WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 ||

Скоростью конденсации (десублимации) или удельной плотностью конденсирующего потока молекул на поверхности, называется количество молекул, которое в единицу времени фактически сцепляется с поверхностью конденсатора (подложки).

k =, (6) где - число молекул, ударяющихся в единицу времени о поверхность подложки;

- коэффициент аккомодации, представляющий собой отношение числа молекул, фактически сконденсировавшихся на поверхности в единицу времени, к числу молекул, ударившихся о поверхность за то же время.

Коэффициент аккомодации зависит от температуры поверхности подложки. С ростом температуры значительно увеличивается отражение атомного пучка от поверхности конденсатора.

При температуре выше, так называемой, критической температуры атомы испаренного металла полностью отражаются от конденсатора.

Для разных металлов величина критической температуры различная.

Распределение конденсата на принимаемой поверхности подложки зависит от формы испарителя и подложки, а также от их взаимного расположения (рис. 2).

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ В случае точечного испарителя и плоской поверхности подложки, расположенной под каким-то углом Q к нормали пучка атомов испаряемого металла, толщина пленки, образованной на площадке dS2 в единицу времени будет равна m cos cos =, (7) rгде - плотность конденсируемого материала, г/см3;

m - количество атомов испаренного металла, падающих на поверхность подложки в единицу времени, г/сек;

r - расстояние до подложки от испарителя, см;

- угол, образованный поверхностью подложки к нормали потока атомов испаряемого металла;

- угол, образованный между осью распространяемого потока атомов и нормалью испарителя S.

Соотношение между количеством атомов, адсорбированных единицей площади поверхности подложки и давлением паров металла определяется уравнением Ленгмюра P 1 P = +, (8) q ab b N0 a где a =, b =, =, N (2MRT) к N0 - число элементарных пространств на единице площади конденсатора;

N - число Авогадро, равное 6,022. 1023;

а - число молекул, сконденсированных на подложке;

к - число молекул, испарившихся с вполне покрытой поверхности конденсатора;

М - молекулярный вес;

R - газовая постоянная;

q – заряд электрона;

Т - температура подложки, К.

Природа адсорбции, т.е. сил, удерживающих молекулы газа на поверхности, достаточно сложна и многообразна. Это целый комплекс явлений, связанных с фазовыми превращениями, массотеплопереносом, формированием структуры и т.д. Согласно Ленгмюру адсорбция может рассматриваться как прикрепление внешних молекул или атомов свободными связями, в частности, силами сродства к атомам, составляющим поверхностный слой подложки. При этом адсорбируемые атомы и молекулы стремятся к такому расположению в пространстве, которое каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ как бы повторяет пространственную решетку подложки. Согласно Ленгмюру, толщина адсорбированной пленки почти никогда не превосходит размеров одной молекулы (мономолекулярный слой) и химические реакции на поверхности поэтому ограничены. Это является следствием ограниченности процесса диффузии газов сквозь адсорбированную пленку и равновесием процесса конденсации и испарения газа.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 2.1. Цель и задачи работы - Познакомиться с методом вакуумного распыления металла для нанесения металлических пленок.

- Освоить технологии получения вакуума порядка 10-5-10-7 мм рт.ст.

и вакуумного распыления металлов для получения металлических пленок.

Ознакомиться с экспериментальной установкой, методами измерения глубины вакуума и оценки качества получаемой металлической пленки.

2.2. Описание экспериментальной установки В данной работе использована экспериментальная промышленная установка «Альфа М1», монтажная схема которой приведена на рис.3.

Рис.3. Монтажная схема установки каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ Согласно рис.3 к основным узлам установки относятся вакуумные камеры 1 с вакуумным переключателем 2, форвакуумный насос 3, диффузионные насосы (Н-05 и Н-01) 4,5, форвакуумный бак 6, датчик контроля давления 7,9 и азотная ловушка 10.

На пульте управления смонтированы все органы, позволяющие управлять процессом получения вакуума и напыления. Согласно схеме установки (рис.4), подача сетевого напряжения осуществляется автоматом Авт., при этом на пульте управления загорается сигнальная лампа.

