которые предоставляет вакуумная камера.

В скором времени у нас появился небольшой магнетрон, который мы и решили приспособить для нанесения пленок.

Именно магнетронный вакуумный метод напыления тонких металлических и керамических пленок считается одним из самых производительных, экономичных и простых в эксплуатации среди всех физических методов напыления: термического испарения, магнетронного, ионного, лазерного, электронно-лучевого. Магнетрон устанавливается в один из фланцев, как удобно для использования. Однако для напыления этого еще недостаточно, поскольку он требует подведения определенного напряжения, охлаждающей воды, а также газов для обеспечения поджига плазмы.

Теоретический экскурс

Наши вузовские друзья изготовили для этого магнетрона DC источник питания на мощность порядка 500 Вт.

Также мы соорудили систему газонапуска для плазмообразующего газа аргона.

Для размещения предметов, на которые будут напыляться плёнки, мы соорудили следующее приспособление. В крышке камеры имеются технологические отверстия, в которые можно устанавливать разные приспособления: гермовводы электроэнергии, гермовводы движения, прозрачные окошки, датчики и прочее. В одно из этих отверстий мы установили гермоввод вращающегося вала. Снаружи камеры на этот вал мы подвели вращение от небольшого электромоторчика. Установив скорость вращения барабана порядка 2-5 герц мы добились хорошей равномерности нанесения плёнок по окружности барабана.

Снизу, т.е. внутри камеры, мы укрепили на вал лёгкую металлическую корзину, на которую можно навешивать предметы. В канцелярском магазине такой стандартный барабан продаётся как корзина для мусора и стоит порядка 100 рублей.

Теперь у нас было в наличии практически всё необходимое для напыления плёнок. В качестве мишеней мы использовали следующие металлы: медь, титан, нержавейку, алюминий, сплав медь-хром.

И начали пылить. Через прозрачные окна в камеру можно было наблюдать свечение плазмы на поверхности мишени магнетрона. Так мы контролировали «на глазок» момент поджига плазмы и интенсивность напыления.

Способ контроля толщины напыления придумали достаточно простой. Размещали на барабане один и тот же кусочек фольги с замеренной площадью поверхности и измеряли его массу до и после сеанса напыления. Зная плотность напыляемого металла легко вычисляли толщину наносимого покрытия. Регулировали толщину покрытия либо изменением времени напыления, либо регулируя напряжение на источнике питания магнетрона. На этом фото видны прецизионные весы, позволяющие замерять массу образцов с точностью до десятитысячных долей грамма.

Наносили мы на различные материалы: дерево, металлы, фольга, пластики, бумага, полиэтиленовые плёнки, ткани, короче на всё, что можно было разместить в камере и прикрепить к барабану. В основном мы ориентировались на получение эффектов декоративного характера – изменение цвета или тактильного восприятия поверхности. На этих образцах органического и неорганического происхождения можно увидеть разницу в цвете до и после нанесения различных металлических плёнок.

Ещё более рельефно разница в цвете до и после напыления видна на тканях и плёнках. Здесь правый кусочек обычной полиэтиленовой плёнки – не напыленный, а левая покрыта слоем меди.

Ещё один эффект, который может быть использован для различных нужд – это проводимость тонких плёнок на подложках. На этом фото показано сопротивление кусочка бумаги (в омах), на который нанесена плёнка из титана толщиной чуть больше микрона.

Для дальнейшего развития мы выбрали несколько направлений. Один из них – улучшать эффективность напыления плёнок магнетронами. Собираемся «замахнуться» на собственную разработку и изготовление более мощного магнетрона высотой с камеру и мощностью в 2 раза больше, чем показанный в этом очерке. Также мы хотим опробовать технологию реактивного напыления, когда вместе с плазмообразующим газом аргоном в камеру подаются, например, кислород или азот и в ходе напыления плёнок на поверхности подложки образуются не чисто металлические плёнки, а оксиды или нитриды, которые имеют другой спектр свойств, нежели чистые металлические плёнки.

Марийский государственный технический университет

Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры

Вакуумное напыление

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

Основы физики твёрдого тела и микроэлектроники

Разработал: студент группы ЭВС-31

Колесников

Консультировал: доцент

Игумнов В.Н

Йошкар-Ола 2003г.

