Устройство для напыления многокомпонентных покрытий в вакууме

 

Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано в тонкопленочной технологии. С целью повышения качества покрытий за счет уменьшения разброса процентного соотношения компонентов, устройство снабжено камерой регулирования вязкости расплава, расположенной между бункера и камерой испарения, а камера перегрева пара заполнена частицами, инертными к испаряемому материалу, причем объем каждой частицы равен 0,05-0,01 объема камеры перегрева. Камера регулирования вязкости расплава снабжена нагревателем и заполнена нитевидными волокнами, инертными к расплаву, причем площадь поперечного сечения каждого волокна равна 0,01-0,001 площади поперечного сечения камеры регулирования вязкости. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5l)5 С 23 С 14/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 3574020/24-21 (22) 06.04,83 (46) 30.07.90, Бюл. h - 28 (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР .(72) Г.Ю. Юдин, В.В. Петров, А.А. Крючин, Т.И. Сергиенко и К.II. Гриценко (53) 621 ° 793.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 201484, кл. С 23 С 13/12, 1965.

Авторское свидетельство СССР

Р 987994, кл. С 23 С 13/12, 1974. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ

МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ, содержащее бункер для расплава испа-. ряемого вещества с нагревателем, соединенный с камерой испарения, камеру перегрева пара с соплом, соединенную с камерой испарения,и нагреватель, в котором размещаются камера испаИзобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано в тонкопленочной технологии.

Известно устройство для испарения вещества в вакууме, состоящее из камеры с расплавом испаряемого вещества и испарителя, соединенных между собой трубопроводом с вакуумным затвором.

Недостатком этого устройства является невозможность получения качественных пленок из веществ с различными по летучести компонентами.

Наиболее близким к изобретению является устройство для напыления мно„„SU„„1581776 А 1

2 рения и камера перегрева пара, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью .повышения качества покрытий за счет уменьшения разброса процентного соотношения компонентов, оно снабжено камерой регулирования вязкости расплава, расположенной между бункером и камерой испарения, а камера перегрева пара заполнена частицами, инертными к испаряемому материалу, причем объем каждой частицы равен

0,05-0,01 объема камеры перегрева.

2. Устройство по и.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что камера регулирования вязкости расплава снабжена нагревателем и заполнена нитевидными волокнами, инертными к расплаву, причем площадь поперечного сечения каждого волокна равна 0,01-0,001 площади поперечного сечения камеры регулирова- С ния вязкости, Оч гокомпактных покрытий в вакууме, содержащее бункер для расплава испаряемого вещества с нагревателем, соединенный с камерой испарения, камеру перегрева пара с соплом, соединенную с камерой испарения, и нагреватель, в котором размещаются камера испарения и камера перегрева.

Это устройство характеризуется необходимостью изгото вления трубопровода между бункером и камерой испарения в виде капилляра со строгим соблюдением геометрических размеров.

Кроме того, в данном устройстве довольно сложно определить оптимальное значение указаниого ге<иc трнческого

1581776 размера, так как величины, определяющие его значение, являются нелинейными функциями температуры испарителя и бункера (, p ).Ïðè испарении составов, которые имеют давления на5 сыщенных паров компонентов, не совпадающие при температуре испарения на один и более порядок, давление паров в камере испарения может оказаться в начале испарения капли настолько высоким, что произойдет прорыв паров из этой камеры в бункер и, как следствие, слив всего вещества из бункера в камеру испарения, что приводит к нарушению состава и свойств пленок, Увеличивая диаметр сопла, можно уменьшить давление в начале испарения до оптимального уровня, однако.при этом в конце испарения капли давление оказывается настолько низким, что происходит подача следу.ющей капли, когда еще не испарилась предыдущая, что приводит к нарушению состава и свойств пленок. При пра- 15 вильной работе устройства происходит последовательное испарение разных по летучести компонентов, следовательно, такое же их последовательное осаждение на подложку, что отрицательно сказывается на качестве тонких пленок — они имеют низкую адгезию к подложке, низкую коррозионную стойкость и высокую скорость деградации. .Кроме того, качество получаемых пле— нок низкое, Целью изобретения является повышение качества пленок,эа счет уменьшения разброса процентного соотношения компонентов.

Устройство для напыления многокомпонентных покрытий в вакууме. содержащее бункер для расплава испаряемого вещества с нагревателем, соединенный с камерой испарения, камеру перег- 5

45 рева пара с соплом, соединенную с камерой испарения, и нагреватель, в котором размещаются камера испарения и камера перегрева пара, снабжено камерой регулирования вязкости расплава, расположенной между бункером и каме5Î рой испарения, а камера перегрева пара заполнена частицами, инертным к испаряемому материалу, причем объем каждой частицы равен 0,05-0,01 объема камеры перегрева, при этом rаМеpa регулирования вязко<.ти расплава снабжена нагревателем и заполнена нитевидными волокнами, инертными к расплаву, причем площадь поперечного сечения каждого волокна равна

0,01-0,001 площади поперечного сечения камеры регулирования вязкости, На чертеже схематически показано устройство, разрез.

Устройство для напыления многокомпонентных покрытий в вакууме содержит бункер 1 для расплава 2, камеру 3 испарения, трубопровод 4, камеру 5 регулирования вязкости, которая соединена с камерой испарения.