При нажатии кнопки «Пуск» магнитного пускателя L1 замыкается цепь питания форвакуумного насоса. С помощью форвакуумного насоса создается первичный вакуум порядка 10-1 10-2 мм.рт.ст. в магистральном трубопроводе и форвакуумном баке 6.

Измерение глубины форвакуума в магистрали осуществляем ламповым вакуумметром ВИТ-2 с помощью электрометрической лампы ЛТ– 7. Через 10 минут при достижении первичного вакуума порядка 10-мм.рт.ст. нажатием кнопки «Пуск» магнитного пускателя L3 включается электромагнитный клапан, который открывает доступ форвакуума к диффузионным насосам Н-05 и Н-01 и вакуумным камерам. Открытие доступа форвакуума к вакуумным камерам 1 осуществляется вакуумными затворами – 2. При переводе их в положение Ф (форвакуум).



Процесс получения форвакуума в вакуумных камерах и диффузионных насосах длится в течение 20 – 30 минут и также контролируется вакууметром ВИТ-2. При достижении глубины вакуума порядка 1 10-мм.рт.ст. нажатием кнопки «Пуск» магнитного пускателя L2 подается напряжение на нагреватель диффузионных насосов Н-05 и Н-01. Контроль тока нагревателей осуществляется микроамперметром мА1.

Напор воды на входе не должен быть меньше 1–3 атм. При меньшем давлении воды срабатывает водяное реле и размыкается ключ К1. За счет этого размыкается цепь питания магнитного пускателя L2 и снимается напряжение с нагревателей диффузионных насосов. Одновременно включается звуковой сигнал. В нормальном режиме за счет нагревателей происходит нагрев масла диффузионных насосов. Работа диффузионных паромасляных насосов основана на принципе захвата воздуха парами масла и уноса его через форвакуумный насос в атмосферу. Чтобы устранить выход паров масла в атмосферу насосы имеют масляные ловушки, на которых происходит конденсация этих паров и возврат масла в рабочую камеру. Для повышения эффективности этого процесса могут применяться специальные азотные ловушки.

С помощью диффузионных насосов Н-05 и Н-01 достигается глубина вакуума порядка 10-5 мм рт.ст., при котором можно проводить процесс каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ напыления. Контроль давления осуществляется вакуумметром ВИТ-при подключении ионизационной лампы Л2 - 9.

Распыление металла производится путем его нагрева испарителем, напряжение на который подается с помощью автотрансформатора через трансформатор. Контроль тока испарителя осуществляется микроамперметром мА2. В качестве испарителя (нагревателя) используется специальная лодочка или спираль из тугоплавкого металла. При работе необходимо не превышать установленного тока, чтобы не вызывать перегрева этой спирали и ее сгорания.

При нагреве испарителя пары испаряемого металла (алюминия и др.) приобретают высокую скорость и стремятся занять весь представляемый им объем и, тем самым, способны оседать на всех частях образца и камеры. Первоначально этот поток испаряемого металла перекрыт заслонкой, чтобы устранить возможность попадания загрязнений на образец, которые образуются в начале плавления металла.

Качество получаемой металлической пленки определяется прочностью сцепления распыляемого металла с подложкой (образцом), т.е. силами адгезии и ее сплошностью (толщиной). Силы адгезии зависят от материала подложки, ее чистоты, скорости распыления, т.е. температуры паров металла. Сплошность металлической пленки (ее толщина) также зависит от продолжительности процесса напыления.

Контроль толщины получаемой металлической пленки можно осуществлять методами светорассеивания или светопропускания, а также измерением поверхностного сопротивления или непосредственным измерением толщины на оптиметре (толщиномере) типа ИЗВ-2, что используется в данной работе.

2.3. Порядок работы 2.3.1. Включить переключателем «Сеть» прибор контроля ВИТ-2 и дать ему прогреться в течение 5 -10 минут.