Введение

1.Термическое вакуумное напыление

1.1 Резистивное напыление

1.2 Индукционное напыление

1.3 Электронно-лучевое напыление

1.4 Лазерное напыление

1.5 Электродуговое напыление

2. Распыление ионной бомбардировкой

2.1 Катодное распыление

2.2 Магнетронное распыление

2.3 Высокочастотное распыление.

2.4 Плазмоионное распыление в несамостоятельном газовом разряде

3. Технология тонких пленок на ориентирующих подложках

3.1 Механизмы эпитаксиального роста тонких пленок

3.2 Молекулярно-лучевая эпитаксия

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Тонкие пленки, наносимые в вакууме, широко применяются в производстве дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС).

Получение высококачественных и воспроизводимых по электрофизическим параметрам тонкопленочных слоев является одним из важнейших технологических процессов формирования структур как дискретных диодов и транзисторов, так и активных и пассивных элементов ИМС.

Таким образом, от совершенства технологических процессов нанесения тонких пленок в значительной степени зависят надежность и качество изделий микроэлектроники, технический уровень и экономические показатели их производства.

Тонкопленочная технология базируется на сложных физико-химических процессах и применении различных металлов и диэлектриков. Так, тонкопленочные резисторы, электроды конденсаторов и межсоединения выполняют осаждением металлических пленок, а межслойную изоляцию и защитные покрытия – диэлектрических.

Важным этапом является контроль параметров тонких пленок (скорости их нанесения, толщины и ее равномерности, поверхностного сопротивления), который проводится с помощью специальных приборов, как при выполнении отдельных технологических операций, так и по завершении всего процесса.

Методы ионно-плазменного и магнетронного напыления находят широкое применение в современной микроэлектронике. Высокие скорости напыления и энергия падающих на подложку атомов в процессе напыления позволяют использовать эти методы для получения пленок различного состава и структуры, и, в частности, для низкотемпературной эпитаксии.

В настоящее время исследованиям в данной области уделяется значительный интерес.

Целью данной курсовой работы является рассмотрение основных методов напыления и распыления в вакууме, физико-химических процессов, а также описание и работа установок использующихся в данных методах.

Процесс нанесения тонких пленок в вакууме состоит в создании (генерации) потока частиц, направленного в сторону обрабатываемой подложки, и последующей их концентрации с образованием тонкопленочных слоев на покрываемой поверхности.

Для модификации свойств поверхности твердого тела используют различные режимы ионной обработки. Процесс взаимодействия ионного пучка с поверхностью сводится к протеканию взаимосвязанных физических процессов: конденсации, распыления и внедрения. Превалирование того или иного физического эффекта определяется главным образом энергией E 1 бомбардирующих ионов. При Е 1 =10-100 эВ конденсация преобладает над распылением, поэтому имеет место осаждение покрытия. При повышении энергии ионов до 10 4 эВ начинает преобладать процесс распыления с одновременным внедрением ионов в металл. Дальнейшее повышение энергии бомбардирующих ионов (Е 1 >10 4 эВ) приводит к снижению коэффициента распыления и установлению режима ионной имплантации (ионного легирования).

Технологический процесс нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме включает 3 основных этапа:

Генерация потока частиц осаждаемого вещества;

Переноса частиц в разреженном пространстве от источника до подложки;

Осаждения частиц при достижении подложки.

Существуют 2 метода нанесения вакуумных покрытий, различающихся по механизму генерации потока осаждаемых частиц: термическое напыление и распыление материалов ионной бомбардировкой. Испаренные и распыленные частицы переносятся на подложку через вакуумную среду (или атмосферу реактивных газов, вступая при этом в плазмохимические реакции). Для повышения степени ионизации потока осаждаемого вещества в вакуумную камеру могут быть введены специальные источники заряженных частиц (например, термокатод) или электромагнитного излучения. Дополнительное ускорение движения ионов к обрабатываемой поверхности может достигаться за счет приложения к ней отрицательного напряжения.

Общими требованиями, предъявляемыми к каждому из этих методов, является воспроизводимость свойств и параметров получаемых пленок и обеспечения надежного сцепления (адгезии) пленок с подложками и другими пленками.

Для понимания физических явлений, происходящих при нанесении тонких пленок в вакууме, необходимо знать, что процесс роста пленки на подложке состоит из двух этапов: начального и завершающего. Рассмотрим, как взаимодействуют наносимые частицы в вакуумном пространстве и на подложке.