Камера испарения соединена с камерой

6 перегрева пара, которая заканчивается соплом 7. Камера регулирования вязкости заголнена нитевидными волокнами 8. Камера перегрева пара заполнена крупинками 9. Камера регулировки вязкости снабжена регулируемым нагревателем 10. Нагреватели 11 и 12 предназначены для обеспечения рабочих температур бункера и камер испарения и перегрева пара соответственно.

Устройство работает следующим образом, Расплав 2 в бункере 1 нагревается до температуры, лежащей между Т „„ многокомпонентного состава и Т и д самого легколетучего компонента. Дав- ление насыщенных паров в бункере 1 пренебрежительно мало по сравнению с гидростатическим давлением, равным у gh, где р„„. — плотность расплава, g — - ускорение свободного падения, h — высота столба жидкости в трубопроводе и бункере, и в дальнейшем не учитывается. Расплав 2 под действием гидростатического давления поступает по трубопроводу 4 в камеру 5 регулирования вязкости, где затвердевает.

При нагревании камеры 5 регулирования вязкости до Т р расплава он получает возможность течь далее, однако скорость подачи его в камеру 3 испарения зависит от вязкости расплава 2„: которая является функцией температуры.

Изменяя температуру камеры 5 регулирования вязкости, можно регулировать скорость подачи вещества в камеру 3 испарения, следовательно, и скорость напыления. Поступая в камеру испарения, температура которой на 200 С и более выше Ти самого низколетучего компонента, вещество ударно вскипает за счет кипения самого легколетучего компонента. В результате об1 разуется пар, обогащенный легколетучими компонентами, и микрока1581776 6 напыления. Вертикальное расположение трубопровода и камеры 3 испарения является необходимым условием работы

5 устройства, так как при изменении давления в камере 3 испарения из-за регулировки скорости подачи расплава

2 происходит компенсация этого изменения давления путем увеличения или !

О уменьшения высоты столбика расплава в камере 3 испарения и соответственно уменьшение или увеличение гидростатического давления, так как система камера 3 испарения — камера 5 регу15 лировки вязкости — трубопровод 4 бункер 1 подчиняется закону сообщающихся сосудов, По этой причине камера. э испарения не может быть засыпана крупинками, TRK как расплав будет

;дарно испаряться при соприкосновении с засыпкой, и высота столбика будет жестко установлена. Изменение высоть столбика автоматически компенсирует отклонение любого из технологи—

25 ческих параметров от номинального значения (p, Т, площадь отверстия) без нарушения йормальной работы устройства, Объем крупинок должен находиться в пределах 0,05 — 0,01 объема ка30 меры перегрева, так как при больших ра- мерах происходит неполный прогрев паров, что приводит к снижению качества напыляемых пленок. Более мелкие крупинки оказывают большое сопротив35 ление потоку паров, вследствие чего снижается скорость напыления. Камера э вязкости заполняется волокнами материала, инертного к испаряемому веществу, причем поперечное сечение

40 каждого .волокна равно 0,01-0,001 площади поперечного сечения камеры регулирования вязкости.

45 пельки, обогащенные низколетучими компонентами. Эта двухфазная смесь поступает в камеру 6, где превращается в пар заданного состава за счет испарения микрокапелек, и истекает через сопло 7, имея соотношение компонентов такое же, как у расплава.

Однако сразу после испарения атомы пара имеют разную термическую энергию, равную kT<, где k — постоянная

Больцмана, Т„ — температура испарения п-ro компонента. Проходя через пористую засыпку камеры 6 перегрева, атомы всех компонентов приобретают энергию kT, где Т д — температура камеры 6 перегрева пара ° Происходит выравнивание энергетического спектра атомов пара, что имеет большое значение для качества пленки при конденсации пара на подложке. Устройство стабильно работает при испытании разных составов, не требуя изменения геометрических размеров, так как давление в камере 3 испарения и камере 6 перегрева пара постоянно в течение всего процесса напыления.

Давление зависит от соотношения между количеством истекающего через сопло

7 вещества и подачей его в камеру 3 испарения, и при заданной Т и плон щади отверстия сопла 7 зависит только от скорости подачи расплава в камеру 3 испарения, устанавливаясь таким образом, чтобы скорость истечения вещества была равна скорости его подачи. Расплав 2 поступает в камеру

3 испарения равномерно и непрерывно, где он устанавливается в виде столбика, в верхней части которого находится зона "ударного испарения. Устройство выводится на заданный техно— логический режим (скорость напыления) путем изменения температуры камеры 5 регулировки вязкости. Скорость напыления является одним из важнейших факторов получения качественной тонкой пленки..Б отличие от всех известных устройств для напыления многокомпонентных покрытий данное устройст- 50 во позволяет изменять скорость напыления в широких пределах, не изменяя при этом энергетического спектра пара, который может устанавливаться независимо от требуемой скорости 55

Б отличие от всех известных устройств для напыления многокомпонентных покрытий, данное устройство позволяет изменять скорость напыления в широких пределах, не изменяя при этом энергетического спектра пара, который может устанавливаться независимо от требуемой скорости напыления, что позволяет с большой точности воспроизводить состав покрытия

У улучшить адгезию покрытия, получать воспроизводимые характеристики пленок.

158)776

Составитель Н. Серебрянникова

Редактор T. Лазоренко Техред Л.Сердюкова Корректор М. Пожо

Подписное

Тираж 829

Заказ 2069

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,, 101