2.3.2. В термопарной части вакуумметра установить переключатель «Измерение- ток нагрева» в положение «Ток нагрева» и ручкой реостата «Ток нагрева» установить по нижней шкале прибора рабочий ток используемого термопарного преобразователя (для ЛТ2 - 124 мА).

2.3.3. Установить образец в вакуум-камеру и нанести на нагреватель испарителя навеску испаряемого металла, закрыть колпак вакуумкамеры.

2.3.4. Включить автомат «Авт» и нажатием кнопки «Пуск» магнитного пускателя L1 подать напряжение на форвакуумный насос. С помощью вакууметра ВИТ-2 произвести контроль остаточного давления в вакуумной магистрали и форвакуумном баке.

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ 2.3.5. При достижении в магистрали первичного вакуума порядка 10-2мм.рт.ст. включить электромагнитный клапан нажатием кнопки «Пуск» магнитного пускателя L3.

2.3.6. Перевести рукоятки вакуумного затвора в положение «Ф» и добиться первичного вакуума 10-3 мм.рт.ст. в вакуум-камерах и диффузионных насосах.

2.3.7. Открыть вентили подачи воды и нажатием кнопки «Пуск» магнитного пускателя L2 включить нагреватели диффузионных насосов Н05 и Н-01. Прогрев диффузионных насосов осуществляется в течение 20-30 минут.

2.3.8. Добиться глубины вакуума в магистрали порядка 10-5 мм.рт.ст.

Измерение давления ионизационным преобразователем ЛМ-2 или ЛМ-3 производится в следующей последовательности:

а) включить тумблер «Сеть» и «Накал»;

б) через 3-5 минут после появления отсчета рукояткой «Установка нуля» установить стрелку прибора на нуль;

в) установить переключатель «Род работы» в положение «Установка эмиссии» и реостатом установить ток эмиссии катода порядка 0,5ма;

г) установить переключатель «Род работы» в положение «Прогрев» и прогреть анод в течение 10-15 минут;

д) установить переключатель «Род работы» в положение «Обезгаживание» и произвести обезгаживание в течение 10-15 минут;

е) установить переключатель «Род работы» в положение «Измерение» и подбором «Множителя шкалы» произвести измерение ионного тока.

Давление в системе, соответствующее данному ионному току иониI зационного преобразователя, определяется из формулы: P =, k где Р - давление, мм.рт.ст.;





I - ионный ток преобразователя, в А;

k - чувствительность преобразователя, А/мм.рт.ст.

2.3.9. Перевести рукоятки вакуумного затвора в положение «В» – вакуум и добиться глубины вакуума в вакуум-камерах порядка 10-мм.рт.ст.

2.3.10. При достижении заданной глубины вакуума в вакуум-камерах порядка 10-5 мм.рт.ст. включить нагреватель испарителя переключателем К2 и установить с помощью автотрансформатора АТ ток нагрева в пределах 3А и прогреть испаритель в течение 10 сек.

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ 2.3.11. Включить электромагнит заслонки и произвести процесс напыления в течение заданного преподавателем времени.

2.3.12. Закрыть заслонку и отключить переключателем К2 испаритель. Рукоятку автотрансформатора установить в положение «0».

2.3.13. Рукоятки вакуумного затвора перевести в положение «З» – закрыто. С помощью натекателей 8 впустить воздух в вакуум-камеры.

2.3.14. Поднять колпак вакуум-камеры и заменить образец.

Перевести рукоятку вакуумного затвора в положение «Ф» – форвакуум, а затем в положение «В» – вакуум и, тем самым, получить сначала «первичный вакуум», а затем «высокий вакуум» порядка 10-5 мм.рт.ст.

2.3.15. Произвести процесс напыления согласно пп.2.4.10 – 2.4.13.

2.3.16. По окончании процесса напыления произвести операции согласно пп.2.4.12; 2.4.13.

2.3.17. Выключить нагреватели форвакуумных насосов нажатием кнопки «Стоп» магнитного пускателя L2.

2.3.18. Выключить электромагнитный клапан нажатием кнопки «Стоп» магнитного пускателя L3.