Покинувшие поверхность источника частицы вещества движутся через вакуумное (разреженное) пространство с большими скоростями (порядка сотен и даже тысяч метров в секунду) к подложке и достигают ее поверхности, отдавая ей при столкновении часть своей энергии. Доля передаваемой энергии тем меньше, чем выше температура подложки.

Сохранив при этом некоторый избыток энергии, частица вещества способна перемещаться (мигрировать) по поверхности подложки. При миграции по поверхности частица постепенно теряет избыток своей энергии, стремясь к тепловому равновесию с подложкой, и при этом может произойти следующее. Если на пути движения частица потеряет избыток, своей энергии, она фиксируется на подложке (конденсируется). Встретив же на пути движения другую мигрирующую частицу (или группу частиц), она вступит с ней в сильную связь (металлическую), создав адсорбированный дуплет. При достаточно крупном объединении такие частицы полностью теряют способность мигрировать и фиксируются на подложке, становясь центром кристаллизации.

Вокруг отдельных центров кристаллизации происходит рост кристаллитов, которые впоследствии срастаются и образуют сплошную пленку. Рост кристаллитов происходит как за счет мигрирующих по поверхности частиц, так и в результате непосредственного осаждения частиц на поверхность кристаллитов. Возможно также образование дуплетов в вакуумном пространстве при столкновении двух частиц, которые в конечном итоге адсорбируются на подложке.

Образованием сплошной пленки заканчивается начальный этап процесса. Так как с этого момента качество поверхности подложки перестает влиять на свойства наносимой пленки, начальный этап имеет решающее значение в их формировании. На завершающем этапе происходит рост пленки до необходимой толщины.

При прочих неизменных условиях рост температуры подложки увеличивает энергию, т.е. подвижность адсорбированных молекул, что повышает вероятность встречи мигрирующих молекул и приводит к формированию пленки крупнокристаллической структуры. Кроме того, при увеличении плотности падающего пучка повышается вероятность образования дуплетов и даже многоатомных групп. В то же время рост количества центров кристаллизации способствует образованию пленки мелкокристаллической структуры.

Разреженное состояние газа, т.е. состояние, при котором давление газа в некотором замкнутом герметичном объеме ниже атмосферного, называют вакуумом.

Вакуумная техника занимает важное место в производстве пленочных структур ИМС. Для создания вакуума в рабочей камере из нее должны быть откачаны газы. Идеальный вакуум не может быть достигнуть, и в откачанных рабочих камерах технологических установок всегда присутствует некоторое количество остаточных газов, чем и определяется давление в откачанной камере (глубина, или степень вакуума).

Сущность данного процесса нанесе6ния тонких пленок заключается в нагреве вещества в вакууме до температуры, при которой возрастающая с нагревом кинетическая энергия атомов и молекул вещества становится достаточной для их отрыва от поверхности и распространения в окружающем пространстве. Это происходит при такой температуре, при которой давление собственных паров вещества превышает на несколько порядков давление остаточных газов. При этом атомарный поток распространяется прямолинейно и при соударении с поверхностью испаряемые атомы, и молекулы конденсируются на ней.

Процесс испарения осуществляется по обычной схеме: твердая фаза – жидкая фаза – газообразное состояние. Некоторые вещества (магний, кадмий, цинк и др.) переходят в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс называется сублимацией.

Основными элементами установки вакуумного напыления, упрощенная схема которой представлена на рис.1, являются: 1 - вакуумный колпак из нержавеющей стали; 2 - заслонка; 3 - трубопровод для водяного нагрева или охлаждения колпака; 4 - игольчатый натекатель для подачи атмосферного воздуха в камеру; 5 - нагреватель подложки; 6 - подложкодержатель с подложкой, на которой может быть размещен трафарет; 7 - герметизирующая прокладка из вакуумной резины; 8 - испаритель с размещённым в нём веществом и нагревателем (резистивным или электронно-лучевым).

Напыление вакуумное является переносом вещества (его частиц), которое напыляют, на твердую поверхность. Оно осуществляется способом конвективного перемещения с давлением около 1 Па. При напылении каждая частица ведет себя совершенно по-разному. Некоторые способны отразиться от напыляемой поверхности, другие - приспособиться, но через какое-то время вовсе покинуть поверхность. И только небольшая часть сможет прижиться в теле опыляемого вещества, поэтому установка вакуумного напыления представляет собой достаточно сложное оборудование. Если использовать большую энергию вместе с высокой температурой, но при этом иметь маленькое химсродство материала, то большинство частиц будет отражено поверхностью.