2.3.19. Выключить форвакуумный насос нажатием кнопки «Стоп» магнитного пускателя L1. Отключить автомат «Авт» и вакууметр ВИТ-тумблером «Сеть».

2.3.20. С помощью прибора Е7-8 произвести контрольные измерения величины поверхностного сопротивления для исследуемых образцов в различных направлениях. Данные измерений занести в таблицу 1.

2.3.21. Произвести обработку полученных результатов и дать их объяснение.

Таблица Зависимость поверхностного сопротивления пленки от режимов напыления Время Напряжение, Масса Сопротивление R, Ом напыле- U, В распыRср R R R R ния ляемого t, сек материала m, гр 2.4. Контрольные вопросы:

1. Пояснить термин «Сублимация», что он означает и его физический смысл.

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ 2. Пояснить термин «Десублимация», что он означает и его физический смысл.

3. Каким законам подчиняются пары расплавленного металла в вакууме 4. От чего зависит скорость испарения металла и каким законом она описывается 5. От чего зависит качество напыленной металлической пленки, и каким законом описывается скорость осаждения металла 2.5. Литература 1. Лапиров - Скобло М.Я. Высокий вакуум.- М.: ГНТИ, 1931, 501 с.

2. Менх Г.Х. Техника высокого вакуума.- М.: Энергия, 1965.- 559 с.

3. Ренне В.Т. Электрические конденсаторы.- М.: Госэнергоиздат, 1959.- 602 с.

4. Гулевич А.И., Киреев А.П. Производство силовых конденсаторов.- М.: Высшая школа, 1969.- 439 с.

каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ Приложение Основные физические свойства химических элементов.

Металл Хими- Атомная Валент- Плотность Темпера- Удельная Удельная Модуль Удельное ческий масса ность тура плав- теплоём- тепло- упру- сопро-, символ А n ления кость провод- гости тивление г/смТпл,, оС Суд, ность Еу,, ГПа Дж/ кгК, мкОмм Вт/кгК Алюминий Al 26,982 +3 2,7 660 923 218 70,8 0,Вольфрам W 183,84 +6 19,3 3400 142 167 407 0,Железо Fe 55,845 +3 7,87 1540 453 73,3 211 0,Золото Au 196,97 +3 19,3 1063 134 312 77,5 0,Медь Cu 63,546 +2 8,92 1083 386 406 129 1,Натрий Na 22,989 +1 0,97 98 1220 134 10 0,Никель Ni 58,693 +2 8,96 1453 440 75,5 196 0,Серебро Ag 107,87 +1 10,49 961 235 453 80 0,каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ СОДЕРЖАНИЕ Изготовление отверстий в твёрдых материалах с помощью излучения оптического квантового генератора ……………………....... Светолучевые технологии нанесения изоляционных и защитных покрытий………………………………………………………………....

Плазменное травление тонких диэлектрических плёнок………… Электронно-лучевые технологии получения новых материалов и изделий…………………………………………….......... Технологии высокочастотного нагрева диэлектриков ……………. Ультразвуковая прошивка твёрдых материалов …………………. Ультразвуковая микросварка элементов и интегральных схем….. Электрохимическая обработка материалов ……………….………. Анодное растворение......................................................Катодное восстановление.............................................. Электрическая контактная сварка металлов........................................Термовакумное напыление металлов...................................................Приложение ………………………………………………………… каф. ЭИКТ ЭЛТИ ТПУ Юрий Михайлович Анненков Валерий Иванович Меркулов Михаил Михайлович Михайлов Влада Владиславовна Шарафутдинова ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЙ Лабораторный практикум Научный редактор Ю.М. Анненков Подписано к печати Формат 60 х 84/16. Бумага писчая № 1.

Печать RISO. Усл.печ.л. Усл.изд.л..

Тираж экз. Заказ.........

ИПФ ТПУ. Лицензия ЛТ № 1 от 18.07.94.

Ротапринт ТПУ, 634034, Томск, пр. Ленина, 30.

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 ||










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.