Особенности установки вакуумного напыления

Температура, выше которой отражается весь объем частиц напыления, а также частицы, не способные взаимодействовать с веществом, именуется критической температурной точкой напыления вакуумом. Нужно внимательно следить во время осуществления напыления, чтобы отметка температуры не достигла максимально недопустимой величины.

Данная величина полностью зависима от происхождения материала, характеристики рабочей поверхности, ее состояния. Поэтому, чтобы было возможно использовать наибольшую величину температуры, когда происходит установка вакуумного напыления, необходимо хорошее состояние рабочей плоскости, тогда пленка вещества будет сделана достаточно профессионально и прочно.

Использование пленок в установке вакуумного напыления

Также существует понятие критической плотности давления. Критическая плотность давления - это минимальная величина плотности, при которой пленка адсорбируется и становится не способной принимать частицы напыления. Главная задача напыления - не достигнуть величины такой плотности, при какой вещество на которое наносят опыляемые частицы, не принимает их из-за своих плохих технических свойств.

Пленки по своей структуре разделяют по качеству напыления, техническим характеристикам и происхождению материала. Пленки бывают:

Аморфными;
- монокристаллическими;
- поликристаллическими.

Аморфные - это те пленки, которые имеют стеклообразное напыление. Монокристаллические пленки имеют более твердую поверхность и по своим функциям практически являются полупроводниками. К поликристаллическим пленкам относят сплавы, металлы и Si. Когда происходит установка вакуумного напыления, то преимущественно используются монокристаллические пленки, так как они имеют наилучшие технические характеристики и способны переносить достаточно большие нагрузки при эксплуатации.

Принцип работы установок вакуумного напыления

Для сохранения технических свойств, характеристик напыления вакуумом, после процедуры напыления используют отжиг (не нарушая вакуум) при воздействии высокой температуры, потому как такая процедура достаточно хорошо помогает сохранить полезные свойства напыляемых материалов. Температура данного отжига в несколько раз превышает температуру, при какой происходило напыление вакуумом.

Когда происходит установка вакуумного напыления, специалисты пытаются создать поверхностную структуру из одного или нескольких материалов, которые способны сделать ее гораздо лучше и эффективнее. При вакуумном напылении, в зависимости от способа нанесении пленки, используют способы периодического, полунепрерывного и непрерывного воздействия. Наиболее удобным и эффективным является непрерывный способ воздействия.

Установки вакуумного напыления включают в себя много функций. Сначала создается вакуум, затем - распыляется и испаряется пленочный материал, осуществляется транспортировка деталей, подача электропитания и осуществление контроля режима вакуумного напыления, равно как и режима свойств пленок.

Устройство установки вакуумного напыления

Как правило, все оборудование этого типа имеет схожую конструкцию, состоящую из ряда элементов. Основным рабочим органом можно назвать горизонтальную камеру, в которой и происходит напыление, благодаря размещенному в ней технологическому устройству. Обеспечить требуемый вакуум призваны газораспределительная и откачная системы. К важным рабочим узлам оборудования относятся, в том числе, источники, обеспечивающие испарение или распыление обрабатываемых материалов.

Любая установка вакуумного напыления имеет систему электропитания и блокировки рабочих элементов, отвечающих за включение/отключение оборудования. Шкаф питания располагают в стороне от оборудования. Необходимую скорость нанесения напыления на пленки, их толщину, температуру деталей и рабочую температуру, и прочие показатели регулирует предустановленная система контроля и управления. Все датчики, относящиеся к этой системе, связаны между собой единым микропроцессором.

Установки снабжаются и специальными элементами транспортировки, с помощью которых осуществляется доставка деталей в камеру или вывод из неё. Различные вспомогательные устройства установок вакуумного напыления, включающие в себя экраны, манипуляторы, заслонки, установленные внутри рабочей камеры, устройства очистки газов и прочие элементы также являются неотъемлемой частью оборудования. Обрабатываемые материалы расположены на подложках, которые вращаются вокруг барабана на специальных держателях. За один оборот барабана каждая подложка проходит зону испарения разными сторонами.